oldi

Интерактивное телевидение и радиовещание

Олег Татарников

Интерактивное телевидение

Интерактивное радиовещание

Кодирование и декодирование сигнала

   Принцип сжатия информации

   Новейшие разработки в области алгоритмов компрессии

 

dotTV

Телевещание в Интернете

Конвергенция Интернета и телевидения

Новая открытая мультимедийная платформа MHP

О вреде низкокачественного Интернет-телевещания

Кодирование RealVideo

 

Сегодня теле- и радиовещание вступает в сложный период перемен, которые обусловлены технологическими достижениями недавнего прошлого, и в первую очередь появлением и активным развитием Интернета. В ближайшие 5-10 лет сформируются абсолютно новые подходы, поскольку современные технические возможности способны в корне изменить вещание как таковое.

Совсем недавно большинство вещателей и не подозревали о существовании Интернета, а интерес к компьютерным сетям у них полностью отсутствовал.

Но прошли времена, когда Web-страницы представляли собой лишь набор слов с одной-другой невнятной картинкой. Сегодня с Web-страниц на нас извергаются потоки звуков и музыки, видеоэффектов и мультимедиа-фокусов. Еще больший прогресс достигнут в разработке и реализации мультимедийных домашних платформ.

В вещательной технологии также произошли значительные изменения. Так, например, в области видео появилось несколько уровней MPEG-2, подготовка программ ведется в цифровых форматах, а в области вещания успешно внедряется цифровое телевидение. Аналоговые передающие системы во всем мире заменяются цифровыми, пригодными для использования в Интернете.

С появлением цифрового способа передачи информации Интернет становится все более привлекательным как для доставки материала, так и для передачи на архивное хранение. Если мы снимаем, записываем и монтируем цифровой материал, то почему бы не передавать его прямо в цифровом виде конечному пользователю, переводя в аналоговую форму только на последнем этапе?

Поскольку скорость передачи данных по сети Интернет постоянно растет, теле- и радиостанции постепенно становятся «вещателями» данных. При этом сетевые ресурсы, используемые для поддержки вещания, постоянно изменяются в соответствии с новыми требованиями. Некоторые специалисты уже предрекают полную замену мощных передатчиков Интернетом.

Конечно, еще совсем недавно из дома можно было связаться со скоростью не более 28,8 Кбит/с. В результате попытка просмотра видеофрагмента из Интернета заканчивалась (после большой паузы) появлением на экране изображения размером с почтовую марку. Сейчас размер изображения существенно увеличился, а качество передачи заметно возросло. Например, в Америке, скорость передаче по телефонным линиям системы AT&T выросла с 2,4 до 10 Гбит/с, а домашние кабельные системы оперируют скоростями в десятки и сотни мегабит. Получает развитие и Streaming — потоковая доставка цифровых данных.

Опыты, проведенные с транспортными потоками более 200 Мбит/с при технической поддержке ТВ-консорциума и корпорации Sony, показали, что по сети Gigabit Ethernet можно получить максимум через 3 минуты после заказа даже телевизионную программу высокой четкости (MPEG-2 или DVD), а просмотр старых видеофильмов (обычной четкости) можно начинать сразу же.

Таким образом, основная роль в развитии теле- и радиобизнеса в скором времени будет принадлежать сети Интернет, для выхода в которую будут использоваться как оптоволоконные и коаксиальные кабели, так и вещание и другие беспроводные системы связи. При этом вещательные службы должны рассматривать Интернет как первичное средство связи (с полной заменой аналогового телевидения на цифровое), а передачу на радиочастотах нужно переводить в область мобильных средств связи.

Сегодня перед вещателями все острее встают такие вопросы, как управление архивами данных, фильмотеками, эффективный поиск архивных материалов по их описанию и содержанию. Архивы программных материалов и фильмотеки могут стать для вещательных компаний основным активом, ценность которого будет со временем только возрастать.

Обостряется и конкуренция в Сети. Если раньше вещание в Интернете считалось скорее экзотикой, то теперь появляются все новые способы повышения привлекательности «виртуальных» программ для зрителя, а поскольку число «каналов» практически не ограничено, то возрастает и технический уровень таких решений. Одной из подобных новинок является интерактивность.

Интерактивное телевидение

Под воздействием Интернета меняется и телевидение. Понятно, что переход к цифровым методам передачи программ позволил увеличить число каналов доставки. Однако главная задача последнего времени состоит не в том, чтобы просто увеличить количество передаваемых привычных вещательных программ, а в том, чтобы использовать большую пропускную способность каналов доставки по новому назначению. И речь здесь идет именно о введении интерактивности и дополнительных служб передачи данных, обеспечивающих такие услуги, как выход в Интернет, электронную коммерцию и т.п. Конечно, с одной стороны, это означает, что телевизионные вещатели должны отбросить стереотипы привычного мышления и начать производить программы с новым интерактивным содержанием, а с другой — надо признать, что только интерактивность позволит вещанию сохранить конкурентоспособность в современном мире, когда Интернет-провайдеры сами активно вторгаются во многие области, традиционно принадлежавшие вещанию. Соединение телевидения с интерактивностью и Интернетом способно привести к появлению нового, более мощного телевещания. Однако для освоения новых возможностей нужно отбросить прежние стереотипы и овладеть новыми знаниями. Возможности обеспечения интерактивности в цифровом телевидении и новые сферы приложения интерактивных режимов вещания являются перспективными направлениями будущего развития вещания в целом, а цифровые способы обработки телевизионного сигнала, высокая четкость и возможное объединение с Интернетом диктуют необходимость создания более гибких систем компоновки, монтажа и передачи телевизионных программ.

В результате разрабатываются аппаратные платформы, в которых могут использоваться разные цифровые форматы, а также исследуются возможности интеграции обычного телевизионного оборудования, компьютерных средств и Интернета.

Интернет-протоколы будут неизбежно оказывать реальное воздействие также на способы распространения телевизионных программ. Объединение традиционных методов и Интернет-протоколов в сетях распределения программ и в домашних коммуникационных сетях открывает перед вещателями совершенно новые возможности, предоставляя средства доступа буквально в каждый дом в любом месте планеты. Сегодня в мире мультимедиа наблюдается настоящее «вавилонское столпотворение» — происходит массовое создание телевизионных программ для Интернета. И напротив — многие страны переходят к цифровым технологиям, стремясь выжить в конкурентной борьбе с международными вещательными корпорациями и защитить национальную культуру. Дело в том, что в новых условиях можно добиться высокого качества производства при относительно низкой стоимости: переход к цифровым технологиям позволяет начинать вещание даже при существенно ограниченных финансовых ресурсах и отсутствии значительного опыта телевизионного производства.

Претерпели изменения и сами методы подготовки телевизионных программ — все шире внедряются распределенные системы их подготовки и производства, основанные на сетевых технологиях, используются цифровые телефонные сети для вещания, применяются цифровые видеокамеры без привычного камерного кабеля, получают практическую реализацию инфраструктуры вещания на базе цифровых потоков MPEG-2, Real Media (Audio и Video) и Microsoft NetShow (Asf и MPEG-4).

А в перспективных разработках уже упоминаются примеры применения технологий распознавания речи в вещании (например, при субтитрировании или регулировании скорости смещения текста в телесуфлере), разрабатываются проекты интеллектуального телевидения, системы телеконференций с телепогружением в виртуальную реальность, телевидение, откликающееся на действия зрителя, и системы с персонифицированным получением программ.

Тот факт, что телевидение будущего должно быть интерактивным, уже никого не удивляет, и словосочетание «интерактивное телевидение» скоро будет звучать как тавтология (типа «масло масляное»). Уже сегодня интерактивные развлечения становятся чрезвычайно популярными, особенно в молодежной среде. Поэтому именно телевизор призван стать центральным элементом домашних коммуникационных сетей, появление которых обусловила конвергенция вещания, телекоммуникационной и компьютерной техники. Именно телевизор должен приучать зрителя к интерактивным зрелищам, став проводником этой интерактивности.

В начало В начало

Интерактивное радиовещание

Рост числа людей, регулярно слушающих Интернет-радио, до последнего времени сдерживался низким качеством звука из-за проблем с передачей пакетов по IP-протоколам. Однако сегодня, чтобы избежать задержек или потери пакетов передаваемых данных, разрабатываются протоколы реального времени (Real Time Protocol), решающие задачу за счет сокращения непроизводительной активности серверов сети.

При этом для создания компьютерного радиовещательного комплекса затраты могут быть минимальны. В принципе, можно обойтись одним компьютером, а оптимальной является конфигурация, включающая не более трех аппаратов: для эфира, студийного (для подготовки программ) и редакторского. На студийном готовятся все фонограммы: программа, отбивки, реклама. Редактор (или директор программы) формирует монтажный play-лист, а эфирный компьютер выдает сигнал слушателям.

Для хранения фонограмм можно использовать обычный жесткий диск большой емкости, а для управления этим массивом информации известно большое число программ, позволяющих формировать play-лист, выводить рекламу и выполнять еще целый ряд функций...

В начало В начало

Кодирование и декодирование сигнала

Некомпрессионные (без сжатия) форматы требуют очень большого объема для размещения на носителе и поэтому практически не используются в цифровых системах вещания: в области видео сейчас активно применяются MPEG-2, MPEG-4, а в области звука — форматы MPEG-1 Layer 2 и Layer 3 (точнее, последние стандарты называются ISO/IEC-11172 и ISO/IEC-13818). Структура потоков данных стандартизована, что обеспечило их широкое распространение.

Превратить звуковой или видеосигнал в поток (или файл) с определенной структурой можно разными способами: формально мы получаем поток MPEG нужного формата, но качество воспроизведения восстановленного сигнала оказывается различным. Почему же так происходит?

В начало В начало

Принцип сжатия информации

Рассмотрим этот принцип на основе алгоритмов MPEG-компрессии. Принцип компрессии основан на удалении психофизиологической избыточности в сообщении. Дело в том, что часть составляющих сигнала маскируется другими его составляющими. Маскируемые спектральные составляющие сигнала можно исключить без заметных на глаз или на слух потерь.

Кодер для видеосигнала делает упор на яркостную составляющую, а для звукового — выделяет высокоуровневые составляющие и рассчитывает порог маскирования, то есть тот уровень, ниже которого сигналы оказываются неслышимыми. Спектр сигнала разделяется на полосы, для каждой из которых определяется допустимый шаг квантования, то есть количество бит, необходимых для кодирования сигналов. При значительном снижении разрядности кода сигнал передается без видимых или слышимых искажений, а объем сообщения оказывается значительно сокращен.

При недостаточной скорости кодирование производится с потерями информации. Приходится снижать разрядность кода, допуская появление заметных искажений. Для аудиосигнала можно снизить качество передачи в первой полосе, можно во второй, а можно и в пятой. При каком из этих решений заметные на слух искажения окажутся минимальными? Собственно, кодеры различаются именно стратегией распределения пропускной способности канала передачи при ее дефиците. А дефицит пропускной способности заставляет уменьшать объем передаваемой информации и ведет к сжатию данных до предельных значений.

Особенности алгоритмов обработки звукового сигнала Layer 2 и Layer 3

Изменение свойств обрабатываемого сигнала приводит к перераспределению пропускной способности канала в частотной области. Вначале передаются все спектральные составляющие. Переход к узкополосному сигналу позволяет повысить в полосе этого сигнала разрядность кода и уменьшить искажения квантования.

Алгоритм Layer 2 использует последовательную независимую обработку фреймов (кадров) сообщения (по аналогии с Motion JPEG для видеосигнала). Каждый фрейм, то есть фрагмент сообщения, существует как самостоятельный объект — именно это и обеспечивает возможность покадровой обработки при нелинейном монтаже. Покадровая обработка обусловливает и малое время задержки сигнала при кодировании.

Алгоритм Layer 3 учитывает предыдущее и последующее состояния сигнала, что позволяет использовать маскирование во временной области и повысить эффективность компрессии, но затрудняет нелинейный монтаж и приводит к заметной задержке сигнала при кодировании.

Оценить качество кодирования Layer 2 и Layer 3 по объективным характеристикам сигнала чрезвычайно трудно. В настоящее время самым надежным методом оценки качества кодирования является прослушивание. Косвенным признаком служит скорость кодирования: хорошие кодеры обычно работают медленнее.

В начало В начало

Новейшие разработки в области алгоритмов компрессии

Из последних разработок, относящихся к сфере MPEG, можно отметить следующие новинки: MPEG-4, MPEG-7 и MPEG-21. MPEG-4 переживает бурный подъем и «обрастает» все новыми дополнениями к стандарту: так, уже появились дополнения, относящиеся к объектно-ориентированному кодированию и кодированию высококачественного изображения для студийных применений, а также решаются проблемы по масштабируемости и совмещению объектов во времени с использованием моделей синхронизации. При описании MPEG-7 основное внимание было уделено вопросам поиска фрагментов по их описанию. А проект стандарта MPEG-21 разрабатывается с целью определения всей возможной инфраструктуры для доставки и приема мультимедийного контента независимо от его состава и содержания.

КомпьютерПресс 2'2001