Немного истории Цифрового Телевидения

Как и любая другая, история возникновения и развития цифрового телевидения проходила в несколько этапов. Каждый этап включал в себя сначала выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, создание экспериментальных устройств и систем, а затем уже принимались международные стандарты, которые должны поддерживаться всеми организациями, ведущими телевизионное вещание и выпускающими видеопрограммы, и всеми фирмами -производителями аппаратуры.
Главным Органом мирового масштаба, принимающим и утверждающим стандарты в различных областях деятельности людей, является ISO - International Standart Organization (Международная организация по стандартизации), объединившая национальные комитеты по стандартизации в более чем 100 странах мира. ISO создает комитеты, подкомитеты и рабочие группы, разрабатывающие проекты стандартов, затем утверждаемые ISO. При этом стандарты в области информационных технологий принимаются созданным ISO и Международной Электротехнической Комиссией (International Electrotechnical Comission - IEC) совместным комитетом ISO/IEC JTS1, название которого присутствует в названиях принятых им стандартов.
Так же существует еще один международный орган, который занимается стандартизацией в области телекоммуникаций – это Международный Союз Электросвязи (International Telecommunication Union - ITU). Стандартизацией в телевидении занимается сектор ITU-R (R - radio). До 1993 года эти функции выполнял Международный Консультативный Комитет по радио (МККР или CCIR). Документы, выпускаемые ITU, называемые Рекомендациями, так или иначе, фактически являются стандартами.
Первый этап истории цифрового телевидения характеризовался использованием цифровой техники в отдельных частях телевизионных систем при сохранении обычного стандарта разложения и аналоговых каналов связи. Наиболее важным достижением данного этапа было создание цифрового студийного оборудования. На современных телестудиях сигналы с передающих камер преобразуются в цифровую форму, и вся их дальнейшая обработка и хранение в пределах телецентра осуществляются посредством цифровых средств. Это позволяет реализовать многие из преимуществ цифрового телевидения. На выходе студийного оборудования телевизионный сигнал преобразуется в аналоговую форму и передается по обычным каналам связи.
Результаты работы специалистов разных стран были закреплены в Рекомендации ITU-R ВТ 601 (старое название - Рекомендация 601 МККР или CCIR-601). Данное соглашение было принято в 1982 году и до сих пор определяет основные параметры цифровой студийной аппаратуры.
Другое направление, характерное для первого этапа развития цифрового телевидения, - введение цифровых блоков в телевизионные приемники с целью повышения качества изображения или расширения функциональных возможностей. Примерами таких блоков могут служить цифровые фильтры для разделения яркостного и цветоразностных сигналов, для уменьшения влияния шумов на изображение и для подавления эхо-сигналов, возникающих при отражении радиоволн от поверхности Земли и различных объектов, т.е. при наличии многолучевого приема. Широко известны также устройства перехода от чересстрочной развертки к квазипрогрессивной, повышения частоты полей до 100 Гц, реализации функций «стоп-кадр» и «кадр в кадре» и т.д.
Стоит отметить, что все эти усовершенствования не затрагивали стандарт разложения и принципы передачи телевизионного сигнала по каналу связи.
Второй этап развития цифрового телевидения - создание гибридных аналого-цифровых телевизионных систем с параметрами, отличающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Можно выделить два основных направления изменений телевизионного стандарта: переход от одновременной передачи яркостного и цветоразностных сигналов к последовательной их передаче и увеличение количества строк в кадре и элементов изображения в строке. Реализация второго направления связана с необходимостью сжатия спектра телевизионных сигналов для обеспечения возможности их передачи по каналам связи с приемлемой полосой частот.
Примерами гибридных телевизионных систем могут служить японская система телевидения высокой четкости (ТВЧ) MUSE и западноевропейские системы семейства MAC. В передающей и приемной частях всех этих систем сигналы обрабатываются цифровыми средствами, а в канале связи сигналы передаются в аналоговой форме. Системы ТВЧ MUSE и HD-MAC имеют формат изображения 16:9, количество строк в кадре 1125 и 1250, частоту кадров 30 и 25 Гц, соответственно.
С помощью цифрового кодирования исходная полоса частот сигналов этих систем, превышающая 20 МГц, сжимается до величины порядка 8 МГц. Это позволяет передавать эти сигналы с частотной модуляцией (ЧМ) по спутниковым каналам связи, имеющим ширину полосы 27 МГц. В то же время, широко развитая сеть наземного телевизионного вещания, включающая УКВ-передатчики, кабельную сеть и другую технику, не позволяет передавать и принимать сигналы указанных систем телевидения, так как рассчитана на ширину полосы частот одного канала, равную 6,8 МГц.
Третьим этапом развития цифрового телевидения можно считать создание полностью цифровых телевизионных систем.
После появления в Японии и Европе упомянутых выше систем телевидения высокого разрешения MUSE и HD-MAC, в США в 1987 году был объявлен конкурс на лучший проект системы телевидения высокого разрешения для утверждения в качестве национального стандарта. В первые годы на этот конкурс были выдвинуты различные аналоговые системы. Система MUSE и другие системы, предусматривающие передачу только по спутниковым каналам, вскоре были сняты с рассмотрения. Это объяснялось тем, что в США около 1400 компаний осуществляют наземное телевизионное вещание, и очень широко развита сеть кабельных линий. Вся эта инфраструктура рассчитана на ширину полосы частот телевизионного канала 6 МГц.
Рассматривались проекты аналоговых телевизионных систем высокого разрешения, в которых по одному стандартному каналу передается обычный сигнал NTSC, а по другому - дополнительный сигнал, который в приемнике с соответствующим декодером позволяет получить изображение с большим количеством строк и элементов разложения в строке. В то время никто не мог предположить, что уже через несколько лет удастся по стандартному каналу с шириной полосы 6 или 8 МГц передавать сигналы полностью цифровой системы телевидения как обычного, так и ТВЧ.
Задача сжатия изображений для хранения и передачи была настолько актуальной, что Международная организация стандартизации ISO взяла на себя функции координации усилий по ее решению. В ISO была создана рабочая группа JPEG (Joint Picture Expert Group - объединенная группа экспертов по изображениям), которая занимается разработкой методов сжатия неподвижных изображений, а затем - рабочая группа MPEG (Motion Picture Expert Group -группа экспертов по движущимся изображениям), занимающаяся методами сжатия движущихся изображений и звукового сопровождения. Эти рабочие группы включают специалистов из разных стран. Результатами деятельности этих групп являются утверждаемые ISO стандарты
Именно разработки группы MPEG стали основой создания современных систем цифрового телевидения. Методы сжатия движущихся изображений и сигналов звукового сопровождения описаны в стандартах MPEG-1 и MPEG-2. Стандарт MPEG-1, ориентированный в основном на запись кинофильмов и видеопрограмм на компьютерные лазерные диски с возможностью воспроизведения изображения и звука с помощью обычного персонального компьютера (ПК), был окончательно утвержден к декабрю 1993 года. Стандарт MPEG-2, предназначенный для систем телевизионного вещания как с обычным стандартом разложения, так и с увеличенным числом строк (ТВЧ), был утвержден в ноябре 1994 года.
Возвращаясь к конкурсу в США. Первые предложения по полностью цифровым системам телевидения появились в 1990 году. С каждым годом возрастало количество проектов цифровых телевизионных систем и улучшались их характеристики. В начале 1993 года последние аналоговые системы были сняты с рассмотрения. В мае 1993 года 4 группы компаний и исследовательских организаций, представлявших близкие по существу проекты, объединились в «Grand Aliance» и в дальнейшем представляли единый проект, который и стал основой стандарта полностью цифровой телевизионной системы в США. Основой этого проекта стал тогда еще не утвержденный стандарт MPEG-2.
В Европе уже в 1993 году, как только стало ясно, что за цифровыми телевизионными системами будущее, был принят проект DVB (Digital Video Broadcasting - Цифровое Видео Вещание), также основанный на MPEG-2. В настоящее время системы цифрового телевидения быстро распространяются во многих странах. При этом в первую очередь решается задача значительного увеличения количества передаваемых программ телевидения обычного разрешения, так как это дает быстрый коммерческий эффект. В развитых странах поставлен вопрос о прекращении в первом десятилетии 21-го века аналогового телевизионного вещания и, следовательно, полном переходе к цифровому телевидению.