Мобильное телевидение: что это такое?
От редакции
Цикл статей «Цифровое телевидение: что это такое?», опубликованный в трех номерах нашего журнала (№ 3, 4 и 5) был с интересом принят многими нашими читателями. Предлагаемая вашему вниманию новая статья раскрывает не менее интересную тему телевидения, которое «помещается» в мобильном телефоне.
Мобильное видео — то, что еще пять лет назад, по мнению Билла Гейтса, было «не только дорого, но и близко к чудачеству» — уже не фантастика. В мировой прессе оно получило неформальное прозвище «четвертый экран». Первым, несомненно, является кино, за ним — телевидение, потом — экран компьютерного монитора, и вот, наконец, реальностью становится четвертый экран — телеэкран мобильного телефона.
Термин «мобильное телевидение» применяется сейчас для двух различных технологий. Первая из них — прием телепрограмм со спутников связи на каком-то транспортном средстве (например, в автомобиле, на яхте и т.п.). Яхта качается на волнах и меняет курс, а ее параболическая антенна всегда остается направленной на нужный спутник. Вторая технология — прием телевизионных программ на некое переносное устройство, находящееся в руках абонента (мобильный терминал с автономным источником питания). Это может быть, например, мобильный телефон или портативный медиаплеер со встроенным тюнером. Речь пойдет именно об этой технологии.
Прием на ходу
Вспомним недавнее прошлое. Еще лет 25-30 назад советские автотуристы часто брали с собой малогабаритный телевизор, отправляясь в путешествие на своем «Жигуле» или «Москвиче». Такие модели выпускались с универсальным источником питания, рассчитанном на подключение как к сети переменного тока напряжением 220 В, так и к автомобильной сети постоянного тока напряжением 12 В.
Сегодня многие автомобили оснащены ЖК-телевизорами или имеют возможность их установки. Но беда в том, что с приемом аналоговых телевизионных передач в автомобилях такие аппараты справляются не лучшим образом (если вообще справляются). В условиях больших городов удается принять обычно только несколько каналов, находясь в непосредственной близости от передающего центра, да и то во время стоянки. А во время движения просмотр программ становится проблематичным. Чем это объясняется?
Для обеспечения качественного изображения любой телевизионный приемник должен получать устойчивый сигнал. Если автомобиль стоит, то это условие можно обеспечить тонкой подстройкой или незначительным изменением положения автомобиля на парковке. В движении же, особенно на большой скорости, условия приема постоянно меняются из-за переотражений и замираний сигнала, когда между приемником и передатчиком возникают какие-либо препятствия (а они возникают всегда, например, при проезде мимо высоких зданий или сооружений). Изображение на экране постоянно искажается, появляются помехи, а зачастую, «картинка» и вовсе пропадает.
Теле-телефон Nokia N96
Все это говорит о том, что мобильный прием аналоговых телевизионных программ — занятие совсем не перспективное. Именно поэтому на помощь мобильному телевидению приходят цифровые технологии.
В стандарте DVB-H
Мобильное телевидение, впервые появившееся в 2005 г. в Южной Корее, к началу нынешнего года добралось и до России. Полноценное телевидение для сотовых устройств пока доступно только в Москве, а вот телевизионное вещание через беспроводные Интернет-сети IPTV (это тема другого разговора) по протоколу WiMAX — также в Санкт-Петербурге и Уфе. Почти одновременно «Билайн» («ВымпелКом») и Yota («Скартел») объявили о запуске телевизионных сетей стандарта DVB-H (англ. Digital Video Broadcasting Handheld — цифровая видеотрансляция для мобильных устройств).
Основное отличие стандарта DVB-H состоит в том, что при трансляции сигналов в нем используются режимы модуляции 2k и 4k. Напомним читателю, что эти числа определяют количество информационных несущих и при трансляции сигналов стандарта DVB-Т используются режимы 2k и 8k (первый — для низкой скорости MPEG-потока, когда ухудшаются условия передачи и надо сохранить динамику изображения, а второй — для высокой). Выбор режима 4k для мобильного телевидения вместо 8k обусловлен тем, что средняя скорость потока данных, необходимая для получения хорошего разрешения изображения на экране с размером меньше почтовой открытки, может быть в десять раз ниже, чем для телевизоров с большими экранами.
Время режется ломтиками
Описание стандарта DVB-H базируется на международном стандарте ETSI EN 302304. Согласно ему ручной мобильный терминал — это устройство с ограниченной емкостью питающей батареи. Метод передачи видео– и аудиоинформации использует квантование времени. Это означает, что приемник активен 10% времени и закачивает в буфер памяти информацию, а затем 90% времени выключен для приема, а информация поступает из буфера. Это обеспечивает минимизацию энергопотребления. За один активный квант (время активного состояния приемника) в буфер памяти закачивается примерно 2 Мбит данных (включая корректирующий код, код доступа и другую служебную информацию).
Таким образом, «изюминкой» стандарта DVB-H является так называемый «взрывной» или «вспышечный» (от англ. Burst — взрыв, вспышка) принцип работы. Такой принцип получил название Time Slicing (от англ. Time — время, Slicing — слайс, ломтик). Информация, касающаяся мобильных телепрограмм, при этом вкрапливается в общий транспортный поток телецентра короткими вспышками. Будучи принятой мобильным приемником, она записывается в буфер памяти, а затем постепенно извлекается из него и преобразуется в видео– и аудиосигналы.
Можно сравнить эту процедуру с приемом пищи. Допустим, едок желает съесть 100 г колбасы. Как он это делает? Сначала за 1 с отрезает тоненький ломтик (тот самый слайс) весом 10 г, кладет его в рот (с хлебом или без него, не важно) и жует его 10 с. Затем быстро (за 1 с) отрезает следующий ломтик весом 10 г (причем может отрезать и от другого куска, например, другого сорта, чтобы попробовать и его). В итоге на отрезание уходит 10 с, и этого хватает, чтобы жевать в течение 100 с.
Точно так же происходит трансляция по принципу Time Slicing: после «взрывного» приема идет гораздо более длительный период «пережевывания» информации, извлеченной из буфера памяти. После этого приемник вновь включается для приема очередной порции информации. Причем принимается самый благоприятный (во времени и в пространстве) сигнал данной программы и он может быть принят и с другого направления (другого куска колбасы), например, в каком-либо положении мобильного телефона отраженный сигнал может оказаться сильнее основного. Использование описанного принципа повышает устойчивость и надежность приема, существенно снижает энергопотребление мобильных аппаратов (иначе при телевизионном приеме аккумуляторы мобильных телефонов разряжались бы очень быстро) и решает проблему борьбы с доплеровским эффектом (стабильный прием гарантирован даже при скорости движения мобильного терминала, превышающей 200 км/ч).
Для того чтобы приемник мог расшифровать моменты начала «вспышек», в стандарте DVB-H реализована специальная сигнализация TPS (Transmitter Parameter Signaling). С ее помощью передатчик сообщает приемнику, что в транспортном потоке идут телепрограммы под номерами 1, 2, 3 и т.д. в формате DVB-H. В качестве примера укажем, что в одном цифровом мультиплексе может передаваться 5 MPEG-программ формата DVB-Т и 10 программ формата DVB-H.
Аппаратный комплекс
Транскодер и кодер представляют собой аппаратный комплекс, в функции которого входит прием транспортных потоков MPEG2 видео– и аудиосигналов от провайдера контента, транскодирование MPEG-2 в MPEG-4 (или, как вариант, в Н.264) и их защита. Закодированные транспортные потоки в виде скремблированного (защищенного от несанкционированного доступа) медиаконтента направляются на головную станцию DVB-H.
Головная станция — это комплекс оборудования, предназначенного для инкапсуляции входящих потоков в радиосигнал формата DVB-H, его последующей модуляции и передачи в эфир с помощью передающей антенны. Напомним читателю, что инкапсулятор — это устройство, которое объединяет данные и код, манипулирующий этими данными, в единый сигнал, а также защищает и то, и другое от внешнего вмешательства и неправильного использования.
Организация вещания в формате DVB-H
Оборудование управления сетью включает в себя основной программный комплекс Middleware и вспомогательные приложения, предназначенные для формирования и доставки абоненту данных о тарифных планах, каналах и программах передач ESG (Electronic Service Guide) Server и для доставки данных о настройках и выборе программ SDP (Selective Data Program) Server. ESG– и SDP-метаданные подаются в инкапсулятор для включения их в медиаконтент. Задачами основного программного комплекса являются управление сервисами (каналы вещания, файловые ресурсы и др.) и взаимодействие с основными узлами.
С основным программным комплексом связаны системы условного доступа и биллинга. Система условного доступа — СУД (англ. CAS — Conditional Access System) — программно-аппаратный механизм, предназначенный для ограничения доступа к цифровым телепрограммам и обеспечения такого допуска только тем абонентам, которые имеют доступ к шифру или паролю. Система биллинга (англ. Billing) — автоматизированная система учета предоставленных услуг, их тарификации и выставления счетов для оплаты. В телекоммуникациях биллинг еще называют автоматизированной системой расчетов (АСР).
Стандарт DVB-H поддерживают все ведущие производители мобильных телефонов и коммуникаторов: Nokia, Motorola, Sony Ericsson, Philips, Samsung, LG и др. На данный момент по имеющимся у автора сведениям мобильные «теле-телефоны», способные принимать цифровое телевидение стандарта DVB-H, представлены в России тремя моделями: Samsung SGH P960, Nokia N96 и Nokia 5330 Mobile TV Edition.
Все они содержат аппаратные телевизионные приемники, выполнены в форм-факторе вертикального или горизонтального слайдера, имеют дисплеи с разрешением 320x240 точек и примерно близкими диагоналями (2,4-2,8 дюйма).
ТВ в телефоне
Рассмотрим упрощенную структурную схему встроенного в телефоны телевизионного приемника.
Сигнал принимается антенной, роль которой часто выполняет провод гарнитуры, так что наушники в этом случае должны быть всегда подключены. Вообще, качеству антенны стоит уделять повышенное внимание, поскольку, хотя цифровое телевидение и не подвержено «мурашкам» аналогового собрата, проблемы качества изображения есть и у него.
Сигнал с антенны подается на тюнер с очень эффективной схемой автоматической регулировки усиления (АРУ), где происходит выбор и настройка программ. Демодулятор преобразует сигнал, приходящий на него с тюнера, в сигнал DVB-H, причем демодулироваться могут сигналы, модулированные в передатчике как в режиме 2k, так и в режиме 4k. Деинкапсулятор выделяет данные из общего сигнального потока и направляет их на декодеры видео– и аудиосигналов. Декодированные видеосигналы и сигналы звука поступают на соответствующие устройства мобильного телефона.
Такой контент нам не нужен
Пока мы являемся свидетелями только первых шагов цифрового мобильного телевидения. Важным фактором, ограничивающим развитие сетей мобильного телевидения, является необходимость развертывания отдельной специфической вещательной инфраструктуры и, как следствие, довольно значительные инвестиции со стороны операторов сервиса.
Не надо забывать также, что одного наличия технических возможностей, способных обеспечить качественную «картинку» на экране установленного в салоне автомобиля телевизора не достаточно. Необходим еще и качественно новый контент телевизионных каналов. У затянутых сериалов и нудных бесед нет никаких шансов привлечь вечно спешащую аудиторию. Невозможно спрогнозировать, сколько времени зритель проведет перед экраном — ведь он находится не на диване, а в пути. Поэтому передачи должны быть короткими и емкими.
Можно с уверенностью предсказать, что вскоре на рынке появятся новые устройства с поддержкой DVB-H, зона уверенного покрытия увеличится и мобильное телевидение войдет в наш обиход.
Текст: Александр Пескин, доцент МГТУ им. Н.Э.Баумана