Возможность передачи телевизионных программ

по узкополосным каналам [5]

Появление новых технологий ТВ вещания, а также новых каналов передачи данных, с развитием информационных технологий в обществе заставляет вещательное телевидение адаптироваться к новым формам распространения ТВ программ. Это важно, во-первых, ввиду постоянного роста количества ТВ программ и потребности в них, а также из-за особенностей цифровой формы распространения ТВ сигнала, которая предъявляет менее жесткие требования к характеристикам канала передачи по сравнению, например, с аналоговыми ТВ системами.

Как показано в гл. 5, система цифрового телевидения способна, например, обеспечить кодирование информации и сокращение скорости передачи до заданного значения, определяемой требованиями канала.

Если стандарт кодирования MPEG-2, сокращая скорость цифрового потока в десятки раз, позволил снизить скорость потока при передаче ТВ программы до нескольких мегабит в секунду и получил широкое распространение в вещательном телевидении, то для передачи изображения по компьютерной сети или по телефонному каналу такая скорость все еще велика. Усилия разработчиков группы MPEG в последние годы были направлены на создание стандарта MPEG-4, который обладает новыми возможностями кодирования информации и позволяет снизить цифровой поток при кодировании изображения до нескольких десятков килобит в секунду. Такое значительное сокращение цифрового потока незаменимо для ряда практических задач — в видеоконференцсвязи, при передаче видеоинформации по узкополосным, например, телефонным каналам, по сети Интернет.

Особенностью стандарта MPEG-4 является так называемый объектно-ориентированный подход к кодированию изображений, сущность которого заключается в том, что передаваемое изображение, а также звуковое сопровождение, могут быть представлены как совокупность аудио- и видеообъектов. Такими объектами могут быть люди или предметы, находящиеся перед неподвижным фоном, а также сам фон. Аудиообъектами также могут быть голоса людей, музыка, и т.д. Связанные аудио- и видеообъекты, например, изображение человека и его голос, образуют единицу кодируемой информации в стандарте MPEG-4 – «аудио-визуальный объект» (АВО) (Audio-Visual Object, AVO). Описание изображения имеет иерархическую структуру. Алгоритм анализа изображения, используемый в стандарте MPEG-4, близок к механизму зрительного анализа изображения, для которого также характерна определенная иерархия в восприятии отдельных объектов (по их размеру и значимости). Соответственно, структура построения кодирующего устройства определяется самой логикой кодирования образа на передающей стороне: изображение передаваемой сцены сначала анализируется, разделяется на отдельные АВО, к каждому из которых применяются соответствующие средства анализа и кодирования. После кодирования информация представляется в виде специального протокола, который называется DMIF (Delivery Multimedia Integration Framework, интегрированная система доставки мультимедиа) и управляет потоками данных для мультимедиа. Этот протокол охватывает три основные сферы применения стандарта MPEG-4 – передачу по интерактивным сетям, например, по сети Интернет, передачу по обычным вещательным каналам, а также запись видеопрограмм на компакт-диски.

Стандарт MPEG-4 обладает большим набором средств для кодирования различной информации об объекте. Закодирована также может быть и дополнительная информация, например, текст, который в виде окна может появиться на экране при воспроизведении сцены. В стандарте предусмотрены методы кодирования изображений, среди которых есть как традиционные для MPEG-1 и MPEG-2, так и принципиально новые, основанные на понятии АВО. Стандарт может эффективно работать как с синтетическими изображениями, так и с реальными, применяя в каждом случае соответствующие инструменты кодирования.

Стандарт MPEG-4 окончательно был принят только в 1999 году. Его более широкое применение в вещательном телевидении значительно увеличит эффективность использования каналов передачи. Одно из применений стандарта связано с передачей ТВ программ по сети Интернет.

7.6.4. Передача телевизионных программ по сети Интернет[5]

Рост потребности общества в новых ТВ программах, в информации вообще, требует развития новых технологий ТВ вещания и новых каналов доставки ТВ программ телезрителям. Сеть Интернет в этом смысле всегда привлекала внимание разработчиков. Например, она практически свободна от национальных и географических ограничений, от ограничений по времени, и, самое главное, ее популярность растет чрезвычайно быстро. Из всех современных информационных технологий наиболее быстро развивающейся является сеть Интернет. Достаточно сказать, что число людей, которых по общению с сетью можно назвать пользователями, ежегодно удваивается. Считается что к 2010 году их число составит один миллиард человек . Кроме того, передача аудиовизуальной информации через Интернет и, тем более, данных, давно не является технической проблемой.

Все это позволяет считать привлекательной возможность осуществлять вещание ТВ программ через сеть Интернет. Появились эквивалентные термины – веб-вещание или Интернет-вещание. Существует также понятие «стриминг» или «видеостриминг», от англоязычного слова streaming, обозначающего процесс передачи цифрового потока мультимедийной информации по сети.

Однако в отличие от эфирного вещания распространение информации в сети Интернет происходит по другим законам. Особенность сетей связи (в том числе и сети Интернет) состоит в том, что информация в них распространяется частями, т.е. пакетами. Каждый такой пакет, неся в себе (кроме основной информации) адреса отправления и назначения и проходя через сетевое оборудование, направляется в пункт назначения по маршруту, который в данный момент является оптимальным.

Как известно, сеть Интернет изначально строилась по принципу децентрализации. В этом ее разработчики видели залог высокой надежности и живучести в случае возникновения непредвиденных ситуаций. Это обстоятельство является достоинством, так как выравнивает нагрузку на различные звенья сети, делая их равноправными, но оборачивается недостатком, когда в результате оказывается так, что ни время доставки, ни последовательность доставки пакетов не являются жестко определенными. Такую ситуацию можно сравнить, например, с чтением художественной литературы, публикуемой в периодической печати по частям, когда доставка журнала либо задерживается, либо происходит нарушение последовательности выхода номеров. Этим объясняются принципиальные сложности, возникающие при передаче мультимедийной информации по сети Интернет, или, как говорят, мультимедийного трафика – аудио- или видеоинформации. Например, известная и недорогая услуга – телефонный разговор по сети Интернет (IP-телефония) имеет плохое качество звука в основном по этой причине.

Еще одно обстоятельство, влияющее на возможность распространения ТВ программ по сети Интернет, заключается в способе распространения (маршрутизации) информационных пакетов. Сеть Интернет способна доставлять пакеты по адресному принципу, т.е. из одного компьютера (сервера) в компьютер получателя, или, как говорят, «из точки в точку», как это показано на рис. 7.15,а. Такой способ распространения информации называется unicasting, или «унивещание». Для распространения ТВ программ этот способ плох тем, что попытка большого количества пользователей сети «зайти» на сервер, откуда распространяется интересующая их программа, не удается, так как сервер может одновременно отправлять информацию ограниченному числу пользователей. Кроме того, формировать большое количество почти одинаковых потоков информации для большого числа пользователей нерационально. В примере, показанном на рисунке, пользователи 1, 4 и 5 запросили информацию с сервера 1, врезультате чего сервер формирует три потока данных, предназначенных для названных пользователей.

Технология неограниченного распространения информации, называемая «broadcasting» («широкое вещание») и свойственная, например, эфирному вещанию, теоретически также может быть реализована в сетевом варианте (рис. 7.15,б), однако распространение информации без соответствующего запроса пользователя также приводит к нерациональной загрузке участков сети.

Достаточно универсальной является технология «multicasting» («мультивещание»), показанная на рис. 7.15,в. Этот способ распространения мультимедийной информации в сети Интернет считается перспективным и позволяет так изменить работу сетевого оборудования, что в процессе маршрутизации информационных пакетов происходит их размножение (где это нужно) и распространение среди определенной группы получателей. Это не только разгружает сервер, являющийся источником распространяемой ТВ программы, но также позволяет незаметно для получателя организовать «вещание» отдельных частей ТВ программы с разных серверов. Такой способ позволяет организаторам вещания хранить рас­пространяемую информацию у ее владельца, а не сосредотачивать ее на одном сервере. Кроме того, этот способ оптимизирует нагрузку на сеть, хотя и предъявляет повышенные требования к сетевому оборудованию.

Рис. 7.15. Распространение информации по сети Интернет

 

В приведенном на рисунке примере пользователи 1, 3, 4 и 5 запросили информацию с сервера 1, в результате чего получают ее в режиме «мультивещания». Для реализации такого режима в некоторых узлах обеспечивается не только маршрутизация, но и размножение пакетов информации и распространение их среди пользователей – участников группы «мультивещания». В этих же узлах, как видно из рисунка, могут быть аналогично созданы условия для распространения информации тем же получателям, но уже с сервера 2. Такой переход от одного источника информации к другому, при неизменном составе получателей, может быть осуществлен для них незаметно.

Однако наиболее жесткое требование, предъявляемое возможностями сети Интернет к распространяемой по сети информации, это ограниченная скорость потока. Дело в том, что по статистике подавляющее большинство пользователей сети Интернет способны общаться с сетью с помощью модема и телефонной линии, т.е. по технологии «dial-up». Скорость передачи информации при этом составляет в среднем 33 кбит/с. Это определяет требования к способу кодирования информации, которое должно обеспечить передачу ТВ программы с заданной скоростью. Разработка стандарта MPEG-4, позволяющего эффективно сокращать цифровой поток передаваемого изображения, в своем низкоскоростном уровне (Very Low Bitrate Video, VLBV) допускает передачу изображений небольшого формата со скоростями от 5 до 64 кбит/с, что соответствует среднестатистическим скоростям в сети Интернет.

 

Контрольные вопросы

1. Характеристики систем цифрового вещания.

2. Тв системы высокой четкости.

3. Тв система PAL-plus.

4. Принцип передачи ТВ сигналов в стандарте МАС.

5. Интерактивная сеть ТВ вещания.

6. Передача дополнительной информации по системе телетекст.

7. Передача ТВ программ по сети Интернет.