Захотелось на минуточку вернуться к теме цифрового телевидения. На эту тему я писал и ранее. В контексте сегодняшнего обсуждения особенно интересны вот эти мои статьи:
А вообще, про цифровое телевидение и цифровые технологии, как таковые, у меня существует целая подборка моих статей.
Но сегодня, смотря военную сводку, я вдруг осознал, что вот, например, боевые дроны во время прицеливания передают оператору именно аналоговую картинку, что подтверждается характерной рябью усиливающихся помех при подлёте. То есть, бойцам важен именно аналоговый сигнал, что вселяет в меня надежду, что это не я такой сумасшедший, как меня порой пытались убедить в комментариях к вышеупомянутым статьям, и аналог всё же в приоритете для восприятия, если условия экстремальные.
Скажу сразу, есть другая немаловажная причина аналоговой передачи видеоизображения в момент захода на цель, а именно — аналоговый сигнал приходит с микроскопической задержкой, в то время, как цифровой требует десятки микросекунд для кодирования/декодирования и т.п., что влияет на точность управления. Но одновременно оператор получает другой огромный бонус — способность видеть хоть что-то осмысленное вместо полного цифрового фриза во время радиоподавления или захода за радиогоризонт.
Создатели цифрового телевидения преследовали только одну цель — впихнуть в ограниченный частотный спектр максимальное количество видеоинформации, прикрываясь маркетинговой уловкой — повышение качества картинки. При этом, никто не задумывался о психологии восприятия видеоизображения и о реальной доступности качественного сигнала на отдалённых от антенн территориях.
В городе цифровое телевидение работает прекрасно, потому что оно кабельное. Эфир же таит массу неожиданностей. Если городской житель выиграл при переходе на цифру, то сельский — проиграл. Любая помеха от низколетящего самолёта, изменение качества передачи сигнала от антенны к телевизору при попадании влаги, неспособность конечного пользователя идеально собрать и настроить систему антенна-кабель-телевизор приводит не к ухудшению качества изображения а к его полному прерыванию. И это «эпик фейл» для применения этой технологии в реальной загородной жизни.
Для большинства неискушённых зрителей важно не качество сигнала, а его непрерывность во времени. Человеческий мозг — это великолепная нейросеть, подсознательно достраивающая видеокартинку, если её качество ухудшается, но испытывает сильнейший подсознательный стресс при полном её пропадании. Так сложилось у человека эволюционно.
Качество картинки очень важно до того момента, пока не начинают появляться фризы. Как только мозг хватает первый же фриз, ему уже не нужно никакое качество! Ему нужна непрерывность восприятия.
Да, можно возразить, что в любом отдалённом уголке нашей страны всегда можно чисто технически обеспечить качественный приём без фризов (у меня нельзя, я живу под глиссадой аэропорта Внуково в 2 км от торца ВПП, но речь не обо мне), Технически осуществить можно — определяем и приобретаем правильную антенну, поднимаем её повыше в правильном месте, направляем точно и грамотно, используем новый качественный кабель до телевизора и т.п. Вы серьёзно?
Описываю, как это происходит в реальной жизни у 90% пользователей (например, у нас на даче). А то кое-кто слишком оторвался от реальной жизни.
Дядя Ваня и тётя Клава
Итак, некий дядя Ваня и тётя Клава с 80-х годов прошлого века смотрели на своей даче телевизор, принимая аналоговый сигнал на лыжные палки... ну ладно, пусть Дядя Ваня будет продвинутым пенсионером, и он уже лет 20 ловит сигнал на настоящую антенну, которая даже умеет ловить дециметровый диапазон.
Итак, старый посёлок/дача, загородный участок с небольшим деревянным домиком как у большинства, в окружении могучих деревьев, успевших вырасти за прошедшие десятилетия. Покосившаяся антенна кое-как закреплена на крыше домика. Да, её пару раз срывало снегом и ветром, но дядя Ваня её снова устанавливал и поворачивал в нужную сторону, ориентируясь на крики своей жены, приблизительно совпадающими с максимальным качеством приёма картинки.
Старый чёрный коаксиальный кабель свисал с антенны и через дырку в раме окна заходил в дом. Шифер в плесени и поверхность кабеля в плесени. Всё как и во всех старых посёлках.
Пенсионеры дядя Ваня и тётя Клава довольны природой, выращивают огурцы и помидоры, а вечерами за чаем смотрят новости и развлекательные телепередачи. Да, они не смотрят все 19 эфирных телеканалов (куда им столько). Но им вполне достаточно четырёх-пяти, а то и десяти, качество приёма которых вполне удовлетворительно.
И тут отключают аналоговое телевидение. Пенсионеры звонят детям и те привозят им цифровую телевизионную приставку или (нечасто) новый телевизор. А ещё чаще пенсионеры не беспокоят детей, а сами покупают себе приставки, предварительно вынеся мозги всем своим соседям вопросом, что нужно купить, чтобы всё стало так, как было.
И вот дядя Ваня с новой приставкой, надев очки и изучив инструкцию (будем считать, что дядя Ваня разбирается в радиотехнике и когда-то в молодости даже паял детекторный приёмник) подключает её к антенне и телевизору. Как вы думаете, у него всё заработает?
Чаще всего нет. А почему? А фиг его знает. Может быть всё, что угодно, но сигнала нет совсем, и дядя Ваня даже не знает, где именно сбой. Была бы хоть рябь с проблесками разумной картинки, можно было помять кабель, подёргать то тут то там, и по характеру изменения ряби и проступанию картинки понять, в какую сторону смотреть.
Но нет. картинки нет совсем. И это становится непреодолимым препятствием для пенсионеров. Им проще включать по вечерам радио.
Но дядя Ваня оказался упорным. Он нашёл нового соседа, недавно купившего в посёлке участок, у которого всё сразу заработало. Потому что он сразу купил всё новое — телевизор, кабель и антенну, установил антенну на высокий дом, а все деревья, затеняющие участок, вырубил. Он как бы «перезагрузил» всю систему, и у него всё заработало.
А у дяди Вани денег поменьше, и он не хочет покупать всё то же самое, что у него уже есть, но просто новое. Он же разбирается в радиотехнике, и понимает, что у любой неисправности есть конкретное место. И он мучает соседа, чтобы тот ему помог это место найти. А как тут найдёшь? Может, мокрые от дождя деревья мешают, может, старый коаксиальный кабель, которому 20 лет, даёт такую утечку, что декодировать сигнал невозможно. А может китайская приставка бракованная. А может, антенну залило дождём и увеличило утечку сигнала в ней. А может просто где-то что-то отвалилось в разъёмах при переключении. Индикаторы уровня и качества сигнала (а дядя Ваня докопался и до них) ясности не вносят.
В итоге сосед предлагает ему смотреть телевизор через Интернет и уходит. Через чего? А там есть те же каналы? А как на них настроится? Как, за это ещё и платить надо? Да пошли вы нафиг... И дядя Ваня осуществляет технический дауншифтинг и переходит на радио «Маяк».
Ит такова судьба существенного процента населения которое просто хочет, чтобы у них работал телевизор.
С дядей Ваней всё ясно, он старенький, ему и радио норм. С соседом тоже — он средних лет, и деньги есть на всё новое. И эфирное телевидение себе по привычке сделал, и детям своим Интернет обеспечил, они всё, что хотят, в Интернете смотрят, ему не жалко, благо тарифы на Интернет в России одни из самых низких.
Но сколько в посёлке таких новосёлов? Единицы. А все остальные помидоры выращивают. Ну ладно, не все. Есть ещё деятельные старожилы, которые упёрлись, и таки сумели наладить себе эфирное телевидение, использовав и старую антенну, и старый кабель. Кому с местностью повезло — на пригорке дом, деревья далеко, а кто просто антенную мачту повыше задрал. Ну, упёрлись рогом товарищи, и решили вопрос. И это самые нудные душнилы.
А через год у них фризы начались. Где проблема? Фиг знает. У меня, вот, один раз вода попала в антенну, другой раз кабель воды насосал и сгнил у входа в разветвитель питания. Оба раза перекручивал всю систему, чтобы найти проблему. При аналоговом телевидении проблема становилась заметна раньше и её место выявлялось проще и быстрее.
Есть ли решение? Да!
Конечно, никто аналоговое вещание в эфир возвращать не будет. Но разработчики стандартов в США после своего провального ATSC 1.0 (первого своего стандарта цифрового телевидения) поняли проблему, упорно отрицаемую некоторыми мои читателями, и уже в 2011-м году начали работы по адаптации цифрового сигнала к несовершенству эфира. Они отбросили планировавшийся ранее эволюционный ATSC 2.0, и к 2016-му году с нуля разработали стандарт ATSC 3.0 (NextGen TV).
ATSC 3.0 — это стандарт цифрового эфирного телевидения нового поколения, основанный на интернет-протоколе (IP).
В отличие от устаревшего DVB-T2, где видео передается сплошным потоком битов (MPEG-TS), в ATSC 3.0 видеоконтент передается в виде файловых сегментов по протоколу ROUTE/DASH. Это означает, что телевизор или смартфон скачивает видео из эфира точно так же, как он скачивает видео из интернета. Это позволяет бесшовно «склеивать» эфирный сигнал с интернет-трафиком, докачивая потерянные кусочки видео при помехах.
Для повышения надежности и зоны покрытия стандартом предусмотрена концепция двухслойного вещания «Layered Division Multiplexing» (LDM). С одной телевышки в одной полосе частот одновременно передаются два логических потока данных, но физически это один радиосигнал.
- Нижний слой (Core Layer): Мощный, сверхнадежный сигнал с низким битрейтом. Он содержит полноценное, самодостаточное изображение (обычно SD или даже ниже), которое можно смотреть даже при очень слабом сигнале.
- Верхний слой (Enhanced Layer): Менее мощный сигнал с высоким битрейтом. Он несет дельта-информацию (разницу между HD/4K и базовым слоем). Этот слой не является самостоятельным изображением. Без опоры на Core Layer он представляет собой цифровой «мусор».
Благодаря IP-транспорту приемник воспринимает оба слоя как части одного набора данных. При хорошем сигнале приемник «складывает» данные из обоих слоев, выдавая картинку 4K HDR. При ухудшении сигнала (гроза, удаление от вышки) верхний слой отваливается бесшумно и без задержки, но зритель продолжает видеть четкую, стабильную картинку из Core Layer. В отличие от DVB-T2, где потеря сигнала вызывает фриз (застывание кадра) или черный экран, в ATSC 3.0 происходит плавная деградация изображения без прерывания трансляции.
Когда Россия решила переходить на цифру, и выбирался стандарт (это были 2008–2012 годы), такой технологии ещё не было. Были попытки повысить стабильность приёма у японцев, но их решение неэффективно использовало частотный спектр — сигнал с низким битрейтом и сигнал с высоким битрейтом были самостоятельными отдельными сигналами, и устройство при плохом приёме просто полностью переключалось на сигнал с низким битрейтом. Кроме того, у Японцев была другая сетка частот, несовместимая с Российской. Поэтому этот вариант был отклонён.
Китайские варианты в то время были ещё очень сырыми. В 2010 году китайские алгоритмы подавления эхо-сигнала (от переотражений высоток) сильно уступали европейским. В условиях плотной застройки Москвы и Питера это был критический минус. Несмотря на дешевизну этого варианта, он тоже был отклонён.
А вот европейский вариант нам подошёл. Изначально (ФЦП 2009 г.) вся страна готовилась к переходу на DVB-T. Были даже закуплены первые сотни тысяч приставок. Но в 2010-2011 гг. выяснилось, что в диапазоне 700-800 МГц (который отдали под цифру) работают военные системы связи и аэронавигация. Их вывод шел медленно. В оставшемся диапазоне (470-690 МГц) физически не влезало 20 каналов в стандарте DVB-T при хорошем качестве.
Стандарт DVB-T2 (утвержден как раз в 2009 году в Европе) обещал +30-50% емкости за счет новых алгоритмов модуляции. Поэтому в 2011 году было принято решение отказаться от устаревающего DVB-T и сразу перейти на только что появляющийся DVB-T2. Россия была первой в мире страной, которая внедрила DVB-T2 в национальном масштабе с полным охватом по федеральной программе. На тот момент это был лучший вариант в мире.
Когда в 2016 году ATSC 3.0 показал свои возможности, в России уже 5 лет закупались миллионы приставок DVB-T2 и обратного пути не было. Первой страной в мире, внедрившей ATSC 3.0, была в 2017-м году Южная Корея (к Олимпиаде в Пхёнчхане). В США этот стандарт внедряется с 2020-го года. Также этот стандарт внедряется на Ямайке. ATSC 3.0 также тестируют в Канаде, Бразилии, Мексике и Тринидад и Тобаго. Обсуждают стандарт в Индии.
К сожалению, в 2008-2012 годах Россия не разработала свои стандарты, не произвела своё оборудование. Расчёт делался только на закупку импортного. В наши дни ситуация в промышленной политике изменилась, и уже можно было бы подумать о своём стандарте с поддержкой слоёв и IP-протоколов.
Можно было бы подумать о переходе и на ATSC 3.0 (или его потомка, который будет на момент решения о переходе), но отчисления за него в несколько раз выше, чем за DVB-T2. Но есть альтернатива.
5G Broadcast (FeMBMS)
Россия недавно пережила переход на DVB-T2, что из-за сложностей перехода привело к большому оттоку зрителей в Интернет. Приходящее поколение пенсионеров — это уже поколение Интернета. Многие сегодня считают, что к тому моменту, как Россия будет готова к действительно качественному скачку на некий следующий стандарт (не мягкая эволюция с совершенствованием кодеков, а реально что-то новое), то это будет уже просто Интернет.
Но, судя по всему, не всё будет развиваться так, как предполагают молодые любители Интернета, которые не понимают смысла отдельного телевещания. Есть очень примечательная технология, которая, скорее всего, и заменит у нас DVB-T2 в будущем — вещание вне Интернета но с использованием транспортного протокола IP, как в Интернете (похожая, кстати, на американский ATSC 3.0 — там тоже транспортный уровень реализован с помощью IP).
Для этого будут использоваться сотовые вышки и/или существующая инфраструктура телевизионных ретрансляторов. Технология называется 5G Broadcast (FeMBMS), так что в случае использования существующей инфраструктуры ретрансляторов это вполне себе прямая замена DVB-T2.
Сам принцип файлово-сегментной (пакетной) передачи информации упрощает борьбу с фризами по сравнению с непрерывным потоковым вещанием (как в DVB-T2). Этот механизм схож с тем, как работают современные сервисы видеоконференций через Интернет, однако в эфирном 5G Broadcast восстановление данных происходит в первую очередь без запросов в сеть — за счет встроенной избыточности (FEC), и лишь при необходимости возможна докачка из Интернета.
Кстати, именно из-за недавнего исхода абонентов телевидения в Интернет, технология 5G Broadcast (FeMBMS), даже будучи реализованной через сотовые вышки мобильной связи, могла бы не то, что загрузить, а существенно разгрузить мобильные сети, потому что вместо одного сегодняшнего потока трансляции для каждого телезрителя транслировался бы один поток на всех телезрителей, подключившихся к соте.
В трансляции через сотовые вышки есть много нюансов. Важно не просто транслировать все 20 бесплатных каналов вышками сотовой связи 24 на 7, а включать отдельный канал/каналы на конкретную антенну в зависимости от количества подключившихся к ней сотовых абонентов и выбранных ими каналов. Стандарт предусматривает такое гибкое управление. Это экономит ресурсы.
Если в городах 5G Broadcast (FeMBMS) будет транслироваться сотовыми вышками, то в сельской местности с неполным сотовым покрытием — как уже упоминалось выше, через существующие ретрансляторы цифрового телевидения на существующих у них частотах.
Заключение
Итак, резюмируя. Россия в 2008-2012 годах поторопилась с переходом на цифровое эфирное вещание и не дождалась действительно проработанного стандарта, учитывающего специфику психологию восприятия видеопотока человеком. Также не дождалась времени, когда разработка своего стандарта и производство собственного оборудования перестали бы восприниматься чем-то фантастическим как это уже воспринимается сегодня.
Вместе с тем, сейчас самостоятельно разрабатывать стандарт типа ATSC 3.0 уже не имеет большого смысла, потому что подобный стандарт уже есть, и это 5G Broadcast (FeMBMS).
Следующий вопрос — с элементной базой и оборудованием. Самостоятельно разработать оборудование, кодеки и т.п можно, но это очень долго и затратно. Вероятно, Россия пойдёт по традиционному для себя сегодня пути — покупка лицензии на производство необходимого оборудования и элементную базу для него в Китае в порядке постепенного трансфера технологий с заменой в перспективе основного микропроцессора на чип российской разработки, как положено по закону, когда чип появится.
Я думаю, что вначале (в ближайшее десятилетие) 5G Broadcast (FeMBMS) будет реализован через сотовую связь, потому что это со всех сторон экономически более целесообразно. Замена же DVB-T2 на 5G Broadcast (FeMBMS) на частотах телевещания — дело более отдалённого будущего.
А вы как считаете? Жду ваших ответов и дискуссий в комментариях. Ставьте нравлики и подписывайтесь на мой канал. Также буду благодарен за донаты :-) Удачи!