На 23/29 заседании Комиссий рсс по эмс рэс и рв 20. 09. 2007 г

Вид материала

Документы

Содержание Преимущества стандарта H.264/AVC Сценарий применения Выбор стандартов сжатия и вещания. Принципы построения систем цифрового наземного телевизионного вещания в стандарте H.264/MPEG-4 AVC

Подобный материал:

• Vii международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, 50.03kb.
• Осрб 1-39 02 01-2007, 772.89kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «конструирование и технология рэс» Цикл, 170.35kb.
• Тенденции развития конструкций рэс, 129.99kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины основы компьютерного проектирования рэс направление, 193.97kb.
• Холодная штамповка является одним из прогрессивных методов получения узлов и деталей, 263.85kb.
• Справка об участии администраций связи рсс в праздновании 65-й годовщины Победы в Великой, 82.72kb.
• Осрб 1-39 02 02-2007, 761.48kb.
• Соблюдение законности в деятельности административных комиссий, 91.48kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «основы компьютерного проектирования и моделирования, 154.52kb.

ОДОБРЕНЫ

на 23/29 заседании Комиссий РСС

по ЭМС РЭС и РВ 20.09.2007 г.



Предложения по применению стандарта сжатия MPEG-4

(Стандарт ITU-T H.264/MPEG-4 Part 10 AVC)


Стандарт ITU-T H.264/MPEG-4 Part 10 AVC (сокращенно - H.264/AVC) является новой перспективной технологией кодирования и сжатия аудио-визуальной информации. Эффективность сжатия стандарта H.264/AVC выше, чем стандарта MPEG-2 при равном визуальном восприятии.

Стандарт H.264/AVC был разработан не зависимым от транспортного уровня используемых систем передачи. Поэтому доставка информации в стандарте H.264/AVC может осуществляться по любым действующим системам передачи и вещания, включая: системы с IP-протоколами (в том числе для потоковой доставки), транспортные потоки систем вещания в стандарте MPEG-2, а также специфические форматы файлов H.264/AVC для их хранения и обработки на серверах.

Таким образом, существующие сети цифрового ТВ вещания стандарта MPEG-2 напрямую подходят для передачи пользователям программ в стандарте H.264/AVC, число которых в мультиплексе будет больше.

Для перехода на вещание в стандарте H.264/AVC требуется стандартизация на международном уровне оконечного оборудования: цифровых студий и декодеров абонентских приемников. Для трактов передачи транспортных потоков потребуется специфическая поддержка стандарта H.264/AVC статистическими мультиплексорами, в которых производятся операции декодирования и сжатия информации программ.

Преимущества стандарта H.264/AVC

При одинаковом качестве изображения стандарт H.264/AVC требует примерно вдвое меньшей скорости цифрового потока, чем MPEG-2. Это позволяет либо увеличить число ТВ программ стандартной четкости (SDTV), либо осуществлять передачу программ ТВЧ (HDTV).

В отличие от MPEG-2 стандарт H.264/AVC позволяет передавать изображения с пониженным разрешением (1/16 стандартного разрешения) на очень малых скоростях цифрового потока. Это позволяет организовать передачу ТВ программ низкой четкости на мобильные телефоны, КПК, ТВ приемники в автомобилях и т.п.

Возможности стандарта H.264/AVC по сжатию изображений различного качества приведены в таблице

Таблица

Выбор стандартов сжатия и вещания.

В ряде европейских стран в настоящее время развернуто и функционирует большое количество передающих сетей, основанных на технологии MPEG2. В таких общедоступных сетях цифрового ТВ вещания при уже установленных приставках и декодерах MPEG-2 переход на стандарт H.264/AVC будет затруднен в течение многих лет, пока активно используются имеющиеся приставки MPEG-2.

Кроме того, это будет также тормозить внедрение ТВЧ в стандарте H.264/AVC. Возможные альтернативы: перезагрузка нового программного обеспечения для декодирования H.264/AVC, установка в приставки дополнительных модулей (декодирующих или преобразующих стандарты). Самой мягкой альтернативой замене приставок MPEG-2 является дублирование цифрового ТВ вещания в стандартах MPEG-2 и H.264/AVC, но это возможно только при наличии свободных радиочастот, высвобождаемых по мере отключения аналогового вещания.

В сетях платного цифрового ТВ вещания ситуация сильно отличается. В этом случае вещатели могут координировать обновление декодеров своих абонентов. Но по финансовым соображениям, этот перенос может быть начат только после амортизации первоначального оплаченного оборудования, т.е. через несколько лет после ввода его в эксплуатацию. Во всех случаях следует предоставлять пользователям полную ясность относительно перспектив развития цифрового вещания и возможностей использования оборудования.

В то же время страны, которые только начинают массовое внедрение систем НЦТВ, находятся в выигрышном положении, поскольку перечисленные выше сложности, связанные с необходимостью модернизации или замены действующих сетей при переходе к MPEG4, отсутствуют.

Очевидная реальность состоит в том, что в начале большинство телезрителей будут использовать свои уже имеющиеся аналоговые телевизоры и цифровые приставки к ним. Покупку более дорогих гибридных и полностью цифровых телевизоров, в первое время, смогут позволить себе немногие. Поэтому, чтобы минимизировать затраты телезрителей в течение первых несколько лет, не затормозив внедрение ТВЧ, предлагаемые населению цифровые приставки должны иметь опции, необходимые для получения как действующих, так и перспективных услуг, т.е., в первую очередь, должны поддерживать стандарт H.264/AVC в вариантах для телевидения стандартной четкости (ТСЧ) и высокой четкости (ТВЧ).

Применение декодеров H.264/AVC в оконечных устройствах в настоящее время оправдывается также существованием систем передачи цифровых ТВ программ (ТСЧ и ТВЧ) в этом стандарте по сетям ADSL с пропускной способностью 4...6 Мбит/с. Считается, что современные модемы-декодеры ADSL должны поддерживать декодирование в стандартах MPEG-2 и H.264/AVC с помощью одного и того же программного обеспечения, что устранит сложности при переходе от MPEG-2 к H.264/AVC.

Следует учитывать, что при развертывании сетей мобильного телевидения стандарта DVB-H все проводимые разработки и эксперименты основываются на стандарте H.264/AVC, как на более эффективном.

Принципы построения систем цифрового наземного телевизионного вещания в стандарте H.264/MPEG-4 AVC

В настоящее время в мире наблюдается повышенный интерес к кодированию и цифровому вещанию ТВ программ в стандарте H.264/MPEG-4 AVC. Например, во Франции принято решение правительства об организации платного цифрового ТВЧ вещания в стандарте H.264/MPEG-4 AVC и что такое вещание уже практически осуществляется с сентября 2005 г.

Известно, что в мире имеется также ряд предложений и проведенных экспериментов по использованию стандарта H.264/MPEG-4 вместо стандарта MPEG-2 для кодирования ТВ изображений стандартной четкости.

В связи с этим системы цифрового ТВ вещания, в которых используется алгоритм сжатия H.264/MPEG-4 AVC, имеют определенные перспективы развития. В таких системах возможны передача ТВ программ высокой четкости (ТВЧ) и повышенного числа программ стандартной четкости, что позволяет предоставлять зрителям новые услуги и эффективнее использовать частотный ресурс. При переходе на цифровое ТВ вещание необходим учет всех аспектов цифрового вещания ТВ программ в стандарте H.264/MPEG-4 AVC как альтернативы стандарту MPEG-2.

Переход на цифровое ТВ вещание предпочтительно проводить на уровне отдельных регионов по мере их готовности. Можно, в качестве примера, предложить схему распределения и трансляции цифровых ТВ программ для отдельно взятого региона с численностью семей порядка 300-350 тысяч. Структура такой типовой сети представлена на приведенном ниже рисунке 1. Общий смысл идеи состоит в том, что блок центральных программ распределяется по спутниковым каналам в формате MPEG-2 (что имеет место, чаще всего, в настоящее время). Но в региональном центре эти программы конвертируются в формат MPEG-4 и мультиплексируются с другими региональными программами (как высокой, так и стандартной четкости), изначально кодируемыми в формате MPEG-4. В принципе, в зависимости от доступных ресурсов, в регионе может быть сформировано несколько цифровых мультиплексов в MPEG-4, включающих программы высокой и стандартной четкости. Затем эти мультиплексы должны распределяться населению по сетям цифрового наземного и кабельного ТВ вещания. Загрузка передатчиков региональной одночастотной сети цифрового ТВ вещания может осуществляться по спутниковым трактам (что отражено на схеме) или по волоконно-оптическим кабелям.

В то же время нужно отметить, что в целях повышения качества конечного изображения, получаемого потребителем, желательно избегать повторной компрессии ранее сжатых цифровых сигналов, или по возможности уменьшать количество узлов в сети распределения программ, в которых такая компрессия происходит. В этих условиях целесообразно при наличии технической возможности строить всю сеть доставки программ на основе H.264/MPEG-4 AVC. При отсутствии такой возможности, альтернативой может являться использование оптимизированных кодеров, осуществляющих перекомпрессию MPEG2-MPEG4 с минимальными потерями качества изображения.



Рис. 1.

Структура типовой сети передачи программ в стандарте MPEG4
при распределении программ в первичной сети в стандарте MPEG2.


При использовании любых методов компрессии ТВ программ важным вопросом является качество. И MPEG2, и H.264/MPEG-4 относятся к технологиям сжатия с потерями информации. Это значит, что утраченные однажды вследствие сжатия детали изображения невозможно восстановить. Современные технологии сжатия позволяют добиться очень высоких показателей по снижению скорости цифрового потока, но при этом в итоге можно получить изображение, значительно уступающее по качеству изображению аналогового ТВ при хороших условиях приема, особенно для динамичных сцен. Можно ожидать, что операторы в погоне за увеличением количества программ в одном мультиплексе, будут стараться повысить уровень компрессии до пределов заметности артефактов сжатия. Кроме того, на качество сжатого изображения при одном и том же потоке сильно зависит от модели используемого кодера и реализованных в нем алгоритмов. Чем совершеннее кодер, тем выше, как правило, его цена, что при большом количестве программ позволит вещателю сэкономить значительные средства за счет установки дешевого оборудования с простыми алгоритмами сжатия. Разумеется, за счет качества изображения и звука.

Сопоставление такого чрезмерно сжатого, низкокачественного цифрового изображения с аналоговым ТВ может в итоге дискредитировать среди населения всю идею цифрового вещания как такового. Особенно сильно такая опасность проявляется при сочетании общедоступных и коммерческих программ в пределах одного мультиплекса. Скажем, если оператор обязан транслировать 5 общедоступных программ и 5 коммерческих, у него всегда будет существовать соблазн повысить качество коммерческих программ за счет сокращения полосы пропускания, выделяемой для общедоступных. Это может делаться и скрыто, с использованием статистического мультиплексирования. Поэтому важно нормировать минимальную битовую скорость для передачи программы стандартного качества (SDTV) в стандартах как MPEG2, так и MPEG4. Практические эксперименты с имеющимися в настоящее время моделями кодеров показывают, что для обеспечения качественного вещания одной ТВ программы в SDTV в стандарте H.264/MPEG-4 требуется не менее 2,5 Мбит/с, а в стандарте MPEG2 – 4,5 Мбит/с. Использование статистического мультиплексирования с переменной скоростью кодирования сигнала (VBR) позволяет немного снизить эту величину без потери качества, но только при тщательной настройке оборудования.

Таким образом, внедрение технологии сжатия H.264/MPEG-4 позволит увеличить количество передаваемых программ в пределах одного мультиплекса (при фиксированном приема 64 КАМ, 24 Мбит/с) с 4-5 до 9-10 программ стандартного качества. В настоящее время в большинстве городов количество принимаемых аналоговых ТВ программ не превышает 10-и. Таким образом, использование современного оборудования и технологий, основанных на MPEG4, позволит обеспечить дублирование всех принимаемых населением программ в средствами одного мультиплекса, что не только позволит сэкономить частотный ресурс, но и открывает путь к модели перехода от аналогового к цифровому вещанию «за два шага». При этом на первом шаге в пределах региона обеспечивается трансляция всех ТВ программ в цифровом формате, а на втором шаге (после распространения цифровых приставок у населения) – выключение аналоговых передатчиков и использование освободившегося частотного ресурса для трансляции дополнительных программ в цифровом формате и перехода на ТВЧ.

Переход на ТВЧ облегчается при условии поддержки приемниками всех профилей H.264/MPEG-4 вплоть до 1920x1080, 24/25p. С целью обеспечения перехода на ТВЧ целесообразно распределять в регионах только ТВ приставки, позволяющие принимать ТВЧ в стандарте MPEG4. В этом случае в одном мультиплексированном канале можно будет передавать до 3-х программ ТВЧ, а при развитии технологий компрессии – возможно и более.

Рекомендации по применению стандарта сжатия MPEG-4 могут быть следующими:

• использование более совершенного стандарта сжатия H.264/MPEG-4 позволяет существенно повысить эффективность использования радиочастотного ресурса и облегчить переход к цифровому вещанию;

• при использовании оборудования, поддерживающего H.264/MPEG-4 может быть осуществлен безболезненный переход от телевидения стандартной четкости к телевидению высокой четкости, без необходимости обязательных дополнительных затрат со стороны пользователя;

• переход к технологии эффективного сжатия видеоданных является объективной необходимостью и неизбежен в будущем, даже если его откладывать в настоящее время. Странам РСС, не имеющим большого парка приемного оборудования MPEG2 целесообразно при внедрении НЦТВ ориентироваться на MPEG4;

• АС РСС целесообразно принять решения, ограничивающие закупку и использование оборудования НЦТВ, не поддерживающего стандарт H.264/MPEG-4 (включая профили ТВЧ);

• в виду потенциально большого объема закупок приемного оборудования, его широкой номенклатуры и возможного появления проблем совместимости оборудования разных производителей между собой, подготовить документы по техническому регулированию использования передающих и приемных средств НЦТВ и их технических характеристик;

• максимально унифицировать национальные стандарты по цифровым системам доставки и распределения программ НЦТВ, разработать нормы на минимальное гарантированное качество цифровых ТВ программ общего доступа с учетом компрессии видео и аудиосигнала.