ПРОЕКТ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ ОТРАСЛЕВОГО ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ РАО "ГАЗПРОМ"

Введение

Сеть телевизионного вещания России в настоящее время обеспечивает весьма ограниченный охват телевизионными программами населения Российской Федерации: одной программой и более - 98,4%, двумя и более - 95,2%, тремя и более - 60%, четырьмя и более - 26%, пятью и более - 12%. В эти данные не включены возможности более ста коммерческих телецентров, оборудованных в городах России с общим населением более 75 миллионов человек.

Обследование показывает, что даже с учетом развивающихся коммерческих телевещателей российский потребитель имеет возможность принимать в 3-10 раз меньше программ телевидения, чем жители развитых в промышленном отношении стран.

Таким образом, организация отраслевого телевидения РАО "Газпром" и введение на его основе новых программ телевидения общероссийского уровня (с охватом основной части территории России) является в настоящее время бесспорно актуальной и найдет потребителей.

В настоящее время Российским акционерным обществом "Газпром" принято решение о создании силами АО "Газком" системы отраслевого цифрового телевидения на базе действующей системы спутниковой связи "Ямал", работающей в С-диапазоне по принципу фиксированной спутниковой службы FSS (Fixed Satellite Services) и которая до вывода в 1997 году на геостационарную орбиту двух собственных ИСЗ "Ямал" нового поколения будет использовать арендуемый спутниковый ретранслятор геостационарного космического аппарата (КА) "Горизонт", 103о восточной долготы.

Реализация проекта создания современной системы многоканального цифрового спутникового телевизионного вещания позволит охватить новым высококачественным телевизионным обслуживанием не только население Российской Федерации, но и 25 миллионов русскоязычного населения ближнего зарубежья, предоставляя им и центральные (федеральные) каналы, и лучшие западноевропейские и местные телепрограммы.

Создаваемая АО "Газком" спутниковая распределительная система распространения телевизионных сигналов строится, как и система спутниковой связи "Ямал", по схеме фиксированной спутниковой службы FSS и рассчитана на передачу от одной до четырех высококачественных телевизионных программ в одном стволе спутникового ретранслятора.

Развертывание распределительной системы телевещания на основе средств спутниковой системы связи "Ямал" предусматривает следующие темпы увеличения зоны охвата:

Зона охвата при полном развертывании средств создаваемой системы транспортировки и трансляции телевидения должна включать в себя не менее 80% территории Российской Федерации, а также территории стран - членов СНГ, Латвии, Эстонии, Литвы и в перспективе территории стран Центральной и Западной Европы - Польши, Венгрии, Чехии, Словакии, Болгарии, Румынии, Австрии, Германии, Франции.

К концу 1996 года телевидением РАО "Газпром" должны быть охвачены около 50 крупных городов европейской части Российской Федерации. К середине 1996 г. должна быть развернута опытная зона системы распространения, которая обеспечит охват отраслевым телевидением Тюменской области и полуострова Ямал (города Ямбург, Новый Уренгой, Надым и Ухта), а также городов Москва, Петербург и Астрахань.

Ресурс арендуемого космического сегмента должен обеспечивать в 1996 году возможность вещания в базовой сети системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром" не менее 4-х часов ежесуточно. Затем (после запуска спутниковых ретрансляторов "Ямал") предусматривается увеличение времени передач к концу 1997 году до 12 часов в сутки и переход к круглосуточной передаче в 1999 году (с учетом технологических перерывов).

Проект создания отраслевого цифрового телевидения РАО "ГАЗПРОМ"

В настоящее время во всем мире в системах распределения телевизионных программ и непосредственного телевещания наметился переход на цифровые методы передачи. Разработан стандарт на цифровую передачу телевизионных сигналов вещательного качества с высокой степенью сжатия и устранения избыточности MPEG-2 (MPEG - Motion Picture Expert Group). Завершается разработка общеевропейского стандарта DVB (Digital Video Broadcasting) на цифровое телевещание.

При подготовке проекта создания отраслевого цифрового телевидения РАО "Газпром" были учтены неоспоримые преимущества цифровых методов передачи перед аналоговыми, а также последние достижения мировой практики в этой области.

Основным достоинством цифровых методов MPEG-2 является очень высокая степень сжатия видеоинформации (с 218 Мбит/с до 1,5-15,0 Мбит/c), что позволяет передать через один ствол спутника (в зависимости от параметров спутникового тракта) от 3 до 8 программ вместо одной - при сохранении высокого качества передачи. Соответственно уменьшаются удельные затраты на телеканал по аренде спутникового ресурса. Другим достоинством является возможность многократной ретрансляции и скремблирования цифровых телевизионных программ практически без потери качества. К немаловажным достоинствам стандарта MPEG-2 следует отнести и его гибкость, которая позволяет плавно изменять скорость передачи цифровой информации в канале связи при соответствующем изменении качества декодированного изображения, приспосабливаясь к требованиям конкретного потребителя.

Рис. 1. Зависимость качества декодированного ТВ изображения от скорости передачи цифровой информации при сжатии методом MPEG-2 (усредненная субъективная оценка)

По данным одной из ведущих фирм в области цифрового телевидения - Scientific Atlanta (США) - зависимость качества декодированного изображения от скорости передачи цифровой информации в канале связи цифровой телевизионной системы с кодированием по стандарту MPEG-2 имеет вид, представленный на рис. 1.

Из него видно, что для спутниковых телевизионных распределительных систем MPEG-2, реализующих принципы фиксированной спутниковой службы FSS (с приемом спутниковых сигналов на профессиональные земные станции связи), требуемое качество декодированого телевизионного изображения обеспечивается при скорости передачи цифровой информации примерно 8 Мбит/с. Это позволяет передавать через стандартный спутниковый канал связи с полосой 27 МГц четыре программы цифрового телевидения, что и было заложено в качестве основного показателя в проекте создаваемой системы транспортировки и трансляции отраслевого цифрового телевидения РАО "Газпром".

Рис. 2. Схема организации отраслевого телевидения РАО "Газпром"

Общая схема построения системы транспортировки и трансляции отраслевого цифрового телевидения РАО "Газпром" приведена на рис. 2.

Система отраслевого телевидения включает в себя спутниковый ретранслятор (КА "Горизонт" 103о в.д. с последующей заменой на КА "Ямал" 75о в.д.), центральную земную передающую станцию спутникового телевидения, передающий телевизионный комплекс с аппаратурой цифрового сжатия до четырех телевизионных программ по стандарту MPEG-2, станцию приема и ретрансляции европейского цифрового телевидения DVB, сеть земных приемных станций спутниковой связи (сеть "Ямал") с профессиональными цифровыми тюнерами спутникового телевидения MPEG-2 и местные сети вторичного распределения телевизионных программ.

Программа реализации проекта создания отраслевого телевидения РАО "Газпром" разбита на четыре этапа.

Этап 1 (первое полугодие 1996 года). Создание опытной зоны системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром":

Этап 2 (второе полугодие 1996 года). Развертывание базовой сети системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром":

Этап 3 (1997 год). Перевод системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром" для работы через космический аппарат "Ямал":

Этап 4 (1998 - 1999 гг.). Полномасштабное развертывание системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром":

Выбор и проведение испытаний цифрового телевизионного оборудования для системы отраслевого телевидения РАО "ГАЗПРОМ"

С учетом требования ускоренного начала телевизионного вещания в опытной зоне создаваемой системы распространения в начале 1996 года будет использоваться хорошо апробированный метод аналоговой передачи по спутниковому каналу с ЧМ-модуляцией, а начиная со второй половины 1996 года планируется осуществить переход на перспективные цифровые методы передачи сигнала телевидения по стандарту MPEG-2 (международный стандарт ISO / IEC 13818) в соответствии с рекомендациями общеевропейского проекта цифрового телевизионного вещания DVB.

Цифровая обработка сигнала позволяет передавать в одном стволе ретранслятора с полосой пропускания 27 МГц до 4-х телевизионных программ одновременно при повышении качества передачи и существенном снижении общих затрат на трансляцию.

Малый практический опыт (на территории России пока еще нет действующей сети такого типа) и наличие большого числа зарубежных фирм-производителей цифрового телевизионного обрудования MPEG-2 (Scientific Atlanta, FUBA, NTL, Thomson BCS, General Instruments, Vistek, NEC и т. д.) требует проведения экспериментальной проверки работы аппаратуры цифрового телевидения в натурных условиях для выбора оборудования конкретного производителя, наиболее полно отвечающего условиям работы на территории Российской Федерации.

Одной из задач проведения комплексных испытаний цифрового телевизионного оборудования, которые будут проводиться в 1996 году в составе спутниковой системы связи "Ямал", является техническое обоснование базовой сети цифрового спутникового телевидения РАО "Газпром".

Испытания цифрового телевизионного оборудования будут проводиться по двухточечной схеме с пространственным разнесением передающей и приемной земных станций.

Схема проведения испытаний предполагает установку комплекса современной аппаратуры цифрового сжатия

MPEG-2 на земной приемо-передающей станции космической связи на здании РАО "Газпром" (Москва, ул. Наметкина). Там же должен быть установлен профессиональный цифровой спутниковый ресивер с соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой. Аналогичный спутниковый ресивер с комплектом контрольно-измерительной аппаратуры будет установлен на действующей приемной земной станции в городе Югорске. В качестве спутникового канала связи для передачи цифрового телевидения будет использоваться 10-й ствол спутникового ретранслятора "Горизонт" с точкой стояния 103о восточной долготы.

Технические характеристики цифрового спутникового телевизионного тракта будут оцениваться в соответствии с правилами технической эксплуатации средств вещательного телевидения (ПТЭ-95) Управления сетей, радиосвязи и радиовещания Министерства Связи РФ и требованиями рекомендаций МККР Rec. 473-5 и 505-4 ITU-R.

Испытания будут проводиться в три этапа:

• Испытания цифрового телевизионного оборудования с задействованием спутниковых каналов связи сети "Ямал" будут проводиться с использованием методик и программ испытаний, согласованных с фирмами-поставщиками цифрового телевизионного оборудования.

  В ходе испытаний будут решены следующие задачи:

• n экспериментальное подтверждение возможности нормального функционирования современного цифрового телевизионного оборудования в составе спутниковой системы связи "Ямал";
• n отработка организационно-технических мероприятий по реализации в спутниковой системе связи "Ямал" цифровой передачи отраслевого телевидения РАО "Газпром";
• n проверка и экспериментальное подтверждение высоких качественных и технических показателей цифровой передачи телевизионных программ по спутниковым каналам спутниковой системы связи "Ямал";
• n отбор наилучших фирм-производителей, фирм-поставщиков и номенклатуры цифрового телевизионного оборудования, наиболее полно удовлетворяющих требованиям и условиям эксплуатации в составе спутниковой системы связи "Ямал";
• n определение типа и номенклатуры цифрового телевизионного оборудования, а также наилучшего производителя-поставщика этого оборудования по критерию стоимость-эффективность-надежность;
• n демонстрация возможностей высококачественного вторичного распределения принятого и декодированного сигнала цифрового телевидения в местных сетях, в том числе и с использованием цифровых радиорелейных и оптоволоконных линий связи РАО "Газпром";
• n оценка возможностей будущего использования цифрового телевизионного оборудования совместно со спутниковым ретранслятором "Ямал";
• n подготовка технического обоснования на систему и базовую сеть спутникового цифрового телевидения РАО "Газпром".

  Экспертная оценка субъективного качества цифровой передачи телевизионных программ при разных скоростях цифрового потока в спутниковом канале связи будет проводиться с использованием цифровых тестовых видеозаписей Европейского вещательного союза (EBU) в соответствии с требованиями рекомендаций MKKP Rec.500-1 и 802 ITU-R при разных скоростях передачи цифровой информации в канале связи.

  По результатам испытаний должны быть подготовлены проекты контрактных документов на поставку цифрового телевизионного оборудования для системы спутникового цифрового телевидения РАО "Газпром", а также документы на реализацию технического проекта системы распространения и транспортировки телевидения РАО "Газпром" и согласованы технические характеристики проекта с Европейской организацией цифрового телевизионного вещания (DVB).

  Развертывание базовой сети технического комплекса системы распространения и транспортировки телевидения РАО "ГАЗПРОМ"

  
  
  Рис. 3. Схема опытной зоны базовой сети телевидения РАО "Газпром"
  
  Развертывание базовой сети технического комплекса системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром" в первую очередь включает в себя развертывание сети приемных станций цифрового телевидения по стандарту MPEG-2.

  Число цифровых телевизионных каналов в базовой сети цифрового телевидения должно быть равно четырем (один канал резервный). Качество приема изображения и звукового сопровождения в базовой сети цифрового телевидения по каждому каналу должно быть не хуже 4,8 по стандартной пятибалльной шкале качества МККР (Rec. 500-1 и 562-3 ITU-R) при использовании стандартных испытательных видеосюжетов, специфицированных в приложении к рекомендации МККР Rec. 802. Метод уплотнения цифровых телевизионных каналов в базовой сети цифрового телевидения - MCPC (множество каналов на одну несущую).

  В базовой сети цифрового телевидения предусматривается возможность работы в режиме SCPC (один канал на одну несущую), обеспечивающем передачу одной телевизионной программы.

  Цифровое телевизионное оборудование базовой сети цифрового телевидения совместимо с системой MPEG-2 (MP@ML) и удовлетворяет требованиям международного стандарта ISO/IEC 13818 и Европейской организации по цифровому телевизионному вещанию DVB.

  В базовой сети предусматривается режим скремблирования программ цифрового телевидения в соответствии с требованиями стандарта DVB-CI.

  Требования к входному и выходному аналоговому телевизионному сигналу базовой сети цифрового телевидения - в соответствии с ГОСТ 8845-92 и рекомендацией МККР Rec. BT.601 ITU-R.

  Частотный диапазон космического сегмента базовой сети цифрового телевидения - С (4/6 ГГц). Полоса частот спутникового радиотракта базовой сети цифрового телевидения - 36 или 27 МГц (возможность преимущественного использования полосы 27 МГц будет уточнена по результатам выполнения 1-го этапа работ). Вид используемой модуляции в спутниковом радиотракте базовой сети цифрового телевидения - QPSK (четырехкратная фазовая манипуляция).

  Радиотехнические требования к спутниковому радиотракту базовой сети цифрового телевидения (неравномерность амплитудно-частотной характеристики и неравномерность характеристики группового времени задержки) отвечают международным требованиям МККР и МККТТ на спутниковые системы цифрового телевидения MCPC.

  Метод канального кодирования при передаче цифровой информации в спутниковом тракте базовой сети цифрового телевидения отвечает требованиям международных стандартов DVB-S и ETS 300 483. Структура цифрового потока в базовой сети цифрового телевидения отвечает требованиям международного стандарта ISO / IEC 13818-4.

  Первым этапом работ по развертыванию базовой сети системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром" является создание опытной зоны спутникового телевизионного вещания, схема которой приведена на рис. 3.

  В состав опытной зоны входят местные распределительные сети, подключенные к дооснащенным телевизионным оборудованием действующим земным станциям связи АО "Газком" в городах севера России - Ямбурге, Югорске, Новом Уренгое, Надыме и Ухте, а также в двух крупных городах - Санкт-Петербурге и Астрахани. Для передачи телевизионных программ на космический ретранслятор "Горизонт" задействуется арендуемая земная передающая станция СКС-2 ГПКС г. Дубна.

  Дальнейшее расширение базовой сети предполагает охват телевизионным вещанием РАО "Газпром" около 50 городов Российской Федерации.

  Развертывание базовой сети технического комплекса системы транспортировки и трансляции телевидения РАО "Газпром" в качестве основного элемента включает в себя оснащение московской зоны местного вещания.

  Частотный диапазон московской зоны местного вещания телевидения РАО "Газпром" - дециметровый. Число телевизионных каналов в московской зоне местного вещания телевидения РАО "Газпром" - 1. Радиус действия телевизионного вещания в московской зоне телевидения РАО "Газпром" - 40 км. Мощность телевизионного передатчика в московской зоне телевидения РАО "Газпром" - 20 кВт. Высота установки телевизионного передатчика в московской зоне телевидения РАО "Газпром" - 100-200 м.

  Заключение

  1. Цифровое телевизионное вещание по стандарту MPEG-2 на базе спутниковой системы связи "Ямал" является сегодня экономичным, быстрым и надежным способом передачи телевизионных программ высокого качества в любую точку обширной территории Российской Федерации.
  2. Преимущества цифровой передачи - использование сжатия телевизионных сигналов и экономия ресурсов бортовых ретрансляторов, что обеспечивает возможность передачи в одном стволе ретранслятора до четырех телевизионных программ одновременно.
  3. Создание системы отраслевого цифрового телевидения РАО "Газпром" с гарантированно высокими качественными показателями требует обязательного проведения всесторонних испытаний цифрового телевизионного оборудования различных фирм-производителей в составе действующей спутниковой системы связи "Ямал".
  4. Требуемые темпы роста телевизионной аудитории в системе отраслевого телевидения РАО "Газпром" будут обеспечены за счет перехода на собственные спутники "Ямал" и наращивания сети земных приемных станций спутниковой связи АО "Газком".