Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового вещательного телевидения

Подождите немного. Документ загружается.

161

мендацию ВТ.1543 необходимо собрать сведения о применениях этого

формата, возможности его использования в различных странах-членах

МСЭ и о технических характеристиках систем, включая результаты

их субъективных испытаний [4.357].

По мнению администрации Ирана [4.359, 4.360], в связи с заинтере-

сованностью ряда стран в стандартизации формата 720р / 50 МСЭ дол-

жен оценить обеспечиваемое им качество изображения, предельные

уровни которого соответствуют системам по Рекомендациям ВТ.601

(стандартное телевидение) и ВТ.709 (ТВЧ).

Следует отметить отрицательное отношение администрации Брази-

лии к международной стандартизации формата 720р / 50, считающей,

что в условиях этой страны наивысшее качество изображения и звука

может быть обеспечено системами по Рекомендации ВТ.709 и нет необхо-

димости в форматах с более низким качеством изображения [4.355].

7 октября 2005 года состоялось специальное пленарное собрание РГ

6Р, посвященное обсуждению предложений по пересмотру Рекоменда-

ции ВТ.1543 и включению в нее формата 720р / 50. На этом собрании

EBU и администрация Великобритании выступили с заявлениями, от-

ражающими изменение их точек зрения, изложенных ранее в [4.344]

и [4.331]. Было отмечено, что указанный формат в действительности

не формат ТВЧ, а превосходит по качеству изображения формат по Реко-

мендации ВТ.601, уступая в этом отношении формату по Рекомендации

ВТ.709. Предлагалось рассматривать формат 720р / 50 как временный

до начала применения формата 1080р / 50 при производстве и архивиро-

вании программ ТВ вещания. Пояснялось, что этот временный формат

предназначен для применения не при излучении сигналов, а лишь при

производстве и международном обмене программами.

Ряд администраций, включая Бразилию [4.355], Канаду [4.357],

Иран [4.359, 4.360] и Японию [4.354], выразили сомнения в целесо-

образности включения формата 720р / 50 в Рекомендацию ВТ.1543.

В связи с отсутствием консенсуса по инициативе Председателя 6-й

ИК была создана дополнительная редакционная группа, разработав-

шая компромиссный вариант проекта новой Рекомендации «Формат

прогрессивного разложения изображения 1280 х 720, 16 х 9 для про-

изводства и международного обмена программами при частоте 50 Гц»

[4.361]. В ней приводились значения параметров оптоэлектронного

преобразования изображения, его характеристики, формат, аналоговое

и цифровое представление видеосигнала. Было показано, что формат

720р / 50 предназначен для использования при формировании сигналов

4.1. ПОДХОД К СТАНДАРТИЗАЦИИ ТВЧ

162

ГЛАВА 4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ТВЧ И ИХ ПРИМЕНЕНИЙ

программ ТВ вещания с повышенным временным и пространственным

разрешением, промежуточным относительно разрешающей способнос-

ти систем по Рекомендациям ВТ.601 и ВТ.709.

Разработанный проект рекомендации после представления на собра-

нии РГ 6Р, состоявшемся 12 октября 2005 года, был аннулирован Пред-

седателем 6-й ИК в связи с замечаниями ряда администраций по поводу

создания редакционной группы без согласия РГ 6Р, т. е. в нарушение

регламента МСЭ. Тем не менее, текст этого проекта, поддержанный EBU

[4.362], был представлен на рассмотрение пленарного собрания 6-й ИК

в октябре 2005 года администрациями Франции, Германии, Норвегии,

Швеции и Великобритании [4.363]. Обсуждение проекта на этом соб-

рании не привело к каким-либо положительным результатам, и было

решено отложить рассмотрение данной проблемы, по крайней мере,

до следующей Ассамблеи радиосвязи.

Точка зрения администрации США относительно применения формата

720р / 50 была изложена в разработанных ею предложениях по широкопо-

лосному цифровому ТВ интерфейсу [4.364, 4.365]. В них отмечается воз-

можность конфликтных ситуаций при международном обмене цифровыми

сигналами программ ТВ вещания в случае использования нескольких фор-

матов изображения, в частности, формата 1280 / 720 / р / 60 (Рекомендация

ВТ.1543) и формата 1280 / 720 / р / 50. Показано, что существуют также фор-

маты, в которых не используется единый формат изображения ТВЧ, рег-

ламентированный Рекомендацией ВТ.709, и в связи с многоформатностью

разложения ТВ изображений возникает необходимость в едином стандарте

по обмену программами с применением указанных выше и других форма-

тов прогрессивного и чересстрочного разложения изображения, включая

форматы 1920 х 1080 (Рекомендация ВТ.709) и форматы для телевидения

стандартного качества (Рекомендации ВТ.601 и ВТ.1358). Излагаются ос-

новные требования к единому формату ТВЧ изображений, с учетом кото-

рых предлагается разработать рекомендации по использованию формата

1920 / 1080 / 16:9 / р / 50 и 60 Гц как основу всех форматов для производства

программ вещания и международного обмена ими. Приводятся предложе-

ния по параметрам изображения, формату и цифровому представлению ви-

деосигнала (Рекомендация ВТ.709, Часть 1) для формата 1920 х 1080 / р / 50

и 60 Гц, а также информация о возможности сопряжения различных фор-

матов для источника ТВ изображения с этим форматом.

Имеется ряд предложений по уточнению следующего определения

ТВЧ, приведенного в Отчете 801-4 «Современное состояние телевиде-

ния высокой четкости» [4.208]:

163

«Система телевидения высокой четкости — это система, которая

предназначена для обеспечения возможности наблюдения изображения

с расстояния примерно трех высот экрана, причем она должна совсем

или почти совсем не влиять на качество воспринимаемого образа, ко-

торый возник бы при наблюдении исходной сцены или действия у тре-

бовательного зрителя с нормальной остротой зрения».

В частности, предлагается дополнить это определение, указав, что сис-

тема ТВЧ включает многоканальное объемное звуковое сопровождение

[4.96, 4.102, 4.104, 4.236].

4.2. ЦИФРОВАЯ ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ТВЧ

Передача цифровых сигналов ТВЧ основывается на рассмотренной

в главе 1 концепции использования в этих целях существующих стан-

дартных радиоканалов наземного вещания, КТВ (концепция ТВЧ 6-7- 8)

и спутникового вещания. Данная задача была решена с помощью ком-

бинированного использования цифрового сжатия (компрессии) сигна-

лов и эффективной многопозиционной модуляции несущих сжатыми

сигналами.

Сложность реализации концепции ТВЧ 6-7-8 усугублялась тем,

что в системах ТВЧ даже при чересстрочной развертке скорость выход-

ного цифрового потока составляет примерно 1-1,2 Гбит / с. Следователь-

но, цифровое сжатие при сохранении высокого качества изображения

ТВЧ должно быть более 50-60.

Расчеты показывали, что лишь при сжатии до 15-20 МГбит / с и ме-

тодах модуляции со спектральной эффективностью 3-4 бит / (с · Гц)

удастся разместить сигналы одной программы ТВЧ в стандартном ра-

диоканале. Поэтому вначале концепция ТВЧ 6-7-8 некоторыми была

воспринята как фантазия, поскольку еще не было уверенности в прак-

тическом достижении таких больших коэффициентов сжатия. В то же

время такая конкретная формулировка задачи в мировом масштабе

консолидировала и стимулировала международные усилия в этой об-

ласти и в итоге оказалась плодотворной.

Действительно, в 1990-1991 годах, благодаря прогрессу цифровых

методов обработки видеоинформации, появлению эффективных мето-

дов предсказания движения, учету ряда специфических особенностей

визуального восприятия ТВ изображений, начали появляться обнаде-

живающие результаты.

В апреле 1991 года во время съезда NAB в Лас-Вегасе проводилась

мировая конференция по ТВЧ, на которой было доложено о результатах

4.2. ЦИФРОВАЯ ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ТВЧ

164

ГЛАВА 4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ТВЧ И ИХ ПРИМЕНЕНИЙ

международной стандартизации 11-й ИК МККР в данной области [4.280]

(Приложение 52, фото 14). В виде шутки концепция 6-7-8, учитывая спе-

цифику Лас-Вегаса и приближение XXI века, была представлена, как по-

казано на рис. 4.8. Эту шутку отразил также английский журнал «The

Journal of the Royal Television Society» (рис. 4.9; Приложение 45-12).

К середине 1991 года были опубликованы сообщения о работах,

проводимых в США, странах Скандинавии, Великобритании, Фран-

ции и др. Так, 23 мар-

та 1992 года в США

впервые была про-

демонстрирована

передача цифрового

ТВЧ с использова-

нием существующих

стандартных радио-

каналов с полосой 6

МГц для передачи

сигналов системы

NTSC с разложени-

ем на 525 строк. При-

мерно в это же время

аналогичные резуль-

таты были достигну-

ты в Швеции при пе-

редаче сигналов циф-

ровой системы ТВЧ

«Divine» по стандар-

тному каналу для системы с разложением на 625 строк. Было установ-

лено, что исходные цифровые видеосигналы ТВЧ могут быть успешно

подвергнуты сжатию с коэффициентом 60:1 и сигнал ТВЧ может пере-

даваться со скоростью 15-25 Мбит / с. Таким образом, при использовании

эффективных методов модуляции стало возможно передавать цифро-

вые сигналы программ ТВЧ по существующим 6, 7 и 8 Мгц каналам,

выделенным для телевидения в диапазонах ОВЧ и УВЧ.

Эти результаты послужили убедительным подтверждением концепции

ТВЧ 6-7-8, и в протоколе общего собрания 11-й ИК было зафиксировано,

что эта концепция является не фантазией, а реальностью [4.16].

Демонстрации цифрового ТВЧ на международном симпозиуме в Мон-

трё (Швейцария) в 1997 году также убедительно подтвердили предска-

Рис. 4.8. Три полосы частот ТВ каналов

165

зание о возможности передавать сигналы ТВЧ в стандартных радиока-

налах 6, 7 и 8 МГц с высоким качеством (Приложение 45).

Были разработаны две базовые Рекомендации ВТ.798 «Цифровое на-

земное телевизионное вещание в диапазонах ОВЧ / УВЧ» [4.17] и ВТ.1206

«Границы формирования спектра для цифрового наземного телевизион-

ного вещания» [4.18], которые на основе концепции ТВЧ 6-7-8 открыли

Рис. 4.9. Из журнала “The Journal of the Royal Television Society”, апрель 1991 г.

4.2. ЦИФРОВАЯ ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ТВЧ

166

ГЛАВА 4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ТВЧ И ИХ ПРИМЕНЕНИЙ

возможность приступить к планированию и созданию цифровых сетей

наземного ТВЧ вещания на базе существующих сетей.

Итак, задача, поставленная в глобальной модели ТВЧ по созданию

вещательного интерфейса, обеспечивающего цифровое наземное веща-

ние ТВЧ в стандартных радиоканалах, была решена.

Параллельно с изучением узкополосного интерфейса в соответствии

с концепцией ТВЧ 6-7-8 на основе глобальной модели продолжились

разработки как базового стандарта ТВЧ, так и сопровождающих его

стандартов.

В 1999 году 11-я ИК МСЭ-Р после многолетних усилий приняла новую

версию Рекомендации МСЭ-Р ВТ.709-3, которая стала единым мировым

стандартом на системы ТВЧ [4.283]. Случай беспрецедентный, учитывая

неодинаковые технические уровни, экономические, социальные и другие

условия разных стран, острую конкурентную борьбу многих промыш-

ленных гигантов, интересы многомиллионных потребителей, быстрые

темпы развития цифровых технологий (Приложение 52, фото 23, 24).

Эта Рекомендация, одновременно регламентируя значения пара-

метров в стандартах ТВЧ для производства и международного обме-

на программами, учитывает интересы киноиндустрии и компьютер-

ной промышленности. Все предлагаемые стандарты (1080 / 24 / 1:1,

1080 / 25 / 1:1, 1080 / 30 / 1:1, 1080 / 50 / 1:1, 1080 / 60 / 1:1, 1080 / 50 / 2:1

и 1080 / 60 / 2:1) основываются на едином формате изображения, пре-

дусматривающем 1080 активных строк в кадре с 1920 отсчетами

по горизонтали в активной части строки. Формат 16:9 предусматри-

вает формирование квадратной структуры отсчетов (соответствует

квадратным элементам изображения на экране), обычно используе-

мой в компьютерной практике. В Рекомендации установлен единый

универсальный формат построчного разложения ТВЧ изображения

на 1080 активных строк при частоте кадров 24 Гц, принятой в кине-

матографе (формат 24Р).

Этот основополагающий документ единодушно поддержали круп-

нейшие телекомпании (АВС, СВS, Fuji, NHK, NTV, ТВS, TV Asahi),

британская Независимая комиссия по телевидению (IТС), ведущие фир-

мы в области Internet и развлекательной индустрии (Мicrosoft, David

Sarnoff Laboratories), производители оборудования (Sony, Thomson

Broadcast Systems, Toshiba, LG Electronics и др.), а также Всемирный

вещательный союз и др. (Приложение 26).

С 2000 года РГ 6Е (наземное вещание) и РГ 6S (спутниковое веща-

ние) 6-й ИК продолжают исследования цифровой передачи сигналов

167

ТВЧ в соответствии с Вопросами изучения 31 / 6 «Цифровое наземное

телевизионное вещание» и 76 / 6 «Спутниковое вещание телевидения

высокой четкости (ТВЧ)».

4.3. ТЕЛЕВИДЕНИЕ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ

К началу 1990-х годов в мировом сообществе возникла заинтере-

сованность в применении ТВ изображений с разрешением более 1000

строк (выбранным для систем ТВЧ) во многих областях, таких, как те-

левидение, кино, компьютерная графика, полиграфия, медицина, сис-

темы мультимедиа и т. п. В связи с этим в адресе Председателя 11-й ИК

на первом собрании Целевой группы ЦГ 11 / 4, состоявшемся в Вашин-

гтоне в октябре 1992 года (Приложение 37), было предложено начать

международные исследования ТВ систем, формирующих изображения

со сверхвысокой четкостью (ТСВЧ) (Extremely High Resolution Imagery,

EHRI), при разработке которых необходима координация усилий уче-

ных и специалистов в различных сферах, относящихся к формирова-

нию, передаче и воспроизведению изображений. В соответствии с этим

предложением ЦГ 11 / 4 разработала новый Вопрос изучения систем

ТСВЧ [4.190, 4.191], который был одобрен Ассамблеей радиосвязи МСЭ

в ноябре 1993 г. [4.192].

В этом Вопросе учитывались перспективы вещательных и неве-

щательных применений систем ТСВЧ и ставилась задача разработки

методов реализации систем, гармонизации различных применений

систем и определения их параметров, относящихся к производству ТВ

программ, передаче сигналов и устройствам воспроизведения. На изу-

чение систем ТСВЧ были сориентированы также ЦГ 11 / 1 [4.281] и РГ

11F [4.184].

Начиная с 1994 года, изучение систем ТСВЧ осуществлялось РГ 11F

(Председатель — R. Bedford, Великобритания), созданной на базе ЦГ

11 / 4. На первом собрании РГ 11F, состоявшемся 16-17 июня 1994 года

в Женеве, было принято решение о назначении специального Доклад-

чика, обязанности которого включали изучение проблем в соответс-

твии с Вопросом по системам ТСВЧ и регулярную подготовку отчетов

с анализом технологии и современного состояния развития этих систем

[4.181]. Докладчиком вначале был назначен Вице-председатель РГ 11F

T. Tanimura (Япония), а затем сменивший его K. Tatsuzawa (Япония).

Вскоре после своего назначения докладчик подготовил отчет, в ко-

тором рассматривались известные в то время методы формирования

изображений ТСВЧ и принципы построения систем [4.192]. В отчете

4.3. ТЕЛЕВИДЕНИЕ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ

168

ГЛАВА 4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ТВЧ И ИХ ПРИМЕНЕНИЙ

была предложена иерархическая модель системы ТСВЧ в виде четырех

уровней пространственного разрешения с различными количествами

строк и элементов изображения (отсчетов) в каждой из них (рис. 4.10).

Нижний уровень соответствовал системам ТВЧ с форматом 1080 х 1920.

Число строк и элементов в строке для остальных уровней были выбраны

кратными соответствующим значениям в нижнем уровне.

Предполагалось, что в системах используются экран с форматом

16:9, неподвижные изображения, изображения кадров, индивидуаль-

ные для различных областей применения. Для реального масштаба

времени планировалось применение систем с прогрессивной разверткой

и частотой кадров не менее 60 кадров / с. Предполагались также 8-раз-

рядное кодирование сигналов подвижных изображений и 10-разрядное

кодирование сигналов неподвижных изображений с использованием

12-разрядного кодирования при обработке изображений.

Одним из применений систем телевидения со сверхвысокой четкостью

являются цифровые оптические эффекты и другие виды электронной

обработки изображений на кинопленке, например, реставрирование

кинофильмов, ретуширование с целью удаления отдельных участков

изображений, введение новых фрагментов и др. Системы ТСВЧ исполь-

зуют также и в компьютерной графике.

Отчет Докладчика был включен в виде приложения в проект первой

Рекомендации МСЭ-Р ВТ.1201 по ТСВЧ [4.282], разработанной на соб-

рании Рабочей группы РГ 11F в июне 1994 г. [4.181]. Приложение пе-

риодически обновлялось с учетом современных достижений в этой об-

ласти. В нем приводились, например, основные сведения о дисплеях

на ЭЛТ и жидких кристаллах, волоконно-оптических, спутниковых

и кабельных системах передачи, устройствах формирования (переда-

ющие ТВ камеры, телекинодатчики, камеры на приборах с зарядовой

связью и т. п.) и записи сигналов (видеомагнитофоны, видеодиски и др.),

а также о кодировании и обработке изображений.

В 6-й ИК исследования ТСВЧ в рамках Вопроса изучения 40 / 6 «Изоб-

ражения со сверхвысокой четкостью» были включены в мандат РГ

6Р (Производство / постпроизводство программ), вошедшей с октября

2005 года в состав новой РГ 6J (см. главу 1).

РГ 6Р предложила пересмотреть Рекомендацию ВТ.1201 «Изображе-

ния со сверхвысокой четкостью» [4.22] и ввести в нее информационное

приложение с результатами исследований в данной области, проведенных

в Японии компаниями CRL, JVC, NTT и NHK (рис. 4.10), и сведениями

о профилях и уровнях стандарта MPEG-4, которые можно использовать

169

Иерархия пространственной разрешающей способности систем сверхвысокой четкости

HRI-0 HRI-1 HRI-2 HRI-3

Пространственная разрешающая

способность (число отсчетов)

1920 х 1080 3840 x 2160 5760 x 3240 7680 х 4320

Системы сверхвысокой четкости, разрабатываемые в Японии

Разработчик

Параметры систем

Разработан-

ное оборудо-

вание

Иерархия

Формат

кадра

Разрешающая

способность

по горизонта-

ли (пиксели)

Разрешающая

способность

по вертикали

(пиксели)

Частота кад-

ров/полей

(Гц)

Развертка

CRL , JVC HRI-1 16:9 3 840 2 160 30/60

прогрес-

сивная

Камера

и дисплей

NTT HRI-1 16:9 3 840 2 160 24/48/(96)

прогрес-

сивная

Дисплей

NHK HRI-3 16:9 7 680 4 320 60

прогрес-

сивная

Камера

и дисплей

Рис. 4.10. Иерархия систем телевидения сверхвысокой четкости (Рекомендация МСЭ-Р ВТ.1201) и результаты их разработки

4.3. ТЕЛЕВИДЕНИЕ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ

170

ГЛАВА 4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ТВЧ И ИХ ПРИМЕНЕНИЙ

при кодировании источников в студиях телевидения сверхвысокой

четкости (ТСВЧ) [4.84]. В новом варианте Рекомендации указывалась

необходимость использования единой технологии и унифицирован-

ных устройств в различных применениях ТСВЧ. Указывалось также,

что параметры пространственной разрешающей способности аппара-

туры для формирования и отображения видеосигналов должны быть

кратна количеству пикселей по горизонтали и вертикали для формата

разложения 1920 х 1080 по Рекомендации МСЭ-Р ВТ.709-4. Регламен-

тировалось использование колориметрических параметров изображе-

ния в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ.1361.

С инициативой пересмотра Рекомендации ВТ.1201 выступила также

администрация США, предложившая удалить из текста описание при-

менений ТСВЧ в цифровом кинематографе (D-cinema) и сфокусировать

исследования на разработке систем записи изображений, обработки,

распределения и вещания сигналов ТСВЧ для применения в компью-

терной графике, типографском деле, медицине, в образовании, спутни-

ковом и наземном вещании и в других областях, где требуются сигналы

с разрешающей способностью, более высокой, чем указанная в Реко-

мендации ВТ.709-4 «Значения параметров стандартов ТВЧ для студий

и международного обмена программами» [4.266].

Администрация Японии, поддержавшая позицию США по данному

вопросу, предложила все же сохранить в тексте Рекомендации ВТ.1201

информационное приложение, поскольку оно дает представление о сов-

ременной технологии в этой области [4.276]. Предложения США и Япо-

нии были учтены в принятом на собрании 6-й ИК в октябре 2003 года

проекте пересмотра рекомендации без упоминаний о применениях

изображений данного типа в кинематографе [4.277]. Принято решение

о преобразовании приложения к Рекомендации в новый Отчет МСЭ-Р

по изображениям со сверхвысокой четкостью.

Проект этого Отчета был представлен на собраниях РГ 6Р и 6-й ИК

в апреле — мае 2004 года [4.293, 4.294]. Он содержал обзор систем ТСВЧ,

разработанных в Японии, сведения о передающих ТСВЧ камерах, дис-

плеях и студийных цифровых интерфейсах с применением прогрес-

сивного формата разложения изображения 1920 х 1080, информацию

об использовании технологии ТСВЧ при обработке и передаче цифровых

сигналов неподвижных изображений в компьютерной графике, в уст-

ройствах отображения, а также данные о развитии средств консерва-

ции сигналов программ ТСВЧ и их кодировании на основе студийного

профиля по стандарту MPEG-4.