Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Новая волна

Архив
автор : Сергей Баричев   23.03.1999

Массовое радиовещание - пожалуй, последний потребительский рынок, где переход к цифровым технологиям только начинается. Попробуем разобраться, каковы перспективы цифрового радиовещания (ЦРВ, или DAB - Digital Audio Broadcasting) и что оно может принести потребителям.

Массовое радиовещание - пожалуй, последний потребительский рынок, где переход к цифровым технологиям только начинается. Попробуем разобраться, каковы перспективы цифрового радиовещания (ЦРВ, или DAB - Digital Audio Broadcasting) и что оно может принести потребителям.


   Возможности цифрового радио
   Абстрагируясь от конкретных методов цифрового радиовещания и предполагая, что по цифровому радиоканалу передается оцифрованный звук, посмотрим, какие оно несет достоинства по сравнению с аналоговым вещанием (например, FM).

   Первое и очевидное преимущество - возможность передачи (и, главное, приема!) радиопрограмм с "качеством CD". Здесь, правда, можно оспорить скачкообразный прогресс по сравнению с FM Stereo, но качество действительно заметно выше.

   Уверенный прием мобильными слушателями, то есть, в первую очередь, автолюбителями. Это стоит пояснить. Мобильным пользователям наибольшую неприятность доставляют интерференция (наложение) радиоволн, исходящих от одного источника, вследствие множественного переотражения сигнала, и доплеровский эффект (изменение длины волны в зависимости от скорости приемника относительно передатчика). Особое значение имеет помехоустойчивое кодирование информации (то есть добавление избыточных битов, которые позволяют восстанавливать переданную информацию после воздействия помех), возможное только в цифровых системах. Кроме того, цифровые приемники автоматически отбирают наиболее мощный источник сигнала. Забегая вперед, скажем, что наибольшую активность в продвижении приемной аппаратуры предпринимают именно производители автомобильной аудиотехники.

   Возможность передачи текстовой и графической информации. На экране цифрового приемника может отображаться как сопроводительная информация к самой радиостанции (название, язык вещания, вид программ), к идущим радиопередачам (название песни, автора, текст песни, субтитры к обучающим программам и т. д.). Может передаваться и вполне самостоятельная информация (новостная лента, котировки акций, прогноз погоды и т. д.). Так как в системах ЦРВ относительно просто реализовать адресный прием, то в цифровые радиоприемники легко включить функции пейджеров.

   Создание платных радиопрограмм. Цифровая передача по сравнению с аналоговой предполагает более простые схемы закрытия каналов. Это, кстати, очевидно на примере платных спутниковых телепрограмм. Получит ли платное радиовещание практическое распространение - еще вопрос, так как в сознании потребителя уже давно закрепилось представление о радио, как о бесплатном удовольствии.

   Интеграция с системами глобального позиционирования (GPS). Для цифрового радиовещания используется примерно тот же диапазон радиоволн, что и для спутниковых сигналов GPS (например, если говорить о Navstar, это 1,227 и 1,575 ГГц). Поэтому прием радио- и позиционирующих сигналов возможен с помощью общего приемника. Вспомним при этом, что цифровое радио нацелено на владельцев автомобилей. Именно им и пригодится быстрое и точное определение своих координат с помощью автомагнитолы.

   Более эффективное использование радиоспектра. Известно, что цифровые передатчики для достижения заданного качества связи требуют гораздо меньшей мощности. Кроме того, использование цифровых каналов позволяет значительно полнее использовать спектр радиочастот, недостаток которых уже ощущается.

   Возможность интеграции с компьютерами. Уже появляются PC-карты, способные принимать цифровой радиосигнал и передавать его компьютеру для последующего декодирования и обработки. Здесь равное значение имеют и прослушивание с помощью ПК аудиопрограмм, и возможность приема и обработки текстово-графической информации.

   Есть и другие преимущества, связанные с конкретными особенностями стандартов ЦРВ. Например, в Eureka-147 предполагается, что каждая станция, по крайней мере в пределах одной страны, будет вещать на единой (сквозной) частоте. Таким образом, мобильный пользователь, переезжая из города в город, будет избавлен от необходимости переключаться с одного передатчика на другой, для него процесс выбора наилучшего сигнала окажется прозрачным.

   Сразу надо сказать и о недостатках цифрового радиовещания (возможно, временных). Первый недостаток, как у любой новой технологии, - высокая стоимость устройств. Цифровой радиоприемник (без функций пейджинга и GPS) стоит сейчас порядка 1000 долларов. Исследования показывают, то для широкого распространения необходимо эту стоимость уменьшить по меньшей мере раз в пять, нарастив при этом функциональность. Впрочем, как показывает опыт, цена высокотехнологичных продуктов во многом зависит от массовости, так что появление недорогих приемников не за горами.

   Безусловно, отдельного внимания заслуживает увеличение числа цифровых радиопрограмм, а также проработка концепций сопроводительной информации (например, обучающих радиопрограмм с демонстрацией на дисплее приемника картинок и звука).

   Eureka-147
   Ниже мы рассмотрим технические особенности реализации цифрового радиовещания в Eureka-147 как наиболее продвинутого и фактически единственного внедренного стандарта ЦРВ.

   Для обеспечения большой полосы пропускания в Eureka-147 предусмотрено использование различных участков. В принципе, частота может быть любой из метрового или сантиметрового диапазона (30-3000 МГц). Отсутствие жесткой привязки к конкретным частотам является большим достоинством стандарта Eureka-147, так как позволяет использовать единый стандарт вещания в самых разных странах. Как известно, в каждой стране за десятилетия сложилась своя политика использования радиоспектра, и вариации от страны к стране могут быть довольно большими. Например, в Великобритании назначение радиочастот резко отличается от стран континентальной Европы. Поэтому на Туманном Альбионе для уже идущего цифрового вещания программ BBC используется так называемый диапазон Band III (около 221 МГц). В большинстве европейских стран, Канаде и Австралии задействованы более высокие частоты в диапазоне L-Band (1452-1492 МГц). Этот же диапазон рекомендован и WARC (World Administrative Radio Conference) в 1992 году для ЦРВ, причем как наземного, так и спутникового.

   В выделенном диапазоне для каждого канала цифрового радиовещания отводится полоса пропускания шириной в 1,5 МГц. При этом используется довольно сложная модуляция, отличная от частотной. Не вдаваясь в детали, скажем только, что цифровой поток передается с помощью 1536 несущих частот, что обеспечивает высокую помехоустойчивость. Один канал может вмещать пять программ "качества CD" или большее количество программ, но с худшим качеством.

   Разумеется, передавать по цифровому радиоканалу звук "качества CD" в том же формате, что и на компакт-дисках, не рационально. Для этого потребовалось бы передавать поток в 1,4 Мбит/с = 44 кГц х 16 бит х 2 канала. Поэтому для передачи обычных звуковых программ в Eureka-147 используется неплохо себя зарекомендовавший, хотя и несколько устаревший формат MPEG Audio Layer 2. Он достаточно давно используется в цифровом спутниковом телевидении под названием Musicam (точнее, Musicam в свое время послужил основой для MPEG Audio Layer 2). Использование относительно простых алгоритмов аудиокомпрессии позволяет практически без потери качества сжать поток оцифрованного звука до 192 кбит/с.

   Eureka-147 активно внедряется в ряде развитых стран. Наиболее активно - в Европе, особенно в Великобритании и Германии.



   В Великобритании задача планового перехода на цифровое радио отчасти упрощается доминирующей позицией British Broadcasting Corporation (BBC). Именно BBC еще в 1995 году объявила о начале вещания в Лондоне. А летом 1998 года BBC даже выпустила собственные цифровые приемники по цене "всего" 200 фунтов стерлингов. К этому моменту цифровые радиопрограммы могли принимать 60 процентов населения Соединенного Королевства. В Германии до конца 1998 года при государственной поддержке в десяти землях (Берлин, Бавария, Бранденбург, Саксония и других) проходило экспериментальное вещание. В этом году оно сменилось регулярным. Список других европейских стран, активно внедряющих цифровое радиовещание, убедителен: Бельгия, Венгрия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Норвегия, Польша, Словения, Финляндия, Франция, Хорватия, Швеция, Швейцария.

   Тремя неевропейскими странами, где не менее интенсивно продвигается стандарт Eureka-147 (и цифровое радио вообще) являются Австралия, Израиль и Канада. В Австралии начало регулярного вещания намечено на 2000 год, сейчас же проводится экспериментальное цифровое вещание пяти программ (параллельно ведутся пилотные проекты спутникового ЦРВ). В Израиле вещание началось в 1996 году компанией Bezeq, использовавшей диапазон Band III. К 1998 году работало два передатчика, охватывающих территорию, на которой проживает 70 процентов населения. В Канаде цифровое вещание началось фактически в 1997 году, когда 15 частных компаний объединились в консорциум и установили три цифровых передатчика на знаменитой CN Tower в Торонто; вещание также ведется и в канадском мегаполисе - Монреале.

   Находит признание ЦРВ и на азиатском континенте. Китай при поддержке Еврокомиссии объявил о начале DAB в конце 1996 года, тогда заработало три цифровых передатчика в провинции Гуандун (вблизи Гонконга). Примечательно, что передача ведется на довольно низкой частоте: 85 МГц. Экспериментальные проекты ЦРВ инициированы также в Индии, Южной Корее, Малайзии и Сингапуре. Пока не определена позиция Японии, где только обсуждаются возможности принятия Eureka-147. Интересно, что при этом японские производители уже готовы насытить рынок своими цифровыми приемниками системы Eureka-147, о чем ниже.

   Очевидно, что темпы развития ЦРВ зависят не только от вещательных компаний, но и от производителей потребительской электроники. Последние действительно уже обратили внимание на новый сектор рынка. Поворотным пунктом стала выставка "CeBIT '98". Автомобильные цифровые радиоприемники представили некоторые из лидеров этого рынка: Blaupunkt, Grundig, Kenwood, Pioneer и Clarion. Panasonic, Sony и JVC пообещали в 1999 году представить цифровые радиоприемники для своих hi-fi-комплексов.

   Внимание заслуживают и карты расширения PC, предназначенные для приема сигналов цифрового радиовещания и декодирования их программными средствами. На "CeBIT '98" такие продукты можно было найти на стендах Bosch и TechnoTrend. Несколько месяцев спустя британские компании RadioScape и Roke Manor (последняя принадлежит Siemens) также объявили о выпуске PCI-карт. Подобные продукты могут существенно снизить ценовой барьер, хотя и затруднительно их использование, например, автолюбителями.

 
История от Попова до наших дней
Собственно, радиовещание и начиналось как цифровое. Речь шла, правда, не о передаче звука, а о передаче алфавитно-цифровой информации. И то, что предложил Попов в 1895 году, и то, что запатентовал Маркони в 1897-м, было радиотелеграфом, передающим информацию с помощью азбуки Морзе.
Возможность передачи голосовой информации была продемонстрирована позже. Одним из пионеров этой идеи стал Давид Сарнов (David Sarnoff), выходец из России, эмигрировавший в США в 1900 году. Он обосновал в 1916 году возможность массового радиовещания и позже (в 1926 году) образовал будущую империю NBC. Первое регулярное вещание 2 ноября 1920 года начала радиостанция KDKA в Питтсбурге. В Советской России трансляция радиопрограмм началось два года спустя.
История радио показывает, что вещатели всегда стремились решить две задачи:
  • увеличить дальность передачи;
  • повысить качество передачи.
    По мере развития местного вещания и повышения концентрации потенциальных слушателей в городах первая задача отошла на задний план, уступив место второй. Для повышения качества передачи требовалась большая полоса пропускания. Как следствие, диапазон вещания упорно двигался в сторону высоких частот, что влекло за собой сокращение дальности вещания. Короткие и ультракороткие волны не способны огибать поверхность Земли и распространяются только в зоне прямой видимости (хотя для коротковолнового диапазона передачи дальность может быть увеличена за счет ионосферных отражений).
    Определенным прорывом в появлении качественного стереофонического звучания стало распространение методов частотной модуляции (ЧМ, FM) вместо применяемой амплитудной (АМ). Теоретически при прочих равных условиях ЧМ обеспечивает более высокое отношение сигнал/шум по сравнению с АМ. Впервые сам метод был воплощен американцем Эдвином Армстронгом в 1936 году. Уже к 1949 году метод FM использовали шестьсот станций, в 1961 году FCC (Федеральная комиссия по связи США) приняла стандарт FM Stereo. Вещание в диапазоне 88-108 МГц, таким образом, стало апогеем развития аналогового вещания. Так, сегодня только в США вещают около 12 тыс. радиостанций (AM и FM), их слушают более чем на 500 млн. приемников (свыше пяти на семью), ежегодно продается около 40 млн. новых аппаратов.
    Предпосылки к созданию массового цифрового радиовещания сложились в начале 80-х. Тогда, с одной стороны, признание получила цифровая запись на компакт-дисках (Sony, Philips, 1982 год), с другой - развивались методы цифровой радиопередачи. Внедрение цифрового радиовещания напрашивалось само собой, ибо в спутниковых программах цифрового телевидения уже с середины 90-х использовался цифровой звук Musicam.
    Один из вариантов цифрового радио был разработан в 1981 году в западногерманском Institut fur Rundfunktechnik (IRT) и с 1987 года стал частью европейского исследовательского проекта Eureka-147, к которому присоединились радиовещательные компании, исследовательские центры и производители электроники.


  •    Цифровое радио: еще версии
       Внимания заслуживают и другие технологии радиовещания, в которых используются цифровые методы передачи информации.

       Наиболее близким к Eureka-147 следует признать метод IBOC (in-band on-channel). Он разрабатывается и продвигается в США в основном компаниями USA Digital Radio (образованная в 1991 совместно CBS Corporation и Gannett, см. www.usadr.org) и Lucent Technologies. ЦРВ в формате IBOC поддерживает влиятельная Национальная ассоциация вещателей (NAB).

       Основная идея IBOC - передача цифровой информации по уже существующим радиоканалам FM Stereo в диапазоне 88-108 МГц. Каждый канал в этом диапазоне занимает полосу в 200 кГц, а между полосами соседних станций в FM диапазоне предусмотрен "защитный" зазор шириной в 100 кГц. Его-то как раз и можно использовать для передачи цифровой информации. Это может быть цифровой звук или сопроводительная текстово-графическая информация.

       Понятно, что в полосе 100 кГц едва ли можно организовать цифровой канал с большой пропускной способностью. В принципе можно задействовать зазоры с обеих сторон полосы, удвоив полосу. Цифровое звуковое вещание в IBOC возможно только с использованием алгоритмов сильной компрессии, например MPEG Layer 3 (кстати, Lucent является одним из главных мировых производителей декодеров MPEG) [1 В июле 1998 года на одном из собраний MPEG, проходившем в Дублине, была продемонстрирована возможность использования MPEG 4 в AM-Radio. Было отмечено лучшее качество звучания по сравнению с аналоговым вещанием. При этом для передачи речи и музыки использовались скоростях от 6 до 24 кбит/c (разумеется, на низких битрейтах музыку передавать уже бессмысленно), что означает возможное применение MPEG 4 для вещания на средних и коротких волнах. Но, судя по всему, дальше тестов работа в этом направлении пока не пошла. - А.У.]. Однако, строго говоря, это уже не "CD Quality". Поэтому более рационально использовать IBOC для передачи алфавитно-цифровой информации. Так что одним из немногих преимуществ систем IBOC остается только то, что они обеспечивают "обратную совместимость" с уже сложившейся системой FM-вещания.

       Неизвестно, получит ли распространение хотя бы в США вещание IBOC, однако в настоящий момент там уже рассматривается возможность внедрения Eureka-147. Америка уже имеет отрицательный опыт развития методов радиовещания в рамках аналоговых технологий. В 1984 году был предложен стандарт FMX (FM-вещание с повышенным качеством). Примерно в это же время происходил ренессанс AM-вещания, и промышленная группа во главе с Motorola предложила AMAX (стереофоническое AM-вещание). После нескольких пилотных проектов оба метода почили в бозе.

       Еще одной версией цифрового радио является разработка группы под названием Digital Radio Mondiale. В работе этого альянса, история которого начинается с 1996 года, активное участие принимают как европейские, так и американские участники. Digital Radio Mondiale (www.rnw.nl/DRM/index.html) предлагает цифровое вещание с использованием амплитудной модуляции на частотах ниже 30 МГц. При этом приводятся доводы, среди которых не видно никаких особых преимуществ DRM перед Eureka-147.

       Наконец, технологией, которую можно условно отнести к цифровому радио, является RDS (radio date system). Метод используется в обычном FM-вещании и представляет собой передачу дополнительной цифровой информации на поднесущей частоте. Приемник, оснащенный модулем RDS, способен воспринимать эту информацию и отображать ее на своем дисплее. Так, можно передавать название станции, вид программ (классическая музыка, рок-музыка, образовательная программа и т. д.), экстренные сообщения, прогноз погоды, новости, биржевые сводки. К сожалению, несмотря на то, что RDS довольно широко используется (в том числе и российскими станциями), не существует единого стандарта (в США используется стандарт RBDS, аналогичный по возможностям), и к тому же пропускная способность канала ограничена: от 750 до 1200 бит/c. Однако RDS активно поддерживается производителями и развивается. Так в 1998 году была подготовлена единая спецификация, объединяющая европейскую и американскую версии (см., например, www.rds.org.uk)

       Заключение
       Итак, перспективы цифрового радиовещания достаточно радужны, хотя для его распространения потребуется еще не один год. В одном из исследований прогнозируется, что в 1999 году будет продано всего 45 тысяч цифровых приемников, в 2003 году такими приемниками будет владеть 1% европейского населения.

       В качестве резюме отметим, что ЦРВ - это не просто экстенсивное увеличение качества звуковых программ, но и принципиально новый этап в истории радиовещания. С появлением систем ЦРВ становится возможной передача текстовой и графической информации, интеграция приемников ЦРВ с системами пейджинговой связи и GPS, что весьма привлекательно для мобильных пользователей.

       Каковы перспективы цифрового радио конкретно в России - вопрос более трудный. С одной стороны, российские радиостанции отличаются высокой активностью именно в вопросах технологического самосовершенствования. Многие FM-станции используют RDS, а некоторые уже ведут регулярное радиовещание через Интернет. И если бы все зависело только от них, можно не сомневаться, в распространении цифрового радио Россия не отстала бы от Европы.

       Однако европейский опыт показывает, что здесь велика и роль государства, которое, во-первых, может рекомендовать вещателям единый стандарт (кроме Eureka-147 альтернатив нет), а во-вторых, может "благословить" использование соответствующей части радиоспектра. Когда наше государство скажет свое слово по вопросу ЦРВ, пока неизвестно. До сих пор правительство не определилось по уже давно "висящему" вопросу в отношении цифрового телевещания, и Россия официально до сих не присоединилась ни к одному альянсу (европейскому DVB или американскому ATSC). В Госкомсвязи РФ уже разработана Федеральная программа развития цифрового телерадиовещания. Однако в ней больший упор сделан именно на развитие цифрового телевидения. О цифровом радио - практически ни слова. Впрочем, многое здесь зависит от лоббирования ЦРВ заинтересованными компаниями.



    © ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2022
    При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.