Как обычно, IBC-2019 проходила в выставочном комплексе RAI Amsterdam. Ожидаемо ее основными темами стали телевидение ультравысокой четкости UHDTV 4K/8К c HDR и повышенной частотой кадров HFR. Хотя все эти технологические «новинки» были анонсированы еще несколько лет назад, время пожинать плоды с инвестированных в их разработку и НИОКР средств пришло только сейчас. Поэтому неудивительно, что практически все участники выставки показали в своих текущих линейках преимущественно такое оборудование.
Так как все эти темы хорошо известны российским телевизионщикам, на описании показанного на выставке оборудования 4K/8K UHDTV/HDR/HFR специально останавливаться не будем. В данном репортаже с IBC-2019 мы расскажем только о наиболее интересных стендах выставки и тенденциях в развитии технологий цифрового телевидения, которые остались за кадром для большинства участников и посетителей форума.
«Высокий силикон» made in China
По сравнению с прошлым годом на IBC-209 появилась новая модная тема –искусственный интеллект (AI). Технологии AI сегодня все шире используются для оптимизации алгоритмов обработки цифровых сигналов звука и изображения, позволяя на лету адаптировать их к содержанию и сюжету программы. Одним из наиболее ярких демонстраций преимуществ AI стала экспозиция Hisilicon — дочерней компания Huawei по разработке и производству цифровых микросхем. Производителям цифровых приставок хорошо известны чипсеты Hisilicon, имеющие отличное соотношение цены и качества и высокие технические характеристики. В 2019 году компания запустила в серийное производство флагманский чипсет на основе сверхбольшой интегральной схемы (СБИС) мультимедийного процессора Hi3796CV300 для телевизоров UHDTV 4К и 8К c частотой кадров до 120 Гц. Новая СБИС содержит 8 ядер CPU, двухъядерный звуковой процессор и нейропроцессор Da Vinci, на котором реализованы алгоритмы AI.
Для подключения внешних устройств СБИС имеет несколько встроенных интерфейсов HDMI 2.1 с поддержкой технологии MIPI. Имеется даже встроенный H.265-кодер, а также декодер многоканального звука 22.1 для UHDTV-8K-телевидения. Таким образом, Hi3796CV300 — это первая в мире серийная полноценная однокристальная домашняя смарт-платформа (World 1st Smart Home Platform). Она позволяет выпускать на основе Hi3796CV300 не только умные 4К/8K-телевизоры и цифровые приставки, но и интеллектуальные камеры видеонаблюдения со встроенной видеоаналитикой. Более того, в концепцию Smart Home Center компании Hisilicon на основе этой СБИС заложена возможность интеграции в сети 5G, а также объединение всей домашней развлекательной электроники в общее «бесшовное» информационное пространство, включая систему интеллектуального видеонаблюдения и другие системы умного дома.
Чтобы все это работало, было разработано базовое программное обеспечение с использованием алгоритмов искусственного интеллекта. Фантастика? Вовсе нет, многие элементы этого совсем уже недалекого будущего с успехом демонстрировалось на стенде Hisilicon. И все это стало возможным благодаря тому, что ключевой элемент этой системы — чипсет Hi3796CV300 — уже в серии.
Новое — еще не забытое старое
Как у любой выставки с богатой историей, у IBC уже сложились традиции, хорошо знакомые ее постоянным посетителям. Например, знаменитый 8K-UHDTV-кинотеатр Hi-Vision с 22.2-канальным окружающим звуком, который японская NHK демонстрирует ежегодно на протяжении последних 10 лет. Причем на одном и том же месте во Future zone, являясь этаким островком стабильности в стремительно меняющемся мире цифрового телевидения.
Помимо кинотеатра и демонстрации видеопрограмм 8К, в 2019 году японцы представляли свое видение направлений развития телевидения, представив его дорожную карту аж до 2040 года. Признаться, столь далекого прогноза нам еще видеть не приходилось, в лучшем случае горизонт предсказаний ограничивается 2025-м, максимум 2030 годом. Тем интереснее было познакомиться с NHK, ведь ее прогнозы, как правило, оказывались пророческими.
Итак, вот что, по версии компании NHK, помимо UHDTV 8K будет разработано и внедрено в телевизионном мире (или, по крайней мере, в Японии).
Во-первых, улучшенная система эфирного телевидения Advanced Terrestrial Broadcasting ISDB-T с поддержкой формата 4К и 8К. Ключевые технологии — использование гибридного мультиплексирования видео, звуковых и мультимедийных сигналов плюс адаптивные режимы их передачи: MMT/TLE (MPEG Media Transport/Type Length Value). За счет этого появляется возможность осуществлять передачу и прием программ 8К на стационарные приемники и мобильный прием в формате 2К. Оба этих сигнала передаются в общем транспортном потоке, но имеют различные уровни амплитуды в комплексном радиосигнале. В результате получается очень сложная система модуляции. Но зато высокая спектральная эффективность.
Второй технологический тренд — новый алгоритм компрессии VVC (Versatile Video Coding), который на 30—50% эффективнее популярного сегодня HEVC. Совместная работа над стандартом VVC ведется специалистами MPEG и ITU-T, утверждение его спецификации ожидается в июле 2020 года.
Третья технология — Integral 3D Display for Personal Use — интегрированные безочковые 3D-дисплеи для персонального пользования. В отличие от первых двух, эту технологию трудно назвать инновационной, так как еще в начале 2000-х годов компания Philips серийно выпускала 40-дюймовые безочковые 3D-дисплеи. Причем не для индивидуального пользования, а для коллективного просмотра. Экспозиция 3D NHK — отличная иллюстрация тезиса, что новое — это хорошо забытое старое. Однако компания NHK имеет такой авторитет в телевизионном мире, что если ее эксперты озвучивают, казалось бы, даже самые неожиданные прогнозы, значит, так тому и быть. Поэтому, похоже, что технология 3D еще выстрелит, несмотря на то, что на ней все ведущие производители телевизионного оборудования давно поставили жирный крест.
Следующий тренд — New Viewing Experience using AR Technology — предполагает создание у зрителей полноценных ощущений присутствия в виртуальном мире, сферическая стереоскопическая панорама которого формируется с помощью виртуальной и дополненной реальности (VR/AR). В качестве интерфейса в мир 3D-иллюзий предлагается использовать привычный VR-шлем, а для навигации по нему — поворот головы зрителя с возможностью просмотра панорамы в 360°. С помощью датчиков, которые фиксируют изменение положение тела зрителя, система может «крутить» виртуальную панораму в любую сторону, а поворотом головы можно осуществлять более тонкую навигацию.
Также мы считаем необходимым рассказать о проекте Equivalent Application for Hybridcast and HbbTV2, в рамках которого предполагается создание новых информационных сервисов за счет дальнейшего развития гибридных интегрированных сетей IBB (Integrated Broadcast-Broadband system).
Все эти технологии, по версии NHK, будут главными технологическими трендами не только на ближайшие годы, но и на более отдаленную перспективу. Естественно, что эти же направления станут приоритетными для исследований и разработок NHK, планируемых на период 2030—2040 годов.
Несмотря на многообещающий анонс «Стратегии 2040» NHK, если верить ее разработчикам, по-настоящему сенсационных сюрпризов в мире цифровых телекоммуникаций до 2040 года нас не ожидает. Что вызывает немалое удивление, так как такие раскрученные сегодня темы, как развитие сетей 5G и облачные сервисы, в японской стратегии даже не упомянуты.
Кроме того, несколько лет назад в одной из презентаций NHK было показано, что в Японии ведутся работы по принципиально новому голографическому телевидению, первые опытные передачи которого планировалось начать уже в 2025 году. Вместо этого на IBC-2019 в качестве новейшего технологического тренда систем объемного телевидения NHK показывает безочковые 3D-дисплеи на основе лентикулярного экрана с цилиндрическими микролинзами. Напомним, что в таких автостереоскопических 3D-дисплеях разделение изображений для правого и левого глаза осуществляется при помощи микролинз, обеспечивающих наблюдение каждым глазом только своего изображения.
Картинка, конечно, становится объемной, но получить таким способом по-настоящему реалистичные трехмерные многоракурсные изображения, такие же, как в голографии, принципиально невозможно.
Это можно объяснить тем, что задача разработки голографического телевидения, по-видимому, оказалась гораздо более технологически сложной, чем ранее представлялось японским коллегам.
Мы сегодня хорошо понимаем грандиозность такого проекта, так как в России научные исследования в области голографии уже много лет проводятся в Балтийском Федеральном университете (БФУ) имени Иммануила Канта с участием компании «Триаксес». И хотя российские ученые достаточно далеко продвинулись в своих изысканиях (научились получать в виде электронного файла голографическое изображение статических предметов, а затем и воспроизводить их в виде объемного образа), до разработки полноценной голографической системы им еще очень и очень далеко. В ходе работы над российским голографическим проектом стало понятно, что создание этой принципиально новой системы телевидения возможно только в рамках широкой международной научно-технической кооперации с привлечением огромных финансовых ресурсов.
Помимо собственно самого безочкового стереодисплея, созданного на основе 4К-LED-монитора компании Astro Design, изюминкой предлагаемого NHK индивидуального 3D-дисплея является технология отслеживания положения глаз зрителя Eye position detector. Ее суть заключается в том, что специальные следящие телекамеры захватывают изображения зрачков глаз зрителя и, в зависимости от направления его взгляда, перемещают показываемую ему стереопанораму. Данная технология также не может считаться революционной, так как немецкий институт Фраунгофера лет десять назад успешно демонстрировал управляемый взглядом дисплей на выставке IFA в Берлине.
Не менее забавлял энтузиазм стендистов NHK при демонстрации технологии дополненной реальности, с помощью которой в VR-шлеме создавали виртуальные изображения различных предметов в интерьере жилой комнаты. При этом они, похоже, сами искренне верили в то, что показывают очень крутую разработку, не имеющую аналогов в мире.
После знакомства со всеми этими «новинками» невольно возникло ощущение, что выпуск ремейков актуален сегодня не только в киноиндустрии, но все больше становится общемировым трендом. Применительно к телевизионной отрасли он проявляется в том, что инженеры стряхивают пыль со старых разработок, по тем или иным причинам не получивших в свое время коммерческого успеха, и пытаются придать им «второе дыхание» на новом витке технологического развития.
Справедливости ради отметим, что японцы показали и действительно новые разработки. Очень впечатлила, например, демонстрация NHK новейшего алгоритма компрессии VVC, который умеет ужимать изображение 8К без заметного ухудшения его качества до скорости цифрового потока в 26—28 Мбит/с. Бесспорное достижение, позволяющее заметно превзойти по эффективности HEVC. Однако, увы, за все хорошее в этой жизни нужно платить. В кодеке VVC эта расплата проявляется в неимоверной сложности алгоритма компрессии, требующего значительно больших, чем ранее, аппаратных ресурсов и, что самое печальное, времени на обработку сигнала. Поэтому сегодня прототипы кодеров VVC не способны обеспечивать онлайн-компрессию телевизионных трансляций, так как работают с большим временем задержки. Эволюция кодеков от MPEG-2 до VVC показывает, что технологии сжатия видео и звука, вероятно, уже вплотную подходят к теоретическому пределу возможности их компрессии, так как каждый следующий шаг их эволюции имеет все меньшую эффективность, а достигается со все большим трудом.
DVB-I: все, что хочешь, выбирай
Прогресс ТВ-отрасли в Японии — это интересная тема, но российское телевизионное сообщество гораздо больше волнуют технологические тренды развития европейской системы цифрового телевидения DVB-T2. Опыт посещения выставок IBC показал, что для этого прежде всего нужно ознакомиться с экспозицией стенда DVB.org, на котором его члены каждый год традиционно стараются показать свои достижения и очередную ступень в эволюции европейского телевидения.
Центральной темой показа высокой телевизионной моды сезона «осень — зима 2019» на стенде DVB стала «Первая в мире демонстрация сервисов DVB-I». Как известно, разработка стандарта DVB-I — это ответ телевизионных вещательных компаний на тенденцию потери части зрительской аудитории, особенно молодежи, которая все больше предпочитает получать информацию из интернета и смотреть видеопрограммы не на телевизорах, а на смартфонах и планшетах. Поэтому вещательные компании оказались перед необходимостью как-то реагировать на это и обеспечить указанным категориям потенциальных зрителей предоставление своих услуг на мобильные устройства в привычном им формате и с различными дополнительными сервисами.
Исходя из этого в августе 2018 года DVB.org срочно начал разработку технической спецификации на стандарт DVB-I, который должен обеспечить распространение линейного телевидения через интернет на любое подключенное к нему устройство со встроенным медиаплеером, будь то смарт ТВ, смартфон, планшет или устройства потоковой передачи мультимедиа.
После внедрения DVB-I владельцы этих устройств при наличии только подключения к Сети должны получить простой и удобный доступ к программам линейного вещательного телевидения, доступным ранее только абонентам DVB-T2/DVB-C/DVB-S2 и IPTV.
Ключевыми технологическими решениями для DVB-I стали технология распространения видеоконтента с различным разрешением и малой задержкой в разных средах DVB-DASH и спецификация Multicast Adaptive Bit Rate streaming, окончание разработки которой запланировано на начало 2020 года. Обе эти базовые технологии позволят организовать удобное потоковое телевизионное вещание одновременно как по обычным сетям цифрового вещания, так и через сети широкополосного доступа.
Важным элементом DVB-I является Service List, то есть специализированный электронный путеводитель программ (Electronic Program Guide, EPG), включающий в себя единый перечень информационных сервисов, доступных как традиционным абонентам вещательной части инфраструктуры сети DVB-I, так и абонентам сетей широкополосного доступа. При этом Service List будет адаптироваться в устройстве абонента в зависимости от его местоположения, типа устройства и условий приема сигналов. Возможность работы сервиса Service List обеспечивается передачей специальных метаданных, описывающих информационный контент, передаваемый по различным каналам и средам системы DVB-I. Эти метаданные передаются в составе всех телевизионных программ, поэтому любой приемник DVB-I, будь то смарт ТВ или смартфон, имеет возможность выбора наилучшего в данный момент способа их приема. Например, смарт ТВ может принимать телевизионную программу либо непосредственно из эфира DVB-T2, кабеля DVB-C или спутника DVB-S2, либо из интернета со смарт-портала. При этом зритель может даже не знать, по какой именно технологии ему будет доставлена телевизионная программа.
На сегодня почти все технические и организационные вопросы создания DVB-I уже успешно решены, поэтому руководство DVB.org решило организовать на IBC-2019 «в живом эфире» эффектную демонстрацию работы системы.
Приемными терминалами были телевизоры смарт ТВ (один с OS Android, другой с HbbTV), умная цифровая приставка DVB-T2/Android и смартфоны с OS Android. На все эти терминалы было установлено специальное программное обеспечение DVB-I Client, обеспечившее работу системы. Источниками тестовых цифровых телевизионных программ были спутниковые приемники DVB-S2, а также видеосерверы и интернет. При этом телевизионные программы поступали на телевизоры и STB как в привычном виде через эфир (при помощи модулятора DVB-T2), так и по сети через сервер DVB-I. Смартфоны, естественно, принимали эти же телевизионные программы из интернета.
Работу демо-версии системы DVB-I на стенде DVB.org лично показывал глава ее технологического блока Питер Зиберт (Peter Siebert). Демонстрировался одновременный прием телевизионных программ на все типы приемных терминалов, при этом скорость цифрового потока и разрешение телевизионной картинки на их экранах автоматически выбирались в зависимости от типа терминала. Что можно сказать? Да, система действительно работает. Однако невольно обращает на себя внимание очень большое время задержки между изображениями на телевизорах и на экранах смартфонов, достигающее несколько секунд. Поэтому говорить об эффективности новой версии DVB-DASH в части обеспечения минимальной задержки пока не приходится.
Но самое досадное, что не удалось оценить, как выглядит DVB-I Service List и насколько удобно с ним работать. Этот «блин» получился комом потому, что разработчики из DVB.org банально не успели «допилить» его до работоспособной версии к открытию IBC-2019. По словам Пауля Зиберта, им, совсем как студентам во всем мире, не хватило буквально пары дней, чтобы успешно закончить свою работу.
Но как бы то ни было, очевидно, что европейские телевизионные компании не собираются сдаваться и готовы побороться за свое светлое будущее. Нашим телевизионщикам, наверное, также стоило бы обратить на эту технологию самое пристальное внимание, так как бегство от «телеящика» в интернет в России едва ли не более актуально, чем в Европе. Понятно, что для решения проблемы нужно, прежде всего, делать более качественные и интересные зрителям телепрограммы. Однако и технологический фактор тоже не стоит сбрасывать со счетов. Как говорил герой известной советской кинокомедии, «кто нам мешает, тот нам и поможет». А почему бы и нет?
Китайское значит отличное
Не менее интересные события происходили на заседании «face to face» технического комитета международной ассоциации FOBTV (Future Of Broadcast TV) 15 сентября 2019 года.
На заседании были заслушаны доклады о современном состоянии и направлениях развития в мире перспективных систем цифрового телевидения третьего поколения. В том числе ATSC-3, DVB Next и технологий передачи телевизионных программ в сетях 5G.
Настоящей сенсацией стал доклад представителя китайского национального инженерно-исследовательского центра NERC DTV (National Engineering Research Center of Digital Television) о начале разработке в Китае принципиально новой телевизионной системы AIB (Advanced Interactive Broadcasting).
Как известно, в Китае с 2015 года происходит переход аналогового эфирного телевидения на цифровой формат DTMB, который должен закончиться в 2020 году. При этом наземным вещанием будет охвачено 84% населения страны, которые будут получать пакет из 12 цифровых программ с разрешением стандартной четкости SD.
Помимо него в Китае был также разработан индустриальный стандарт мобильного телевидения CMMB, в котором даже осуществлялось экспериментальное вещание пекинских Олимпийских игр 2008 года. Однако широкого распространения и, как следствие, коммерческого успеха этот стандарт не получил.
По мере развития цифрового телевидения китайскими специалистами были разработаны предложения по новым технологиям, в частности технология MIMO для передачи видеопрограмм UHDTV 4К, которые были использованы в ряде зарубежных стандартов цифрового телевидения нового поколения. Например, в американской ATSC-3.
Созданный опережающий научно-технический задел позволил Национальной администрации теле- и радиовещания Китая (NRTA) 20 апреля 2018 года поставить задачу: создать рабочую группу из представителей промышленности и научно-исследовательских институтов для разработки принципиально нового поколения китайской системы цифрового телевидения AIB (Advanced interactive Broadcasting). В этой системе должны быть использованы только самые передовые на сегодняшний день технологии и технические решения. В составе рабочей группы созданы четыре подгруппы: интеллектуальная собственность и патенты, технологии и стандарты, измерения и тестирование, инженерная подгруппа.
Помимо китайских компаний NERC DTV, Huawei, ZTE и Шанхайского Университета, в «сборную Китая» по цифровому телевидению вошли зарубежные «легионеры». Среди них Qualcomm, Samsung, Nokia и Ericsson.
Комитету AIB и его рабочим группам поставлена задача не только разработать стандарты нового поколения, но и обеспечить постоянный мониторинг развития технологий в мире, для того чтобы оперативно включать в него самые горячие новинки по мере их появления.
Причем сроки разработки и внедрения стандарта AIB поставлены очень жесткие, так как китайцы планируют организовать в новой системе вещание Олимпийских игр в 2022 году.
Для того чтобы успеть это сделать, технические спецификации AIB и их тестирование должны быть закончены в IV квартале 2020 года, а уже в 2021 году разработаны чипы и изготовлены образцы оборудования. Феноменальные темпы.
Перефразируя известную русскую поговорку, «китайцы быстро запрягают, но еще быстрее ездят».
Если же говорить о технических особенностях системы AIB, на сегодняшний день о ней известно следующее.
Система поддерживает два профиля. Main Profile — интерактивный прием цифровых программ на мобильные и стационарные терминалы. За счет широкого использования гибридных технологий вещания будет обеспечена высокая спектральная эффективность и большой набор различных интерактивных сервисов. Ставится задача интегрирования с сетями 5G за счет использования технологий, разработанных 3GPP.
High Profile — так называемый профиль «3 High»: высокие телевизионные башни, высокая мощность и высокая спектральная эффективность. Этот профиль ориентирован на стационарные телевизоры высокого класса с большими размерами экрана и поддержкой телевидения ультравысокой четкости 4К/8К. Предусматривается тесная интеграция с интернет-сервисами для создания эффективных бизнес-приложений.
Сказать, что китайцы сумели удивить участников заседания FOBTV, будет слишком мягко. Все знали, что для замены старой, созданной еще в 2006 году системы цифрового телевидения DTMB китайские специалисты разработали ее улучшенную версию DTMB-A, в которой использованы более эффективные методы компрессии, помехоустойчивые коды и способы радиочастотной модуляции. В какой-то степени можно провести аналогии с европейской системой: первое поколение DVB-T (DTMB) и второе поколение DVB-T2 (DTMB-A).
Ожидалось, что старая DTMB будет постепенно вытесняться новой DTMB-A. Однако опыт участия китайских специалистов в разработке системы ATSC-3 и сетей 5G в рамках FOBTV и полученные научные и инженерные компетенции позволили им предложить руководству Китая гораздо более амбициозный и революционный проект.
Не размениваться на эволюционные изменения DTMB и, минуя промежуточные этапы ее доработки (DTMB-A), сразу создать и внедрить лучшую в мире систему цифрового телевидения, в которую будут включены только самые передовые технические решения.
Что же, ждать осталось недолго, так как до пекинской Олимпиады 2022 года рукой подать. Зная технический и технологический потенциал китайских компаний и принимая во внимание звездный состав участников рабочей группы AIB, в успехе этого проекта можно не сомневаться.
Продолжение следует
В рамках одной статьи не удалось рассказать еще об одном интересном тренде развития цифрового телевидения накануне второй декады XXI века. Речь идет о предложенной два года назад группой немецких компаний во главе с Rohde&Schwarz технологии 5G Multicast/Broadcast, предусматривающей телевизионное вещание в ДМВ-диапазоне с телебашен с использованием технологий 5G. Кроме того, мы планируем рассказать об экспозициях на IBC-2019 российских компаний, представивших в этом году очень конкурентоспособные разработки. Обо всем этом читайте в следующей статье по итогам IBC.
