Тема 8 — Цифровое радиовещание

Уже без малого сто лет прошло с того дня, когда в конце декабря 1906 года со станции «Брант Рок» (штат Массачусетс, США) была осуществлена передача первой в мире радиовещательной программы, в которой можно было услышать речь, музыку и пение. В течение всего последующего времени радиовещание непрерывно совершенствовалось: менялись технологии и оборудование, росло качество передачи звуков, но, в отличие от своего дискретного «прародителя» — радиотелеграфа А. С. Попова — радиовещание до совсем недавнего времени всегда оставалось чисто аналоговым. Действительно, радиовещание сегодня представляет собой, пожалуй, последний раздел рынка потребительской электроники, где массовый переход к цифровым технологиям только начинается. Вместе с тем, настоятельная необходимость перевода вещания от аналогового режима к цифровому обусловлена всем нынешним мировым прогрессом в области цифровой техники и нарастающим процессом слияния компьютерных технологий, средств связи, вещания и информационных служб в единую интерактивную цифровую систему.

История развития

Предпосылки к возникновению массового цифрового радиовещания сложились в начале 80-х годов двадцатого века. Именно тогда, с одной стороны, получила признание технология цифровой записи на компакт-дисках (созданная в 1982 году в результате плодотворного сотрудничества компаний Sony и Philips), а с другой — вовсю развивались методы цифровой передачи и приема в радиосвязи. В этих условиях появление цифрового радиовещания напрашивалось само собой, и один из удачных вариантов такой технологии был разработан в 1981 году в западногерманском Institut fur Rundfunktechnik (IRT). Впоследствии (с 1987 года) британским медиагигантом British Broadcasting Corporation (BBC), стал развиваться проект Eureka 147, в реализации которого приняли участие и другие вещательные корпорации Европы, научные центры и производители электронного оборудования.

Но исследования в области технологий цифрового радиовещания велись не только в Европе. Так, например, в нашей стране еще в начале 80-х годов разрабатывался проект отечественной системы цифрового радиовещания. Интенсивные разработки в этой области велись и в США. В результате всех этих работ на рубеже 1980-1990-х годов было создано сразу несколько технологий цифрового радиовещания. А в 1992 году состоялись первые экспериментальные цифровые передачи в Париже (Франция), а также натурные испытания системы цифрового радиовещания «USA Digital Radio» в г. Цинциннати (штат Огайо, США). С середины 90-х цифровой звук стал использоваться и в спутниковых программах цифрового телевидения, а первое регулярное цифровое наземное радиовещание началось в Швеции в 1996 г. с применением системы Eureka 147.

Возможности цифрового радио

Независимо от особенностей различных технологий, всему цифровому радиовещанию, по сравнению с аналоговым, присущ целый ряд достоинств.

Прежде всего, это возможность передачи в радиопрограммах «цифрового» звука с «качеством компакт-диска». При этом наиболее заметное различие в качестве достигается по сравнению с радиопрограммами, передаваемыми в диапазонах длинных (ДВ), средних (СВ) и коротких (КВ) волн в режиме амплитудной модуляции (АМ).

Более надежным и уверенным оказывается и прием радиосигналов, особенно для мобильных слушателей, то есть, в автомобилях, поездах, на судах и т. п., что делает их одной из наиболее перспективных и многочисленных групп потребителей услуг ЦРВ. Причины этого кроются в том, что при мобильном приеме наибольшие неприятности доставляют интерференция (наложение) радиоволн, исходящих от одного источника, вследствие множественного переотражения сигналов в процессе распространения, а также доплеровский эффект, приводящий к изменению длины волны в зависимости от скорости движения приемника относительно передатчика. Цифровые же методы передачи сигналов позволяют применять помехоустойчивое кодирование, что обеспечивает возможность правильного восстановления переданной информации после воздействия помех. Кроме этого, цифровые приемники способны автоматически выбирать наиболее мощный сигнал.

Цифровое радиовещание также обеспечивает возможность передачи дополнительной информации, например, в форме программ «радио мультимедиа», сочетающих звуковую, видео, графическую, текстовую и другие виды информации. Благодаря этому на экране цифрового приемника могут, отображаться сведения о радиостанции (название, страна, язык вещания, вид программ), или сопроводительная информация к идущим радиопередачам (названия исполняемых произведений, авторы, тексты песен, субтитры, картинки и т. д.). Может передаваться и вполне самостоятельная информация — новостные ленты, котировки акций, положение на дорогах, прогнозы погоды и т. п. При этом, так как в системах ЦРВ относительно просто обеспечивается адресный прием информации, в цифровых радиоприемниках могут реализовываться и функции пейджеров. Кроме этого, цифровая передача обеспечивает достаточно простые и надежные методы «закрытия» каналов, что позволяет легко реализовывать системы платного приема радиопрограмм. Наконец, ЦРВ несет в себе весьма перспективный потенциал интеграции с компьютерами и сотовой телефонией.

Небезынтересной для автомобилистов может быть и возможность органичной интеграции приемников цифрового радиовещания и спутниковых систем глобального позиционирования GPS и ГЛОНАСС. Дело здесь заключается в том, что во многих странах для цифрового радиовещания выделен почти тот же диапазон радиоволн, что и в указанных системах позиционирования. Поэтому прием всех этих сигналов оказывается возможен с помощью общих приемников и антенн.

Весьма важным является и более эффективное использование системами ЦРВ радиочастотного спектра: в полосе частот стандартной УКВ ЧМ (FM) радиостанции цифровыми методами может одновременно передаваться до 6 стерео или от 12 до 18 монофонических звуковых программ.

Есть и другие преимущества, связанные с конкретными особенностями стандартов ЦРВ: передача сигналов одной радиопрограммы сразу через целую сеть станций, работающих без взаимных помех на одной и той же частоте, возможность параллельного приема сигналов как на высококачественные цифровые, так и на старые аналоговые приемники и пр.

К числу недостатков цифрового радиовещания можно отнести существенно большую сложность процессов обработки сигналов в радиоприемнике, что может отражаться на его стоимости. Но в современную эпоху широкого развития высокотехнологичной микроэлектроники данное обстоятельство оказывается не очень важным: все преобразования реализуются с помощью специализированных микросхем и в итоге приемник становится состоящим всего из нескольких недорогих узлов.

Существующие технологии цифрового радиовещания

Технически, все созданные к настоящему моменту системы ЦРВ можно разделить на две группы: системы, для функционирования которых необходимо выделение отдельного частотного диапазона, свободного от других радиосигналов, и системы, для которых это не обязательно. Наиболее ярким представителем первой группы является европейская система «Эврика-147/DAB», пригодная для организации наземного, спутникового и кабельного вещания. Ко второй группе могут быть отнесены системы типа IBAC/IBOC, созданные в США и проект DRM, разработанный в Европе. Эти системы предназначены для работы в уже существующих вещательных диапазонах параллельно с действующими там аналоговыми АМ- и FМ-радиостанциями.

Основным и лидирующим стандартом в радиовещательной индустрии на сегодняшний день является технология Digital Audio Broadcasting (DAB), разработанная в конце 1980-ых в рамках проекта Eureka 147.

При разработке данного стандарта преследовались простые цели:

повышение качества радиотрасляций,

улучшение помехоустройчивости,

привнесение в радио интерактивности и новых услуг.

Стандартизацией DAB-технологии занимается World DAB Forum, в котором представлены более тридцати стран мира.

Многие люди не понимают в чём смысл перехода на цифровое радио, их устраивают и те радиостанции, которые сегодня вещают в AM и FM диапазонах. Но, может быть, стоит взглянуть правде в глаза? За окном XXI век, AM-технология была представлена миру в 1920-ых, FM – в 1940-ых. Выходит, что сегодня радиосигнал мы получаем по системе, разработанной семьдесят лет назад. Так что DAB-технология предлагает самой старой вещательной технологии перейти в цифровой век.

Раньше для DAB-вещания использовалась система кодирования аудиопотока MP2 (MPEG-1 layer-2). Она была разработана в конце 1980-ых, доработана в начале 1990-ых. В новой спецификации DAB, DAB-2 (DAB+) будут использоваться такие методы сжатия аудиопотока, как MPEG 2 Advanced Audio Coding AAC, MPEG 4 Error Resilient BSAC (Bit Slice Arithmetic Coding), MPEG 4 AAC+ SBR и, вероятно, аудиокодеки WindowsMedia.

То есть, качество аудио, допустим, в 128 кбит/с, достигнутое с помощью новых аудиокодеков и возможность записи сигнала в AAC-формате будет звучать лучше, чем аудипоток с таким же битрейтом, но сжатый по методу MPEG 2 layer 2 и возможностью записи в MP3-формате. Грубо говоря, на сегодняшний день качество аудиопотока при прослушивании DAB-радио соответствует качеству среднего MP3-файла (от 128 до 256 кбит/с).

DAB — приемники

Более 475 миллионов человек по всему миру сегодня имеют доступ к более 800 различным DAB-трансляциям, сервисам и услугам. В настоящее время на рынке для потребителя доступно более 200 различных DAB-ресиверов и их число продолжает расти.

Стоит отметить, что DAB-приёмники можно вполне спутать с радиоприёмниками, которые позиционируются как «цифровые», но, по сути, являются аналоговыми с некоторыми дополнительными цифровыми особенностями. Например, параметр «автоматический цифровой тюнер» вовсе не означает, что приёмник будет принимать цифровой сигнал.

Сегодня существует несколько типов DAB-ресиверов. В первую очередь это автомобильные устройства, которые помимо AM и FM диапазонов, поддерживают и цифровое радио. Немало изготовителей предлагают DAB-тюнеры, которые совместимы с автомагнитолами, выпущенными несколько лет назад. Другие же производители выпускают полностью готовые DAB-решения, которые предполагают полную замену аудиосистемы автомобиля. Основные компании, выпускающие автомобильные DAB-ресиверы: Alpine, Blaupunkt, Clarion, Goodmans, Grundig, JVC, Kenwood, Ministry of Sound, Pioneer, REVO Digital, Siemens VDO.

На втором месте находятся DAB-приёмники, которые предназначены для использования в составе домашнего персонального компьютера. При установке такого ресивера в ПК, Вы получаете возможность слушать цифровые радиотрансляции на компьютере без каких-либо дополнительных сетевых или интернет-подключений. Также Вы можете записывать эфиры в mp3-формате прямо на жёсткий диск. Подобные устройства выпускают: Modular Technology, Mtech, PersTel, Terratek.

Далее следуют домашние стационарные DAB Hi-Fi тюнеры, которые выпускаются в двух вариантах: как встраиваемые в уже существующую дома аудиосистему, так и отдельными устройствами. На рынке есть варианты, которые поддерживают только DAB, но при желании можно найти и комбинированные аппараты (DAB/FM/AM). Первый подобный тюнер был выпущен в сентябре 1998г. компанией Arcam. Лидирующими производителями подобной техники сегодня являются: Acoustic Solutions, Arcam, ARION, BUSH, Cambridge Audio, Cymbol, ELANsat, Eltax, Genus Digital, Goodmans, Grundig, Hitachi, i.Tech Dynamic, Intempo, Kiiro, Maycom, Ministry of Sound, Morthy Richards, Panasonic, PersTel, PURE Digital, Restek, Roberts, Sangean, Sony, TAG McLaren, TEAC, Terratec.

И последний вид DAB-приёмников – портативные переносные. Те, которые мы берём с собой в дорогу или слушаем по пути на работу. Коммерческие портативные DAB-устройства появились совсем недавно, но уже доступны на рынке. Сегодня основной проблемой запуска подобных приёмников в массовое производство являлось их энергопотребление, которое сейчас удалось снизить до уровня обычного CD-плеера. Работы над дальнейшим снижением энергопотребления ведутся и в настоящее время. Лидирующими компаниями в этой области являются: ARION, BUSH, Grundig, Maycom, Ministry of Sound, Perstel, Philips, Pure Digital. Roberts.

Судя по количеству компаний, предлагающих различные решения для DAB-технологии, можно уверенно сказать – будущее у DAB есть, рынок развивается, а у пользователей постепенно растёт интерес к новой концепции радио. Помимо этого, технология DAB привносит новое в концепцию предоставления радио-услуг. Различные дополнительные сервисы и интерактивные услуги преобразовывают сам формат вещания. Среди подобных услуг можно отметить:

радиовещание, как таковое (первичный сервис);

дополнительная информация;

передача информации (например, скачивание на DAB-приёмник композиции, которая играет в данный момент по радио);

электронный программный гид (EPG);

слайдшоу, синхронизированные с аудиотрансляцией;

видео;

Java-приложения.

DAB-покрытие

Большинство стран в мире, задумывавшихся над переходом с аналогового радиовещания на цифровое, предпочли стандарт DAB. Реальные DAB-сервисы уже действуют в большей части стран Европы, в Канаде, Тайване и Южной Корее. Тестовые запуски проходят в Китае, ЮАР и Турции. Растёт интерес к технологии в России, Южной и Латинской Америках, в странах Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии. В США разработали и предпочли свой собственный стандарт цифрового радиовещания – HD Radio.

В России на сегодняшний день нет ни одного T-DAB передатчика. Однако вопросы, касающиеся выдачи лицензий на вещание в формате DAB, уже активно обсуждаются. Основной проблемой, из-за которой внедрение этого стандарта на территории России откладывается на неопределённый срок – это обязательная смена существующих радиоприёмников, ресиверов и тюнеров, на новые, цифровые.

Пока на рынке не появится довольно дешёвый и качественный продукт такого рода, о распространении DAB-радио в нашей стране остаётся лишь мечтать. Ведь большинство россиян на сегодняшний день вполне устраивает качество радиостанций FM-диапазона.