Digitální televize a její přínos pro rozvoj informačních technologií Richard Šimík Katedra radioelektroniky Fakulta elektrotechnická ČVUT Praha Technická 2 (30) 166 27 Praha 6 mail: xsimik@fel.cvut.cz Klíčová slova: digitální televize, Digital Video Broadcasting, DVB, Multimedia Home Platform, MHP, informační technologie, aplikace Abstrakt: V tomto článku se zaměřuji na popis systému DVB (Digital Video Broadcasting) a především na jeho část MHP (Multimedia Home Platform), jenž umožňuje interaktivní komunikaci diváka. Jsou zde představeny některé aplikace používané v tomto systému, včetně aplikací spadajících svým charakterem do oblasti e-commerce. 1. Úvod Bouřlivý vývoj digitální televize, jenž zaznamenáváme poslední roky nám přináší možnosti, jež byly v dnešních televizních programech dosud nemožné. Zkvalitnění příjmu, možnost příjmu televizních programů za jízdy v automobilu, lepší obraz a několik kvalitních doprovodných zvuků. To vše je ale jen malá část novinek, jež zavedení digitální televize přináší. Již to přestává být přenos pouhých televizních programů, ale spíše jednotlivých interaktivních služeb, jako je elektronický obchod, elektronická pošta, zprávy, hry a další, mezi něž také patří přenos obrazu a zvuku (tedy televizních programů). Zdůrazněme slovo interaktivní, jež naznačuje, že divák přestává být pasivním uživatelem televizního přijímače, ale naopak se stává aktivním spolutvořitelem programu, jímž vyplní svůj čas. 2. Vývoj digitální televize Z posouzení strategie při rozhodování o zavedení digitálního televizního vysílání v USA bylo koncem roku 1992 jasné, že podobný vývoj nemůže minout Evropu. V říjnu 1993 podepsalo 87 evropských organizací včetně hlavních evropských vysílacích společností, spojových podniků, výrobců a normotvorných institucí Memorandum porozumění. Mj. konstatovali, že digitální systémy, využívající redukci bitového toku jsou již ověřeny pro napájení kabelových sítí a že některé technologie mohou být aplikovány v budoucím multimediálním prostředí. V článku 1 Memoranda je uvedeno, že cílem je vytvořit v Evropě pracovní rámec pro harmonicky a tržně řízený vývoj digitální televize s užitím kabelů, družic a pozemního vysílání - tzv. projekt DVB (Digital Video Broadcasting). Projekt DVB - televizní digitální vysílání - je založen na struktuře komisí. Aktivity projektu které jsou finančně podporovány všemi signatářskými organizacemi, administrativně zajišťuje EBU. Digitální televizní normy musí být tržně orientovány, tj. od začátku vyvíjeny nejenom na základě
realizovatelných technických myšlenek, ale také podle financí, které jsou k dispozici pro výrobu programů a také podle toho, co je zákazník pravděpodobně ochoten za to zaplatit. Rysem uvedeného plánu je koordinovaný vývoj digitálních televizních systémů pro různá přenosová prostředí, tj. pro družicové, kabelové i pozemní (terrestrické) vysílání. Snaha je maximalizovat společné rysy všech rozdílných přenosových formátů. Potřeby a omezující podmínky spojené s různými přenosovými médii jsou rozdílné. V případě přenosu signálu přes družici mluvíme o DVB-S, o satelitním televizním vysílání. Družicové transpondéry mají relativně široká pásma (je možno přenášet zároveň větší množství služeb či programů), nízké výkony (je potřeba satelitní anténa pro příjem) a málo problémů s vícenásobnými odrazy (je zajištěna dobrá bezchybovost příjmu). V případě přenosu signálu pomocí pozemních vysílačů mluvíme o DVB-T, terestriální verzi digitálního televizního vysílání. Kanály pozemního vysílání jsou úzkopásmové (menší počet služeb či programů, řádově 5-6 tv programů), s vysokým výkonem (možno přijímat na prutovou anténku za jízdy) a citlivostí na odrazy (odstraněno použitím speciální modulace). V případě přenosu signálu digitální televize po rozvodu kabelové televize mluvíme o DVB-C, kabelové digitální televizi. Kabelové kanály mají tradiční šířku pásma stejnou, jaká se používá pro pozemní vysílání. Základní prostředky, které jsou společné všem uvedeným dopravním médiím, jsou založeny na maximálně možném využití společného základního kódování (použití MPEG2 formátu) a společného multiplexu (skládání jednotlivých služeb do jednoho vysílaného datového toku), ale s kódováním a modulací při vysílání specifickou podle aplikace a podle daného přenosového prostředí. 3. DVB-T V březnu 1997 byl ETSI schválen návrh standardu pro pozemní digitální televizní vysílání (DVB-T). Nový digitální televizní systém byl od počátku koncipován tak, aby mohl být vsazen do kmitočtového spektra současné analogové televize. To znamená, že tento systém je možné používat zároveň se stávajícím televizním (analogovým) vysíláním, aniž by docházelo k nějakému vzájemnému rušení. Při nasazení digitálního televizního vysílání vznikne hned několik výhod jak na straně diváka, tak na straně technické - provozovatelů. Divák dostane televizní program ve studiové kvalitě obrazu, může si vybrat z několika doprovodných zvuků v kvalitě CD. Ke každému programu si může prohlédnout tzv. Electronic Program Guide (elektronický programový průvodce) a další informace typu televizního programu atd. Příjem je možný na malou prutovou anténku a je též realizovatelný za pohybu, např. v automobilu. Ve všech těchto případech ve kvalitě bez výpadků a rušivých elementů (bez duchů v obraze, praskání ve zvuku, apod.). V případě nasazení technologie DVB-MHP (viz. dále) může divák používat televizní přijímač pro interaktivní komunikaci typu e-mail (zasílání a příjem zpráv), web ( serfování po internetu), e-commerce (přímý nákup zboží pomocí menu a nabídek ovládaných dálkovým ovladačem přijímače, popř. malou klávesnicí používající infra rozhraní (port) pro propojení s přijímačem), news (čtení zpravodajství, počasí apod.), game (on-line hraní interaktivních her, sázení, gambling) a další.
Obr. 1: Mobilní příjem DVB-T v jedoucím automobilu Obr. 2: Stolní a ruční přenosné přijímače DVB-T Při těchto interaktivních aplikacích je využívána výhodná vlastnost DVB systémů a to velká datová rychlost použitelná směrem k uživateli (divákovi). Tato rychlost je až cca. 24Mbps na jeden televizní kanál (místo jednoho televizního analogového programu). Zpětný směr, jenž vyžaduje minimální datovou rychlost (jsou přenášeny pouze krátké požadavky na služby, jenž mají být směrem k divákovi přeneseny), je řešen pomocí stávajícího telefonního připojení (v přijímači je zabudován modem), ISDN, či propojením mobilního telefonu a přijímače a využití takto již dnes běžného datového spojení. Z hlediska technického je použití systému DVB-T zvláště výhodné pro ušetření frekvenčního spektra, jež je v dnešní době značně přeplněné a neumožňuje například celoplošné pokrytí našeho území dalším televizním programem. Při použití systému DVB-T je možné v místě vyhrazeném dnes pro jeden televizní program (obraz + stereo zvuk) např. v Praze vysílat v digitální podobě pět televizních programů stejné kvality, každý s dvěma stereo zvuky a teletextem a několik interaktivních služeb. Při použití jednofrekvenční sítě SFN by bylo možné tímto jediným televizním kanálem pokrýt celé území republiky.
Multimedia Home Platform V roce 1997 se začíná DVB projekt rozšiřovat na DVB-MHP, multimedia home platform (multimediální domácí platforma). Systém umožňuje rozšířené zobrazení pro vysílání (např. výběr kamery jenž snímá zápas apod.), interaktivní služby, internetový přístup. Záměrem bylo vytvoření standardu a pravidel, které vytvoří základ pro nerozčleněný horizontální obchod v Evropě s plnou konkurencí mezi jednotlivými úrovněmi obchodního řetězce. Očekává se, že hlavní roli bude hrát API (application programming interface) aplikační programové rozhraní. Komplex uživatelských a prodejních obchodních podmínek byl již postupně vytvořen. Obr. 3: Architektura systému MHP Architektura systému MHP se skládá ze tří vrstev (hardware není definováno): zdroje, systémové programové vybavení a aplikace. Typickými MHP zdroji jsou zpracování formátu MPEG, vstupně-výstupní zařízení, procesor, paměť a grafický systém. Systémové programové vybavení používá dostupné zdroje pro přenos abstraktního vyjádření jednotlivých platforem do žádaných aplikací. Implementace systému obsahuje také správce jednotlivých aplikací (Navigátor), jenž řídí jednotlivé aplikace, jejich spouštění, průběh a ukončení. Základ systému MHP je založen na platformě známé jako DVB-J. Tato platforma definuje použití Java Virtual Machine od firmy Sun Microsystems. Aplikace vytvářené pro systém MHP musí splňovat pouze podmínky stanovené aplikačním rozhraním API definovaným tímto systémem. Jednotlivé součásti specifikace MHP: 1) MHP architektura 2) Detailní definice vylepšeného vysílání a interaktivních profilů vysílání 3) Formáty PNG, JPEG, MPEG-2 Obraz/Zvuk, titulky, uložené a stáhnutelné fonty 4) Přenosový protokol obsahující datový karusel (vysílání) a IP (zpětný kanál) 5) DVB-J aplikační model a signalizace
6) HTML formát obsahu (DVB-MHP aplikační model a signalizace) 7) DVB-J platforma s aplikačním rozhraním API a vybranými pasážemi z Java API, Java TV, HAVi (uživatelské rozhraní) a DAVIC API 8) Bezpečnostní systém pro vysílané aplikace nebo autorizace pro přenášená data a kódování zpětného kanálu 9) Referenční grafický model Později budou přidávány další profily podle předpokládaného rozvoje systému DVB. 3.1 Aplikace pro MHP Veškeré aplikace typu interaktivních programů (hry, news, prodej, mail, web apod.) jsou vytvářeny poskytovateli jejich obsahu a jsou automaticky nahrávány či obnovovány přenosem potřebných dat do přijímače a to bez zásahu uživatele (diváka). Celý systém je postaven na jazyce Java a je tudíž snadno přenositelný na jakýkoliv hardware, je tedy snadno implementovatelný pro různé výrobce přijímačů. Uveďme několik příkladů použití systému DVB-MHP v praxi. Důležitým typem aplikace jsou aplikace typu e-commerce. Příkladem může být aplikace Nákup zboží. Na obr.4 vidíme obrazovku při nákupu přehrávače DVD od firmy Philips. Ke každému produktu si může divák pomocí menu přečíst a podívat se na mnoho dalších informací o produktu (podrobný popis, foto, technické parametry, apod.), o doplňcích k tomuto produktu (např. zde o DVD discích, titulech, půjčovnách apod.), o příbuzných produktech (televizory, videomagnetofony ) a mnoho dalších informací. Prodej je velice podobný on-line prodeji na internetu, ale s tím rozdílem, že v budoucnu bude mít tento přijímač doma opravdu každý (kdo se bude chtít dívat na televizi) a nabídka produktů se bude zobrazovat automaticky (po volbě položky menu Obchod) bez jakéhokoliv prvotně potřebného připojování k internetu či podobnému médiu. Prodávající společnost může též dynamicky měnit např. velikost množstevních slev dle okamžitého zájmu, či upravovat cenu produktu podle již zakoupeného množství. Obr.4: Aplikace Nákup
Dalším typem aplikace je aplikace typu Aukce. Při zvolení této položky v nabízeném menu přijímače je divák požádán o zadání svého identifikačního kódu a poté si vybere z nabízených objektů aukce. Následuje průběh aukce, kdy pomocí svého dálkového ovladače interaktivně hlásí či zvyšuje své nabídky. Po uplynutí stanoveného času aukce končí a všichni zapojení účastníci vidí na svých obrazovkách její konečný stav. Příklad takové aplikace je na obr.5, zde vidíme dražbu Sony Playstation2, divák zvyšuje nabídku na 200 EUR. Zároveň se sledováním vývoje aukce může divák sledovat televizní program, jenž ho zajímá (zde fotbal). Obr.5: Aplikace Aukce Další příklad může být interaktivní hra. Divák se dozví z reklamní nabídky svého poskytovatele DVB o hře, jenž ho zajímá. V menu svého přijímače pomocí dálkového ovládání zvolí položku Hry a v dalším menu název hry (např. puzzle). Pokud bude hra volně k dispozici, ihned se mu začne nahrávat do jeho přijímače. Jestliže to bude hra placená, bude podle druhu použitého podmíněného přístupu požádán o zadání identifikace (sloužící pro odečtení ceny z divákova účtu u společnosti poskytovatele) nebo dojde k některé jiné podobě placení známé z internetu. Po nahrání hry do přijímače (cca. 1 až 2 min.) je hra spuštěna a divák může hrát (viz. obr.6). Jiným druhem her je obdoba síťových her, které spolu hraje více účastníků. Obr.6: Aplikace typu Hra Puzzle
Další standardně dodávanou aplikací je aplikace Počasí. Je zde mnoho voleb, jako volba města či území, volba zobrazované veličiny (teplota, tlak apod.), volba času a mnoho dalších. Aplikace se průběžně okamžitě aktualizuje. Většinou se plánuje její dodávání zdarma. Obr.7: Aplikace Počasí Dalším dobrým příkladem může být aplikace Info, jenž slouží ke zjištění všech potřebných informací, které jsou svázány s určitou činností či službou. Zde je to příklad aplikace Letiště. Interaktivně zde můžete zjistit všechny informace, které potřebujete znát při cestování přes nebo z tohoto letiště. Samozřejmostí je on-line rezervace nabízených letů.
Obr.8: Aplikace typu Info - Letiště Dalším typem jsou aplikace typu News. Jsou to informace, jež se váží přímo na vysílaný televizní pořad, ať jsou to zprávy (potom to může být známý proužek ve spodní části obrazovky s napsanými zprávami, zde však nemusí divák čekat, až dojde k přerolování na vámi požadovanou zprávu, ale může přímo listovat jednotlivými zprávami), nebo různé sportovní přenosy, kde si můžete zobrazit informace o trati, hřišti, hráčích, hře, popř. závodních strojích, o historii hry a mnoho dalších. Zajímavou možností může být volba kamery (tedy místa pohledu např. na hřiště či výběr golfové jamky, na niž se chceme dívat), jež snímá sportovní událost (např. z mapky hřiště, kde jsou všechny kamery zakresleny). Obr.9: Aplikace doprovodných informací (vlevo automobilové závody, vpravo golf)
4. Závěr Velice důležité je, uvědomit si, že pomocí tohoto systému můžeme vytvořit jakoukoliv aplikaci o níž se budeme domnívat, že diváka zaujme a bude úspěšná. Druhým důležitým faktem je velikost potenciálního trhu. V ne příliš vzdálené budoucnosti budou tento typ televizního přijímače či alespoň set-top-box (černá krabička, jež se připojí k televizoru a umožní příjem DVB-T) potřebovat všichni televizní diváci, jelikož o přechodu na digitální televizní vysílání je již rozhodnuto, v EU je to do cca 10 let (v té době dojde k vypnutí současné analogové televize, digitální vysílání již dnes běží). V mnoha zemích již digitální televizní vysílání (pozemní varianta DVB-T) běží, nejdříve bylo spuštěno ve Velké Británii, poté ve Švédsku, Francii, Německu a dalších zemích. Plánované nasazení DVB a ostatních digitálních televizních systémů je na obr.10. Obr.10: Digitální televizní systémy ve světě V České republice v současné době běží dva projekty DVB-T vysílání a jeden projekt DVB-S. V případě satelitního digitálního vysílání DVB-S jde o vysílání společnosti UPC a o distribuci televizních programů na jednotlivé pozemní vysílače společností CzechLink. Tento systém slouží pro primární distribuci televizního signálu, individuální příjem je také možný po zakoupení kryptovací karty u společnosti CzechLink. V případě pozemního vysílání digitální televize DVB-T se jedná o experimentální vysílání Českých Radiokomunikací na 25. kanálu v Praze a o experimentální vysílání Czech Digital Group a.s. na 46. kanálu také v Praze. Na obou kanálech je vysílán podobný multiplex českých celoplošně šířených televizních programů spolu s několika českými rádii. Firma Czech Digital Group a.s. experimentálním vysíláním úspěšně ověřila možnost vysílání a využití aplikací systému DVB-MHP. Započetí komerčního vysílání digitální televize prozatím brání zatím nevytvořené legislativní podmínky v ČR.
5. Seznam literatury [1] Jerry C. Whitaker: The DVB Standard, Digital Television Transmission Systems, ch. 13.5, pp. 111-145, 2000 [2] Luetteke, Georg: The DVB Multimedia Home Platform, DVB Project technical publication, 1998 [3] TS 101 812, Multimedia Home Platform 1.0, TS 101 812, 2001 [4] http://www.mhp.org 6. Shrnutí Digital television is a new trend in this epoch. New standards were created for the digital television in Europe named Digital Video Broadcasting system (DVB). One of implementations for this system is a terrestrial version DVB-T. This system has lots of benefits for consumers as well as providers. For the multimedia and interactivity access was suggested Multimedia Home Platform. In this case a viewer may use the television for interactive communication as is e-mail (short messages), web (surfing in the Internet), e-commerce (direct marketing), news (news, weather, ), game (gambling on-line interactive games) and other. For these interactive applications we make use of useful properties in DVB systems as is a bit rate, mobile reception and other. Examples of e_commerce are applications Shopping and Auction-sale. Supposed expansion for DVB-MHP systems is most important occasion why create new application as is Shopping. DVB system was already started in many countries, firs in Great Britain, Sweden and Germany. Two experiments are started in Czech Republic too. System DVB-MHP with interactive applications was experimentally and successfully validated by company Czech Digital Group a.s. Legislative conditions that are not created in Czech Republic inhibit for the present initiation of commercial broadcasting in this system.