VBI: передача данных по каналам телевизионного вещания

Инфраструктура телевизионного вещания кажется весьма привлекательной для передачи компьютерной информации. Техническая возможность «подмешивать» цифровые данные в телевизионный сигнал и распространять их на гигантских территориях телевещания позволяет достичь в ряде приложений большего экономического эффекта, нежели использование традиционных коммуникаций или прокладка новых линий связи. Особенно если принять во внимание высокую скорость передачи данных, обусловленную широкой полосой видеосигнала и фактическую проплаченность телевизионным бизнесом (в частности, той же навязчивой рекламой) его доставки. На сегодня технология передачи цифровых данных в составе видеосигнала не только отлажена, но и предлагается телецентрами ряда стран (включая Россию) как вещательная услуга по передаче информации для всех желающих.

Цифровые данные в видеосигнале вещательного телевидения размещают на участке между двумя соседними полями-полукадрами в интервале вертикального гашения луча (Vertical Blanking Interval – VBI). Он окаймляет синхронизирующий импульс начала нового поля и содержит 25 пустых строк растра с постоянным уровнем черного для выключения луча. Первые 6 строк VBI необходимы для синхронизации развертки телевизионных приемников, в следующие строки – с 7 по 22 – как раз и используются для вставки цифровых данных.

Аббревиатура VBI общепринята для обозначения подобного метода передачи информации. Наиболее известным применением технологии VBI является телетекст. Передача же цифровых данных с компьютера на компьютер в VBI менее известна, хотя и широко используется, например, в Северной Америке, главным образом благодаря канадской компании NORPAK (www.norpak.ca), не только разработавшей и культивирующей эту технологию в течение уже 20 лет, но и предлагающей комплекты оборудования «под ключ» для построения сетей передачи данных на основе телевизионного вещания.

В соответствии со стандартом, используемым NORPAK, в одной строке VBI размещается пакет из 288 бит. Из них 64 бита используются для настройки и адресации пакетов, а 224 – собственно данные. При частоте 50 полей в секунду и 10 строках VBI в поле можно передавать до 144000 бит в секунду. Однако из-за применения алгоритмов помехозащитного кодирования общая пропускная способность канала держится на уровне 115200 бит в секунду. Если же данными заполнить все поле – например, во время перерыва телевизионной трансляции в ночное время – то можно достичь скорости передачи свыше 4 Мбит/с.

Фактическая скорость передачи данных зависит от числа задействованных строк VBI и количества одновременно передаваемых независимых пакетов данных для различных потребителей и может изменяться в диапазоне от 9600 до 115200 бит/с. Как правило, на одном общенациональном канале строки VBI «поделены» между несколькими службами (службой точного времени, телетекста и несколькими компаниями, передающими данные в VBI). В сетях же местного кабельного телевидения всеми строками VBI (к тому же на нескольких частотных каналах) может распоряжаться один провайдер, обеспечивая максимальную скорость передачи данных.

Особенностью технологии VBI и одновременно ее недостатком по сравнению с другими системами коммуникаций является односторонняя передача данных. Если технически это преодолевается мощными алгоритмами FEC (несколько увеличивающими стоимость оборудования), то в коммерческом плане это предопределяет сферу информационных приложений. Как правило, VBI-передача становится частью корпоративных сетей с сильно несимметричным графиком, например крупных компаний, банков, министерств или информационных агентств, рассылающих материалы директивного, справочного или информационного характера многочисленным филиалам или подписчикам. При этом удаленность, географический разброс и многочисленность потребителей, требующих одновременной рассылки однотипных материалов, служит доводом в пользу рассматриваемой технологии. К другим положительным сторонам VBI-передачи относятся:

· неограниченное увеличение количества приемных пунктов без роста затрат на трафик и аппаратуру передачи;

· прием осуществляется через эфир, что актуально в труднодоступных нетелефонизированных районах;

· низкая себестоимость передачи данных – трансляция сигнала уже оплачена телевизионным бизнесом;

· возможность передачи данных конкретному получателю благодаря адресной системе телевизионных модемов.

Кроме того, VBI-передача рассматривается как запасной вариант распространения информации в случае природных катастроф, поскольку система телевизионного вещания обладает наибольшей устойчивостью и надежностью.

VBI-передача не исключает и гибридные решения с несимметричным графиком, когда малый поток запросов на сервер поступает по телефонным линиям, а массивный ответный поток – по кабельной сети или эфиру. Таким образом, проблема последней мили решается как для высокоскоростного доступа в Интернет в случаях неудовлетворительной телефонной линии или невозможности использования ISDN-канала, так и в случае, когда пользователь работает с фиксированным набором периодически обновляемых ресурсов Интернета на подписной основе.

Для организации системы передачи компьютерных данных, как в системе широкого эфирного телевещания, так и в студии местного кабельного, необходимо установить инжектор – передающее устройство для вставки компьютерных данных в видеосигнал. Для приема информации абоненты должны оснастить свои компьютеры телевизионными модемами. Такие модемы с помощью внутреннего тюнера принимают сигнал радиочастоты прямо из эфира или из кабеля, детектируют его и выделяют строки VBI. Если в них содержатся адресованные абоненту данные, то они декодируются программно и записываются в дисковый файл.

Передающее устройство (торговая марка TES3) устанавливается на входе радиопередающей аппаратуры телецентра, принимает от сервера данные, кодирует их и вставляет в строки VBI видеосигнала. Сердцем устройства является встроенный микрокомпьютер с процессором 386SX – 25 МГц, оперативной памятью до 16 Мбайт и до 2 Мбайт флэш-памяти, используемой как диск. Работает устройство под управлением DOS6, размещенной в ПЗУ. Для обеспечения целостности передаваемых данных при односторонней передаче TES3 выполняет алгоритм упреждающей или прямой (без повторной передачи) коррекции ошибок Forward Error Correction - FEC. За счет этого достоверность передачи данных составляет 10^-8 – чем обеспечивается значительный выигрыш по типовой частоте ошибок в сравнении с большинством традиционных технологий передачи данных с помощью телефонной сети.

Приемное устройство (телевизионный модем ТТХ71х). Устанавливается в абонентский персональный компьютер в разъем шины расширения ISA. Устройство содержит телевизионный тюнер диапазонов VHF/UHF, мультисистемный конвертор (NTSC, РАL, SECAM, 625/525 строк) видеосигнала фирмы Philips, а также модули обнаружения и выделения цифровых данных в интервале VBI и их передачи на системную шину компьютера. Методы прямой коррекции ошибок, адресная идентификация, форматирование конечных данных и их размещение в компьютере выполняются программным обеспечением, поставляемым вместе с платой. Декодирование данных использует не более 1% производительности процессора Pentium. Требования к персональному компьютеру – процессор не ниже 386, шина ISA.

Каждый приемник имеет уникальный «серийный номер», позволяющий проводить адресную рассылку данных. Программное обеспечение платы допускает три вида доступа пользователя и прикладных программ к принятым данным: непосредственный доступ с помощью программы управления платой 71х, посредством библиотеки динамически загружаемых подпрограмм (DLL) для интерфейса прикладных программ и через драйвер виртуального устройства ТТХ71х (FXD), представленного в Windows как последовательный СОМ-порт.

Показателем качества телевизионного модема ТТХ71х может служить достоверность принимаемой информации. Чувствительностью тюнера и мощностью алгоритма FEC обеспечивают вероятность ошибки 10^-8 при снижении уровня входного сигнала до -79dBmW², что делает ТТХ71 х нетребовательным к существующему ан-тенно-кабельному хозяйству.

Такие телевизионные модемы выпускаются и в виде отдельного блока, подключаемого к компьютеру через обычный последовательный порт. Являясь лидером в VBI-технологии, NORPAK не осталась в стороне и от рынка Интернет-услуг, предложив свою систему распространения Web-страниц – VB/net.

Основным элементом VB/net является сервер головной станции телевещания. В отчет на запрос пользователя по коммутируемой линии сервер осуществляет доступ к необходимому узлу Web, формирует его полную иерархическую «карту» со всеми внутренними ссылками HTML и переправляет связанные страницы пользователю с помощью аппаратуры вставки данных в VBI телевизионного сигнала (TES3). В дальнейшем сервер VB/net автоматически отслеживает изменения на Web-узле и отражает их на персональном компьютере конечного пользователя. На сервере могут находиться и зеркальные отображения часто используемых по подписке узлов. Программное обеспечение сервера работает под управлением операционной системы Windows NT и обеспечивает сбор и формирование Web-страниц, поддержку очередей, передачу файлов, управление базой данных запросов и страниц пользователей, а также поддерживает службу подписки.

О технологии VBI в России.

Если телетекст и передача служебной информации на общероссийских каналах практикуется достаточно давно, то «предоставление эфира» для передачи цифровых данных в VBI на коммерческой основе практически всем желающим стало возможным только год назад. Одним из провайдеров таких услуг на телеканалах ОРТ, РТР, "ТВ-Центр", Спутниковом канале «Москва-Глобальная» и Всемирном русском канале является АО «Вещание/Передача информации» (ВПИ, www.vpi.ru), расположившееся в Останкино. В настоящее время компания заключила договоры на использование строк VB1 с рядом центральных телевещательных каналов и разворачивает оборудование.

В сущности, ВПИ принимает файлы от заказчика и размещает их в VBI общенациональных телеканалов. При этом заказчиком оплачивается только объем переданной информации (помегабайтно) независимо от числа получателей или территории. Содержание информации и ее криптографическую защиту обеспечивает те­левизионные модемы фирмы NORPAK с программным обеспечением для операционной системы Windows 9513.1 на русском языке.

Будучи эксклюзивным дистрибьютором технологии и оборудования корпорации NORPAK на территории СНГ и стран Балтии, ВПИ стремится на основе ее оборудования создавать региональные сети вещания с VB1, включая доступ к Интернету типа VB/net.

Удаленные населенные пункты, районные и сельские администрации, школы и библиотеки постепенно обзаводятся персональными компьютерами. Однако из-за низкого качества, а порой и отсутствия телефонной и иной связи в российской глубинке они вряд ли в ближайшие годы подключатся к Всемирной паутине посредством модема. В то же время благодаря всеохватывающему (98,5% территории России) вещанию центральных и региональных телеканалов такая возможность открывается уже сегодня за счет технологии VB/net. Достаточно оснастить компьютеры телевизионными модемами и наладить Интернет-вещание. Для начала можно ограничиться постоянным набором Web-страниц информационного, образовательного и справочного характера, а также электронными версиями периодических изданий.

Пожалуй, единственным сдерживающим российский VB/net фактором может стать лишь стоимость фирменного телевизионного модема NORPAK – около 600 долларов. Впрочем, конечному пользователю провайдеры могут продавать телевизионные модемы в рассрочку или даже давать бесплатно, получая прибыль от оплаты графика и размещения рекламы в VBI. К тому же в России найдется немало мест, где установить антенну и телевизионный модем гораздо выгоднее, чем копать канаву для телефонной линии.