Работы по внедрению ЦТВ в нашей стране начались осенью 1997 г. К тому времени некоторые западные страны уже приступили к практической реализации перехода на цифровое телевизионное вещание (наиболее продвинулась в этом отношении Великобритания).

В 1998 г. Минэкономики России объявило конкурс на проведение цикла «Разработка комплексного проекта по созданию системы цифрового телевизионного вещания в России», который предусматривал создание систем и средств, необходимых для цифрового вещания.

Первый экспериментальный передающий центр опытной зоны эфирного ЦТВ с использованием отечественных разработок был развернут в Нижнем Новгороде. Для цифрового вещания выделялся 50-й телевизионный канал. Первое включение произведено 2 июля 2000 г. При этом в соседних (49-м и 50-м) каналах велось постоянное аналоговое вещание.

Опытные зоны эфирного и кабельного цифрового вещания были развернуты также в Санкт-Петербурге.

В 2003 г. закончились основные работы по созданию ряда технических средств для наземного (эфирного), кабельного и спутникового приема, а также соответствующего пакета национальных стандартов для цифрового формата вещания.

В 2002 г. начались исследования и разработка отечественных технических средств для цифрового радиовещания (ЦРВ) в стандартах DRM и DAB. В настоящее время в мире действуют три международные системы стандартов: DVB (Digital Video Broadcasting), ATSC (Advanced Television Systems Committee) и ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting). В Российской Федерации предпочтение отдано европейскому стандарту DVB. Дальнейшее продвижение цифрового телевизионного вещания повсеместно базируется на национальных стандартах, определяющих прохождение сигнала на всех ступенях системы передачи - от студии до пользователя.

Разработанный по инициативе Международной организации стандартизации в 1993 г. стандарт сжатия видеосигналов MPEG-2 явился движущей силой для становления цифрового телевизионного вещания и на многие годы определил пути развития этого направления техники. Практически все страны приняли его, в определенной степени расширяя возможности и совершенствуя MPEG-2. Разработанные по этому стандарту кодеры обеспечивают высококачественную передачу телевизионных изображений с большой динамикой при скорости потока 5,5 -6 Мбит/с. MPEG-2 в значительной степени удовлетворяет потребности в методах кодирования движущихся изображений и сопутствующего звука. Кроме того, этот стандарт находит применение в видеоконференцсвязи, видеотелефонии, хранении информации и др. Он предусматривает передачу сигналов с постоянной и переменной скоростью. При этом решаются такие задачи, как переключение каналов, редактирование, быстрое прямое и обратное воспроизведение, медленное движение и т. д.

Восторженно встреченный специалистами стандарт MPEG-2 тем не менее имеет свои ограничения, поэтому работы по совершенствованию сжатия видеосигнала были продолжены. В настоящее время достаточно широкую известность обрел стандарт MPEG-4 AVC или, по классификации МСЭ, H.264/AVC (ISO/EC 14496-10 AVC). Аббревиатура AVC (Advanced Video Coding) расшифровывается как усовершенствованный стандарт видеокодирования.

Алгоритм кодирования является достаточно сложным процессом. Как в прежнем, так и новом стандарте используются два подхода к обработке сигнала: временной и пространственный. Новый стандарт устраняет некоторые недостатки старого и в большей степени учитывает физиологические свойства человеческого зрения, а также содержательную часть передаваемой информации (контент). Основное отличие стандарта MPEG-4 (и его усовершенствованных версий) от MPEG-2 заключается в использовании понятия «медиа-объект» в качестве единицы звукового, визуального или аудиовизуального контента.

При пространственном сжатии сравнивается текущий макроблок 16х16 элементов с соседними макроблоками, определяется разница и только она передается для дискретного косинусного преобразования. Каждый макроблок может быть разбит на меньшие по размеру макроблоки, например 4x4 элемента, что дает возможность повысить качество передаваемого изображения. При межкадровом кодировании кодер позволяет разбивать яркостную составляющую в каждом макроблоке 16×16 элементов на блоки 16×8, 8×16 или 8×8 элементов (в макроблоке 8×8 элементов - соответственно на блоки 8×4, 4×8 или 4×4 элемента). Это важно потому, что человеческое зрение более чувствительно к движению яркости, чем к движению цветности.

Качество изображения при сжатии видеосигнала может снижаться за счет заметности блоков и переходов от одного блока к другому - так называемый эффект блочности. Для снижения блочных артефактов в декодированном изображении в стандарте MPEG-4 AVC применяется фильтр постобработки (деблокирования), обеспечивающий более высокое субъективное качество изображения.

MPEG-4 AVC поддерживает компенсацию движения с точностью до одной четверти или даже до одной восьмой элемента изображения, что также позволяет снизить скорость потока информации. В этом стандарте для межкадрового кодирования в MPEG предусмотрено до пяти опорных кадров вместо двух, как в MPEG-2.

MPEG-4 AVC позволяет осуществлять телевизионное эфирное, кабельное и спутниковое вещание со скоростями потока менее 2 Мбит/с на одну программу, обеспечивать высококачественную запись видеоинформации на оптические и магнитные носители (CD, DVD и др.), значительно ускорить передачу видеоинформации по сетям TCP/IP и доставку мультимедийных сообщений посредством мобильной связи.

Эффективность кодирования в MPEG-4 AVC по сравнению с MPEG-2 увеличивается от полутора до двух раз в зависимости от выбранного профиля стандарта. Однако при этом усложняются проблемы декодирования (по приблизительной оценке в 2,5 - 4 раза). Преодоление этих трудностей ложится на микросхему декодера приемника и соответствующее программное обеспечение приемного устройства.

Новые стандарты кодирования предполагают широкое применение в различных областях. Тем не менее следует ожидать, что это не приведет к значительному изменению структуры существующих транспортных сетей MPEG/DVB.

Важнейшей движущей силой развития ЦТВ с недавних пор стали системы спутниковой связи. Системы непосредственного спутникового телевизионного вещания (НСТВ) и спутниковые системы распределения телевизионных программ оказались тем полигоном, на котором была получена практическая оценка всех достоинств и недостатков стандарта MPEG-2. Сначала спутниковые каналы использовались только для распределения по территории (в основном на большие расстояния) ТВ-программ в аналоговой или цифроаналоговой форме. В последнее десятилетие все шире используются системы спутникового непосредственного телевизионного вещания (СНТВ), которые позволят доводить эти программы до абонента с помощью спутниковых станций с антеннами небольших размеров.

Современные системы связи и цифрового вещания, основанные на использовании глубокой компрессии сигналов, требуют передачи сигналов с очень высокой надежностью кодовой защиты. Повышенная надежность может быть достигнута за счет каскадного кодирования, предусматривающего последовательное включение двух или более кодеков, каждый из которых предназначен для исправления ошибок различной структуры.

Сигналы от источников звуковой информации тоже преобразуются в цифровой формат. При этом осуществляются сначала устранение избыточности, затем с целью повышения помехоустойчивости скремблирование (рандомизация), вслед за чем канальное кодирование и перемежение (интерливинг).

Устранение избыточности позволяет сократить аудиопоток. Рандомизация необходима для уменьшения вероятности появления нежелательной регулярности в передаваемом сигнале и выравнивания его энергетического спектра. Обеспечению квазибезошибочного приема служит канальное кодирование сигнала. Повышение устойчивости передачи по каналам с временным и частотным рассеянием достигается перемежением сигналов.

Самой современной системой сжатия звука считается усовершенствованная система кодирования звука AAC (Advanced Audio Coding), которая специфицирована в седьмой части стандарта ISO/IEC 13818. По своей эффективности ААС вдвое превосходит Уровень II и в 1,4 раза Уровень III стандарта MPEG-1. Система ААС обеспечивает высококачественный звук при скорости цифрового потока 96 кбит/с на стереопрограмму.

ААС использует все средства цифрового сжатия: полосное кодирование, неравномерное, кодирование кодом Хаффмана (Huffman Codeword Reordening), специальные алгоритмы распределения битов и др.

Стремление перейти к режиму телевизионного вещания высокой четкости (ТВЧ) имеет достаточно длительную историю. Многие специалисты мира считают временем рождения ТВЧ октябрь 1991 г., когда в Японии телеканал Hi-Vision начал прямые передачи ТВЧ с помощью спутниковой связи по стандарту MUSE - Multiple Subnyquist-sam-ple Encoding.

Формат 1080i, получивший наибольшее распространение, имеет размер кадра 1920 х 1080 пикселей при 60 (50) чересстрочных кадров в секунду. Артефакты, порождаемые чересстрочной разверткой, снижают четкость изображения, которая теоретически должна определяться количеством пикселей в формате 1080i (2073600). Поэтому продолжает удерживать позиции и формат 720р, который имеет размер кадра 1280 х 720 пикселей при 60 прогрессивных кадров в секунду.

ТВЧ развивается медленно из-за низкого потребительского спроса на него в Европейских странах. Высокая стоимость услуги и высокая стоимость подготовки программ пока продолжают сдерживать широкое внедрение ТВЧ. Проблемы выбора стандарта с тем или иным количеством строк или кадров меньше всего беспокоят зрителя. Необходимо высокое качество при сходной цене. Тем не менее, будущее принадлежит телевидению высокой четкости.

Внедрению цифрового телевизионного вещания препятствует нехватка контента. Но было бы неправильно связывать это с внедрением новых технологий. Эта проблема существовала, и будет существовать независимо от числа доступных для телезрителя программ. Современные возможности телевидения, сопряженные с интерактивностью, в большей степени проявляют индивидуальные потребности человека, и максимальное их удовлетворение является одной из главных задач телевизионной отрасли, в том числе за счет творческого вклада со стороны создателей контента (имеется в виду многообразие программ по тематике, форме, степени соучастия аудитории и т.д.).

Информационные потребности человека связаны не только с восприятием свежей оригинальной информации, но и с интересом к ретроинформации.

Под интерактивностью в телевизионном вещании понимается возможность пользователя воздействовать на передаваемый набор программ (осуществлять их выбор), а также управлять передаваемой информацией, в том числе выбранной программой.

Важнейшими моментами в контентологии (наука о контенте) являются способы и место хранения информации.

Вместе с внедрением интерактивного цифрового телевизионного вещания и благодаря наличию обратного канала, обеспечивающего пользователям доступ через провайдеров в телевизионные базы данных, в Internet и другие компьютерные и справочные сети, возникла проблема создания территориально-распределенной базы различных данных, объединенных сетью связи.

К началу XXI в. на постоянном хранении в архивах всего мира находилось около 50 млн. часов кинои видеоматериалов. Каждый год объем архивных материалов растет почти на 900 тыс. ч. Российский Гостелерадиофонд в настоящее время содержит более 200 тыс. кино-, 14000 видеои других архивных материалов (звуковых, фотографических и т.п.).

Так как цифровое телевизионное вещание постепенно, но обязательно займет доминирующее положение, то при разработке сети ориентироваться необходимо только на цифровую инфраструктуру. Архивы и библиотеки на основе MPEG - это гарантированная сохранность информации, быстрый доступ, минимальные затраты на хранение; а предложенный территориально-распределенный метод построения сети предрасполагает к низкой стоимости доставки.

Поэтому построение пространственно разнесенной системы быстрого доступа к архивам и библиотекам является важнейшей задачей развития интерактивного телевизионного вещания. В такой системе будет обеспечена регистрация запросов, объема направляемой по запросу информации и выставления счетов пользователям, расчетов авторского гонорара и отчислений другим участникам процесса передачи информации. Поиск файлов в архивах и библиотеках в основном будет проходить по заголовку файла. Однако в соответствии с концепцией стандарта MPEG-7, так называемого Multimedia Content Description Interface (интерфейс описания мультимедийного контента), поиск сможет осуществляться по определенным мультимедийным данным - по короткому отрывку музыкального произведения, нескольким кадрам киноили видеофильма (либо ролика, программы, сюжета), фрагменту движения или изображения объекта и т. д. В системе предполагается использовать существующие линии связи, включая сети общего пользования, по которым контент передается в цифровой форме (в том числе первичные сети передачи данных PDH, SDH, ATM). В недалеком будущем им на смену придут мультисервисные сети.