HDTV- что это такое и с чем его едят...

[suma]

Привожу статью не очень старую, но думаю, что интересную в плане - как настроить HDTV, можно ли в принципе смотреть HDTV на ваших приемниках, и все, что связано с HDTV телевидением, вопросы про которое в последнее время звучат все чаще и чаще.

Просмотр H.264/AVC HDTV вживую с применением DVB-карт

Что-бы не говорили скептики, а будущее телевидения связано с улучшением качества передаваемого изображения. В эпоху становления ТВ, невысокое качество картинки определялось невозможностью сформировать изображение с большим количеством элементов. С развитем электроники сталов озможным обойти это ограничение, но появилась следущая проблема - уже невозможность передать в эфире поток данных, требуемый для передачи качественной картинки. Наземный спектр полностью задействован, кромк того требовалось обеспечить совместимость с прежде разработанными системами передачи.

С выходом телевидения на широполосные спутниковые каналы, казалось наступит эра нового ТВ. Но в дело помимо техники вступила и экономика - каналы эти весьма дороги и вещателю выгоднее передать несколько каналов обычного качества, чем один высококачяественный. И позднее введение цифровой передачи ТВ-каналов, как это не странно, не принес никакого улучшения качества картинки. Выгоду получил лишь вещатель - в полосе одного аналогового канала, стало возможным передать 5 - 6 цифровых неплохого качества. Более того, иногда зритель бывает даже в проигрыше - стремясь к экономии вещатель запихивает не 5, а 10 и более каналов в транспондер, естественно худшего качества.

Несколько лет назад общеизвестной стала аббревиатура HDTV - High Definition TV или в русском варианте ТВВЧ - ТВ Высокой Четкости. Несомненно именно оно произведет революцию в мире телевидения. Практически все эксперты ставят эту технологию в один ряд по значимости с появлением звука и цвета в кино, и собственно с появлением ТВ как такового.
Справедливости ради, отметим, что первые HDTV трансляции были проведены японской компанией NHK с Олимпийских Игр 1964 года! Причем система HD-вещания была аналоговой, собственной разработки NHK. Но только с приходом цифровых методов обработки и передачи ТВ сигнала HDTV стало реальностью.

Итак, а что с практической реализацией? Увы, в этом Европа (о России скромно умолчим) сильно отстала от CША, Японии, Австралии, где коммерческое HD-вещание достаточно развито и темпы развития не падают, а наоборот, нарастают. В Европе-же до недавнего времени складывался замкнутый круг - вещатели ничего не вещали - производители не выпускали HD-аппаратуры - смотреть было некому - не было рынка - студии не давали достаточного количества HD-контента.

Положение в Европе стало меняться лишь три года назад, когда комнания Euro1080, при содействии SES-ASTRA и SONY, начала тестовое HD-вещание (13 сентября 2003 г). Сейчас компания вещает три канала - HD1, HD2, HD5 в формате MPEG-2 со спутников Astra (позиция 19.2E) и Sirius (позиция 5.0 E).

Как известно, прогресс не стоит на месте. На помощь вещателям пришли две новые технологии - усовершенствоаанный стандарт цивровой передачи DVB-S2 и новый стандарт компрессии изображения MPEG-4/AVC. О первой технологии мы поговорим в другой статье, здесь-же несколько раскроем вторую.

[suma]

HDTV
Еще на заре аналогового цветного ТВ для снижения объема передаваемой информации использовались особенности восприятия картинки человеком. В частности было известно, что глаз человека лучше различает градации яркости, а не цветности. Кроме того разные цвета воспринимаются глазом с разной четкостью (например синий, гораздо хуже, чем красный, а тот чем зеленый). Это позволяет резко снизить поток информации о цветности изображения.

Как известно, ТВ- изображение, обладают большой избыточностью. В самом деле основую часть экрана занимают неподвижный фон и некоторые движущиеся детали. Именно этот факт лежит в основе практически любой системы цифрового сжатия (компрессии) изображения. Достаточно передать один базовый кадр, а потом некоторое время можно передавать промежуточные, отражающие только изменяющуюся информацию. Эти и еще ряд факторов, позволяют отбросить большое количество избыточной информации, без существенного ухудшения качества восприятия изображения.

При этом используется сжатие c откидывание второстепенной информации, знакомое по графическим файлам стандарта JPG. Степень сжатия - величbна субъективная и выбирается вещателем исходя из множества факторов - доступной полосы пропускания, требовательности аудитории и пр. Итак, любая компрессия - это компромисс.

В семействе стандартов DVB, используется алгоритм сжатия MPEG-2. Этот стандарт был специально разработан MPEG ( Moving Pictures Experts Group), рабочей группой Международной Организацией Стандартизации ( International Organization for Standardization - ISO, для кодирования ТВ сигналов вещательного телевидения и опубликован как международный стандарт ISO/IEC 13818. Он позволяет получить полную четкость декодированного ТВ изображения, соответствующую Рекомендации 601 МККР. (При скорости передачи видеоданных 9 Мбит/с качество ТВ изображения соответствует студийному).

Отметим, что стандарт описывает общие принципы компрессии, оставляя конкретные детали реализации за изготовителями кодеров. Прогресс не стоит на месте. В настоящее время при одинаковом визуальном качестве изображения, требуемая скорость потока (bitrate, битрейт) почти в 2 раза менее, чем на заре цифрового вещания.

Изображение стандартного разрешения имеет разрешение 720 * 576 пикселей и скорость информационного потока до 8 Мбит/сек. В практическом спутниковом вещании используются скорости не более 5 - 6 Мбит/сек, типично 3 - 4 Мбит/сек, а иногда и существенно меньше. Да и разрешение картинки некоторые горе-операторы сильно обрезают.

Для HD-вещания сейчас на практике применяются два формата: 1920*1080i и 1280*720р. Именно первый вариант и используется в Европе. При его использовании число элементов изображения примерно в 5 раз больше, чем в стандартном разрешении - картинка несравненно четче.

Но улучшение качества небесплатно - скорость информационного потока достигает 18-20 Мбит/сек. Как видим, в один типичный 38 Мбит транспондер вместо 5-6 каналов обычного качества помещается, 1 - максимум 2 канала высокой четкости. Далее вступают в дело законы экономики...

[suma]

Компрессия MPEG-4/AVC
Однако ум человеческий пытлив и нашел, что-бы еще выбросить из потока информации, и как обработать данные на приёмной стороне, что-бы визуальное субъективное качество картинки не ухудшилось. Следующий виток в развитии алгоритмов компресии - это открытый стандарт MPEG-4 ( ISO 14496) – разработанный также Moving Picture Experts Group Изначально MPEG-4 предназначался не для стандартизации одного потенциального продукта, а для того, чтобы охватить большое количество под-стандартов, из которых поставщики продуктов могли бы выбрать то, что им нужно для своей продукции. Наибольший интерес представляют следующие:
* ISO 14496-1 (Системы), формат контейнера MP4, анимация/интерактивность (например, DVD меню)
* ISO 14496-2 (Видео #1), Продвинутый Простой Профайл ( Advanced Simple Profile – ASP), которому соответствуют XviD, DivX 5, 3ivx.
* ISO 14496-3 (Аудио), Продвинутое Кодирование Аудио ( Advanced Audio Coding – AAC)
* ISO 14496-10 (Видео #2), Продвинутое Кодирование Видео ( Advanced Video Coding – AVC), так же известное как H.264

AVC/H.264 – это часть MPEG-4 стандарта, определяющая один из самых современных и технически совершенных форматов видео кодирования. Он был совместно завершён и специфицирован в 2003 году двумя группами: MPEG ( Moving Pictures Experts Group) из Интернациональной Организацией Стандартизации ( International Organization for Standardization – ISO и VCEG (Video Coding Experts Group) из Интернационального Телекоммуникационного Союза (International Telecommunication Union – ITU) Организации Объединённых Наций. Непосредственно AVC/H.264 стандарт был разработан Joint Video Team ( JVT), которая включает экспертов из MPEG и VCEG. Со стороны MPEG, стандарт называется MPEG-4 Часть 10 ( ISO 14496-10), а со стороны ITU – H.264 (по номеру документа ITU). Под этим названием формат уже широко известен. Официальное наименование нового стандарта, Advanced Video Coding (AVC), было выбрано MPEG как видео дополнение к аудио формату Advanced Audio Coding ( AAC).

В отличие от стандарта MPEG-4/ASP ( ISO 14496-2), технологии, описываемые в стандарте MPEG-4/AVC предназначены для обработки видеопоследовательностей, предварительно не разделенных на видеоплоскости. Довольно существенные изменения по сравнению со стандартом MPEG-4 претерпела компенсация движения. Следует выделить также еще две его особенности: большая точность представления векторов движения и другой способ увеличения масштаба опорных фреймов, используемых для получения предсказания. Допускается точность, равная либо 1/4, либо 1/8 макроблока (в стандарте MPEG-4 максимальная точность, как известно, составляет 1/4). Для масштабирования опорных фреймов применяется достаточно сложная многоточечная интерполяция.

Эти ухищрения это позволяет в 2 и более раз уменьшить поток передаваемых данных по сравнению с MPEG-2. Заметим, при сохранении субъективно равного качества, но никак не его улучшении. Отменим, что и тут ничего не дается бесплатно. Сокращение полосы передачи, компенсируется возросшим на порядок количеством вычислений, требуемых как на передающей, так и на приёмной сторонах.

Итак, совместное примениение DVB-S2 и H.264 позволяет вернуться к старой ситуации - 6 - 8 каналов на транспондер. Но уже HD-качества. Этот прорыв привел к тому, что уже к середине 2005 г. практически все крупные европейские ТВ-вещатели заявили о предстоящем запуске своих коммерческих HD-пакетов:

* Premiere. Германия
* ProSieben. Германия
* Sat1. Германия
* BSkyB. Великобритания
* BBC. Великобритания
* Canal+. Франция.
* TPS. Франция.
* Sky Italia. Италия.

Справедливости ради заметим, что рекомендовал к применению два конкурирующих стандарта - H.264 и VC-1 компании Microsoft. Но все европейские вещатели выбрали H.264.

[suma]

Железо
Однако не все трудности были еще преодолены! Вспомним о возросшем объеме вычислений. Обычный, даже дорогой ресивер для приёма спутниковых каналов не справляется с приёмом HDTV даже в MPEG-2 - его декодер просто не рассчитан на формат изображения и увеличенный поток данных HD-вещания. Кроме того, как описано выше, H.264 требует принципиально иных алгоритмов декодирования.

Несмотря на то, что еще в начале 2005 г компании STMicroelectronics и Broadcom объявили о выпуске одночиповых MPEG-4/AVC декодеров ( STi7710 и BCM7038 соответственно), производители спутниковых ресиверов не спешили запускать в производство новые модели. Это привело к дефициту на рынке MPEG-4 премников. Дошло даже до того, что германский Premiere 4 раза переносил дату старта своего HD-пакета - его просто не на чем было смотреть. Сейчас (лето 2006 г) на рынке есть уже несколько моделей от разных изготовителей, но количественный дефицит все равно заметен.


Компьютер
И вот наконец, мы подходим к цели опубликованной ниже статьи. В силу своей универсальности, компьютеры позволяют применять новые технологии, до того как они находят широкое воплощение в бытовой технике. Не исключением стало и HDTV. Уже первые HD-трансляции стандарта MPEG-2 принимались при помощи обычных недорогих DVB-карт, в то время как HD-ресивер стоил в 10 раз дороже.

Важное замечание: Для приёма каналов стандарта DVB-S2 требуются соответствующие dvb-карты. Они уже появляются на рынке Существующие dvb-премники использовать для приёма DVB-S2 невозможно!

Но не все так печально. MPEG-4 совсем не обязательно влечет за собой DVB-S2. Ряд каналов вещают в привычном DVB-S/H.264. На сегодня это (открытые):
* TPS HD promo. Atlantic Bird 3, Hot Bird
* M6. Hot Bird
* Astra HDTV promo. Astra 1D, 23.5°E
* BBC HD promo. Astra 2D, 28.2°E

Приём и главное отображение MPEG-2 каналов на компьютере не вызвал большого затруднения - лишь бы CPU справился с задачей. На тот момент сам процесс декодирования MPEG-2 был уже несколько лет отлажен на DVD-дисках и программные декодеры понимали разрешение HD-каналов. Совсем иное дело MPEG-4, тем более H.264. С его декодированием, справляются без проблем только топовые модели процессоров, а главное - нет отлаженных программных декодеров (кодеков). Они еще в процессе разработки и отладки.

Со стороны железа ситуацию несколько смягчает то, что последние видеоадаптеры NVIDIA и ATI имеют апапратную поддержку декодирования H.264. Но ее програмная поддержка тоже далеко не отлажена. Программы для приёма спутникового ТВ еще не адаптированы для живого отображения MPEG-4/AVC. Все это приводит к тому, что настроить свою систему для приёма, отображения и записи HD-каналов в стандарте MPEG-4/H.264 бывает сложно даже опытным пользователям.
Предлагаемая ниже статья Андрея Великанова, надеемся поможет энтузиастам спутникового приёма в настройке собственных систем. Отметим, что публикуем ее в знаменательный день для развития европейского HD-вещания. Сегодня, 9 июня 2006 г. в Мюнхене стартует Чемпионат Мира по футболу-2006. Все его игры будут транслироваться в HD-качестве. Практически все эксперты, да и просто здравомыслящие люди не сомневаются, что это событие послужит мощнейшим катализатором HDTV в Европе. Надеемся и в России тоже.

[suma]

Конфигурация.
Исследование проводилось на следующей конфигурации:

* M/b MSI K8N Neo4 (chipset Nvidia nForce 4 Ultra)
* CPU AMD Athlon 64 X2 4200+
* RAM 2Gb DDR-3200
* Video Nvidia GeForce 7600GT
* DVB-карта Technisat SkyStar-2

Сразу хочу пресечь досужие рассуждения о том, что, мол, железо слишком круто и т.п. При апгрейде компьютера я в первую очередь ориентировался на минимальные требования производителей для новых DVB-S2 карт - ( KNC One TV-Station DVB-S2 Plus и Technotrend S2-3200 HDTV-S2), софт которых программно декодирует H.264 HDTV поток. О том, насколько это необходимо – см. выводы.

Примечание: Карта KNC One TV-Station DVB-S2 Plus уже свободно продается, скоро мы опубликуем результаты ее тестирования. Пока скажем, ее софт свободно декодирует H.264. В то-же время карта Technotrend S2-3200 HDTV-S2, чей анонс ожидался в конце мая, так и не появилась в продаже. Как будет работать ее софт - пока можно только предполагать.

Необходимый софт
1. ОС Windows XP.
2. Свежие видео драйвера от Nvidia Forceware. Возможность использования аппаратного ускорения для AVC/WMV появилась зимой 2006 года, по-моему с драйверов версии 84.21.
3. Nvidia Pure Video Decoder. Фактически - это MPEG-2 декодер от Nvidia. Судя по комментариям от Nvidia - без него невозможно включить аппаратное ускорение для H.264.
4. Последняя версия Cyberlink PowerDVD 7 . У меня PowerDVD.exe v 7.0.1724, и CL264dec.ax v1.7.0.1626. Для того, чтобы Cyberlink H.264/AVC Decoder появился в кодеках, необходима Deluxe версия PowerDVD. Лекарство для этого легко ищется в сети.

[suma]

Программа просмотра.
На сегодняшний день положение с популярными вьюерами следующее:

* ProgDVB – не умеет парсить (разбирать, parse) MPEG-4 поток
* MyTheatre и все DVBCore based проги – не умеют парсить MPEG-4 поток
* AltDVB – не умеет парсить MPEG-4 поток

Существуют лишь 2 программы, официально заявивших поддержку MPEG-4 видео потока: SkyView Marfi и DVBViewer Hackbart`а. Соответственно потенциальный просмотр возможен только на SkyStar2 и клонах Twinhan.

Для просмотра нужно:

1) SkyView v1.5117.0.4664/3249NET.

Либо

2) DVB Viewer v 3.4.10.13 beta + DVB Viewer H.264 kit v1.2.2. Версия лицензионная, ссылок дать не могу. При желании можно найти в сети, как и лекарство к ней.


SkyView
1) Инсталлируем.
2) Запускаем RegEdit, в HKCU/Software/MARFI.AX добавляем новый DWORD value m_EnableMPEG4 и устанавливаем значение в 1.
3) Запускаем SkyView, включаем MPEG-4 HDTV канал (например HD Forum с HotBird).
4) Только для владельцев двухъядерных процессоров. По умолчанию SkyView работает только на одном проце. Для исправления – запускаем task manager, правой кнопкой на процессе SkyView, кликаем Set affinity и устанавливаем флажки для всех процессоров.
5) Выставляем для процесса SkyView приоритет AboveNormal или High. Внимание! Владельцам слабых процессоров этого делать крайне не рекомендуется – потом не сможете закрыть SkyView.
6) Кликаем правой кнопкой по окошку просмотра -> DirectX Filters -> Configure. Открывается окно Select A/V Filters.
7) В Available Video Filters выбираем Cyberlink H.264/AVC Decoder.
Video Renderer лучше поставить Overlay Mixer – меньше нагрузка на проц.
9) В списке Current Filters выбыраем Cyberlink H.264/AVC Decoder и жмем кнопку Property. В появившемся окне включаем флажок Use DXVA. Сохраняем. К сожалению, у меня включение данного флага не оказывает абсолютно никакого влияния на SkyView/Cyberlink, т.е. аппаратная поддержка не включается.
10) Все остальное оставляем по умолчанию.

11) Жмем Try – должна появиться картинка. Граф можно сохранить кнопкой Save.

[suma]

Резюме
Просмотр с помощью SkyView возможен. Загрузка моего процессора – 60-100% в режиме overlay. При этом на сложных сценах имеем подергивания. Очень неважно выглядит картинка при просмотре динамичного видео (например, спорт) – размытость и «эффект кино». В режимах VMR и VMR 9 смотреть практически невозможно – картинка сильно дергается (при этом нагрузка на процессор возрастает незначительно – видимо, баг SkyView). Аппаратную поддержку видеокарты включить не удалось, это большой минус.


DVBViewer
1) Инсталлируем DVBViewer.
2) Устанавливаем DVB Viewer H.264 kit.
3) Запускаем DVBViewer.
4) Открываем опции программы ( Settings -> Options).
5) В списке опций выбираем Extended. Устанавливаем Priority в High, выключаем флаг « Use Only First CPU» (актуально только для многоядерных систем).
6) В списке опций выбираем DirectX. Устанавливаем Video Renderer в Overlay Mixer (как наименее ресурсоёмкий). Устанавливаем H.264 Video Decoder в Cyberlink H.264/AVC Decoder. Возможно, понадобится выключить флаг « Video Format Detection».
7) Сохраняем опции и закрываем DVBViewer.
Запускаем RegEdit. Открываем ключ HKCU/Software/Cyberlink/Common/cl264dec. Если в HKCU/Software/Cyberlink/Common нет ключа cl264dec, то его надо создать. В HKCU/Software/Cyberlink/Common/cl264dec создаем новый ключ DVBViewer. Добавляем в него следующие значения:
[HKEY_CURRENT_USER\Software\Cyberlink\Common\cl264dec\DVBViewer]
"UIGamma"=dword:00000000
"UICB"=dword:00000000
"UICR"=dword:00000000
"UICON"=dword:00000000
"UISAT"=dword:00000000
"UIUseHVA"=dword:00000001
"UIVMode"=dword:00000002
"EnableVMR"=dword:00000001
"EnableVMR9"=dword:00000001
9) Запускаем DVBViewer, включаем MPEG-4 HDTV канал (например HD Forum с HotBird). Смотрим.

[suma]

Резюме
с помощью DVBViewer (с соответствующим оборудованием) можно комфортно смотреть MPEG-4 HDTV на компьютере. При использовании аппаратного ускорения ( UIUseHVA= 1) загрузка моего процессора составляет 20-40%! (в зависимости от сложности сцены и используемого рендерера – Overlay/VMR7/VMR9). Отдельно хочу порадовать любителей спорта (особенно в преддверии ЧМ по футболу) – при аппаратном ускорении и Bob-deinterlace ( UIVMode= 2) картинка абсолютно четкая и плавная. Футбол и баскетбол выглядят практически как на интерлейсном телеке. Подергивания отсутствуют.

Запись MPEG-4 каналов
Запись MPEG-4 каналов следует делать в формате transport stream (.ts). Смотреть записанные файлы можно с помощью TSPlayer, входящего в DVB Viewer H.264 kit либо с помощью PowerDVD.

Для TSPlayer настройки очень похожи на DVBViewer: нужно выставить Cyberlink H.264/AVC Decoder и создать ключ TSPlayer в HKCU/Software/Cyberlink/Common/cl264dec с теми же значениями, что и для DVBViewer. Также TSPlayer позволяет выполнять примитивную резку записанных файлов ts.


Кодеки
Тестировались следующие AVC/H.264 кодеки:

* Intervideo H.264 decoder
* Cyberlink H.264/AVC decoder
* CoreAVC Video Decoder
* Elecard AVC/H.264 Decoder

Удалось заставить работать на SkyView и DVBViewer лишь Cyberlink. Elecard с горем пополам работал на SkyView с загрузкой процессора 100%. Аппаратная поддержка у Elecard отсутствует как класс. Intervideo и CoreAVC вообще не работали.

Другие конфигурации.
Я провел дополнительное тестирование видеокарты Nvidia GeForce 6600 с процессорами Athlon XP 1700+ и Athlon XP 2800+. К сожалению, нормального просмотра на этих системах не получилось. Аппаратный режим для H.264 на GF6600 не включается. На глаз Athlon 1700+ показывает 5-10 кадров секунду, Athlon 2800 – 15-20 кадров.


Выводы
На сегодня уже возможен комфортный и беспроблемный просмотр H.264 HDTV каналов на компьютере. Требования производителей нового железа к аппаратной части компьютера для H.264 HDTV можно считать обоснованными в случае полностью программного просмотра. При использовании же видеокарты GeForce 7600GT требования к процессору существенно падают. GeForce 6600 оказалась неспособна ускорять H.264 HDTV. Для справки - Полный список адаптеров от Nvidia с аппаратным ускорением декодирования

Заключение
Ну и в заключении хотелось обратиться к разработчикам популярных программ просмотра: Господа, может быть хватит отнекиваться и ссылаться на отсутствие нормальных H.264 декодеров и разные прочие причины? А просто добавить парсеры MPEG-4 потока?

[lss75]

Всё здОрово расписано.
Только вот не совсем понятно, какой процессор все таки оптимален для HDTV:
- двухядерный  АМД
- двухядерный Интел
- одноядерный АМД
- одноядерный Интел

[willhunting]

Главное чтобы двухъядерный, не столь принципиально какой именно.
Предпочтительны, на сегодня, Intel Core 2 Duo.

[Panda]

 Первая в мире DVB-S2 карта с аппартным декодером H.264.
На проходящей в Ганновере выставке CeBIT 2006, компания Micronas представила первую в мире спутниковую dvb-карту с аппартным декодером H.264. Карта поддерживает новейший стандарт вещания DVB-S2 и выполненена в конструктиве PCI-Express. Карта снабжена аппаратным декодером MPEG-2/-4 и H.264.

Судя по сообщению www.heise.de, на стенде Micronas на CeBIT (зал 23, стенд A43) во время демонстрации при воспроизведении HD-сигнала формата 1080i/50Гц система на процессоре 2800 Celeron и чипсете Intel-915G, была загружена всего на 10%. На аналогичной задаче, рядом устновленная система AMD Athlon 64 X2 3800+, видеокарта ATI Radeon X1900, софтовая DVB-S2 карта и софтовым декодером показала загрузку процессора около 60% и изображение было нестабильным.
Правда в сообщении не уточняется, была ли задействована поддержка аппаратного декодирования H.264 в видеокарте Radeon X1900. К сожалению в сообщении не приводится и подробностей об архитетуре карты, не говоря о предполагаемой цене. В продаже карта появится не ранее конца 2006 г.
Как сообщили представители Micronas, за это время будет gодготовлено решение по совместному использованию карты с USB2.0 считывателем смарт-карт.

Отметим, что в сентябре 2005 г. Micronas приобрел компанию Wischip International известную своими наработками в области аппаратного кодирования/декодирования. Ее мультиформатный потоковый медиадекодер DeCypher 8100 вполне мог быть использован в новой карте.


Есть мнения господа