Как работает #МобильноеТВ и почему это в конечном итоге важно
Широкое распространение мобильного телевидения долго не заставляло себя ждать. Телефоны, совместимые с телевидением, появились в Южной Корее ещё в 2002 году. В первоначальной версии телевизионные сигналы передавались через стандартные сети мобильной телефонной связи. Это означало оплату просмотра по минутам и пугающие счета за телефон.
В 2003 году компании Samsung и Vodafone запустили в Южной Корее и Японии мобильные телефоны, которые могли бесплатно принимать местные аналоговые телевизионные трансляции. Видео было рывковым, а батарея телефона разряжалась очень быстро.
Настоящая «революция мобильного телевидения» только начинается. Телекоммуникационные компании внедряют высококачественные мобильные телефоны, оснащённые цифровым телевидением, и одновременно строят сети вещания для доставки контента. В этой статье рассматриваются некоторые типы разрабатываемых мобильных телевизоров и мобильные телефоны, принимающие сигнал.
Основные концепции мобильного телевидения
Основная идея телефона с функцией ТВ довольно проста: это сотовый телефон, который действует как приёмник телевидения. Если вы когда-либо читали статью «Как работает телевидение», то знаете, что телевизионный сигнал — это всего лишь радиосигнал. Мобильные телефоны постоянно принимают радиосигналы. Это одна из их основных функций.
При видеозвонках вы можете принимать беспроводные сигналы в частотном диапазоне, выделенном для вашего телевидения. Это происходит параллельно с частотными диапазонами, зарезервированными для голосовых данных мобильной связи. Например, в США видеотелефоны настроены на частоты 2110–2170 МГц для звонков и 54–60 МГц для приёма 2-го телевизионного канала.
Аппаратное обеспечение вашего видеотелефона — это не магия. Это просто обычный приемник, который принимает звук и изображение от радиоволн и отображает их на экране. Просто. Но что, если вы хотите получить сигнал на карманное устройство? Вот это уже настоящая головная боль.
Потоковая передача видео по мобильным сетям потребляет много полосы пропускания. Ранние сети «2G» GSM имели максимальную скорость передачи 10–14 килобит в секунду (Кбит/с). Попробуйте смотреть шоу с такой скоростью. Появится слайд-шоу. Даже сети «2.5G» со скоростью 30–100 Кбит/с выдают прерывистое и непригодное для просмотра изображение.
Во-вторых, объем данных огромен. Голосовые вызовы требуют мало места. Прямая трансляция? Не так много. Попробуйте отправить тысячи одновременных потоков через инфраструктуру, созданную для голосовых вызовов. Перегрузка сети. Она замирает.
И не забывайте про аккумуляторы. Обработка видео разряжает батарею быстрее, чем вы успеваете сказать «режим энергосбережения». Ранние устройства работали минуты, а не часы.
Как 3G решает проблему узкого места полосы пропускания?
Технологии не только продвинулись вперед; это настоящий прорыв. На сцену выходит сеть «3G».
Эти широкополосные соединения обеспечивают скорости передачи данных от 144 Кбит/с до 2 Мбит/с. Внезапно ваше прямое видео больше не выглядит как сомнительная презентация в PowerPoint. Однако одной лишь сырой скорости недостаточно, чтобы предотвратить коллапс сети под давлением спроса. Здесь на помощь приходит многоадресная рассылка (multicasting).
Большинство мобильных данных использует «одноадресную рассылку» (unicast). Запросите прямой эфир. Сервер отправит вам уникальную копию только для вас. Если 10 000 человек смотрят одну и ту же игру, сеть будет транслировать 10 000 копий. Это неэффективно. Какой расточительный подход.
Многоадресная рассылка меняет правила игры. Она позволяет нескольким абонентам использовать один поток передачи. Один сигнал. Тысячи зрителей. Сеть остается спокойной. Нагрузка снижается.
Временное разделение (Time Slicing): Экономия энергии
Скорость и полоса пропускания — это только половина дела. Другая сторона — предотвратить уничтожение вашего телефона в кармане.
Производители внедрили временное разделение для решения проблемы энергопотребления. Вместо непрерывной отправки видео данные передаются через регулярные интервалы. Приемник получает порции данных. Затем он отключается. Он засыпает. Пробуждается вовремя, чтобы принять следующий пакет.
Эта технология значительно снижает потребление энергии. Вы можете смотреть программы, не опасаясь, что батарея разрядится до конца титров.
Готовы ли вы к мобильному ТВ?
Вы, возможно, сможете подписаться прямо сейчас. Услуги включают MobiTV, Sprint TV и SmartVideo. Но только если у вас есть соответствующее оборудование. В противном случае вы ставите на шаткий фундамент.
Стандарты вещания и передачи для мобильного ТВ все еще находятся в зачаточном состоянии. Протоколы меняются. Конкуренты борются за господство. Пользователи не имеют выбора, кроме как ждать единого стандарта, который не привязан к одному оператору или одной модели телефона.
«Стандарты методов передачи и вещания мобильного ТВ все еще находятся в зачаточном состоянии.»
Ушли в прошлое дни слайд-шоу. Мы преодолели кошмар с разрядкой батареи. Однако готовый продукт еще не готов. Инфраструктура находится в стадии строительства. Эти методы тестируются.
Что произойдет дальше? Как мы сможем масштабировать доставку этих трансляций?
WiFi и WiMAX: потоковая передача через сеть
Больше нет необходимости быть привязанным к конкретной телевышке для просмотра прямых трансляций. Инфраструктура меняется. Вы также можете принимать прямые трансляции на свой телефон через спутник, но наземные вышки и сети WiFi теперь также являются жизнеспособным вариантом. Каждый метод имеет свою собственную техническую основу.
Как на самом деле работает вещание через WiFi
По сути, этот подход рассматривает телевидение как любой другой поток данных. Он распространяется через Интернет. Если ваш смартфон имеет возможности передачи данных и подключен к точке доступа WiFi или зоне покрытия WiMAX, у вас всё должно работать. Сигнал не отражается от тарелки на орбите. Он передается по существующим широкополосным каналам связи.
Компания Sling Media немного усложняет дело. Их устройство Slingbox не принимает сигналы напрямую от вещательных станций. Оно захватывает сигнал, который уже поступает на ваш домашний телевизор. Затем оборудование «перемещает» этот сигнал. Он отправляется на мобильный приемник через ваше домашнее интернет-подключение. Это может быть ноутбук или мобильный телефон с доступом в интернет. По сути, вы используете свой домашний сигнал и транслируете его в другое место.
Наземные технологии: старая физика, новые технологии
Наземные методы полностью игнорируют Интернет. Они используют аналоговые или цифровые телевизионные сигналы, передаваемые по воздуху. Они отправляются с наземных станций. Требования к оборудованию проще, чем раньше. Всё, что вам нужно, — это телефон с телевизионной антенной. Добавьте аналоговый или цифровой ТВ-тюнер для прямого приема сигнала. Абонентский план передачи данных не требуется. Только физика.
Ландшафт мобильного телевидения отнюдь не является монолитным. Это был хаотичный микс аналоговых сигналов, цифровых наземных вещательных передач и ранних трансляций через сети 3G. Стандарты, такие как T-DMB (Terrestrial Digital Multimedia Broadcast), собственная технология MediaFLO от Qualcomm, MBMS и DVB-H, конкурируют за эфирное время. Все они в значительной степени опирались на инфраструктуру 3G, однако их базовая архитектура существенно различается.
Возьмем в качестве примера DVB-H. Digital Video Broadcasting — сокращение от Handheld (переносное устройство). Он не создавался с нуля. Это вариация наземного стандарта DVB, используемого для предоставления бесплатного цифрового телевидения европейским домохозяйствам. Цель проста: заставить эту домашнюю трансляцию работать на экране размером с карман.
Дизайн, стоящий за сигналами
Здесь кроется магия ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM). Это может звучать как жаргон, но это умный способ сжатия данных. Вместо передачи одного сигнала OFDM распределяет поток данных по нескольким каналам в том же спектральном диапазоне.
Для приемника это выглядит запутанно, но система модулирует различные сигналы на разных частотах. Телефон определяет, какие сигналы прослушивать, а какие игнорировать. Затем он собирает релевантную информацию из различных источников.
«OFDM позволяет провайдерам передавать несколько сигналов в пределах одной полосы пропускания, поэтому приемники могут решать, какие сигналы прослушивать, а какие игнорировать.»
Производитель контента запускает цепочку. Записывает живое видео и аудио. Видео кодируется с помощью H.264. Звук кодируется с помощью AAC. Кодировщик отправляет поток на сервер потоковой передачи 3G. Затем сервер отправляет данные на несколько передающих вышек. Эти вышки покрывают определенную территорию.
Потребление энергии стало главной проблемой ранних мобильных телевидений. DVB-H решает эту проблему с помощью Time Slicing (временного разделения). Это снижает потребление энергии, переводя приемник в спящий режим между пакетами данных. Какова типичная максимальная скорость передачи для этой системы? 15 Мбит/с. Этой скорости достаточно для воспроизведения плавного видео, но не настолько велика, чтобы разрядить батарею за 20 минут.
Спутниковые трансляции
Не все хотят доверять наземным вышкам. Некоторые стандарты использовали спутниковое вещание для передачи живого телевидения на мобильные телефоны. Пути доставки различались. Вы можете подключиться напрямую к телефону со спутника. Вы можете сначала связаться с базовой станцией, а затем передать сигнал на телефон. Или вы можете использовать оба метода одновременно.
Это один из способов избежать перегруженности частот в наземных сетях. Но это также создает свои собственные аппаратные проблемы.
Две различные архитектуры, MBSAT и S-DMB, полагаются на гибридную доставку для решения проблем мобильности. Давайте посмотрим, как на самом деле работает S-DMB.
Сервер контента передает сигнал прямого эфира на кодировщик. Обычно для видео используется MPEG-4, а для аудио — AAC. Закодированный поток напрямую отправляется на спутник S-DMB. Спутник работает в диапазоне частот Ku-диапазона 13,824–13,883 ГГц.
Здесь становится интересно. Геостационарные спутники делают больше, чем просто связываются с вашим сотовым телефоном. Они одновременно ретранслируют сигналы в два разных направления.
Сначала сигнал передается на наземный ретранслятор на частотах 12,214–12,239 ГГц. Во-вторых, он передается напрямую на ваш телефон в S-диапазоне (конкретно 2,630–2,655 ГГц).
Зачем устанавливать наземные вышки? Потому что у спутников есть проблемы с прямой видимостью. Спутниковые сигналы могут блокироваться в городах, окруженных высокими зданиями, или в глубоких тоннелях метро. Наземные ретрансляторы заполняют эти пробелы. Они действуют как локальные усилители.
Система тщательно координирует эти двойные трансляции. Если вы идете по улице и находитесь в зоне покрытия как спутника, так и наземной вышки, ваш телефон будет принимать оба сигнала. Вместе они создают более сильное и стабильное соединение. Этот метод двойного приема позволяет системе S-DMB поддерживать скорость передачи данных 128 Кбит/с. Это более чем достаточно для качественного мобильного ТВ, при условии, что аппаратное обеспечение способно справиться с декодированием.
Глобальное развертывание и рыночное время
Хотя трансляции WiFi повсеместны, специализированные системы мобильного ТВ требуют специальной инфраструктуры. S-DMB недолго оставался теоретической концепцией. Услуга была запущена в Южной Корее в середине 2005 года. Это было одним из первых крупных развертываний такого рода.
DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld), с другой стороны, имел немного другую хронологию. Первый коммерческий запуск состоялся в Италии в июне 2006 года. С тех пор испытания проводились по всему миру, чтобы проверить, насколько хорошо стандарты работают в различных условиях.
Технология готова. Инфраструктура разрабатывается. Но как насчет аппаратного обеспечения? Это следующий рубеж.
Прием мобильного ТВ
Оборудование, обеспечивающее сигнал
По сути, вы имеете дело с радиоприёмником. Это телевизионный тюнер. Неважно, смотрите ли вы на громоздком стационарном устройстве или на маленьком портативном — основная технология не изменилась. Она улавливает радиочастотные сигналы и преобразует их во что-то, что можно увидеть.
Производители контента передают эти сигналы в определённых частотных диапазонах. Подобно тому, как вы настраиваете AM/FM-радио на станцию, тюнер фиксируется на определённой частоте канала. Он улавливает радиоволны от антенны, после чего извлекаются видео- и аудиоданные.
Тюнер отправляет эти сырые сигналы в аудио/видеопроцессор. Это оборудование декодирует и форматирует данные, чтобы электроника дисплея могла фактически сформировать изображение.
Это многоступенчатый процесс преобразования. Сначала поступает сигнал, затем процессор его переводит, и в итоге изображение отображается на экране. Понимание этой цепочки может объяснить, почему некоторые устройства разряжают батарею быстрее других.
Аналоговая реальность и цифровая эффективность
Рассмотрите Toshiba V401T. Это один из немногих аналоговых видеофонов на рынке. Он принимает точно такой же сигнал, как и традиционный телевизор с «усами» (rabbit-ear). За просмотр не взимается ежемесячная плата. Нет подписки. Только открытые радиоволны.
Внутреннее оборудование примитивно, но функционально. Встроенный аналоговый тюнер и антенна. Экран представляет собой 2,2-дюймовый QVGA-дисплей с разрешением 320×240. Он способен выдавать 30 кадров в секунду. Это стандартная плавность движения.
Но есть проблема. Вы можете смотреть только около 1 часа от одного заряда.
Почему он так быстро разряжался? Потому что требуется энергия для оцифровки аналоговых сигналов для отображения на цифровом экране. Ваш телефон должен преобразовывать входящие радиоволны в цифровые данные, понятные дисплею. Это энергозатратная задача. Цифровые приёмники справляются с этой проблемой более эффективно. Аналоговый телефон? Он быстро расходует заряд.
Обзор Nokia N92 DVB-H: Мобильное телевидение 2006 года
Время работы от одного заряда составляет около 4 часов. Это довольно хороший показатель для приёмника DVB-H, выпущенного в середине 2006 года. Аппаратная часть включает в себя телевизионную антенну и цифровой тюнер. Он принимает сигналы в диапазоне 470–702 МГц. Представьте себе цифровой телевизионный приёмник, помещающийся в кармане.
Процессор обеспечивает частоту 30 кадров в секунду. Экран имеет диагональ 2,8 дюйма и разрешение QVGA. Доступно 16 миллионов цветов. Главная особенность здесь — поворотный экран. Поверните его, переключите в альбомный режим или оставьте в портретном. Устройство адаптируется к тому, как вы предпочитаете смотреть.
Также доступен Электронное руководство по услугам (Electronic Service Guide), которое отображает программу передач и другую информацию. Можно записывать до 30 минут телевизионных программ. Сохраняйте их и воспроизводите позже. Неплохо для мобильного телефона того времени.
Будущее мобильного развлечений
Samsung представила SCH-B250 на корейском рынке в марте 2006 года. Это больше, чем просто телефон. Это спутниковый ТВ-телефон. Устройство оснащено встроенным S-DMB приемником и собственной антенной. Вы получаете высококачественный QVGA экран. По умолчанию он ориентирован горизонтально. Поверните его, и он переключится в портретный режим. Делайте это, держа телефон вертикально.
На боковой стороне есть выход для видео. Подключитесь к большому дисплею и выводите контент S-DMB. Время работы от батареи позволяет смотреть ТВ до 3 часов. Это довольно значительное время.
Сейчас предложение ограничено. Существует дефицит мобильных ТВ-телефонов. Причина проста. Системы доставки контента еще не получили широкого распространения. Мы ждем инфраструктуры. Но перемены уже на подходе. Ожидайте изменений в течение следующих 6-18 месяцев. По мере увеличения доставки контента, функциональность на стороне приемника также будет расти.
Улучшения экрана на аппаратном уровне
В начале 2006 года была представлена модель LG V9000 — приемник T-DMB с функцией виртуального объемного звучания. Это был не просто телефон. Это был мини-кинозал. Примерно в то же время компания LG представила прототип SB130. Это устройство S-DMB позволяло приостанавливать просмотр телепередач в прямом эфире. Оно записывало до 1 часа программ с использованием внутренней памяти. Эти функции символизируют перемены. Мобильные телефоны с функциями телевидения — это уже не просто новинка. Их цель — обеспечить комфортный просмотр. Развлечения по дороге на работу перестали быть второстепенной задачей.
Вслед за этим, вероятно, последуют экраны большего размера. По мере увеличения доступности контента мобильного телевидения, экраны также должны расти. Аналитики прогнозируют появление устройств с двумя дисплеями. На одном экране будут отображаться звонки и веб-страницы, а другой будет предназначен для потоковой передачи видео. Это аппаратное изменение необходимо. Такие функции высокого уровня, как прием HDTV, требуют больше энергии. Для их поддержки необходимо увеличить время автономной работы.
Реклама и реальность двойных экранов
Телефоны с поддержкой видеосвязи высокого класса открыли новые рекламные каналы. Компаниям нравится встраивать веб-ссылки в свои программы. Пользователи могут нажимать на них, чтобы покупать товары во время просмотра шоу. Эта функциональность может требовать наличия двух экранов. Просмотр рекламы на одном экране, а просмотр товара — на другом. Это прямой путь от контента к коммерции.
Барьеры DRM и стоимость лицензирования
Энтузиазм все еще высок. Однако существуют препятствия как в области оборудования, так и в области контента. Провайдеры услуг должны получать лицензии на программы от крупных сетей. Эти сборы увеличивают стоимость подписки. Цифровое управление правами (DRM) — еще одна головная боль. Компаниям нужны решения, ограничивающие поведение пользователей. Необходимо защищать авторские права на контент, находящийся на вашем мобильном телефоне.
Вспомните весь шум вокруг DRM для цифрового телевидения, DVD, CD и MP3? Здесь тоже все запутанно. Пользователи возражают против ограничений. Провайдер услуг борется с нарушениями авторских прав. Это напряженный баланс. Возможно, все просто уживутся друг с другом в контексте мобильного телевидения. Скорее всего, нет.
Дополнительная информация о мобильных технологиях
Статьи по теме
- Как работают мобильные телефоны
- Викторина о сотовых телефонах
- 10 популярных мобильных телефонов
- 5 новых технологий телефонов
- Система управления цифровыми правами
- Как работает цифровое телевидение
- Как работает радио
- Как работает спутниковое телевидение
- Как работает Slingbox
- Как работают смартфоны
- Как работает телевидение
Внешние ссылки
- BetaNews: Microsoft присоединяется к консорциуму DVB-H
- DVB-H: Мобильное телевидение по всему миру
- Telecom ABC: Мобильное телевидение
- Texas Instruments: Texas Instruments доставляет живое цифровое телевидение на ваш сотовый телефон — 21 октября 2004 г.
Источники
- «3GSM 2006: Попробуйте видеотелефон LG с поддержкой DVB-H.» Technology Digest
- Бейг, Эдвард К. «Переключение каналов на вашем телефоне с помощью MobiTV» сайт USA Today. 11 февраля 2004 г.
- DVB-H: Мобильное телевидение по всему миру
- Хессельдал, Арик. «Сотовый телефон, который позволяет смотреть телевизор» Forbes.com. 29 июля 2003 г.
- «Дорогая, что у тебя по телефону сегодня вечером?» ZDNet News. 6 февраля 2006 г.
- Хариф, Ольга. «Видеотелефоны готовы к прайм-тайму.» Business Week online. 1 декабря 2004 г.
- «Мобильное телевидение.» Telecom ABC
- Мобильное телевидение
- «MobiTV сотрудничает с IPWireless.» CNET News.com. 8 февраля 2006 г.
- «Учебное пособие по ортогональному частотному разделению каналов (OFDM).» wave report
- «Orange тестирует решение на основе MBMS в неспаренном спектре 3G в Великобритании.» IPWireless
- Словарь журнала PC Magazine
- Qualcomm MediaFLO
- «Цифровой телевизионный телефон Sanyo». MobileBurn
- «Спутниковая служба DMB». SK Telecom
- Сундгот, Йорген. «Представлен поворотный телефон LG V9000 с функцией телевидения.» infoSync World. 17 февраля 2006 г.
- Уильямс, Мартин. «Возьмите свой спутниковый видеотелефон в город.» PCWorld.com. 19 октября 2005 г.
- Уильямс, Мартин. «Теперь телефоны Samsung имеют возможность приема ТВ-сигнала.» PCWorld.com. 12 июня 2003 г.
