Цифрово́е телеви́дение () — технология передачи телевизионного изображения и звука при помощи кодирования видеосигнала и сигнала звука с использованием цифровых сигналов. Основой современного цифрового телевидения является стандарт сжатия данных MPEG.
Под цифровым телевидением в СМИ и разговорной речи обычно подразумевают цифровое наземное эфирное телевещание. Однако цифровые технологии также применяются и в других видах телевидения, например, в спутниковом, где полный переход с аналоговых технологий на цифровые произошёл гораздо раньше.
История развития Историю развития цифрового телевидения можно условно разбить на несколько этапов, каждый из которых характеризуется научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами, экспериментальными устройствами и системами, а также соответствующими стандартамиПескин А. Е., Смирнов А. В. Цифровое телевидение. От теории к практике. — М.: Горячая линия-Телеком, 2005. С. 349. ISBN 5-93517-222-4.
Первый этап Первый этап истории цифрового телевидения характеризуется использованием цифровой техники в отдельных частях ТВ-систем при сохранении аналоговых каналов связи. На данном этапе всё студийное оборудование переводится на цифровой сигнал, обработку и хранение которого, в пределах телецентра, осуществляют цифровыми средствамиПтачек М. Цифровое телевидение. Теория и практика / Пер. с чеш. под ред. Л. С. Виленчика. — М.: Радио и связь, 1990. С. 528.. На выходе из телецентра телевизионный сигнал преобразуется в аналоговую форму и передаётся по обычным каналам связи.
Также, на данном этапе характерно введение цифровых блоков в ТВ-приёмники с целью повышения качества изображения и звука, а также расширения функциональных возможностей. Примером таких блоков являются цифровые фильтры, устройства перехода от чересстрочной к квазипрогрессивной развёртке, повышение частоты полей до 100 Гц, реализация функций «стоп-кадр» и «кадр в кадре» и т. дХохлов Б. Н. Декодирующие устройства цветных телевизоров. — М.: Радио и связь, 1998. С. 512..
Второй этап Второй этап развития цифрового телевидения — создание гибридных аналого-цифровых ТВ-систем с параметрами, отличающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Можно выделить два основных направления изменения телевизионного стандарта: переход от одновременной передачи яркостного и цветоразностных сигналов к последовательной их передаче и увеличение количества строк в кадре и элементов изображения в строке. Реализация второго направления связана с необходимостью сжатия спектра ТВ-сигналов для обеспечения возможности их передачи по каналам связи с приемлемой полосой частот.
Примеры гибридных ТВ системНоваковский С. В., Котельников А. В. Новые системы телевидения. Цифровые методы обработки. — М.: Радио и связь, 1992. С. 88.: Японская система телевидения высокой чёткости MUSE Западноевропейские системы семейства MAC В передающей и приёмной частях этих систем сигналы передаются в аналоговой форме. Системы MUSE и HD-MAC имеют формат 16:9, количество строк в кадре 1125 и 1250, частоту кадров 30 и 25 Гц, соответственно.
Третий этап Третий этап развития цифрового телевидения — создание полностью цифровых телевизионных систем.
После появления аналого-цифровых систем телевидения высокой чёткости в Японии и Европе (MUSE и HD-MAC), в США в 1987 году был объявлен конкурс на лучший проект системы телевидения высокого разрешения для утверждения в качестве национального стандарта. В первые годы на этот конкурс были выдвинуты различные аналоговые системы. Вышеупомянутые гибридные телевизионные системы, предусматривающие передачу сигнала только по спутниковым каналам, вскоре были сняты с рассмотрения. Это объяснялось тем, что в США около 1400 компаний осуществляют наземное вещание, и очень широко развита сеть кабельного вещания.
Рассматривались даже проекты аналоговых систем, предусматривавших передачу по одному стандартному каналу двух сигналов — обычного ТВ-сигнала и дополнительного, который в приёмнике с соответствующим декодером позволяет получить изображение с бо́льшим количеством строк и элементов разложения в строке.
Но уже в 1990 году появились первые предложения полностью цифровых систем телевидения. С каждым годом возрастало количество таких проектов и улучшались их характеристики. В начале 1993 года последние аналоговые системы окончательно были сняты с рассмотрения. А в мае 1993 года 4 группы компаний, представлявших близкие по существу проекты, объединились и в дальнейшем представляли единый проект, который и стал основой стандарта полностью цифровой телевизионной системы в США. Основой этого проекта стал тогда ещё не утверждённый стандарт MPEG-2.
Цифровое телевидение высокой чёткости стало возможным благодаря появлению в первой половине 1990-х годов первых цифровых стандартов, учитывавших возможность цифрового вещания как в стандартном разрешении, так и в формате высокой чёткости. В августе 1993 года был окончательно сформирован первый стандарт сжатия цифрового видео — MPEG-1 (в дальнейшем от него отказались из-за многочисленных недостатков в пользу MPEG-2 и MPEG-4). Первой публичной HD-трансляцией в цифровом формате считается телетрансляция, состоявшаяся 23 июля 1996 года со станции телекомпании WRAL-ТV в городе Роли (Северная Каролина), принадлежащей тогда телесети CBS.
В Европе в 1993 году, когда стало ясно, что за цифровыми телевизионными системами будущее, был принят проект DVB (Digital Video Broadcasting — цифровое видео вещание), также основанный на MPEG-2. В настоящее время системы цифрового телевидения быстро развиваются во многих странах. При этом в первую очередь решается задача значительного увеличения количества передаваемых программ телевидения обычного разрешения, так как это даёт быстрый коммерческий эффект. Во многих странах в начале XXI века начался переход с аналогового телевизионного вещания к цифровому телевидению. Во многих странах он уже завершён.
1 июня 1999 года 11-я исследовательская комиссия Международного союза электросвязи приняла рекомендацию ITU-R ВТ.709-3, окончательно зафиксировавшую цифровой стандарт телевидения высокой чёткости. В Японии современное цифровое HD-вещание в стандарте ISDB-T началось 1 декабря 2003 года в Токио, Осаке и Нагое. К октябрю 2007 года в Японии было продано 27 млн цифровых HD-приёмников. Первой публичной HD-трансляцией в Европе считается запуск 1 января 2004 года HD-телеканала Euro1080. Первой программой стал традиционный новогодний концерт Венского филармонического оркестра. В ноябре 2005 года NHK впервые продемонстрировала прямую трансляцию программы UHDTV на расстояние 260 км по волоконно-оптической линии связи с использованием спектрального уплотнения каналов DWDM. В 2007 году SMPTE утвердило «Стандарт 2036» для UHDTV. Было определено два уровня для UHDTV, которые называются UHDTV1 (3840×2160 или 4K UHDTV) и UHDTV2 (7680×4320 или 8K UHDTV). До 2011 года в UHDTV допускались кадровые частоты 24, 25, 50 и 60 кадров в секунду. Во время летних Олимпийских игр 2012 в Великобритании стандарт был публично продемонстрирован крупнейшей телекомпанией мира BBC, которая установила 15-метровые экраны в Лондоне, Глазго и Брадфорде, чтобы позволить зрителям оценить уникальное зрелище игр в сверхвысокой чёткости. 22 августа 2012 года корпорация LG анонсировала первый в мире 3D-телевизор с поддержкой системы 4K UHDTV.
9 апреля 2013 года спутниковым оператором SES была запущена первая UHDTV трансляция со спутника «Астра» 19,2° в. д. 27 июня 2013 года спутниковый оператор «Триколор ТВ» впервые в России осуществил публичную спутниковую телевизионную трансляцию в формате 4K UHDTV.
22 октября 2014 года «Триколор ТВ» запустил первый в России телеканал в формате Ultra HD * 4K. В начале августа 2016 года началось тестовое вещание в формате Ultra HD, DVB-T2 (кодек H.265) с Останкинской телебашни (Москва) на 58-м телевизионном канале. 15 ноября 2018 года Правительство Российской Федерации на заседании приняло решение о поэтапном переходе на цифровой формат телевещания. Окончательный переход от аналогового на цифровой формат будет поэтапным. Он начался 3 декабря 2018 года и продлился до 14 октября 2019 года.
Стандарты
Международные стандарты цифрового телевидения принимаются в первую очередь Международной организацией по стандартизации (ISO), объединяющей национальные комитеты по стандартизации более 100 стран мира. В составе этой организации формируются группы, занимающиеся проблемами и стандартизацией отдельных отраслей техники. Одной из групп, занимающейся стандартами цифрового вещания, является группа MPEG (Moving Picture Expert Group)Смирнов А. В. Основы цифрового телевидения. — М.: Горячая линия-Телеком, 2001. С. 224. ISBN 5-93517-059-0.
Другой организацией, играющей значительную роль в стандартизации, является Международный союз электросвязи (ITU). Организация выпускает рекомендации, которые в дальнейшем могут быть преобразованы в международные или в национальные стандарты решениями национальных органов стандартизации.
В настоящее время существуют следующие основные стандарты: DVB-T — европейский стандарт цифрового телевидения; ATSC — американский стандарт цифрового телевидения; ISDB — японский стандарт цифрового телевидения; DTMB — китайский стандарт цифрового телевидения.
Способы передачи Эфирное наземное телевидение — DVB-T и DVB-T2 Спутниковое телевидение Кабельное телевидение
Преимущества и недостатки Преимущества по сравнению с аналоговым телевидением: Повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи телевизионных сигналов и, как следствие, повышение качества изображения и звука в ТВ-приёмниках. Уменьшение мощности передатчиков. Существенное увеличение числа ТВ-программ, передаваемых в том же частотном диапазоне за счёт применения алгоритмов сжатия. Создание ТВ-систем с новыми стандартами разложения изображения (телевидение высокой чёткости). Создание интерактивных ТВ-систем, при пользовании которыми зритель получает возможность воздействовать на передаваемую программу (например, видео по запросу). Функция «В начало передачи». Архив ТВ-передач и запись ТВ-передач. Передача в ТВ-сигнале различной дополнительной информации — EPG (электронная телепрограмма). Возможность переключения между несколькими дорожками звукового сопровождения (более обычных двух) и субтитрами на разных языках. Расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры. Возможность добавления в мультиплексы радио.
Недостатки Замирания и рассыпания картинки на отдельные квадратные группы одноцветных пикселей при недостаточном уровне принимаемого сигнала, данные либо принимаются достаточно качественно для работы встроенных алгоритмов восстановления и видна вся картинка, либо принимаются плохо с невозможностью восстановления. Практически полное замирание сигнала в грозу. Передатчик даже с мощностью 10 кВт и высотой подвеса передающей антенны 350 м обеспечивает уверенный приём на расстоянии 50 км, а вследствие этого — необходимость в большем, нежели при аналоговом ТВ, количестве передающих центров.
Кодирование (декодирование) и приём цифрового сигнала
Кодирование (декодирование) и приём телевизионных мультиплексов Цифровой сигнал телевизионных мультиплексов может быть как незакодированным, открытым (бесплатным), так и закодированным, закрытым (платным) с использованием системы условного доступа, с применением смарт-карт и CAM-модулей. Для декодирования и приёма закодированных, закрытых (платных) мультиплексов (телеканалов) нужно вставить смарт-карту в CAM-модуль, который вставляется в CI-слот телевизора, ресивера (тв-приставки) или компьютера со встроенными декодерами цифрового телевидения.
Кодирование (декодирование) и приём интерактивных сервисов и услуг