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.

Факс-модемы

Прежде чем перейти к описанию факс-модемов для компьютеров, необходимо пояснить, что такое факс или факсимильный аппарат в частности.

Факсимильный аппарат (далее просто факс или телефакс) служит для передачи или приема графических и текстовых черно-белых изображений по телефонным линиям. Выглядит как большой телефонный аппарат, и им можно пользоваться как обычным телефоном. Но, в отличие от обычного телефона, в него устанавливается рулон термобумаги (для распечатки получаемого изображения), есть также автоответчик. Если вы хотите пользоваться факсом одновременно и как телефоном, и как автоответчиком, и для приема/отправки факсовых изображений, то вам надо установить автоматическое срабатывание автоответчика и факса на пятый-шестой звонок телефона. Если вы успеете поднять трубку раньше, то будете разговаривать как по обычному телефону (впрочем, ничто не мешает вам при этом в любой момент включить факс на прием или отправку изображений, нажав соответствующую кнопку). Стандартный пример такого рода факса – факс PANASONIC KX-F110В (около $ 400).

Факсимильные аппараты в основном используются организациями для отправки и приема счетов, документов и др.

Те же самые функции позволит выполнить и факс-модем совместно с компьютером (обычный телефон при этом включается параллельно).

Но такой вариант факсового устройства менее удобен. Во-первых, для автоматического приема компьютер должен быть всегда включен, что не всегда приемлемо. Во-вторых, если вы даже находитесь у телефона, а компьютер не включен, вам придется его включать и запускать соответствующую программу. В-третьих, для отправки изображения его необходимо сперва перевести в компьютер, а для этого нужен сканер. Правда, вы можете просто перепечатать текст и отправить его, но при этом подписи или печать (организации) передать невозможно.

Из всего этого следует вывод – факс-модем (в качестве факса) можно предпочесть факсовому аппарату, только если вы испытываете финансовые затруднения или собираетесь пользоваться им в основном на прием, или если вы вообще очень редко будете им пользоваться (в качестве факса).

Все модемы и факсы начинают передавать информацию в телефонную линию с максимальной скоростью, на которую они рассчитаны. Если в линии большие помехи или у другого устройства ниже максимальная скорость, то происходит автоматический переход на более низкую скорость, и так далее.

Модемы хотя и предназначены для передачи цифробуквенных сообщений, но с их помощью можно передать и графические изображения. Например, передать игровую программу. С одной стороны, она будет передаваться в виде цифробуквенной информации (текст программы), с другой стороны, будут переданы и графические картинки, которые зашифрованы в этой цифробуквенной информации. Однако оказывается, что для цифробуквенной информации существуют свои более плотные методы сжатия, а для графического изображения – свои эффективные методы сжатия (которые и применяются в факсовых аппаратах). Поэтому более быстро передавать графические изображения можно только с помощью факсимильной связи.

Современные модемы

Модемы бывают в двух вариантах исполнения: внутренние (устанавливаемые внутрь компьютера) и внешние – в отдельном корпусе (подключаются к ПК снаружи).

Единственным способом повышения комфорта при работе с Internet остается подбор «правильного» провайдера и выбор надежного модема. При этом чаще всего декларируемые показатели производительности модема не имеют определяющего значения. Значительно больше на качество связи влияют аппаратная часть модема, поддержка помехоустойчивых протоколов и соответствие модема оборудованию Internet-провайдера. Обычно ISP публикуют перечень оборудования, стоящего на приеме. Иногда мы хотим одного устойчивого соединения, пусть даже в ущерб скорости. Причем жертвы, на которые большинство из нас готово пойти, весьма существенны пусть будет 9600-14400 бит/с, но без постоянных разрывов соединения. Действительно, скорости соединения в 9600 бит/с и выше вполне достаточно для работы с электронной почтой и «вялого» Web-серфинга. Для обеспечения устойчивости нужен модем с «мертвой хваткой», который не поленится несколько раз «передоговариваться» с удаленным модемом, вместо того чтобы рвать связь, заставляя пользователя устанавливать соединение заново «по полной программе».

Подобные свойства приобретаются не только аппаратной реализацией, но и правильным подбором внутренней микропрограммы, загружаемой во флэш-память модема (так называемой прошивки, firmware). Подбор прошивок, их поиск и замена на более новые варианты превратились в один из видов сетевого спорта. Существуют все его атрибуты – фэн-клубы (на www.usr.spb.ru по 3Com, на ixbt.stack.net – по Ftockwell-чипам), личный зачет и отчеты об индивидуальных победах. Наиболее развита в нашей стране «прошивочная» инфраструктура для модемов U.S.Robotics (ныне 3Com Соuriег). Возможно, так сложилось исторически, поскольку этот дорогой «про­фессиональный» модем был одним из первых, в которых имелась энергонезависимая обновляемая память для хранения микропрограммы.

3Com Courier с удачно подобранной «русской прошивкой» представляет собой самый очевидный пример модема с «мертвой хваткой». Этот же модем, но с оригинальным внутренним программным обеспечением, отличается куда меньшей потребительской привлекательностью.

Серьезным аргументом в пользу Courier выступает оснащение модемных пулов многих российских провайдеров. Как известно, многие из них ориентируются на сетевую линейку Total Control и другое оборудование от 3Com. А модемы одного производителя, как правило, гораздо проще находят общий язык.

До недавних пор к числу «цепких модемов» можно было отнести главным образом потребительские модемы производства 3Com (U.S. Robotics) и тайваньской компании ZyXEL (www.zyxel.ru). Последние тоже хорошо адаптированы к российским условиям, обладают более высокой ценой и хорошими дополнительными воз­можностями. В частности, ряд моделей ZyXEL оборудован ЖК-дисплеями, отображающими протокол соединения, скорость и другую полезную информацию. А с недавних пор на право называться «цепким модемом» может претендовать и посланник из страны Суоми, от фирмы AVAKS.

Родоначальником нового поколения модемов DSVD является факс-модем U.S.

Robotics SportsterVi 28,8. Модемы с подобной технологией идеально подходят для совместной работы удаленных пользователей над проектами.

Сотовые модемы

Сотовые телефонные сети обычно используются радиотелефонами (в черте города). Соответственно модемы в данных случаях подключаются к NOTEBOOK.

Результаты испытаний, проведенных фирмой TeleChoice, показали, что обычные модемы непригодны для передачи данных по сотовой системе телефонной связи. К счастью, в настоящее время разработано несколько модемных протоколов, предназначенных именно для тяжелых условий сотовой связи с повышенным уровнем помех. К особенностям сотовых протоколов относятся: быстрое восстановление синхронизации, автоматическая подстройка уровня сигнала, процедура надежного установления соединения, быстрое согласование скорости передачи.

Стандартом де-факто является протокол MNP-10 фирмы Microcom, используемый в большинстве сотовых модемов. Однако он явно проиграл двум другим протоколам: ZyCellular фирмы ZyXEL и ETC (Enhanced Throughput Cellular), разработанным фирмой AT&T Paradyne.

Наилучшие результаты показал модем от компании ZyXEL .

Компоненты сети

Небольшая сеть обычно состоит из:

· ПК и периферийных устройств, таких как принтеры;

· сетевых адаптеров для ПК и сетевых кабелей:

· сетевого оборудования, такого как концентраторы и коммутаторы, которые соединяют между собой ПК и принтеры;

· сетевой операционной системы, например Windows NT или NetWare.
Кроме того, может потребоваться и другое оборудование.

В ПК для того, чтобы его можно было использовать в сети, необходимо установить сетевые адаптеры. Некоторые ПК имеют заранее установленный сетевой адаптер. Сетевой адаптер должен быть по скорости совместим с концентратором, к которому ПК подключается. Так, сетевой адаптер Ethernet соответствует концент­ратору Ethernet, а сетевой адаптер Fast Ethernet – концентратору Fast Ethernet.

Чем отличается концентратор от коммутатора?

Концентратор и коммутатор относятся к разным типам активного сетевого оборудования, которое используется для соединения устройств сети. Они различаются способом передачи в сеть поступающих данных (трафика).

Концентраторы

Термин «концентратор» иногда используется для обозначения любого сетевого устройства, которое служит для объединения ПК сети, но на самом деле концентратор – это многопортовый повторитель. Устройства подобного типа просто передают (повторяют) всю информацию, которую они получают, то есть все устройства, подключенные к портам концентратора, получают одну и туже информацию.

Концентраторы используются для расширения сети. Однако чрезмерное увлечение концентраторами может привести к большому количеству ненужного трафика, который поступает на сетевые устройства. Ведь концентраторы передают трафик в сеть, не определяя реальный пункт назначения данных. ПК, которые получают пакеты данных, используют адреса назначения, имеющиеся в каждом пакете, для определения, предназначен ли пакет им или нет. В небольших сетях это не является проблемой, но даже в сетях среднего размера с интенсивным графиком следует использовать коммутаторы, которые минимизируют количество необязательного трафика.

Коммутаторы

Коммутаторы контролируют сетевой трафик и управляют его движением, анализируя адреса назначения каждого пакета. Коммутатор знает, какие устройства соединены с его портами, и направляет пакеты только на необходимые порты.