Stanovisko České televize k volbě kódovacího systému pro digitální televizní vysílání DVB-T — Obraz — Technika — Vše o ČT — Česká televize

Jak postupuje vývoj systémů pro kompresi obrazových signálů, objevuje se v poslední době mezi odbornou veřejností diskuse, zda by nebylo lepší pro digitální televizní vysílání DVB T zavést některý z nových systémů, např. H.264 (označovaný také jako standard MPEG 4 Part 10 nebo ještě jinak jako MPEG-4 AVC, Advanced Video Coding). Mnoho odborníků se k této otázce vyjadřuje, se svým názorem veřejnost seznámili i pedagogové elektrotechnické fakulty ČVUT, zajímavé názory jsou i v příspěvku Ing. Gregory publikovaném v internetovém fóru, atd. Některé příspěvky jsou zabarveny emocionálně, ale většina se snaží o střízlivý pohled s respektováním všech souvislostí. Také odborníci České televize se problému podrobně věnovali a na základě celé řady důvodů doporučili, aby digitální vysílání ČT zůstalo i nadále kódováno systémem MPEG 2, jako tomu bylo po celou dobu experimentálního vysílání. Pojďme se nejprve stručně podívat na rozdíly mezi systémy MPEG 2 a H.264.

Při kompresi obrazových dat podle standardů MPEG se dociluje úspor datového toku několika typy zpracování. Podstatou je redukce redundantních (nadbytečných) a irelevantních (nepodstatných) informací v televizním obrázku. Provádí se při tom zpracování v oblasti prostorové, kdy se (zjednodušeně řečeno) přenáší pouze informace o např. určité barevné ploše v obrázku, zatímco normálně by se přenášela informace o každém jednotlivém bodu, dále redukce v oblasti časové, kdy se přenáší pouze změny dvou po sobě jdoucích snímků, dále redukce v oblasti vizuální, kdy jsou zanedbávány informace, které lidské oko stejně není prakticky schopno vyhodnotit, a konečně se provádí zpracování statistické, kdy se matematickými postupy snižuje objem přenesených dat. V tabulce jsou uvedeny hlavní metody používané u obou druhů kompresí:

redukce	MPEG-2	H.264 / MPEG-4 Part 10
prostorová	transformace DCT s bloky 8 × 8 pixelů	transformace Integer 4 × 4 s proměnnými bloky od 16 × 16 do 4 × 4 pixelů
časová	pouze sousední snímky jednoduché pohybové vektory pouze mezi-snímková predikce I, B a P snímky	vícenásobné snímky vážené pohybové vektory mezi- i intra-snímková predikce I, B a P řezy
vizuální	kvantizace a zaokrouhlování DCT koeficientů	deblokovací filtr
statistická	obecná metoda RLE	metoda Content Adaptive Binary Arithmetic Coding speciálně navržená pro H.264

I pro netechnika by z výše uvedeného mohlo být zřejmé, že použitím metod podle standardu H.264 bude možné ušetřit další cennou datovou kapacitu ve srovnání s MPEG-2. Teoreticky se hovoří dokonce o úspoře až 50 %. Ovšem bohužel v praxi se zatím takových úspor nedosahuje. Je to způsobeno zejména tím, že zatím nejsou k dispozici kodéry speciálně navržené pro H.264. Ty, co lze koupit, jsou vesměs přepracované kodéry MPEG-2, ve kterých nejsou ještě všechny vlastnosti implementovány. Např. většina kodérů H.264 dosud neumí I, B a P řezy, pouze celé snímky, jako v MPEG-2. Také většinou činí problém tzv. statistický multiplex.

Nyní již tedy můžeme uvést nejzávažnější argumenty, které hovoří pro či proti použití jednotlivých metod pro vysílání DVB-T:

Pro použití MPEG-2:

1. Kódovací a dekódovací technologie je velmi dobře propracována.
2. Know-how je široce rozšířeno jak v oblasti průmyslu, tak geograficky.
3. Výrobky všech typů (profesionální kodéry, integrované obvody pro dekodéry, apod.) jsou snadno dostupné od mnoha výrobců v plně konkurenčním prostředí.
4. Na trhu jsou stovky přijímačů (set top boxů) pro pozemní digitální vysílání v širokém rozpětí cen od zhruba €40 výše.
5. Efektivita využití kmitočtového spektra je pro stávající služby dostatečná.
6. Licenční poplatky se platí pouze za dekodér.
7. Obrazové signály MPEG-2 jsou dekódovatelné na většině nových set top boxů vybavených již dekodérem H.264, takže budoucí migrace by byla snadná.

Proti použití MPEG-2:

1. Potřebuje více kmitočtového spektra pro určitý počet služeb, takže je jen malý prostor pro nové, dosud ještě nezavedené služby.
2. Jedná se o překonanou technologii, která se používá již více než 12 let.

Pro použití H.264:

1. Pro televizi se standardním rozlišením využívá kmitočtové spektrum efektivněji.
2. Při vysílání televize s vysokým rozlišením (HDTV) umožní do jednoho multiplexu umístit dva programy, zatímco při použití MPEG-2 lze zařadit pouze jeden program. To by nemuselo stačit pro získání dostatečného zájmu diváků.
3. V dané velikosti kmitočtového spektra lze provozovat více služeb. V případech, kdy je spektra nedostatek, jako například v období koexistence analogového a digitálního vysílání, použití systému H.264 poskytne více možností k přechodu na plně digitální vysílání.
4. Kombinací více služeb s určitou kvalitou se při statistickém multiplexování dosahuje větší efektivity kódovacího procesu.
5. Existuje možnost integrovat přijímač televize s vysokým i standardním rozlišením do jednoho čipu.

Proti použití H.264:

1. Produkty (profesionální kodéry, integrované obvody pro dekodéry) nejsou ještě v masové produkci. Kupující tak musí platit vyšší cenu za vývoj, tzv. daň za časný nákup.
2. Teoreticky dosažitelnou efektivitu využití spektra je potřeba ověřit v praxi. Nelze např. nyní odhadnout, kdy bude dosaženo televize s vysokým rozlišením (HDTV) při rychlosti 8 Mbit/s.
3. Vysoká efektivita využití spektra přináší riziko, že bude existovat snaha nevyužité části spektra přidělit jiným službám.
4. Licenční poplatky se platí za dekodér i kodér. Navíc není uspokojivě vyřešena otázka plateb za záložní jednotky, které jsou pro vysílací společnosti nezbytné.

Je třeba také uvést, že v současné době jsou vyvíjeny i jiné velmi nadějné kódovací systémy, např. VC1, JPEG 2000, DIRAC, apod. Přitom ještě zdaleka není využito všech vlastností navržených v rámci MPEG-4. Nelze např. dosud provádět objektovou analýzu obrazu v reálném čase, takže není dosud používáno velmi efektivní objektové kódování.

Nevýhodou a rizikem zavedení digitálního vysílání na platformě H.264 právě nyní je ovšem zejména absence přijímacích zařízení na trhu. Je třeba také brát ohled na stávající uživatele set top boxů s podporou pouze MPEG-2. Příliš rychlá změna standardů vedoucích k nutnosti pořídit si nový přijímač by mohla vést k vážným komplikacím až kolapsu při přechodu na digitální televizní vysílání.

V evropském prostředí je také třeba brát ohled na vývoj v ostatních zemích. V rámci EU je pro zemské digitální televizní vysílání přijat standard ETSI EN 300 744 s kódováním videosignálu podle standardu MPEG-2. Proto také převážná většina zemí EU zahájila a provozuje zemské digitální vysílání na této platformě. Pro standard H.264 se rozhodli pouze ve Francii a to jen pro placené programy, a podle dostupných informací zavedení zvažuje Estonsko, Norsko a Polsko. Evropská komise předpokládá nasazení standardu H.264 až pro televizi s vysokým rozlišením (HDTV).

Ze všech uvedených objektivních informací je, myslím, více než zřejmé, že přes všechny evidentní výhody standardu H.264 jsou rizika při jeho zavedení tak významná, že v současné době nelze (zejména pro veřejnoprávní služby) o jeho zavedení uvažovat. Řešením celé situace by v ČR mohla být možnost zavedení digitálního vysílání na platformě H.264 pouze pro placené programy (tedy soukromými subjekty) nebo přejít na H.264 až při zahájení vysílání HDTV. Jinou možností je vyčkat, až výrobci elektroniky začnou na trh dodávat přijímací zařízení umožňující dekódování jak programů v MPEG-2 tak v H.264 s tím, že časem dojde k přirozené obměně, jako se to právě děje např. u DVD přehrávačů.

Ing. Karel Trpák, Česká televize, říjen 2006