Глава 9

СИСТЕМЫ КОДИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОБЗОР СПУТНИКОВ

9.1. Системы кодирования телевизионного изображения

Организация вещания через ИСЗ требует больших затрат, которые состоят из стоимости создания программ и стоимости линии связи от источника программы до абонента. Коммерческие каналы демонстрируют фильмы, шоу, спортивные, эротические и другие передачи, на которые затрачиваются немалые средства. Поэтому эти каналы обычно и кодируют, так как это единственный способ возместить расходы на создание коммерческой программы. Кодирование канала заставляет абонента оплачивать просмотр: потребителю приходится покупать декодер и карточку-ключ и в большинстве систем платить абонентскую плату.

В системе обслуживания абонентов кодированных каналов с помощью компьютера ведется учет абонентской платы, продажи декодеров или карточек, а также в месте источника программы вырабатываются сигналы на адресное включение и выключение декодеров. Зашифрованная кодовая посылка чаше всего .передается на ИСЗ в составе телевизионного сигнала в скрытом виде. Декодер наземной станции принимает кодированный сигнал и декодирует его в зависимости от того, получено разрешение на открытие (декодирование) принятого сигнала или нет. Кодирующее устройство может находиться и на передающей спутниковой станции.

Принцип кодирования телевизионных программ заключается в искажении импульсов синхронизации разверток или самого видеосигнала. В первом случае устройство синхронизации телевизионного приемника не может обнаружить

начало синхронизирующих импульсов по строкам и полям. В результате полностью нарушается работа устройства синхронизации и на экране телевизора видно только хаотическое мелькание полос (рис. 9.1).

Восстановление искаженных сигналов синхронизации разверток для специалистов в области несанкционированного доступа (проще говоря, пиратов) — дело несложное, поэтому системы с этим методом кодирования были быстро «вскрыты».

Разработчики методов кодирования вынуждены искать более совершенные способы закрытия видеосигнала. Следующим этапом в этом направлении стал переход на цифровую обработку видеосигнала.

С помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (обычно 8- или 10-разрядного) аналоговый видеосигнал переводится в кодирующем устройстве в соответствии с алгоритмом кодирования. Далее сигнал опять переводится в аналоговую форму для передачи через спутниковый тракт. В декодере наземной станции происходит обратное преобразование. В настоящее время используются два основных метода цифрового кодирования: рассечение и перестановка рассеченных частей строк телевизионного сигнала и перемешивание строк.

Первый используется в системе VideoCrypt и является одним из наиболее распространенных методов кодирования телевизионного изображения в системах непосредственного спутникового вещания стандарта PAL. В кодирующем устройстве каждая строка рассекается в одной из 256 точек, выбранных по псевдослучайному закону, и рассеченные части строки меняются местами (рис. 9.2). Каждая последующая

строка телевизионного изображения рассекается в другой точке. В результате структура изображения практически полностью разрушается. Синхроимпульсы в этой системе не изменяются и звуковое сопровождение не кодируется.

Декодер ресивера делает обратную операцию: рассекает и переставляет части каждой строки телевизионного изображения. Информацию, необходимую для восстановления изображения, декодер получает из двух источников: один ключ передается в интервале гасящего импульса полей, другой распространяется в виде абонентской карточки. Основные секретные ключи находятся в карточке, поскольку декодер не адресный, т. е. не содержит информации, присущей конкретному абоненту.

Метод перемешивания строк применяется в системе Nagravision. Его в основном используют на французских спутниках TELECOM, ведущих передачи по аналоговой системе SECAM. Суть кодировки в системе Nagravision заключается в следующем. Сигнал изображения на передающей стороне переводится в цифровую форму и заносится в память. Далее порядок строк перемешивается по псевдослучайному закону, сигнал переводится обратно в аналоговый вид и подается на передатчик. На приемной стороне осуществляется обратная операция. Как и в системе VideoCrypt, синхроимпульсы не изменяются и звуковое сопровождение не кодируется.

Метод кодирования по системе Nagravision требует наличия в декодере цифровых микросхем памяти, объема которых достаточно для запоминания информации и полукадре, что заметно повышает стоимость декодера. Для ее снижения была разработана модификация метода (Syster), в которой строки в полукадре разделены на шесть блоков и перемешивание строк осуществляется внутри каждого блока. Это усовершенствование позволило уменьшить объем необходимой памяти и в конечном счете удешевить декодер.

Для авторизации (опознавания) декодера применяется специальный ключ со встроенной микросхемой, аналогичной карточке в системе VideoCrypt. Система кодирования изображения Syster используется на российских спутниках ГАЛС-1, -2 (36°Е).

В связи с широким распространением стандарта D2-MAC в спутниковом вешании возникла необходимость кодирования телевизионных сигналов этого стандарта. В системе D2-MAC яркостные и цветоразностные компоненты изображения передаются отдельно (см. рис. 2.4), поэтому рассечение и перестановка этих компонент также осуществляются раздельно. Эта система, получившая название EuroCrypt, широко используется на спутниках SIRIUS (5,2°E), TELE-X (5°Е), INTELSAT-707 0°W), THOR-1 (0,8°E), TV SAT-2 (0,6°Е).

Для системы кодирования EuroCrypt разработаны два способа: перестановка компонент с двухкратным рассечением и перестановка компонент цветоразностного сигнала. В первом случае обеспечивается больший уровень засекречивания, сигналы яркости и цветности разрезаются каждый в некоторой точке и компоненты их переставляются местами. Место рассечения изменяется по псевдослучайному закону независимо для каждой компоненты (рис. 9.3). Во втором случае при меньшей степени зашиты от рассекречивания рассечению и перестановке подвергается только сигнал цветности.

Если при использовании описанных выше методов кодирования канал звукового сопровождения остается открытым, метод EuroCrypt предусматривает его кодирование. Звуковой сигнал кодируется путем преобразования его в цифровую форму с помощью дельта-модуляции. Для повышения помехозащищенности используется помехоустойчи-

вое блоковое кодирование: цифровой поток преобразуется в пакеты и передается в последовательных строках вместо строчных гасящих импульсов (на рис. 9.4).

С развитием цифрового телевидения появились возможности для создания новых методов кодирования. Сегодня нельзя назвать ни одного достаточно широко применяемого метода кодирования, который не был бы в той или иной мере вскрыт. Эксплуатация любой системы кодирования сводится к борьбе с «пиратами»: смене кодов, карточек, выявлению источника информации и т. д.

9.2. Обзор популярных спутников

Наибольший интерес для телезрителей на территории СНГ представляют спутники EUTELSAT II-F1 и НОТ BIRD-1...5, находящиеся в позиции 13°Е (см. рис. 4.3, 7.7). С этих ИСЗ в широком луче транслируются популярные европейские программы. При соответствующем подборе диаметра антенны и коэффициента шума конвертера эти программы можно принимать вплоть до Новосибирска, поэтому на территории Республики Беларусь особых проблем для приема передач с позиции 13°Е не возникает.

Спутник EUTELSAT II-F1 был запущен на ГСО в сентябре 1990 г. Он имеет семь ретрансляторов с полосой пропускания 72 МГц и девять — с полосой 36 МГц. Мощность передатчика каждого ствола 50 Вт. Шесть широкополосных ретрансляторов постоянно работают в диапазоне 10,95...11,2 ГГц, четыре узкополосных — в диапазоне 12,5...12,75 ГГц. Еще шесть ретрансляторов (пять узкополосных и один широкополосный) могут независимо переключаться с диапазона 11,45...11,7 ГГи на 12,5...12,75 ГГц и обратно.

Прием и передача сигналов осуществляются двумя антеннами (условно назваными «восточной» и «западной»), каждая из которых работает на двух ортогональных линейных поляризациях. На приеме все стволы подключены к восточной антенне в режиме широкого луча, формирующего зону с общеевропейским охватом.

В зависимости от положения переключателей могут формироваться два вида лучей на передачу: широкий с европейским покрытием и ЭИИМ 44...46 дБ на всей территории Европы и узкий суперлуч (суперпучок), охватывающий Центральную Европу с ЭИИМ 50...52 дБ.

В широкополосных стволах с горизонтальной поляризацией, подключенных к узкому пучку, обычно передается по две программы в стволе, поэтому доля мощности, приходящаяся на каждую программу, снижается на 4...5 дБ и диаметр приемной антенны должен быть увеличен.

Существенное улучшение приема европейских программ на территории СНГ произошло после запуска в марте 1995 г. в позицию 13°Е шестого спутника серии EUTELSAT, получившего название НОТ BIRD-1. До этого на ГСО уже работали спутники этой серии: II-F3 (16°Е), II-F2 (10°Е) и II-F4 (7°Е).

Во избежание взаимных помех 16 стволов нового ИСЗ находятся в полосе частот 11,2...11,53 ГГи, не занятой стволами спутника EUTELSAT II-F1. Все стволы используются для распределения телевизионных программ. Отличительной способностью НОТ BIRD-1 является специально разработанная передающая бортовая антенна широкого луча, которая обеспечивает обширную зону обслуживания на востоке.

В 1996 и 1997 гг. на ГСО были запущены соответственно ИСЗ НОТ BIRD-2, HOT BIRD-3. Спутники оборудованы 20 стволами мощностью по 110 Вт каждый. Как и на спутниках EUTELSAT II-F, передающие антенны ретрансляторов имеют по два пучка — широкий и узкий.

Большой популярностью позиция 13°Е пользуется еще и потому, что с имеющихся здесь ИСЗ можно принять 35 некодированных (открытых) программ.

Примечание. М — моновариант; С — стереовариант.

3 табл. У.1. приведены названия программ, частоты Ки-диапазона, на которых их передают, поляризация излучаемых радиоволн, а также поднесушие частоты звукового сопровождения и язык передачи со спутников, позиции 13°Е. Следует отметить, что эти программы передаются по аналоговому стандарту PAL.

В конце 1997 г. в ту же позицию был выведен спутник НОТ BIRD-4 с 20 стволами на борту. Из них 13 работают в диапазоне 10,7...10,95 ГГц, который использовался в то время только в системе спутников ASTRA. В 1998 г. на позицию 13°Е выведен спутник НОТ BIRD-5. На двух последних спутниках этой серии установлен цифровой мультиплексор Skypfex, который позволяет объединять на борту в общий цифровой поток отдельные цифровые потоки, передаваемые различными земными станциями. Таким образом, в конце 1998 г. в позиции 13°Е одновременно работали шесть ИСЗ, транслирующих свыше 400 разных цифровых программ.

При ориентировании антенны на позицию 13°Е и достаточном ее диаметре можно дополнительно принимать программы со спутника EUTELSAT II-F2, находящегося в позиции 10°Е. Этот ИСЗ ретранслирует 13 некодированных программ по стандарту PAL с линейными поляризациями излучаемых радиоволн.

Для направления на спутник EUTELSAT II-F1 и НОТ BIRD-1..5 из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 27,14° и азимуту 197,77°.

Бельгийские спутники ASTRA, сосредоточенные в позиции 19,2°Е, интересны с точки зрения непосредственного приема. Они занимают лидирующее положение в Западной и Центральной Европе. Однако сигнал с них принимается на небольшие антенны только в самых западных районах СНГ (Западная Украина и Беларусь, Калининград, Литва).

Спутники ASTRA-1C, -1D ретранслируют 18 открытых программ по стандарту PAL с линейными поляризациями. Новые спутники ASTRA 1E и 1F имеют специальный восточный луч. Такой же луч планируется на следующих спутниках этой серии — 1G и 1Н. Сигнал восточного луча этих спутников можно принимать на территории Республики Беларусь на антенну диаметром 60...70 см. Однако в настоящее время на этих спутниках нет ни одной аналоговой программы. Судя по всему, они предназначены только для цифрового вешания. Более того, фактически все цифровые пакеты с этих спутников кодированы, а карточки на них продаются только в Западной Европе.

Аля направления на спутник ASTRA из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 28,09° и азимуту 190,25°.

С европейских спутников пока не слышна русская речь. Владельцы спутниковых антенн ищут в космосе передачи на русском языке. Однако тут возникают определенные сложности. Дело прежде всего в том, что российские программы разбросаны по многочисленным спутникам, находящимся на различных позициях ГСО. Передачи эти предназначены для непосредственного приема не на индивидуальные антенны (хотя такой прием возможен), а на специальные антенны большого диаметра наземных приемных станций. Далее принятые с ИСЗ сигналы поступают на местные телевизионные станции наземного эфирного вещания, которое осуществляется в диапазонах MB и ДМВ.

Примечание. SECAM/S — система кодирования канала по методу Syster.

В табл. 9.2 указано размещение российских спутников, которые ведут трансляцию на русском языке в диапазонах С и Кu, на ГСО.

Звуковое сопровождение со всех российских спутников передается в моноварианте. Исключение составляет программа «НТВ+ Музыка», где на поднесуших 7,38 и 7,56 МГц передается стереофоническое звучание.

Наибольший интерес для любителей спутникового телевидения представляет НТВ-Плюс — первый и пока единственный проект платного спутникового телевидения. 17 ноября 1995 г. ракетой-носителем «Протон» с космодрома Байконур был выведен на ГСО спутник непосредственного телевизионного вещания ГАЛС1 в точку 71°Е, где он проходил тестовые испытания. 1 сентября 1996 г. в точку 36°Е от Гринвича был выведен новый спутник ГАЛС2. Туда же переведен спутник ГАЛС1.

На спутнике ГАЛС1 установлены два ретранслятора мощностью 85 и 45 Вт. К сожалению, передатчик мощностью 85 Вт перестал работать еще до начала регулярного вещания. Остался передатчик, который работает на частоте 11,834 ГГц.

На ГАЛС2 установлены три ретранслятора: мощность первого составляет 85 Вт, частота передачи — 11,919 ГГц;

второго — 85 Вт, частота передачи — 12,169 ГГи; третьего — 45 Вт, частота передачи — 11,765 ГГц.

В ноябре 1997 г. компания НТВ-Плюс взяла в аренду спутник TDF-2, принадлежащий европейской организации EUTELSAT. Он был переведен с позиции 19°W в позицию 36°Е. На спутнике находятся три передатчика: два работают на частотах 11,881 и 12,034 ГГи, один остается в резерве.

В настоящее время на позиции 36°Е сосредоточена группа из трех спутников, с которых передается пять телевизионных программ. Звуковое сопровождение программы «НТВ+ Музыка» передается в моноварианте на поднесушей частоте 6,8 МГц и в стереоварианте. Для уменьшения взаимовлияния при стереоприеме стереоканалы разнесены на 180 кГц (7,56 МГц минус 7,38 МГц).

С позиции 36°Е передаются три радиовещательные программы в моно варианте: «Серебряный дождь» (11, 765 ГГц, L), «Руслан» (12,169 ГГи, L) и «Эхо Москвы» (12,169 ГГц, L). Программы «Спорт», «Музыка», «Мир кино», «Наше кино» закодированы по методу SECAM Syster. Программа «Детский мир» передается в открытом канале с конца 1997 г. В порядке эксперимента в некодируемом режиме транслируется основной канал НТВ, который вешает в большинстве российских городов и ряде белорусских. Однако этот транспондер может быть использован и для других телевизионных проектов.

В дальнейшем на позиции 36°Е появятся еще три спутника:

первый — РИТМ/МОСТ1 (BONUM-1) — с восемью транспондерами, второй — EUTELSAT W4 (компания НТВ-Плюс планирует арендовать 16 из 32 его транспондеров), строится еще один российский спутник для НТВ-Плюс — ГАЛС-Р16.

Коммерческая эксплуатация спутника РИТМ/МОСТ1 началась с января 1999 г. Спутник EUTELSAT W4 предполагается запустить на орбиту в следующем году. Спутник

ГАЛС-Р16 планируется вывести на ГСО в 2001 г. Его транспондеры будут использоваться для вешания каналов «НТВ-Плюс» и других проектов компании. Ввод в строй этих спутников позволит увеличить число каналов «НТВ-Плюс».

В планы объединения EUTELSAT входит запуск спутника SESAT в точку 36°Е. На нем могут появиться новые телевизионные каналы, не имеющие отношения к проектам НТВ-Плюс, но которые сделают эту орбитальную позицию еще более привлекательной для приема спутникового телевидения.

Спутники INTELSAT 707, THOR, TV-SAT2, находящиеся в орбитальной позиции 1°W, также представляют большой интерес для телезрителей. На них присутствуют несколько каналов, на которых демонстрируются только фильмы. Таких каналов нет на НОТ BIRD. Это скандинавские каналы Filmnet и TV1000, демонстрирующие киноленты на языке оригинала.

Спутники THOR и TV-SAT2 имеют луч, который захватывает северо-западные районы СНГ. Зона покрытия INTELSAT 707 проступает дальше на юг. Прием его передач возможен в европейской части России, в Республике Беларусь, на Украине, в Прибалтике.

Для направления на спутники INTELSAT 707, THOR, TV-SAT2 из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 23,28° и азимуту 213,93°.