Czy jutro należy do telewizji cyfrowej

Liczba odsłon: 11

Ponad sto lat minęło od pierwszych prób z przesyłem obrazu za pośrednictwem fal elektromagnetycznych, a blisko pięćdziesiąt od momentu, gdy udało się przekazać w ten sam sposób kolorowe, ruchome sekwencje. Dla większości czytelników mojego serwisu kolorowa telewizja jest pewnie czymś absolutnie naturalnym, a nowoczesny telewizor nie ma dla nich większych tajemnic.

Już za kilka lat telewizja taka, jaką ją dzisiaj znamy, może odejść jednak w niepamięć. W większości krajów świata – w tym i w Polsce – zapoczątkowano już proces migracji z telewizji analogowej do cyfrowej. Na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że zaowocuje to znacznie lepszą jakością obrazu, rozwojem usług dodatkowych i większą liczbą kanałów za tę samą cenę. Przedsmak możliwości transmisji cyfrowej mają już klienci cyfrowych sieci satelitarnych. Jakie są jednak faktycznie za i przeciw przejścia z transmisji analogowej na cyfrową?

Jak działa telewizja analogowa

Analogowy przesył obrazu oznacza, że jasność każdego z punktów jest określana przez napięcie wyjściowe demodulatora (układu odpowiedzialnego za wyodrębnienie z sygnału antenowego wysokiej częstotliwości pasma odpowiadającego kanałowi, który chce się oglądać). Napięcie to nie jest skwantowane: w zależności od nadanego sygnału może przyjąć wartości różne o dowolnie mały ułamek. Teoretycznie zatem możliwe jest przekazanie niezwykle dokładnego opisu obrazu, z miliardami odcieni szarości.

Gdy pojawiła się potrzeba dodania barw do przesyłanego obrazu, zaimplementowano tę możliwość na różne sposoby. Na przykład, w systemie SECAM wykorzystano wolne obszary pasma wynikające z chwilowych przerw w transmisji obrazu i zakodowano tam opis koloru; z kolei system PAL koduje informacje o kolorze za pomocą zmian fazy. Również informacja o kolorze jest przesyłana analogowo, dzięki czemu obraz telewizyjny wydaje się być naturalny, soczysty i pozbawiony typowych dla wczesnej grafiki komputerowej pasów odcieni danego koloru, wyświetlanych zamiast płynnych gradientów.

Wydawałoby się, że przesył analogowy, tak dokładnie opisujący obraz, ma same zalety. Niestety, transmisja analogowa ma parę wad. Najważniejszą z nich jest podatność na szumy: wielka dokładność dekodowania analogowego sygnału oznacza, że równie dokładnie rozkodowany zostanie sygnał uszkodzony w drodze, powodując widoczne na ekranie mrowienie (gdy dane luminancji, czyli jasności obrazu podlegają stałym, bardzo niewielkim zmianom), odbicia (gdy sygnał ulega odbiciu od przeszkód terenowych i dociera w kilku kopiach opóźnionych w czasie) i „śnieg” (gdy na transmisję nakładają się bardzo silne zakłócenia na ułamki sekund całkowicie blokujące transmisję).

Poza problemami technicznymi, transmisja analogowa jest droga. Ponieważ przesyłany obraz nie jest w żaden sposób skompresowany, potrzebne jest niezwykle szerokie pasmo częstotliwości. W efekcie jedynie telewizja kablowa może oferować dziesiątki lub setki analogowych kanałów stacji telewizyjnych, gdyż ich przesłanie drogą radiową uniemożliwiłoby korzystanie z fal elektromagnetycznych do jakichkolwiek innych celów.

Cyfrowa transmisja obrazu

Możliwość wprowadzenia oszczędności przez zastąpienie analogowego przesyłu danych transmisją cyfrową pierwsi dostrzegli operatorzy telewizji satelitarnych i kablowych. W obu przypadkach bowiem zmiana sposobu przesyłania obrazu oznacza możliwość obsługiwania wielokrotnie większej liczby kanałów za pośrednictwem tej samej infrastruktury. Szczególne znaczenie ma to dla koncernów obsługujących satelity telekomunikacyjne, których umieszczenie na orbicie i późniejsza obsługa do tanich nie należą.

Telewizja cyfrowa (DVB, ang. Digital Video Broadcasting) wykorzystuje znane ze świata komputerów algorytmy kompresji treści multimedialnych — MPEG-2. Standard MPEG umożliwia uzyskanie cyfrowego strumienia danych o stałej przepływności (ang. bitrate), przy czym sceny statyczne (gdy oko ma czas doskonale przyjrzeć się obrazowi i wychwycić wszelkie jego niedoskonałości) opisywane są największą ilością cyfrowej informacji, a sceny dynamiczne (gdy obraz porusza się tak szybko, że niemożliwe jest dokładne przyglądnięcie się mu) otrzymują względnie najmniej informacji. Związane jest to z charakterem kompresji MPEG: strumień danych zawiera przede wszystkim informacje o zmianach zachodzących w kolejnych klatkach obrazu wideo, a więc sceny zawierające wiele zmian muszą – z braku pasma – zadowolić się gorszą jakością obrazu, podczas gdy wyświetlenie sceny pozbawionej dużych zmian zwalnia „miejsce” na dokładniejsze opisanie obrazu.

Szerokość strumienia danych cyfrowego obrazu telewizyjnego dobrano tak, aby w paśmie częstotliwości jednego kanału analogowego zmieścić kilka kanałów transmisji cyfrowej. Dzięki temu nakłady na infrastrukturę „per kanał” znacznie maleją, a nadawcy mogą wybierać między pakietami kilku kanałów tematycznych a niższą ceną.

Dla widzów podstawową zaletą transmisji cyfrowej jest brak stopniowego pogarszania się jakości obrazu w zależności od natężenia sygnału lub warunków atmosferycznych. Wszelkie zakłócenia są niwelowane dzięki algorytmom zapewniającym nadmiarowość danych i korekcję przekłamań. Poza tym wraz z obrazem przesyłane mogą być informacje tekstowe (na przykład aktualny program telewizyjny wraz z opisami kolejnych pozycji) lub nawet proste programy komputerowe uruchamiane na cyfrowym terminalu telewizyjnym.

Skoro jest tak dobrze, to dlaczego nie jest dobrze?

Telewizja cyfrowa to jednak nie same plusy. Choć sam pomysł przekazywania obrazu w formie cyfrowej – jedynej, w której można zagwarantować identyczność danych nadawanych i odbieranych – jest dobry, praktyczna realizacja może być daleka od oczekiwań widzów.

Wspomniana już niezależność cyfrowej transmisji od natężenia sygnału oraz warunków pogodowych ma swoje granice. Sygnał analogowy co prawda łatwo ulega stłumieniu, odbiciu i zafałszowaniu, jednak niezwykłe zdolności adaptacyjne ludzkiego mózgu pozwalają rozpoznać obraz przesłonięty gęstym „śniegiem” zakłóceń i zrozumieć głosy dobiegające spośród głośnego szumu. Tymczasem transmisja cyfrowa podchodzi do problemu zgodnie z zasadą „wszystko albo nic”. Poważne zakłócenie sygnału oznacza co najmniej chwilowe pojawienie się na ekranie znanej posiadaczom cyfrowych zestawów odbiorczych „kaszki” (i wstrzymanie odbioru na kilka sekund, do czasu odzyskania synchronizacji), zaś zbyt słaby sygnał w ogóle uniemożliwi odbiór programu w jakiejkolwiek postaci.

Oszczędność pasma umożliwiająca „zmieszczenie” kilku programów telewizyjnych w tym samym paśmie częstotliwości, które dotychczas wykorzystywał jeden kanał analogowy nie jest też wyłącznie efektem postępu technicznego, lecz dążenia do zwielokrotnienia zysków operatorów pośredniczących w transmisji. Pasma transmisji analogowej nie można zawęzić bez naruszania parametrów gwarantujących prawidłowy odbiór, podczas gdy parametrami kanału cyfrowego można do woli manipulować, zmniejszając lub zwiększając przepływność strumienia danych. Ten standardowy jest na tyle wąski, że bardziej dynamiczne sceny zawierają już widoczne gołym okiem efekty kompresji stratnej przejawiające się znacznym pogorszeniem rozdzielczości obszaru obrazu podlegającego gwałtownym zmianom. Nawet jakość bardziej statycznych scen cierpi na skutek pojawiania się artefaktów kompresji MPEG w postaci zakłóceń wokół kontrastowych elementów obrazu (logo stacji telewizyjnej, podpis teledysku) i kończących się na granicy makrobloku kompresji.

Analogowa transmisja obrazu, pozbawiona mechanizmów kompresji, zapewnia zawsze – w ramach każdej klatki – wierne przekazanie każdego piksela sceny. Ma to o tyle duże znaczenie, że naturalny obraz nigdy nie jest gładki i niezmienny: wiele materiałów charakteryzuje się drobną, ledwie dostrzegalną chropowatością, a ciągła gra świateł powoduje powstawanie mikroskopijnych cieni wspomagających rozpoznawanie ruchu. Analogowy, nieskompresowany obraz przeniesie te wszystkie niuanse bez zmian, lecz w wąskim cyfrowym kanale nie znajdzie się miejsce dla takich detali. Kompresory MPEG, by radzić sobie ze stawianym przed nimi zadaniem nawet przy niewielkiej przepływności kanału, usuwają większość „zbędnych” szczegółów za pomocą filtrów poklatkowych (wygładzających obraz w ramach jednej klatki) i temporalnych (usuwających drobne oscylacje jasności pikseli w dziedzinie czasu). Tak przefiltrowany obraz kompresuje się znacznie lepiej (gdyż występuje w nim więcej jednolitych powierzchni i mniej zmian obrazu), lecz w czasie oglądania wydaje się mniej naturalny.

Zwiększenie liczby kanałów nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości nie tylko zmniejsza koszty operatorów, ale też zwiększa wpływy państwa. Dzięki oszczędniejszemu gospodarowaniu pasmem przeznaczonym do transmisji naziemnej można sprzedać kilkakrotnie więcej koncesji na nadawanie, dostając pieniądze praktycznie za nic. W takich okolicznościach przestaje dziwić chęć do prawnie nakazanej migracji do przesyłu cyfrowego.

Ostatnią, najsilniej uderzającą w telewidzów cechą transmisji cyfrowej jest łatwość, z jaką można uzupełnić ją o mechanizmy kontrolujące sposób powielania rozpowszechnianych w końcu publicznie materiałów. Koniec ze swobodnym nagrywaniem programów za pomocą magnetowidu, by obejrzeć je w dogodniejszym terminie lub cieszyć się nimi wielokrotnie. Wraz z sygnałem może być przesyłana informacja zakazująca rejestrowania przekazu lub nawet przekazywania go do złącz wyjściowych telewizora. Już teraz nadawcy programów zacierają ręce obliczając potencjalne zyski wynikające z powtórnej sprzedaży nadanych już materiałów tym, którzy nie chcieli lub nie mogli oglądnąć ich w oryginalnym terminie.

Postęp nie zawsze oznacza zatem więcej za niższą cenę. Coraz częściej oznacza mniej realnych możliwości i więcej pseudoużytecznych gadżetów, serwowanych coraz mniejszym kosztem za coraz większe pieniądze. Cyfrowa transmisja obrazu może stać się kolejną ofiarą takiego „postępu”. W formie otwartej, pozbawionej ograniczeń i zabezpieczeń telewizja cyfrowa faktycznie pozwoliłaby uzyskać przyzwoitą jakość obrazu, niezależną od warunków atmosferycznych i nie ulegającą pogorszeniu po zarejestrowaniu na dysku twardym magnetowidu lub komputera. Tymczasem boję się, że za kilka lat, gdy cyfrowy przesył stanie się obowiązkowy, z mniej lub bardziej świadomych odbiorców przekazu staniemy się zakładnikami nadawców programów.