АҚШ-тағы цифрлық теледидар стандарттары

Кіріспе

Advanced Television Systems Committee (ATSC) стандарттары – жер үсті, кабельдік және спутниктік желілер арқылы хабар тарату және цифрлық теледидарды таратуға арналған халықаралық стандарттар жиынтығы. Бұл стандарт негізінен аналогты NTSC стандартын ығыстырды және сол стандарт сияқты, көбінесе АҚШ, Мексика, Канада, Оңтүстік Корея және Тринидад және Тобагода қолданылады. Жапония сияқты бұрынғы NTSC пайдаланушылары цифрлық теледидарға көшу кезінде ATSC стандартын қолданбады, себебі олар Жапонияда жасалған ISDB және Еуропада жасалған DVB сияқты басқа жүйелерді қабылдады. ATSC стандарттары 1990 жылдардың басында электроника және телекоммуникация компанияларының консорциумы – Grand Alliance тарапынан әзірленді. Олар қазір HDTV деп белгілі технологияның техникалық талаптарын жасау үшін бірікті. Қазіргі уақытта стандартты Advanced Television Systems Committee басқарады. Ол көптеген патенттелген элементтерді қамтиды, сондықтан стандарттың осы бөліктерін пайдаланатын құрылғыларға лицензия алу қажет. Олардың ішінде эфир арқылы хабар тарату үшін қолданылатын 8VSB модуляциялық жүйесі маңызды орын алады. ATSC технологиясы LG Electronics компаниясының патенттік үлесімен жасалды, олар ATSC стандартының көптеген патенттерін иеленеді. Цифрлық теледидар қабылдағышы үшін патенттік лицензия құны 50 долларға дейін жетеді деп есептеледі, бұл өндірушілердің шағымдануына себеп болды. Басқа жүйелер сияқты, ATSC да көптеген байланысты стандарттарға тәуелді, мысалы, цифрлық субтитрлер үшін EIA 708 стандартына, бұл іске асылуда әртүрліліктерге алып келеді.

Цифрлық жүйеге ауысу

ATSC 2009 жылдың 12 маусымында АҚШ-та, 2011 жылдың 31 тамызында Канадада, 2012 жылдың 31 желтоқсанында Оңтүстік Кореяда және 2015 жылдың 31 желтоқсанында Мексикада аналогты NTSC теледидар жүйесінің орнына келді. ATSC-ті қолданған және аналогты сигналды сақтап қалғысы келген хабар таратушылар уақытша түрде екі жеке арнада хабар таратуға мәжбүр болды, себебі ATSC жүйесі толыққанды жеке арнаны пайдалануды қажет етеді. ATSC-дегі арна нөмірлері аналогты теледидардағыдай радиожиілік диапазондарымен сәйкес келмейді. Оның орнына, бағдарламамен бірге метадеректердің бір бөлігі ретінде жіберілетін виртуалды арналар, арна нөмірлерін олардың физикалық RF арнасынан 1-ден 99-ға дейінгі кез келген басқа нөмірге қайта бейімдеуге мүмкіндік береді, осылайша ATSC станциялары тиісті NTSC арна нөмірлерімен байланыстырылуы мүмкін, немесе желідегі барлық станциялар бірдей нөмірді пайдалана алады. Таратылған тарату жүйелері (DTx) үшін де стандарт бар, ол бір жиілікті желінің бір түрі болып табылады және бірнеше арналық күшейткіш станциялардың синхронды жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

Аудио

Dolby Digital AC 3 аудиокодек ретінде қолданылады, бірақ ол ATSC ұйымымен A/52 стандарты ретінде қабылданған. Ол төмен жиілікті эффектілер үшін алтыншы арнамен бірге (5.1 конфигурациясы) бес арнаға дейін дыбысты таратуға мүмкіндік береді. Ал жапондық ISDB HDTV хабарларын таратуда MPEG-нің Advanced Audio Coding (AAC) аудиокодегі қолданылады, ол да 5.1 аудио шығысын қолдайды. DVB (төменде қараңыз) екеуін де қолдайды. MPEG 2 аудиосы DTV "Grand Alliance" сынағы кезінде ATSC стандартына талапкер болды, бірақ Dolby AC 3-ке ұтылды. Grand Alliance MPEG 2 жүйесі Dolby жүйесіне "негізінен тең" екенін жариялады, бірақ бұл Dolby таңдалғаннан кейін ғана болды. Кейіннен MIT Dolby компаниясымен келісімге келгені белгілі болды, егер MPEG 2 жүйесі қабылданбаса, университетке үлкен сома ақша берілетін еді. Dolby сондай-ақ Zenith компаниясына дауысын өзгертуге ынталандыру жасады (ол өзгертіп дауыс берді); алайда олар ұсынысты қабылдады ма, жоқ па, әлі белгісіз.

Видео

ATSC жүйесі түрлі дисплей ажыратымдары, көперіс қатынастары және кадр жылдамдықтарын қолдайды. Форматтар осы мақаланың соңындағы теледидар ажыратымдары туралы шолуда көрсетілгендей, ажыратымдылығы, сканерлеу түрі (прогрессивті немесе аралас) және секундына кадрлар (немесе жарты кадрлар) саны бойынша тізімделген. Деректерді белгілі бір шектеулермен капсулалау үшін ATSC MPEG жүйелерінің спецификациясын, яғни MPEG тасымалдау ағынын пайдаланады. ATSC деректерді тасымалдау үшін 188 байттық MPEG тасымалдау ағыны пакеттерін қолданады. Аудио және бейне декодтауды бастамас бұрын, қабылдағыш сигналды демодуляциялап, қателерді түзетуді қолдануы керек. Содан кейін тасымалдау ағыны құрамдас ағындарына демультиплекстелуі мүмкін.

Көлік ағыны (TS)

Файлдың жұрнағы ".TS" "көлік ағыны" дегенді білдіреді, бұл медиа контейнері форматы. Ол көлік ағыны ішінде мультиплекстелген аудио немесе бейне мазмұнының бірнеше ағындарын қамтуы мүмкін. Көлік ағындары деректердің жоғалуы мүмкін болатын тарату үшін (мысалы, эфирлік ATSC хабарларын тарату) синхрондау және деректерді қалпына келтіруді ескере отырып жасалған, сондықтан деректерді тарату кезінде жоғалған жағдайда да ақпарат ағыны минималды үзіліспен жалғастырылады. Егер аппараттық немесе бағдарламалық құралдар арқылы эфирлік ATSC сигналы файлға жазылса, нәтижесінде алынған файл көбінесе TS форматында болады.

Модуляция және тарату

ATSC сигналдары аналогты NTSC телеарналары сияқты 6 МГц жолақты пайдалану үшін жасалған (A/53 DTV стандарттарының жанындағы NTSC немесе басқа DTV арналарымен кедергі тудыру талаптары өте қатаң). Цифрлық бейне және аудио сигналдары сығылғаннан және мультиплекстелгеннен кейін, тасымалдау ағыны тарату әдісіне байланысты әртүрлі жолдармен модуляцияланады. Жердегі (жергілікті) хабар таратушылар 19,39 Мбит/с жылдамдықпен дерек жеткізе алатын 8VSB модуляциясын қолданады, бұл бірнеше бейне және аудио бағдарламаларын, сондай-ақ метадеректерді тасымалдауға жеткілікті. Кабельді теледидар станциялары әдетте сигнал мен шудың жоғары қатынасымен жұмыс істей алады және ATSC стандартындағы 16VSB немесе SCTE стандартындағы 256 QAM модуляциясын қолдана алады, сол 6 МГц арнаны пайдалана отырып, 38,78 Мбит/с өткізу қабілетін қамтамасыз етеді. Цифрлық теледидар үшін модуляция схемаларына қатысты ұсыныстар кабель операторлары стандартты ажыратымдылығы бар бейнені сығылмаған аналогты сигнал ретінде таратқан кезде жасалған. Соңғы жылдары кабель операторлары сандық кабельдік жүйелер үшін стандартты ажыратымдылығы бар бейнені сығылуға үйреніп, жергілікті хабар таратушыларға сығылмаған "негізгі" кабельде 6 МГц жиілігіндегі қосымша арналарды табуды қиындатты. Қазіргі уақытта АҚШ-тағы Федералды байланыс комиссиясы кабель операторларын, егер хабар таратушы талап етсе, жер үсті хабар таратушысының аналогты немесе цифрлық хабарларын тасымалдауды талап етеді ("міндетті тасымалдау ережесі"). Канададағы Канада радио, теледидар және телекоммуникациялар комиссиясы ATSC сигналдарын тасымалдауға қатысты ұқсас ережелерге ие емес. Дегенмен, кабель операторлары заңдық, нормативтік және жабдықтарға байланысты себептермен ATSC арналарын өз тізіміне қосуға әлі де абайсыздан жанасады. Маңызды техникалық және нормативтік мәселе – кабельде қолданылатын модуляция схемасы: АҚШ-та (және Канадада аздап) кабель операторлары өз қондырғылары үшін модуляция әдісін өздері анықтай алады. Өнеркәсіпте бірнеше стандарттау ұйымдары бар: SCTE кабельдік индустрия стандартында, ANSI/SCTE 07 2006: Кабельдік теледидар үшін цифрлық тарату стандарты ретінде 256 QAM модуляциясын анықтады. Осыған байланысты, кабельдік жүйеде қосымша сыйымдылықты іздейтін АҚШ және Канаданың көптеген кабель операторлары өз қондырғыларында қолданылатын 64 QAM модуляциясынан 256 QAM модуляциясына көшті, бұл ATSC бастапқыда ұсынған 16VSB стандартына басымдық берді. Уақыт өте келе 256 QAM модуляциясы ATSC стандартына енгізілуі күтілуде. Спутник арқылы ATSC тарату стандарты да бар, бірақ оны тек телеарналар ғана қолданады. АҚШ-тан тыс жердегі телепорттардың өте аз бөлігі ATSC спутниктік тарату стандартын қолдайды, бірақ стандартты қолдау жақсарып келеді. ATSC спутниктік тарату жүйесі тікелей спутниктік хабар тарату жүйелерінде қолданылмайды; АҚШ және Канадада олар ұзақ уақыттан бері DVB S (стандартты немесе өзгертілген түрінде) немесе DSS немесе DigiCipher 2 сияқты меншік жүйелерді пайдаланады.

ATSC signals are designed to use the same 6 MHz bandwidth as analog NTSC television channels (the interference requirements of A/53 DTV standards with adjacent NTSC or other DTV channels are very strict). Once the digital video and audio signals have been compressed and multiplexed, the transport stream can be modulated in different ways depending on the method of transmission. Terrestrial (local) broadcasters use 8VSB modulation that can transfer at a maximum rate of 19.39 Mbit/s, sufficient to carry several video and audio programs and metadata. Cable television stations can generally operate at a higher signal to noise ratio and can use either the 16VSB as defined in ATSC or the 256 QAM defined in SCTE, to achieve a throughput of 38.78 Mbit/s, using the same 6 MHz channel. The proposals for modulation schemes for digital television were developed when cable operators carried standard resolution video as uncompressed analog signals. In recent years, cable operators have become accustomed to compressing standard resolution video for digital cable systems, making it harder to find duplicate 6 MHz channels for local broadcasters on uncompressed "basic" cable. Currently, the Federal Communications Commission requires cable operators in the United States to carry the analog or digital transmission of a terrestrial broadcaster (but not both), when so requested by the broadcaster (the "must carry rule"). The Canadian Radio television and Telecommunications Commission in Canada does not have similar rules in force with respect to carrying ATSC signals. However, cable operators have still been slow to add ATSC channels to their lineups for legal, regulatory, and plant & equipment related reasons. One key technical and regulatory issue is the modulation scheme used on the cable: cable operators in the U. S. (and to a lesser extent Canada) can determine their own method of modulation for their plants. Multiple standards bodies exist in the industry: the SCTE defined 256 QAM as a modulation scheme for cable in a cable industry standard, ANSI/SCTE 07 2006: Digital Transmission Standard For Cable Television Consequently, most U. S. and Canadian cable operators seeking additional capacity on the cable system have moved to 256 QAM from the 64 QAM modulation used in their plant, in preference to the 16VSB standard originally proposed by ATSC. Over time 256 QAM is expected to be included in the ATSC standard. There is also a standard for transmitting ATSC via satellite; however, this is only used by TV networks. Very few teleports outside the U. S. support the ATSC satellite transmission standard, but teleport support for the standard is improving. The ATSC satellite transmission system is not used for direct broadcast satellite systems; in the U. S. and Canada these have long used either DVB S (in standard or modified form) or a proprietary system such as DSS or DigiCipher 2.

Басқа жүйелер

ATSC DVB-T стандартымен және ISDB-T стандартымен қатар өмір сүреді. ADTB-T деп аталатын ұқсас стандарт Қытайдың жаңа DMB-T/H екі стандартының бір бөлігі ретінде пайдалануға дамытылған. Қытай ресми түрде екі стандартты таңдағанмен, қабылдағыш екі стандартпен де жұмыс істеуі міндетті емес, сондай-ақ ADTB модуляциясын хабар таратушылар мен жабдықтар және қабылдағыштар өндірушілері қолдамайды. Әртүрлі аймақтар мен көздерден алынған материалдармен үйлесімділік үшін ATSC NTSC аналогтық жүйесінде қолданылатын 480i бейне форматын (480 жол, шамамен 60 өріс немесе секундқа 30 кадр), PAL аймақтарында қолданылатын 576i форматтарын (576 жол, секундқа 50 өріс немесе секундқа 25 кадр) және фильмдерде қолданылатын секундқа 24 кадр форматтарын қолдайды. ATSC жүйесі күрделі және іске асыру мен пайдалану үшін қымбат деп сынға ұшыраса да, хабар тарату және қабылдау жабдықтарының құны қазір DVB құнымен салыстыруға болады. ATSC сигналы DVB-T және ISDB-T радио тарату жағдайларының өзгеруіне оңай бейімделеді. Сонымен қатар, ол нақты иерархиялық модуляцияға ие емес, бұл HDTV сигналының SDTV бөлігін (немесе телебағдарламаның дыбыстық бөлігін) сигналдың күші әлсіз шеттік аймақтарда да үзіліссіз қабылдауға мүмкіндік береді. Осы себепті қосымша модуляция режимі – кеңейтілген VSB (E-VSB) енгізілді, ол ұқсас пайда әкеледі. ATSC-нің тұрақты тарату режиміне қарамастан, ол әр түрлі жағдайларда берік сигнал болып қалады. 8VSB COFDM-нен әлдеқайда көп ауылдық аймақтарда және халық тығыздығы төмендігінен таңдалды, осылайша үлкенірек таратушылар қажет болып, үлкен шеттік аймақтар пайда болды. Осы аймақтарда 8VSB басқа жүйелерге қарағанда жақсы нәтиже көрсетті. COFDM DVB-T және ISDB-T, сондай-ақ 1seg, DVB-H және АҚШ-тағы HD Radio үшін қолданылады. Халық тығыздығы жоғары қалаларда COFDM көп жолды таралуды басқаруда жақсырақ. ATSC нақты бір жиілікті желі (SFN) режимінде жұмыс істей алмайды, бірақ синхронды бірнеше каналдық таратушыларды пайдалану арқылы тарату режимі ұқсас жағдайларда қабылдауды жақсартатыны дәлелденді. Осылайша, ол SFN пайдалану арқылы DVB-T-ден көп спектрді қажет етпеуі мүмкін. Салыстыру зерттеуі ISDB-T және DVB-T ұқсас нәтижелер көрсеткенін, ал екеуі де DVB-T2-ге қарағанда нашаррақ екенін анықтады.

ATSC coexists with the DVB T standard, and with ISDB T. A similar standard called ADTB T was developed for use as part of China's new DMB T/H dual standard. While China has officially chosen a dual standard, there is no requirement that a receiver work with both standards and there is no support for the ADTB modulation from broadcasters or equipment and receiver manufacturers. For compatibility with material from various regions and sources, ATSC supports the 480i video format used in the NTSC analog system (480 lines, approximately 60 fields or 30 frames per second), 576i formats used in most PAL regions (576 lines, 50 fields or 25 frames per second), and 24 frames per second formats used in film. While the ATSC system has been criticized as being complicated and expensive to implement and use, both broadcasting and receiving equipment are now comparable in cost with that of DVB. The ATSC signal is more susceptible to changes in radio propagation conditions than DVB T and ISDB T. It also lacks true hierarchical modulation, which would allow the SDTV part of an HDTV signal (or the audio portion of a television program) to be received uninterrupted even in fringe areas where signal strength is low. For this reason, an additional modulation mode, enhanced VSB (E VSB) has been introduced, allowing for a similar benefit. In spite of ATSC's fixed transmission mode, it is still a robust signal under various conditions. 8VSB was chosen over COFDM in part because many areas are rural and have a much lower population density, thereby requiring larger transmitters and resulting in large fringe areas. In these areas, 8VSB was shown to perform better than other systems. COFDM is used in both DVB T and ISDB T, and for 1seg, as well as DVB H and HD Radio in the United States. In metropolitan areas, where population density is highest, COFDM is said to be better at handling multipath propagation. While ATSC is also incapable of true single frequency network (SFN) operation, the distributed transmission mode, using multiple synchronized on channel transmitters, has been shown to improve reception under similar conditions. Thus, it may not require more spectrum allocation than DVB T using SFNs. A comparison study found that ISDB T and DVB T performed similarly, and that both were outperformed by DVB T2.

Ұялы теледидар

ATSC-ні пайдаланатын цифрлық стансаларды мобильді қабылдау 2008 жылға дейін, әсіресе көлік жылдамдығымен қозғалғанда қиын немесе мүмкін емес еді. Бұл қиындықты жеңу үшін, жақсы мобильді қабылдауды қамтамасыз ететін бірнеше жүйе ұсынылды: Samsung/Rhode & Schwarz A VSB, Harris/LG MPH және Thomson/Micronas компаниясының соңғы ұсынысы. Осы жүйелердің барлығы жаңа ATSC стандарты – ATSC M/H үшін кандидаттар ретінде ұсынылды. Бір жылдық стандарттау процесінен кейін Samsung-тың AVSB және LGE-нің MPH технологиялары біріктіріліп, қабылданды және 2009 жылы қолданысқа енгізілуі жоспарланған еді. Бұл, сондай-ақ, қазір тоқтатылған MediaFLO сияқты басқа стандарттармен қатар, DVB-H және T-DMB сияқты бүкіл әлемдік ашық стандарттарға да қосымша болды. DVB-H және ISDB-1seg сияқты, ұсынылып отырған ATSC мобильді стандарттары бастапқы стандарт кеңінен қолданысқа енгеннен кейін қосылған болса да, қолданыстағы тюнерлермен үйлесімді. Бірақ, кейбір стансаларды мобильді қабылдау әлі де қиын болуы мүмкін, себебі АҚШ-та теледидар эфирінен 18 UHF арнасы алынып тасталды, бұл кейбір хабар таратушыларды VHF диапазонында жұмыс істеуге мәжбүр етті. Бұл диапазонды қабылдау үшін үлкен антенналар қажет, сонымен қатар қозғалтқыштардың электромагниттік кедергілеріне және жылдам өзгеріп отыратын көп жолдық таралу жағдайларына осал.

ATSC 2.0

ATSC 2.0 – бұл стандарттың күрделі жаңа өңделісі болжаныпты, ол ATSC 1.0 стандартымен кері үйлесімді болар еді. Стандарт теледидарды интернет-сервистерге қосып, интерактивті және гибридтік теледидар технологияларын пайдалануға, сондай-ақ эфирлік ағынға интерактивті элементтерді енгізуге мүмкіндік беруді көздеген. Басқа мүмкіндіктердің ішінде – жаңа видеоны қысу, көрермендерді өлшеу, мақсатты жарнама, бағдарламалар туралы ақпаратты жақсарту, сұраныс бойынша бейне сервистері және жаңа қабылдағыштарда ақпаратты сақтау мүмкіндігі, соның ішінде нақты уақыт емес (NRT) контентті де қамтиды. Дегенмен, ATSC 2.0 ешқашан іске қосылмады, себебі ол іске қосылғанға дейін толыққанды ескірген болатын. ATSC 2.0 өңделісінің құрамына кірген барлық өзгерістер ATSC 3.0 стандартына енгізілді.

ATSC 3.0 артықшылықтары

Сурет сапасы жақсартады. ATSC 3.0 4K UHD трансляциясын, соның ішінде жоғары динамикалық диапазонды теледидарды (HDR TV), кең түстік спектрді (WCG) және жоғары кадр жиілігін (HFR) мүмкін етеді. Қабылдауды жаңарту. ATSC 3.0 бір антенна арқылы көбірек арналарды жақсы сапада қабылдауға мүмкіндік береді. Ұялы телефондар, планшеттер және автомобильдік ойын-сауық жүйелері сияқты портативті құрылғылар телесигналдарды қабылдай алады. Күшейтілген төтенше жағдай туралы ескертулер. Төтенше жағдай туралы сигналдар географиялық тұрғыдан бағдарлана алады және олар қажетті нақты аймақтарға ғана хабар бере алады. Көрермендерді өлшеу. Телекоммуникациялық компаниялар көрермендер туралы деректерді оңай жинақтай алады. Жергілікті Wi-Fi желісінің көмегімен нақты мақсатты жарнама. Мазмұнның әртүрлілігі және байытылуы.