Цифровое кабельное телевидение: технологии и развитие

Введение

Распространение кабельного телевидения с использованием цифровых данных и сжатия видео. Цифровое кабельное телевидение – это передача кабельного телевидения посредством цифровых данных и сжатия видео. Эта технология была впервые разработана компанией General Instrument. К 2000 году большинство кабельных компаний предлагали цифровые функции, постепенно заменяя прежнее аналоговое кабельное телевидение к середине 2010-х годов. В конце 2000-х годов эфирное телевидение перешло на цифровой стандарт HDTV, который был несовместим с существующими аналоговыми кабельными системами. Помимо обеспечения видео высокой четкости, цифровые кабельные системы предоставляют дополнительные услуги, такие как платные каналы, доступ в интернет по кабелю и кабельную телефонную связь. Большинство цифровых кабельных сигналов зашифрованы, что снизило уровень пиратства кабельного телевидения, которое было распространено в аналоговых системах.

История

В 1990 году General Instrument (приобретенная Motorola и в настоящее время принадлежащая ARRIS Group) продемонстрировала возможность использования цифрового сжатия для передачи высококачественного HDTV в стандартном телевизионном канале 6 МГц. Используя ту же технологию, General Instrument (GI) продемонстрировала цифровую передачу нескольких высококачественных программ стандартной четкости в кабельном канале 6 МГц. В 1990-х годах кабельные провайдеры начали активно инвестировать в эту новую многоканальную технологию цифрового телевидения, чтобы расширить количество каналов и услуг, доступных абонентам. Рост конкуренции и расширение выбора программ благодаря прямым спутниковым сервисам, таким как DirecTV, Dish Network и PrimeStar, побудили кабельных провайдеров искать новые способы предоставления большего количества контента. Клиенты проявляли все больший интерес к большему количеству каналов, услугам платного просмотра, цифровым музыкальным сервисам и высокоскоростному доступу в интернет. К 2000 году большинство кабельных провайдеров в США предлагали своим клиентам ту или иную форму цифрового кабельного телевидения. Технология цифрового кабеля позволила провайдерам сжимать видеоканалы, уменьшая требуемую полосу пропускания, и обеспечивать двустороннюю связь. Это дало возможность предлагать больше каналов, услуги видео по запросу, не требующие отдельной телефонной линии, телефонные услуги, высокоскоростной доступ в интернет и интерактивные телевизионные сервисы. Цифровое кабельное телевидение использует коррекцию ошибок для обеспечения целостности принимаемого сигнала и защищенную цифровую систему распространения (то есть зашифрованный сигнал для предотвращения несанкционированного доступа и кражи услуг). Большинство провайдеров цифрового кабеля используют QAM для видеосервисов и стандарты DOCSIS для услуг передачи данных. Некоторые провайдеры также начали внедрять видеосервисы на базе IPTV или Switched video.

Канал

Цифровые кабельные технологии позволяют множеству телевизионных каналов занимать частотное пространство, которое обычно занимает один аналоговый кабельный телеканал. Количество каналов, размещаемых на одной аналоговой частоте, зависит от степени сжатия. Многие кабельные провайдеры могут разместить около 10 цифровых каналов SD или 2 цифровых канала HD на одной частоте аналогового канала. Некоторые провайдеры могут вместить больше каналов на одну частоту, используя более высокую степень сжатия, но это часто может привести к снижению качества видео. Добавление этой возможности усложняет понятие «канала» в цифровом кабеле (а также в цифровых эфирных трансляциях ATSC). Официальные названия двух номеров, которые теперь идентифицируют канал, – это физический канал и подканал. Физический канал – это номер, соответствующий определенному частотному диапазону 6 МГц. См.: Североамериканские частоты кабельного телевидения. Подканал – это логический канал данных внутри физического канала. Технически в физическом канале может быть до 1024 подканалов, хотя на практике используется лишь несколько (поскольку полоса пропускания должна быть распределена между всеми подканалами). Существует два способа, с помощью которых провайдеры пытаются упростить это для потребителей. Первый, реализованный через PSIP, заключается в том, что программная и канальная информация транслируется вместе с видео, позволяя декодеру потребителя (приставке или дисплею) автоматически идентифицировать множество каналов и подканалов. Второй (также реализованный через PSIP) заключается в том, что, стремясь полностью скрыть подканалы, многие кабельные компании сопоставляют номера виртуальных каналов с базовыми физическими и подканалами. Например, кабельная компания может назвать канал 5 1 «каналом 732», а канал 5 2 – «каналом 733». Это также позволяет кабельной компании изменять частоту канала, не меняя номер канала, который видит клиент. В таких схемах номера физических/подканалов называются «QAM-каналом», а альтернативное обозначение канала называется «каналом с отображением», «виртуальным каналом» или просто «каналом». Теоретически, приставка может декодировать информацию PSIP со всех принимаемых каналов и использовать эту информацию для построения соответствия между QAM-каналом и виртуальным каналом. Однако кабельные компании не всегда надежно передают информацию PSIP. В качестве альтернативы, CableCards получают сопоставление каналов и могут передавать его на приставку.

Digital cable technology can allow many TV channels to occupy the frequency space that would normally be occupied by a single analog cable TV channel. The number of channels placed on a single analog frequency depends on the compression used. Many cable providers are able to fit about 10 digital SD channels or 2 digital HD channels on a single analog channel frequency. Some providers are able to squeeze more channels onto a single frequency with higher compression, but often this can cause the video quality of the channel to degrade. The addition of this capability complicates the notion of a "channel" in digital cable (as well as in over the air ATSC digital broadcasts). The formal names for the two numbers that now identify a channel are the physical channel and the subchannel. The physical channel is a number corresponding to a specific 6 MHz frequency range. See: North American cable television frequencies. The subchannel is a logical channel of data within the physical channel. Technically there can be up to 1024 subchannels in a physical channel, though in practice only a few are used (as the bandwidth must be divided among all the subchannels). There are two ways providers try to make this easier for consumers. The first, accomplished through PSIP, is where program and channel information is broadcast along with the video, allowing the consumer's decoder (set top box or display) to automatically identify the many channels and subchannels. The second (also accomplished through PSIP) is where, in an effort to hide subchannels entirely, many cable companies map virtual channel numbers to underlying physical and sub channels. For example, a cable company might call channel 5 1 "channel 732" and channel 5 2 "channel 733". This also allows the cable company to change the frequency of a channel without changing what the customer sees as a channel number. In such arrangements, the physical/sub channel numbers are called the "QAM channel", and the alternative channel designation is called the "mapped channel", "virtual channel", or simply "channel". In theory, a set top box can decode the PSIP information from every channel it receives and use that information to build the mapping between QAM channel and virtual channel. However, cable companies do not always reliably transmit PSIP information. Alternatively, CableCards receive the channel mapping and can communicate that to the set top box.

Техническая информация

Стандарт передачи сигнала по цифровым кабельным телевизионным системам в Соединенных Штатах теперь установлен как 64 QAM и 256 QAM (квадратурная амплитудная модуляция), который специфицирован в SCTE 07 и является частью стандарта DVB (но не ATSC). Этот метод обеспечивает скорость передачи данных 38,47 Мбит/с при использовании 256 QAM на канале 6 МГц, что позволяет передавать почти два полных транспортных потока ATSC со скоростью 19,39 Мбит/с каждый. Каждый канал 6 МГц обычно используется для передачи 7–12 цифровых каналов SDTV (256 QAM, MPEG2 MP/ML потоки со скоростью 3–5 Мбит/с). На многих приставках с QAM-тюнерами (особенно на приставках DVR) доступны версии местных каналов высокой четкости и некоторые кабельные каналы. Цифровое кабельное телевидение позволяет транслировать EDTV (480p), а также HDTV (720p, 1080i и 1080p). В отличие от этого, аналоговое кабельное телевидение передает программы исключительно в формате 480i (самое низкое разрешение, используемое в настоящее время). Стандарты Комитета по передовым телевизионным системам (ATSC) включают возможность передачи 16 VSB по кабелю со скоростью 38,4 Мбит/с, но данное кодирование пока не получило широкого распространения. Некоторые системы SMATV могут передавать сигналы 8 VSB и QAM, в основном в многоквартирных домах и аналогичных объектах, использующих комбинацию наземных антенн и кабельных источников распределения (таких как HITS или "Headend in the Sky" – подразделение Comcast, которое доставляет цифровые каналы по спутнику небольшим кабельным системам). Цифровые кабельные каналы обычно распределяются на частотах выше 552 МГц, что является верхней частотой кабельного канала 78. (Кабельные каналы выше 13-го канала имеют более низкие частоты, чем УВЧ-каналы с тем же номером, что видно на частотах североамериканского кабельного телевидения). Между 552 и 750 МГц имеется место для 33 каналов по 6 МГц (231–396 каналов SDTV); при расширении до 864 МГц доступно место для 52 каналов по 6 МГц (364–624 канала SDTV). В США цифровые кабельные системы с активированной пропускной способностью канала 750 МГц и выше должны соответствовать ряду стандартов SCTE и CEA, а также предоставлять клиентам, по их запросу, карты CableCARD.

The standard for signal transmission over digital cable television systems in the United States is now fixed as both 64 QAM and 256 QAM (quadrature amplitude modulation), which is specified in SCTE 07, and is part of the DVB standard (but not ATSC). This method carries 38.47 Mbit/s using 256 QAM on a 6 MHz channel, which can carry nearly two full ATSC 19.39 Mbit/s transport streams. Each 6 MHz channel is typically used to carry 7–12 digital SDTV channels (256 QAM, MPEG2 MP/ML streams of 3–5 Mbit/s). On many boxes with QAM tuners (most notably the DVR boxes), high definition versions of local channels, and some cable channels are available. Digital cable allows for the broadcast of EDTV (480p) as well as HDTV (720p, 1080i, and 1080p). By contrast, analog cable transmits programs solely in the 480i format (the lowest television definition in use today). The Advanced Television Systems Committee standards include a provision for 16 VSB transmission over cable at 38.4 Mbit/s, but the encoding has not yet gained wide acceptance. Some SMATV systems may carry 8 VSB and QAM signals, mostly in apartment buildings and similar facilities that use a combination of terrestrial antennas and cable distribution sources (such as HITS or "Headend in the Sky", a unit of Comcast that delivers digital channels by satellite to small cable systems). Digital cable channels typically are allocated above 552 MHz, the upper frequency of cable channel 78. (Cable channels above channel 13 are at lower frequencies than UHF broadcast channels with the same number, as seen in North American cable television frequencies.) Between 552 and 750 MHz, there is space for 33 6 MHz channels (231–396 SDTV channels); when going all the way to 864 MHz, there is space for 52 6 MHz channels (364–624 SDTV channels). In the U. S., digital cable systems with 750 MHz or greater activated channel capacity are required to comply with a set of SCTE and CEA standards, and to provide CableCARDs to customers that request them.