Стандарты Advanced Television Systems Committee ( ATSC ) представляют собой международный набор стандартов для вещания и передачи цифрового телевидения по наземным, кабельным и спутниковым сетям. В значительной степени это замена аналогового стандарта NTSC и, как и этот стандарт, используется в основном в Соединенных Штатах , Мексике , Канаде , Южной Корее и Тринидаде и Тобаго . Несколько бывших пользователей NTSC, таких как Япония , не использовали ATSC во время перехода на цифровое телевидение , поскольку они приняли другие системы, такие как ISDB, разработанная Японией, и DVB, разработанная в Европе, например.
Стандарты ATSC были разработаны в начале 1990-х годов Grand Alliance , консорциумом компаний по электронике и телекоммуникациям, которые объединились для разработки спецификации для того, что сейчас известно как HDTV . В настоящее время стандарт администрируется Комитетом по передовым телевизионным системам . Он включает в себя ряд запатентованных элементов, и для устройств, использующих эти части стандарта, требуется лицензирование. Ключевым среди них является система модуляции 8VSB , используемая для эфирного вещания. Технология ATSC 1.0 была в первую очередь разработана с патентными взносами LG Electronics , которая владела большинством патентов на стандарт ATSC. [1]
ATSC включает в себя два основных формата видео высокой четкости: 1080i и 720p . Он также включает в себя форматы стандартной четкости , хотя изначально в цифровом формате были запущены только услуги HDTV. ATSC может передавать несколько каналов информации в одном потоке, и обычно один сигнал высокой четкости и несколько сигналов стандартной четкости передаются в одном распределении каналов 6 МГц (ранее NTSC).
Стандарты телевидения высокой четкости, определенные ATSC, создают широкоэкранные изображения 16:9 размером до 1920×1080 пикселей — более чем в шесть раз больше разрешения дисплея предыдущего стандарта. Однако также поддерживаются многие другие размеры изображений. Сниженные требования к полосе пропускания изображений с более низким разрешением позволяют транслировать до шести «подканалов» стандартной четкости на одном телевизионном канале 6 МГц .
Стандарты ATSC обозначены A/ x ( x — номер стандарта) и могут быть бесплатно загружены с веб-сайта ATSC по адресу ATSC.org. Стандарт ATSC A/53, который реализовал систему, разработанную Grand Alliance, был опубликован в 1995 году; стандарт был принят Федеральной комиссией по связи США в 1996 году. Он был пересмотрен в 2009 году. Стандарт ATSC A/72 был утвержден в 2008 году и вводит кодирование видео H.264 /AVC в систему ATSC.
ATSC поддерживает 5.1-канальный объемный звук с использованием формата AC-3 Dolby Digital . Также могут быть предоставлены многочисленные вспомогательные услуги вещания данных .
Многие аспекты ATSC были запатентованы , включая элементы видеокодирования MPEG , аудиокодирования AC-3 и модуляции 8VSB . [2] Стоимость лицензирования патента, оцениваемая в 50 долларов за цифровой телевизионный приемник, [3] вызвала жалобы со стороны производителей. [4]
Как и другие системы, ATSC зависит от многочисленных переплетающихся стандартов, например, стандарта EIA-708 для цифровых субтитров , что приводит к различиям в реализации.
ATSC заменил большую часть аналоговой телевизионной системы NTSC [5] в Соединенных Штатах [6] [7] 12 июня 2009 года, 31 августа 2011 года в Канаде [ 8] 31 декабря 2012 года в Южной Корее и 31 декабря 2015 года в Мексике [9] .
Вещатели, которые использовали ATSC и хотели сохранить аналоговый сигнал, были временно вынуждены вещать на двух отдельных каналах, поскольку система ATSC требует использования целого отдельного канала. Номера каналов в ATSC не соответствуют диапазонам радиочастот, как это было в аналоговом телевидении . Вместо этого виртуальные каналы , отправляемые как часть метаданных вместе с программой(ами), позволяют переназначать номера каналов с их физического радиочастотного канала на любой другой номер от 1 до 99, так что станции ATSC могут быть либо связаны с соответствующими номерами каналов NTSC, либо все станции в сети могут использовать один и тот же номер. Существует также стандарт для распределенных систем передачи (DTx), форма одночастотной сети , которая позволяет синхронизировать работу нескольких усилительных станций на канале .
В качестве аудиокодека используется Dolby Digital AC-3 , хотя он был стандартизирован как A/52 ATSC. Он позволяет передавать до пяти каналов звука с шестым каналом для низкочастотных эффектов (так называемая конфигурация "5.1"). Напротив, японские трансляции ISDB HDTV используют в качестве аудиокодека MPEG Advanced Audio Coding (AAC), который также позволяет выводить звук 5.1. DVB (см. ниже) позволяет оба варианта.
MPEG-2 audio был претендентом на стандарт ATSC во время перестрелки DTV " Grand Alliance ", но проиграл Dolby AC-3 . Grand Alliance опубликовал заявление, в котором система MPEG-2 была "по сути эквивалентна" Dolby, но только после того, как был сделан выбор в пользу Dolby. Позже появилась история о том, что MIT заключил соглашение с Dolby, по которому университет получит большую сумму денег, если система MPEG-2 будет отклонена. Dolby также предложила Zenith стимул для изменения своего голоса (что они и сделали); однако неизвестно, приняли ли они это предложение. [10]
Система ATSC поддерживает ряд различных разрешений дисплея, соотношений сторон и частот кадров . Форматы перечислены здесь по разрешению, форме развертки ( прогрессивная или чересстрочная ) и количеству кадров (или полей) в секунду (см. также обзор разрешений телевизоров в конце этой статьи).
Для транспорта ATSC использует спецификацию систем MPEG , известную как транспортный поток MPEG , для инкапсуляции данных с учетом определенных ограничений. ATSC использует 188-байтовые пакеты транспортного потока MPEG для передачи данных. Перед декодированием аудио и видео приемник должен демодулировать и применить к сигналу коррекцию ошибок . Затем транспортный поток может быть демультиплексирован в его составные потоки.
Существует четыре основных размера отображения для ATSC, обычно известных по количеству строк высоты изображения. Размеры изображений NTSC и PAL являются наименьшими, с шириной 720 (или 704) и высотой 480 или 576 строк. Третий размер — это изображения HDTV, которые имеют 720 строк развертки в высоту и 1280 пикселей в ширину. Самый большой размер имеет 1080 строк в высоту и 1920 пикселей в ширину. 1080-строчное видео фактически кодируется кадрами 1920×1088 пикселей, но последние восемь строк отбрасываются перед отображением. Это связано с ограничением видеоформата MPEG-2, который требует, чтобы высота изображения в выборках яркости (т. е. пикселях) была делимой на 16.
Более низкие разрешения могут работать как в прогрессивном, так и в чересстрочном режиме, но не в режиме самых больших размеров изображения. Система 1080 строк не поддерживает прогрессивные изображения с самой высокой частотой кадров 50, 59,94 или 60 кадров в секунду, поскольку такая технология в то время считалась слишком передовой. Стандарт также требует, чтобы видео 720 строк имело прогрессивную развертку, поскольку это обеспечивает лучшее качество изображения, чем чересстрочная развертка при заданной частоте кадров, и для этого формата не существовало традиционного использования чересстрочной развертки. В результате комбинация максимальной частоты кадров и размера изображения приводит к примерно одинаковому количеству выборок в секунду как для чересстрочного формата 1080 строк, так и для формата 720 строк, поскольку 1920*1080*30 примерно равно 1280*720*60. Аналогичное соотношение равенства применяется для 576 строк при 25 кадрах в секунду против 480 строк при 30 кадрах в секунду.
Наземная (беспроводная) передача данных переносит 19,39 мегабит данных в секунду (колеблющаяся полоса пропускания около 18,3 Мбит/с, остающаяся после накладных расходов, таких как исправление ошибок, программа передач, скрытые субтитры и т. д.), по сравнению с максимально возможным битрейтом MPEG-2 в 10,08 Мбит/с (обычно 7 Мбит/с), разрешенным в стандарте DVD , и 48 Мбит/с (обычно 36 Мбит/с), разрешенным в стандарте дисков Blu-ray .
Хотя стандарт ATSC A/53 ограничивает передачу MPEG-2 форматами, перечисленными ниже (с целочисленной частотой кадров в паре с версиями со скоростью 1000/1001), Федеральная комиссия по связи США отказалась обязать телевизионные станции следовать этой части стандарта ATSC. Теоретически телевизионные станции в США могут свободно выбирать любое разрешение, соотношение сторон и частоту кадров/полей в пределах Main Profile @ High Level. Многие станции выходят за рамки спецификации ATSC, используя другие разрешения, например, 352 x 480 или 720 x 480.
Дисплеи " EDTV " могут воспроизводить контент с прогрессивной разверткой и часто имеют широкоэкранный формат 16:9. Такие разрешения составляют 704×480 или 720×480 [ требуется цитата ] в NTSC и 720×576 в PAL, что позволяет получать 60 прогрессивных кадров в секунду в NTSC или 50 в PAL.
ATSC также поддерживает частоту кадров и разрешение PAL, определенные в стандарте ATSC A/63.
Спецификация ATSC A/53 накладывает определенные ограничения на видеопоток MPEG-2:
Спецификация ATSC и MPEG-2 позволяют использовать прогрессивные кадры, закодированные в чересстрочной видеопоследовательности. Например, станции NBC передают видеопоследовательность 1080i60, что означает, что формальный выход процесса декодирования MPEG-2 составляет шестьдесят полей по 540 строк в секунду. Однако для телевизионных шоу в прайм-тайм эти 60 полей могут быть закодированы с использованием 24 прогрессивных кадров в качестве основы — на самом деле передается видеопоток 1080p24 (последовательность из 24 прогрессивных кадров в секунду), а метаданные MPEG-2 предписывают декодеру чересстрочно использовать эти поля и выполнять 3:2 pulldown перед отображением, как в soft telecine .
Спецификация ATSC также допускает последовательности MPEG-2 1080p30 и 1080p24, однако на практике они не используются, поскольку вещатели хотят иметь возможность переключаться между чересстрочным контентом 60 Гц (новости), прогрессивным контентом 30 Гц или PsF (мыльные оперы) и прогрессивным контентом 24 Гц (прайм-тайм), не завершая последовательность MPEG-2 1080i60.
Форматы 1080 строк кодируются с помощью матриц яркости размером 1920 × 1088 пикселей и матриц цветности размером 960 × 540 пикселей, но последние 8 строк отбрасываются в процессе декодирования и отображения MPEG-2.
В июле 2008 года ATSC был обновлен для поддержки видеокодека ITU-T H.264 . Новый стандарт разделен на две части:
Новые стандарты поддерживают 1080p при 50, 59,94 и 60 кадрах в секунду; для такой частоты кадров требуется H.264/AVC High Profile уровня 4.2 , в то время как для стандартной частоты кадров HDTV требуются только уровни 3.2 и 4, а для частоты кадров SDTV требуются уровни 3 и 3.1. [ сомнительно – обсудить ]
Расширение файла ".TS" означает "transport stream", что является форматом контейнера медиа. Он может содержать несколько потоков аудио- или видеоконтента, мультиплексированных в транспортном потоке. Транспортные потоки разработаны с учетом синхронизации и восстановления для потенциально потеряющего распространения (например, эфирного вещания ATSC) для того, чтобы продолжить поток медиа с минимальным прерыванием в условиях потери данных при передаче. Когда эфирный сигнал ATSC захватывается в файл с помощью оборудования/программного обеспечения, результирующий файл часто имеет формат файла .TS.
Сигналы ATSC разработаны для использования той же полосы пропускания 6 МГц , что и аналоговые телевизионные каналы NTSC (требования к помехам стандартов A/53 DTV с соседними каналами NTSC или другими каналами DTV очень строгие). После сжатия и мультиплексирования цифровых видео- и аудиосигналов транспортный поток может модулироваться различными способами в зависимости от метода передачи.
Предложения по схемам модуляции для цифрового телевидения были разработаны, когда кабельные операторы передавали видео стандартного разрешения как несжатые аналоговые сигналы. В последние годы кабельные операторы привыкли к сжатию видео стандартного разрешения для цифровых кабельных систем, что затрудняет поиск дублирующих каналов 6 МГц для местных вещателей на несжатом «базовом» кабеле.
В настоящее время Федеральная комиссия по связи требует от кабельных операторов в Соединенных Штатах передавать аналоговую или цифровую передачу наземного вещателя (но не обе), когда этого требует вещатель (правило « обязательной передачи »). Канадская комиссия по радио, телевидению и телекоммуникациям в Канаде не имеет аналогичных действующих правил в отношении передачи сигналов ATSC.
Однако кабельные операторы все еще не спешат добавлять каналы ATSC в свои линейки по юридическим, нормативным и связанным с оборудованием причинам. Одним из ключевых технических и нормативных вопросов является схема модуляции, используемая в кабеле: кабельные операторы в США (и в меньшей степени в Канаде) могут определять свой собственный метод модуляции для своих установок. В отрасли существует несколько органов стандартизации: SCTE определил 256 -QAM как схему модуляции для кабеля в стандарте кабельной промышленности, ANSI/SCTE 07 2006: стандарт цифровой передачи для кабельного телевидения Архивировано 5 июля 2010 г. в Wayback Machine . Следовательно, большинство кабельных операторов США и Канады, ищущих дополнительную емкость в кабельной системе, перешли на 256-QAM с модуляции 64-QAM, используемой в их установке, отдав предпочтение стандарту 16VSB, изначально предложенному ATSC. Со временем ожидается, что 256-QAM будет включен в стандарт ATSC.
Существует также стандарт для передачи ATSC через спутник; однако он используется только телевизионными сетями [ требуется ссылка ] . Очень немногие телепорты за пределами США поддерживают стандарт спутниковой передачи ATSC, но поддержка телепортами стандарта улучшается. Система спутниковой передачи ATSC не используется для спутниковых систем прямого вещания ; в США и Канаде они уже давно используют либо DVB-S (в стандартной или модифицированной форме), либо фирменную систему, такую как DSS или DigiCipher 2 .
ATSC сосуществует со стандартом DVB-T и ISDB-T . Похожий стандарт, называемый ADTB-T, был разработан для использования в качестве части нового двойного стандарта DMB-T/H в Китае . Хотя Китай официально выбрал двойной стандарт, нет никаких требований, чтобы приемник работал с обоими стандартами, и нет поддержки модуляции ADTB со стороны вещателей или производителей оборудования и приемников.
Для совместимости с материалами из различных регионов и источников ATSC поддерживает видеоформат 480i, используемый в аналоговой системе NTSC (480 строк, приблизительно 60 полей или 30 кадров в секунду), форматы 576i, используемые в большинстве регионов PAL (576 строк, 50 полей или 25 кадров в секунду), и форматы 24 кадра в секунду, используемые в кино.
Хотя система ATSC подвергалась критике как сложная и дорогая в реализации и использовании, [13] как вещательное, так и приемное оборудование теперь сопоставимы по стоимости с DVB.
Сигнал ATSC более восприимчив к изменениям условий распространения радиоволн , чем DVB-T и ISDB-T . Он также не имеет настоящей иерархической модуляции , которая позволила бы принимать часть SDTV сигнала HDTV (или аудио часть телевизионной программы) без прерываний даже в пограничных зонах, где уровень сигнала низкий. По этой причине был введен дополнительный режим модуляции, улучшенный VSB ( E-VSB ), позволяющий получить аналогичное преимущество.
Несмотря на фиксированный режим передачи ATSC, это все еще надежный сигнал в различных условиях. 8VSB был выбран вместо COFDM отчасти потому, что многие районы являются сельскими и имеют гораздо более низкую плотность населения , что требует более крупных передатчиков и приводит к большим периферийным зонам. В этих районах 8VSB показал себя лучше, чем другие системы.
COFDM используется как в DVB-T, так и в ISDB-T, а также для 1seg , а также DVB-H и HD Radio в Соединенных Штатах. В городских районах , где плотность населения самая высокая, COFDM, как говорят, лучше справляется с многолучевым распространением . Хотя ATSC также неспособен работать в истинно одночастотной сети (SFN), режим распределенной передачи , использующий несколько синхронизированных передатчиков на канале, как было показано, улучшает прием в аналогичных условиях. Таким образом, он может не потребовать большего распределения спектра , чем DVB-T, использующий SFN. Сравнительное исследование показало, что ISDB-T и DVB-T показали себя одинаково, и что оба были превзойдены DVB-T2 . [14]
Мобильный прием цифровых станций, использующих ATSC, до 2008 года был затруднен или невозможен, особенно при движении со скоростью транспортного средства. [ почему? ] Чтобы преодолеть это, было предложено несколько систем, которые сообщают об улучшенном мобильном приеме: A-VSB от Samsung / Rhode & Schwarz , MPH от Harris / LG и недавнее [ когда? ] предложение от Thomson / Micronas; все эти системы были представлены в качестве кандидатов на новый стандарт ATSC, ATSC-M/H . После одного года стандартизации решение, объединенное между технологиями AVSB от Samsung и MPH от LGE, было принято и должно было быть развернуто в 2009 году. Это в дополнение к другим стандартам, таким как ныне несуществующий MediaFLO , и всемирным открытым стандартам, таким как DVB-H и T-DMB . Как и DVB-H и ISDB 1seg , предлагаемые стандарты мобильной связи ATSC обратно совместимы с существующими тюнерами, несмотря на то, что они были добавлены в стандарт задолго до того, как исходный стандарт стал широко использоваться.
Мобильный прием некоторых станций все еще будет более затруднен, поскольку 18 каналов UHF в США были удалены из телевизионного обслуживания, что заставило некоторых вещателей оставаться на VHF. Этот диапазон требует больших антенн для приема и более подвержен электромагнитным помехам от двигателей и быстро меняющихся условий многолучевого распространения . [ необходима цитата ]
ATSC 2.0 был запланированным крупным новым пересмотром стандарта, который был бы обратно совместим с ATSC 1.0. Стандарт должен был разрешить интерактивные и гибридные телевизионные технологии, соединяя телевизор с интернет-сервисами и допуская интерактивные элементы в поток вещания. Другие функции должны были включать расширенное сжатие видео, измерение аудитории, целевую рекламу , улучшенные руководства по программированию, услуги видео по запросу и возможность хранить информацию на новых приемниках, включая контент не в реальном времени (NRT). [15] [16] [17]
Однако ATSC 2.0 так и не был запущен, поскольку он был существенно устаревшим еще до того, как его удалось запустить. Все изменения, которые были частью пересмотра ATSC 2.0, были приняты в ATSC 3.0. [18]
ATSC 3.0 предоставит зрителю еще больше услуг и повысит эффективность полосы пропускания и производительность сжатия, что требует нарушения обратной совместимости с текущей версией. 17 ноября 2017 года FCC проголосовала 3–2 за разрешение добровольного развертывания ATSC 3.0 и выпустила Отчет и Распоряжение по этому поводу. Ожидается, что вещатели и приемники ATSC 3.0 появятся в течение следующего десятилетия. [19]
Компания LG Electronics протестировала стандарт с разрешением 4K 23 февраля 2016 года. Поскольку тест был признан успешным, Южная Корея объявила, что вещание ATSC 3.0 начнется в феврале 2017 года. [20]
28 марта 2016 года компонент Bootstrap ATSC 3.0 (System Discovery and Signalling) был повышен с уровня кандидата до уровня финального стандарта. [21]
29 июня 2016 года филиал NBC WRAL-TV в Роли, Северная Каролина , станция, известная своей пионерской ролью в тестировании оригинальных стандартов DTV, запустила экспериментальный канал ATSC 3.0, транслирующий программы станции в формате 1080p, а также демонстрационный цикл 4K. [22]
Антигуа и Барбуда 2018
Багамские Острова 14 декабря 2011 года национальный общественный вещатель Багамских Островов ZNS-TV объявил, что он примет ATSC, как и Соединенные Штаты и их территории. [24]
Барбадос.svg/1280px-Flag_of_Canada_(Pantone).svg.png){kind=small}
Канада приняла ATSC , при этом аналоговые станции полной мощности на определенных «обязательных рынках» (включая столицы провинций и города с населением 300 000 человек и более) были закрыты 31 августа 2011 года. CBC только перевела свои исходные станции на цифровые; ей было дано разрешение на эксплуатацию ее ретрансляторов на обязательных рынках (например, CBKST в Саскатуне ) еще на один год, но позже она объявила, что закроет все свои аналоговые ретрансляторы 31 июля 2012 года, сославшись на бюджетные проблемы и устаревшую сеть распространения. [25]
Доминика
Доминиканская Республика Доминиканская Республика объявила о принятии 10 августа 2010 года, завершив переход 24 сентября 2015 года, однако большинство компаний не смогли уложиться в установленный срок, и правительству пришлось перенести его на 2021 год. [26]
Гренада
Гаити
Ямайка Перейдет на ATSC 3.0 вместо 1.0. Переход начнется в 2022 году и, как ожидается, будет завершен к 2023 году. [27]
Мексика начала переход на ATSC в 2013 году; [28] полный переход был запланирован на 31 декабря 2015 года, [9] но из-за технических и экономических проблем с некоторыми передатчиками полный переход был отложен до 31 декабря 2016 года.
Сент-Люсия открылась на канале ATSC 5 марта 2024 года.
Тринидад и Тобаго перейдут на ATSC 3.0 вместо ATSC 1.0. Процесс перехода начнется в марте 2023 года и, как ожидается, будет завершен к 2026 году. [29]
Соединенные Штаты Америки Телевизионные станции полной мощности в Соединенных Штатах прекратили аналоговое телевидение 12 июня 2009 года. Аналоговые маломощные станции и трансляторы были свернуты к 13 июля 2021 года. [30] [31]
Гайана
Суринам Суринам перешел от аналогового вещания NTSC к цифровому вещанию ATSC. Канал ATV начал вещание ATSC в районе Парамарибо в июне 2014 года, за которым последовало вещание ATSC со станций в Брокопондо, Вагенингене и Альбине. Станции в Брокопондо, Вагенингене и Альбине транслировали как каналы ATV (т. е. ATV и TV2), так и STVS . [32] В 2016 году все каналы в Суринаме уже перешли на ATSC.
Южная Корея Южная Корея завершила переход на ATSC 31 декабря 2012 года, хотя она все еще использует некоторые аналоговые сигналы вдоль своей северной границы для приема в Северной Корее . [33] [34] Территории Соединенных Штатов в Тихом океане, включая Американское Самоа , Гуам и Северные Марианские острова , приняли ATSC, как и материковая часть страны. [30]Следующие организации владели патентами на разработку технологии ATSC 1.0, как указано в патентном пуле, администрируемом MPEG LA . Срок действия последних патентов истек 16 сентября 2024 года. [1]
Патенты на ATSC 3.0 все еще активны. [36]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)