ATSC-M/H

С самого начала были определены несколько требований к новому стандарту:

• Полная обратная совместимость с ATSC (A/53)
• Вещатели могут использовать свои лицензии без дополнительных ограничений
• Существующие приёмники ATSC могут продолжать принимать сигнал стандарта ATSC (A/53) без изменений.

Было предложено десять систем от разных компаний, из которых две были представлены с прототипами передатчиков и приёмников:

• MPH (акроним от англ. mobile/pedestrian/handheld, также намекает на «miles per hour» — миль в час), была разработана компаниями LG Electronics и Harris Broadcast. (Zenith, дочерняя компания LG, разрабатывала большую часть оригинального стандарта ATSC.)
• A-VSB (Advanced-VSB) была создана компаниями Samsung и Rohde & Schwarz.

Для выбора наилучшего решения Комитет по системам телевидения высокой чёткости (ATSC) поручил Коалиции по мобильному видео (Open Mobile Video Coalition, OMVC) провести тестирование обеих систем. Доклад о результатах тестирования был представлен 15 мая 2008 года. В результате этой работы финальный проект стандарта был подготовлен специалистами подгруппы S-4 ATSC. Итоговый стандарт ATSC-M/H представляет собой гибрид. В основном используются следующие компоненты предложенных систем:

• RF-уровень из стандарта MPH
• Детерминированная структура кадров из A-VSB
• Сигнализация сервисов на основе существующих мобильных стандартов

1 декабря 2008 года ATSC присвоил спецификации Mobile Digital Television статус кандидата в стандарт. В течение следующих шести месяцев отрасль тестировала стандарт. До его утверждения были предложены дополнительные усовершенствования.

• 15 октября 2009 года участники ATSC одобрили бюллетень об официальном утверждении стандарта A/153.
• В январе 2010 года на выставке Consumer Electronics Show была представлена торговая марка и логотип «MDTV» для ATSC A/153.

Стандарт ATSC Mobile DTV ATSC-M/H (A/153) построен по модульному принципу, а спецификации каждого модуля выделены в отдельные части. Основные части A/153:

• Часть 1. «Система ATSC Mobile DTV» — описание общей системы ATSC Mobile DTV и структуры стандарта, а также требований к сигнализации, реализуемых средствами данных во всех остальных частях.
• Часть 2. «RF/Трансляционные характеристики системы» — описание обработки данных и их размещения в кадрах VSB. Ключевые элементы: код Рида-Соломона (кадр RS), канал передач параметров (TPC) и быстрая информационная линия (FIC).
• Часть 3. «Мультиплексирование сервисов и транспортная подсистема» — описание системы мультиплексирования и транспортировки, состоящей из нескольких уровней стека: Интернет-протокол (IPv4), односторонний протокол (UDP), сигнальный канал, FLUTE поверх ALC/LCT, служба времени по NTP, а также RTP/RTCP.
• Часть 4. «Анонсирование» — описание системы анонсов, где сервисы могут быть дополнительно объявлены с помощью гидов. Гид реализован на базе OMA BCAST (OMA), с заданными ограничениями и расширениями.
• Часть 5. «Каркас приложений» — описание каркаса приложений, позволяющего вещателю добавлять дополнительный контент в аудиовизуальный сервис с целью управления элементами расширенной мультимедийной среды (RME).
• Часть 6. «Защита сервисов» — описание механизмов защиты сервисов (файлы и потоки) при доставке до приёмника; ключевые элементы: «объект выдачи прав» и сообщение ключа короткого срока (STKM).
• Часть 7. «Характеристики видеосистемы AVC и SVC» — определение системы AVC и SVC в ATSC Mobile DTV; также включает CEA-708 и AFD.
• Часть 8. «Характеристики аудиосистемы AHE AAC» — определение аудиосистемы HE-AAC v2 в ATSC Mobile DTV.
• Часть 9. «Масштабируемый полночастотный мобильный режим»

ATSC-M/H предназначен для мобильных телевизионных приёмников и частично использует поток ATSC 8VSB пропускной способностью 19,39 Мбит/с. Мобильные данные передаются по неиспользуемому идентификатору пакета (PID), из-за чего обычные приёмники их игнорируют.

Ширина полосы, занимаемая ATSC-M/H, составляет фиксированные блоки по 917 кбит/с из общего диапазона ATSC. Каждый такой блок называется M/H-группой. Парада (parade) представляет собой совокупность от одной до восьми M/H-групп. Парада передаёт один или два ансамбля, которые являются логическими каналами для IP-дейтаграмм. Эти дейтаграммы, в свою очередь, несут телевизионные сервисы, таблицы системной сигнализации, ключи OMA DRM и электронный сервис-гид. ATSC-M/H создавался с учётом анализа опыта внедрения других стандартов мобильного телевидения.

Стек протоколов ATSC-M/H в основном является зонтичным и использует OMA ESG, OMA DRM, MPEG-4 и множество RFC, принятых IETF.

Стандарт ATSC-M/H определяет фиксированную структуру транспортного потока, основанную на M/H-кадрах, что упрощает определение местоположения мобильного контента внутри VSB-кадров и облегает обработку для приёмников M/H. Это отличается от классического потока ATSC (A/53), в котором нет фиксированной структуры относительно фазы данных к кадрам VSB.

Один M/H-кадр эквивалентен 20 VSB-кадрам и имеет смещение в 37 транспортных пакетов (TS) относительно начала VSB-кадра. Каждый M/H-кадр длится 968 мс, делится на пять подкадров, каждый из которых далее разбит на 16 слотов. Слот соответствует времени, необходимому для передачи 156 TS-пакетов. В слотах могут быть полностью основные ATSC-данные (A/53), либо 118 пакетов M/H-данных и 38 — основных данных. Совокупность из 118 M/H-пакетов в слоте называется M/H-группой, где каждый пакет инкапсулируется в специальный TS-пакет типа MHE.

Парада — это совокупность M/H-групп, способная нести один или два ансамбля. Ансамбли — логические каналы для IP-дейтаграмм, несущих мобильные сервисы и сигнализацию. M/H-группы каждой парады размещаются в слотах согласно алгоритму из A/153, часть 2. Число групп в M/H-подкадре для парады — от 1 до 8; всего за кадр — от 5 до 40 (шаг 5). Данные парады подвергаются кодированию канала и скремблированию (интерливинг) в течение M/H-кадра.

Мобильные данные защищаются дополнительным кодом исправления ошибок: используются интерливинг и свёрточный код. Для улучшения приёма в получателе в сигнал ATSC-M/H внедрены обучающие последовательности (training sequences) для оценки состояния канала. Time slicing позволяет экономить энергию на приёмниках и основано на временном мультиплексировании передачи сервисов.

ATSC-M/H объединяет несколько механизмов защиты от ошибок для повышения устойчивости: внешний код Рида — Соломона, исправляющий ошибочные байты после декодирования внешнего свёрточного кода. Исправление улучшается благодаря дополнительной контрольной сумме (CRC), поскольку ошибочные байты можно пометить как некорректные (метод пропуска ошибочных мест).

Число проверочных символов RS может быть 24, 36 или 48. Символы и контрольная сумма образуют внешние элементы матрицы данных, аллоцированной полезной нагрузкой M/H-ансамбля. Количество строк фиксировано, количество столбцов определяется числом занятых слотов на подкадр.

RS-кадр затем делится на несколько сегментов разного размера и распределяется по определённым областям. M/H-данные в этих областях защищаются серийным каскадным свёрточным кодом (SCCC) с коэффициентом кодирования 1/2 или 1/4; эти значения фиксированы для каждой области группы. Внутренний параллельный свёрточный код (PCCC) с коэффициентом 1/4 применяется для канала сигнализации M/H, включающего FIC и TPC. TPC несёт параметры FEC и информацию о кадре. После выделения TPC приёмник понимает применяемые коэффициенты кодирования и декодирует каждую область согласно её параметрам.

Для обратной совместимости с приёмниками A/53 задействован модифицированный треллис-кодер. Временной интерливинг ATSC-M/H длится 1 секунду.

В ATSC M/H имеется три иерархических уровня сигнализации, оптимизированных под особенности канального уровня трансляции:

• Система сигнального канала передачи (Transmission Signaling System) — самый нижний уровень, использует канал TPC; сообщает приёмнику необходимую для декодирования сигнала информацию.
• Система транспортной сигнализации — второй уровень, использует быстрый информационный канал FIC вместе с сервисным каналом SSC. Главная функция FIC — быстрая доставка основной информации для оперативного поиска сервиса приёмником. SSC (Service Signaling Channel) состоит из нескольких таблиц сигнализации, по функциям аналогичен PSIP в обычном ATSC. SSC содержит основную структуру сервисов и параметры декодирования аудио/видео.
• Анонсы / электронный сервис-гид (ESG) — третий, самый высокий уровень сигнализации, использует ESG из OMA BCAST. ESG доставляется как файловая сессия (FLUTE), используя несколько секций XML. Благодаря этому реализуется программа передач и интерактивные сервисы.

Каждому декодеру видео и аудио требуется информация о параметрах кодирования, например, разрешение, частота и период кадров (IDR). В системах MPEG-4/AVC, мобильных ТВ-стандартах, приёмник использует сведения из файла сессии (SDP). В ATSC-M/H файл SDP передаётся в SMT-таблице. Часть информации закодирована в двоичном виде, часть — в ASCII. Таблица SMT объединяет данные, которые обычно расположены в разных таблицах, снижая сложность для сети и приёмников. В случае сигнализации через ESG передаётся полный SDP-файл.

В SFN два и более передатчика с пересекающейся зоной охвата одновременно передают один и тот же контент на одной частоте. 8VSB модуляция ATSC допускает работу в SFN. Для синхронизации и регулярной подстройки канала ATSC-M/H задействует дополнительные обучающие последовательности. Стандарт ATSC A/110 предусматривает способ синхронизации ATSC-модулятора в составе передатчика. Требования к треллис-кодеру рассчитываются для всех передатчиков SFN заранее. В такой сети мультиплексор и передатчик ATSC-M/H синхронизируются через GPS. Мультиплексор работает как сетевой адаптер и вставляет временные метки в транспортный поток MPEG. Передатчик анализирует метку времени, задерживает поток перед модуляцией и передачей, обеспечивая синхронный выход для всех SFN.

Dyle Mobile TV^[3] управлялась Mobile Content Venture — совместным предприятием 12 крупнейших вещательных групп для продвижения и поддержки ATSC-M/H. В лучшие годы сигналом покрывалось 38 рынков, что составляло 57 % территории США. Однако проект оказался коммерчески неуспешным, и трансляции были прекращены.

До своего прекращения в некоторых регионах США была доступна MediaFLO — премиум-служба по подписке. В отличие от неё, ATSC-M/H была эфирной и бесплатной, как и основные вещательные каналы. Оба стандарта проектировались без должного учёта бума мобильного интернета и платформ, которые сегодня обеспечивают высокое качество мультимедиа с помощью современных веб-ориентированных кодеков и протоколов, а не через адаптацию старых решений, предназначенных для классического телевещания.