Новый стандарт телевидения ATSC 3.0: альтернатива потоковым сервисам и 4К-разрешение

Телевизоры с разрешением 4К продаются уже много лет, но слышали ли вы о ТВ-вещании с таким разрешением? О том, что есть спутниковое 4К-вещание и потоковое в Интернете, знают все, а об эфирном — никто. Меж тем оно существует, но никак не может стать массовым. Почему? Давайте разберемся.

Новый стандарт вещания под общим названием ATSC 3.0 впервые был опробован на тестовых трансляциях еще в мае 2015 года, а к концу 2018-го по нему была полностью сформирована документация и утверждены все спецификации. Почему же тогда он до сих пор считается «новым» — и сегодня о нем, как сговорившись, стали вещать западные сайты?

Как ни банально бы это звучало, новую волну обсуждения ATSC 3.0 подняла пандемия — люди стали больше находиться дома и смотреть телевизор. Причем не в нашем, чисто российском понимании, когда имеются в виду всякие ток-шоу, а в самом широком, то есть с просмотром фильмов, сериалов, познавательных, развлекательных и спортивных передач.

То, что это станет золотым временем, вещатели поняли сразу. Стартовали сразу несколько крупнейших потоковых сервисов: от Disney, Apple, HBO Max, а уже раскрученные вроде Netflix постоянно напоминали о себе, то снижая битрейт потока, то обратно повышая его. Вещатели, использующие «традиционные» эфирные стандарты, не могли остаться в стороне и снова заговорили о собственных перспективных возможностях.

Собственно говоря, все они базируются на одном стандарте — упомянутом ATSC 3.0, потому что других, развивающих, например, кабельное вещание или специально предусмотренных для спутников, просто нет.

4К по воздуху

Что же может ATSC 3.0? Передавать непрерывное вещание на телевизоры и мобильные гаджеты с 4К-видео с расширенным динамическим и цветовым диапазоном, а также звуком с качеством вплоть до Dolby Atmos.

Фактически, отличие от существующих потоковых сервисов заключается в том, что ATSC 3.0 дает возможность передавать такой сигнал на телевизоры без наличия широкополосного Интернета, то есть «по воздуху». Хотя совсем без Интернета он не обходится — какая-то связь все же нужна для верификации данных, то есть для подтверждения подписки.

Естественно, передача «по воздуху» — не единственный способ. Новый стандарт предполагает передавать 4К-вещание и через широкополосный Интернет. Собственно, поэтому его потенциально могут принимать и мобильные гаджеты. Но суть для пользователя остается прежней: прежде всего ATSC 3.0 предназначен для потоковой трансляции фильмов и программ с непрерывным эфиром. То есть, упрощая, ATSC 3.0 — это стандарт для классического телевидения, но с современными характеристиками картинки и звука.

Гибридная приставка с возможностью приема эфирного сигнала ATSC 3.0

Если для стандарта DVB-T2 максимальное разрешение составляет 1080р60, то с помощью ATSC 3.0 можно передавать UHD-видео с разрешением до 3840х2160 пикселей и частотой до 120 Гц. В качестве кодека сжатия видео, как и в UHD Blu-ray и потоковых сервисах, при этом используется HEVC, однако даже его эффективности явно недостаточно для передачи такого качества видео «по воздуху» с использованием прежних методов. Поэтому методы передачи в сравнении с DVB-T2 были существенно доработаны.

На радиочастотном уровне в стандарте ATSC 3.0 применяются те же принципы модуляции, что и в DVB-T2. В частности, применена та же система COFDM (ортогональное частотное разделение каналов) и помехоустойчивое кодирование LDPС (низкоплотностный код с ключевыми словами), но не с амплитудной, а более сложной неоднородной модуляцией. Это позволяет передавать сигнал с битрейтом до 57 Мбит/сек, что примерно на треть больше, чем в DVB-T2.

Приставка для приема только эфирного сигнала ATSC 3.0. Ее тоже только планируют продавать

Причем в самом помехоустойчивом режиме возможен прием на ручные носимые устройства внутри зданий — правда, скорость передачи в этом режиме составит всего 590 кбит/с. Это стало возможно за счет так называемого энергетического уплотнения при модуляции.

Цифровой сигнал, передаваемый «по воздуху», представляет собой не одну закодированную частоту, а многоярусную структуру из сигналов (так называемых транспортных труб) с разной модуляцией. В ATSC 3.0 они могут отличаться не только смещением по времени и фазе, но и по уровню.

Приемник «ловит» самый мощный из них и вычитает из суммы других, получая высокое соотношение сигнал/шум, а при необходимости — переходит к декодированию сигнала уровнем ниже. Этот принцип используется в сотовой связи — и это не единственное их сходство.

Трансляция пакетов

Видеосигнал в ATSC 3.0 передается так же, как и в DVB-T2/S2 — кадрами. Но не в виде потока MPEG Transport Stream, а в виде контейнера ISO Base Media File Format с большими информационными пакетами, который применяется в IP-среде, то есть в стриминговых сервисах.

И в начале каждого базового кадра, характерного для всех видеокодеков, идет еще один, значительно более «легкий» по битрейту информационный блок под названием Bootstrap (загрузка). Эта часть транслируется в самом помехоустойчивом режиме на частоте 4,5 МГц, а потому может быть передана через другие сети, включая телефонную и Интернет.

Стек (набор) протоколов стандарта. Как видно, в основе несет IP-протоколы

В частности, она содержит информацию, необходимую для синхронизации приемника и демодуляции базовых кадров. Для простой трансляции видео она избыточна, но зато позволяет при необходимости даже поменять протокол передачи, предоставляя возможность некоторого «апгрейда» стандарта в будущем.

Кроме того, Bootstrap позволяет изощреннее кодировать трансляции и даже включать и принудительно переключать приемник на другие каналы. Создатели настаивают, что эта часть очень важна в плане безопасности, потому что позволяет передавать экстренные сообщения, скажем, о торнадо. Но это скорее лукавство, потому что она дает просто огромные возможности для той же рекламы и прочей монетизации.

Главная причина выбора для ATSC 3.0 стандарта ISO Base Media File Format заключается в его универсальности, позволяющей применять его для трансляций в разных средах, но прежде всего — в Интернет-вещании. В частности, он позволяет передавать в одном потоке видео, сжатое с разным качеством — совсем как у потоковых сервисов. Кроме того, в отличие от MPEG Transport Stream он совместим с вебом: HTML5, CSS и JavaScript включены в перечень поддержки ATSC 3.0.

Да и большинство интерактивных возможностей «телевидения нового поколения», которые рекламируются его создателями, относится именно к вещанию в Интернете. Речь идет о просмотре информации о передаче, фильме или клипе, выборе оптимального разрешения и вещания на мобильные устройства, которые в принципе не будут оснащаться какими-то специфическими приемниками.

Конкурент стримингу

Короче говоря, ATSC 3.0 — это не только стандарт для телевидения, но и прямой конкурент потоковым Интернет-видеосервисам и всей экосистеме Smart TV. При этом нигде в официальных данных стандарта напрямую не говорится о его преимуществе по части дальности действия и устойчивости приема на больших расстояниях. Наоборот, прежде всего идет упор на качество видео, 4К, HDR, расширенные возможности и т.д.

Карта покрытия эфирного вещания в Южной Корее

Собственно, поэтому внедрение этого нового, очень продвинутого стандарта происходит крайне медленно, а статьи о нем на западных порталах с перечислением успехов, напротив, последнее время выходят все чаще.

Более-менее полноценным образом он внедрен лишь в Южной Корее, где телевизоры с соответствующими приемниками выпускает LG Electronics (они не поставляются на другие рынки), HDMI-приставки для других телевизоров делает корейский институт ETRI, а вещание осуществляет государственное телевидение, развернувшее сеть ретрансляторов к Олимпийским играм 2018 года.

В США, где собственно и был разработан стандарт ATSC 3.0, вещание осуществляется только через Интернет и очень локализовано: в Далласе, Фениксе, Остине, Денвере, Лас-Вегасе, Солт Лейк Сити, Портленде — то есть в довольно крупных городах. Причем в первых трех его запустили еще в 2018 году, а в остальных — только пару месяцев назад.

Карта вещания в США. Специально упрощенная, поскольку реального вещания по всей территории больших штатов нет. «On the air» здесь означает «уже работает», а не эфирную передачу

Все остальные «успехи» — пока что в планах, которые день ото дня становятся все призрачнее. Телевизоры с приемниками нового стандарта так и не стали поставляться в США. ТВ-приставки, анонсированные еще на CES 2020, только планируют начать выпускать в 2021 году. Меж тем кинокомпании и телевещатели не сидят на месте.

Свежий пример: Warner и HBO запустили HBO Max и в связи с не улучшающейся ситуацией с COVID-19 уже начали «давать» премьеры даже многомиллионных блокбастеров в стриминге — еще до их запуска в кинотеатрах. В частности, так уже поступили с «Чудо-женщиной 1984». И, похоже, остальные студии последуют их примеру. А у ATSC 3.0 есть все шансы остаться нишевым стандартом.

Оригинальный материал на сайте stereo.ru:
Новый стандарт телевидения ATSC 3.0: альтернатива потоковым сервисам и 4К-разрешение