Druhá televizní digitalizace v USA a srovnání přechodu na ATSC 3.0 s evropským přechodem na DVB-T2

Letošní konference Radiokomunikace 2017 v Pardubících nabídla zajímavé srovnání mezi nastupujícími systémy pozemního digitálního televizního vysílání ATSC 3.0 v USA a DVB-T2 v Evropě.

Analýzu obou procesů s důrazem na americký standard ATSC 3.0 přednesl Dušan Líška, který na pardubické konferenci každoročně nabízí shrnutí novinek z televizního vysílání za uplynulý rok. Téměř současné zavádění nových způsobů šíření TV signálů u nás i v USA vychází z Rozhodnutí Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) a, i když výchozí podmínky jsou rozdílné, v důsledcích jsou velmi podobné. Jak z tohoto mezinárodního srovnání vychází DVB-T2? A jaká je vzdálenější budoucnost dnešní zemské distribuční platformy?

Zatímco na základě Světové radiokomunikační konference ITU WRC 2015 má region 1 (zhruba Evropa a Afrika), většina z regionu 3 (Asie a Pacifik) a jihoamerické země v regionu 2 (Amerika), zajištěné kmitočtové spektrum, stabilizující digitální pozemní televizi (DTT) přes léta 2020 a dále minimálně do roku 2030, malý počet zemí v Severní Americe (Kanada, USA, Mexiko, Kolumbie a některé karibské ostrovy), Asie (Bangladéš) a Oceánie (Nový Zéland a některé tichomořské ostrovy) přidělila WRC část pásma UHF (614 – 698 MHz) na mobilní širokopásmové připojení. To znamená, že zatímco v Evropě uvolňujeme pro širokopásmové služby televizní pásmo od 694 MHz výše, v USA v té samé době dochází k uvolňování již 600 MHz pásma a s tím nezbytný refarming kmitočtů.

Rozdělení světa na regiony dle ITU (červeně je zobrazeno pásmo 614 – 698 MHz pro mobilní broadband)

V současné době se v USA pro terestrické vysílání v systému ATSC 1.0 využívá celkem 48 kanálů o šířce 6 MHz, z toho 12 kanálů v pásmu VHF (54 až 72 MHz, 76 až 88 MHz, 174 až 216 MHz) a dalších 36 kanálů v pásmu UHF (470 až 608 MHz, tj. 23 kanálů, 614 až 698 MHz, tj. 13 kanálů). Na základě rezoluce ITU (WRC 2015) pro Region 2 (Amerika) a vzhledem k rostoucí poptávce po bezdrátovém širokopásmovém přístupu k internetu v Severní Americe se FCC (regulátor komunikací – Federal Communication Committee) rozhodl přerozdělit posledních 13 televizních kanálů v pásmu 614 až 698 MHz pro broadband.

Americká strategie uvolnění 600 MHz pásma

Od března 2016 do konce března 2017 se uskutečnila druhá největší aukce v historii FCC s výnosem 19,8 miliard dolarů. Aukce kmitočtů, která vyhnala vysílatele z kanálů 38 – 50, měla dvě části: v první části broadcasteři dobrovolně nabídli své kmitočty (využilo to 17 televizních stanic, které budou vysílat off-air), ve druhé proběhla předběžná aukce nových licencí na kmitočty vhodné pro mobilní širokopásmové služby. Televizní kanály v pásmu 600 MHz budou opouštěny postupně v deseti fázích od listopadu 2018 do července 2020. Pro každou přechodnou fázi je stanoveno datum, kdy stanice může zahájit testování zařízení na svém novém kanálu, a (zhruba po dvou, třech měsících) datum dokončení této fáze. Datum ukončení je datum, od kterého musí každá stanice zastavit operace na svém původním kanálu. Po celou dobu přechodu nebudou k dispozici žádné přechodové kanály, po skončení přechodu bude k dispozici terestrickému vysílání v nově zaváděném standardu ATSC 3.0 pouze 35 kanálů: 12 VHF a 23 UHF kanálů.

Samozřejmě by to nebyly Spojené státy, kdyby se v této situaci nemluvilo na prvním místě o penězích, a to přímo v Kongresu, který uvolnil částku 1,75 mld. USD pro rekompensace pro fond přechodu. Z této částky však nemohou čerpat některé televizní stanice, zejména lokální s malými výkony. Senátor Moran, navrhující změnu tohoto zákona, uvedl: „Stále jsem znepokojen tím, že by venkovská Amerika byla nepřiměřeně poškozena, kdyby Kongres nepřijal opatření k zajištění přiměřených zdrojů a vhodného časového plánu pro přemístění televizních a rozhlasových stanic. Aukce FCC přinesla daňovým poplatníkům zásadní přínos, a zároveň posiluje telekomunikační společnosti, aby rozšiřovaly své sítě a zlepšovaly služby. Nyní musíme chránit a zachovat venkovské komunity obsluhované televizními vysílači, které poskytují životně důležité služby, jako jsou zprávy, počasí a dopravní informace, stejně jako zábava, milionům Američanů na celostátní úrovni.“

V této situaci se předpokládá, že v určitém regionu se musí několik vysílatelů dohodnout, že po přechodnou dobu budou všechny jejich programy vysílané v jednom vysílacím kanálu v ATSC 1.0 pro stávající přijímače a ve zbývajících již programy ATSC 3.0 pro nové přijímače.

Uvážíme-li, že v kanálu 6 MHz bude k dispozici pro signály ATSC 3.0 zhruba 28 Mbit/s a jeden program UHD s HDR a WCG vyžaduje kolem 23 MHz, tj. téměř celý vysílací kanál, budou se v době přechodu vysílat v těchto kanálech spíše čtyři programy HD. Přitom se kvalita programů v ATSC 1.0 po dobu přechodu podstatně sníží.
Porovnání systémů DVB a ATSC 3.0

Standard ATSC 3.0 je v současné době ve stádiu dokončování a postupného zavádění a je určen pro hybridní aplikace DTT (Broadcast) i pro širokopásmové sítě (Broadband). Transportní tok TS MPEG 2 používaný ve všech dřívějších systémech terestrické televize, včetně DVB-T2, je nahrazen přenosem digitálních signálů přes protokol IP, který se plně využívá i v širokopásmových sítích.

Hrubé porovnání obou systémů zahrnuje tři základní bloky: produkci a konzumaci, přípravu pro transport/distribuci a způsob doručení k divákovi. Pro obousměrné spojení přes internetový protokol IP používaný při interaktivních přenosech televizních služeb využívají oba systémy stejné prostředky:

  • Dynamický adaptivní streaming přes hypertextový přenosový protokol DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP). Jedná se o standardní metodu pro streamování paketů televizních služeb přes IP, které zlepšují divákovi zážitek z televizního pořadu. Může se přitom jednat o základní nebo doplňkový obraz, zvuk, titulky, grafické doplňky, webové stránky, aplikace, poplachová upozornění a případně další metadata. Formát DASH se v ATSC 3.0 používá jak pro broadband tak i pro broadcasting.
  • HTTP (HyperText Transport Protocol) je internetový protokol určený pro výměnu hypertextových dokumentů ve formátu HTML
  • TCP/IP (Transport Control Protocol over Internet Protocol) – základní komunikační protokol internetových nebo jiných distribučních systémů založených na protokolu IP. Vyžaduje obousměrnou (duplexní) konektivitu.

Hlavní a podstatný rozdíl mezi systémy ATSC 3.0 a DVB-T2 spočívá v tom, že systémy DVB (s výjimkou DVB-IPTV) využívají nadále k distribuci transportní tok MPEG 2 TS (Transport Stream) stejně jako ATSC 1.0, zatímco ATSC 3.0 pro distribuci důsledně využívá IP. Proto zařadilo ATSC 3.0 na výstup TV studia základní formát multimediálních souborů BMFF (Base Media File Format). Je to obecná struktura pro multimediální soubory založené na čase, tedy i pro video a audio. Je navržen jako flexibilní, rozšiřitelný formát, který usnadňuje výměnu, správu, úpravu a prezentaci médií tak, aby byl nezávislý na konkrétním síťovém protokolu. Formát BMFF se na výstupu studia využívá i k zpracování televizního signálu pro terestrické vysílání. Za BMFF následují bloky DASH nebo MMT a MMTP (Multi Media Transport Protocol), což je aplikační vrstva transportního protokolu pro poskytování multimediálních toků přes sítě IP. Na vstupu fyzické vrstvy ATSC 3.0 je stream IP, který obsahuje všechny programy daného multiplexu a po zakódování se vysílá terestrickým vysílačem.

Schéma vysílacího řetězce ATSC 3.0 od TV studia po domácnost

S tímto procesem úzce souvisí i problematika změny studiového signálu SDI na IP pomocí standardních počítačových sítí uvnitř televizních společností. Přechod na IP je pro televizní společnosti stále aktuální, ale je ještě nutné mnoho zjistit také o spolehlivosti, zajištění proti poruchám i o kvalitě IP v porovnání s SDI. Ve prospěch IP však mluví cena a flexibilita, takže zavádění IP bude pokračovat v příštích několika letech a blíží se doba, kdy pro vysílatele budou stejně důležité IP i SDI.

ATSC 3.0 nelze považovat za čistě americký, protože k jeho vývoji podstatně přispěli specialisté z celého světa. Z hlediska fyzické vrstvy podrobně popsané zejména ve standardu A322 „Physical Layer Protocol“ nejvíce převzal ze standardu DVB-T2 (např. OFDM, SFN, NGH, MIMO, FEC, HDR, HFR, WCG apod.), samozřejmě s rozšířením možností a variability podle současného stavu techniky.

Televizní kanály u nás a v „Novém světě“

Situace v zemích se systémem DVB-T2 je při opouštění pásma 700 MHz podstatně příznivější. V ČR budou pro dobu přechodu k dispozici tři přechodné multiplexy DVB-T2 HEVC, jeden umožní přenášet až 18 programů SD, další všechny programy ČT v systému HDTV a třetí se právě rozjíždí. Po ukončení přechodu bude k dispozici celkem 28 kanálů v UHF pásmu, tj. celkem 224 MHz, o 14 MHz více než v USA v obou pásmech.

Jaký bude další vývoj?

Americký systém NGTV (New Generation TV), jak je populárně ATSC 3.0 také nazýván, naznačuje směr technologického vývoje v příštím desetiletí. S přihlédnutím na závazky signatářů ITU, které vyplývají z článku 195 základního dokumentu Mezinárodní telekomunikační unie – Ústavy ITU – , že „Členské státy se musí snažit o omezení počtu kmitočtů a objemu využívaného rádiového spektra na minimum nezbytné k tomu, aby byly zajištěny potřebné služby uspokojivým způsobem, a k tomuto účelu se musí snažit využívat co nejdříve nejnovějšího technického pokroku“ – se dá očekávat po garantovaném období do roku 2030 další omezování kmitočtového spektra pro terestrickou distribuční platformu i na starém kontinentu. To neznamená, že se ATSC 3.0 stane jediným celosvětovým standardem, jak původně byl navrhován, ale DVB-T2, japonský ISDB-T nebo čínský DTMB, se k ATSC 3.0 budou přibližovat evolucí, jak budou přebírat vhodné principy ke zdokonalení.

A to je můj osobní názor, který jsem si z letošního ročníku konference Radiokomunikace 2017, odnesl.

Vstup do Diskuse

2 komentáře: “Druhá televizní digitalizace v USA a srovnání přechodu na ATSC 3.0 s evropským přechodem na DVB-T2”

  1. Jan napsal:

    Hmmmm… Tak takhle. No zdá se, že bude platit, že kdo uteče, ten vyhraje. Kdo má tu možnost a to je podmínka, udělá nejlépe když zavčas přejde na nějakou slušnější kabelovku. Jednak kabel dodává signál TV a hned vedle toho i IP – tedy dnešní Internet. Obě technologie z hlediska distribuce signálu se budou silně sbližovat a tak z toho nakonec bude 2 v 1 . A ať už optika nebo metalické vedení to jistí. Zkrátka, kdo bude mít do bytu nebo baráku drát, nemusí se již křečovat s nějakou distribucí signálu, s anténami, slučovači a podobnými nesmysly. Kabelovka, alespoň u nás (IT Self – Jižní Morava) dodává signál s podstatně vyšším datovým tokem než jiné platformy a tím je zajištěna i vyšší kvalita. (Signál si berou přímo ze studií). Pak stačí jen výměna kabelového set-top boxu nebo výměna TV přijímače a příjem signálu vzduchem ať už terestricky nebo ze satelitu a problémy s tím spojené mne už nebudou zajímat. Takže to vypadá, že v horizontu 2 let při ukončení vysílání DVB-T MPEG2, půjdu do kabelu. Ten již doma mám 15 let pro internet. Tak jak v jednom přispěvku zazněla kritika, proč se na konferenci zabývali nějakým „Americkým“ systémem, tak se zdá, že to byla ta nejdůležitější informace ! Díky. Že to bude již všechno tvdě placené, s tím se budeme muset smířit. Pokud si bude možno individuálně vybrat z programové nabídky jen to o co mám zájem a to u nás na kabelu jde, pak to bude ideální. Ještě jednou děkuji, pomohli jste mi v klíčovém rozhodnutí,¨.

  2. vedro napsal:

    Prosim o vysvetleni teto vety:“Uvážíme-li, že v kanálu 6 MHz bude k dispozici pro signály ATSC 3.0 zhruba 28 Mbit/s a jeden program UHD s HDR a WCG vyžaduje kolem 23 MHz, tj. téměř celý vysílací kanál, budou se v době přechodu vysílat v těchto kanálech spíše čtyři programy HD.“
    nema byt „…vyžaduje kolem 23 MHz…“ spis 23Mbit/s?

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *