ATSC-M/H - ATSC-M/H

ATSC-M/H ( Advanced Television Systems Committee – Mobile/Handheld ) ist ein US-amerikanischer Standard für mobiles digitales Fernsehen , der den Empfang von Fernsehsendungen über mobile Geräte ermöglicht .

ATSC-M/H ist eine mobile TV-Erweiterung für den bereits existierenden terrestrischen Fernsehstandard ATSC A/53. Es entspricht den europäischen DVB-H- und 1seg- Erweiterungen der terrestrischen digitalen TV-Standards DVB-T bzw. ISDB-T . ATSC ist für einen festen Empfang in der typischen nordamerikanischen Umgebung optimiert und verwendet 8VSB- Modulation . Das ATSC-Übertragungsverfahren ist nicht robust genug gegen Dopplerverschiebung und Mehrwege -Funkinterferenzen in mobilen Umgebungen und ist für stark gerichtete feste Antennen ausgelegt. Um diese Probleme zu überwinden, werden in ATSC-M/H zusätzliche Kanalcodierungsmechanismen eingeführt, um das Signal zu schützen. Ab 2021 gilt ATSC-M/H als kommerzieller Misserfolg.

Evolution des mobilen TV-Standards

Anforderungen

Mehrere Anforderungen der neuen Norm wurden von Anfang an festgelegt:

Vollständig abwärtskompatibel mit ATSC (A/53)
Sender können ihre verfügbare Lizenz ohne zusätzliche Einschränkungen nutzen
Verfügbare Legacy-ATSC-Empfänger können verwendet werden, um den ATSC (A/53)-Standard ohne jegliche Modifikation zu empfangen.

Vorschläge

Es wurden zehn Systeme verschiedener Unternehmen vorgeschlagen und zwei verbleibende Systeme mit Sender- und Empfängerprototypen präsentiert:

MPH (ein Akronym für Mobile / Fußgänger / Handheld , was Meilen pro Stunde bedeutet) wurde von LG Electronics und Harris Broadcast entwickelt . ( Zenith , eine Tochtergesellschaft von LG, hat einen Großteil des ursprünglichen ATSC-Systems entwickelt.)
A-VSB (Advanced- VSB ) wurde von Samsung und Rohde & Schwarz entwickelt .

Um die beste Lösung zu finden, hat das Advanced Television Systems Committee die Open Mobile Video Coalition (OMVC) beauftragt, beide Systeme zu testen. Der Testbericht wurde am 15. Mai 2008 vorgestellt. Als Ergebnis dieser Detailarbeit der OMVC wurde vom Advanced Television Systems Committee, Fachgruppe S-4, ein finaler Standardentwurf erstellt. ATSC-M/H wird ein Hybrid sein. Grundsätzlich kommen folgende Komponenten der vorgeschlagenen Systeme zum Einsatz:

RF-Layer aus dem MPH- Standard
Deterministische Rahmenstruktur von A-VSB
Signalisierung von Diensten auf Basis der etablierten Mobilfunkstandards

Standardmeilensteine

Am 1. Dezember 2008 erhob das Advanced Television Systems Committee seine Spezifikation für Mobile Digital Television zum Kandidatenstandardstatus. In den folgenden sechs Monaten testete die Industrie den Standard. Bevor es ein offizieller Standard wurde, wurden zusätzliche Verbesserungen vorgeschlagen.

ATSC-Mitglieder genehmigten den Stimmzettel am 15. Oktober 2009 nach dem offiziellen Standard A/153.
ATSC stellte im Januar 2010 auf der Consumer Electronics Show den Namen und das Logo für "MDTV" für ATSC A/153 vor.

Aufbau des mobilen DTV-Standards

Der ATSC Mobile DTV-Standard ATSC-M/H (A/153) ist modular aufgebaut, wobei die Spezifikationen für jedes der Module separate Teile enthalten. Die einzelnen Teile von A/153 sind wie folgt:

Teil 1 „ATSC Mobile DTV System“ beschreibt das gesamte ATSC Mobile DTV System und erläutert die Organisation des Standards. Es beschreibt auch die expliziten Signalisierungsanforderungen, die durch Datenstrukturen in den anderen Teilen implementiert werden.
Teil 2 „Eigenschaften von HF-/Übertragungssystemen“ beschreibt, wie die Daten verarbeitet und in den VSB-Frame platziert werden. Zu den wichtigsten Elementen gehören der Reed Solomon (RS) Frame, ein Transmission Parameter Channel (TPC) und ein Fast Information Channel (FIC).
Teil 3 „Eigenschaften von Service-Multiplex und Transport-Subsystem“ behandelt das Service-Multiplex- und Transport-Subsystem, das aus mehreren Schichten im Stack besteht. Zu den wichtigsten Elementen gehören Internet Protocol ( IPv4 ), UniDirectional Protocol (UDP), Signaling Channel Service, FLUTE over Asynchronous Layered Coding (ALC) / Layered Coding Transport (LCT), Network Time Protocol (NTP) Zeitdienst und Real-time Transport Protocol (RTP) / RTP-Steuerungsprotokoll (RTCP).
Teil 4 „Ankündigung“ : Teil 4 behandelt die Ansage, bei der Dienste optional über einen Service Guide angekündigt werden können. Der in Teil 4 spezifizierte Führer basiert auf einem Open Mobile Alliance (OMA) Broadcast (BCAST) OMA BCAST - Elektronischer Programmführer , mit Einschränkungen und Erweiterungen.
Teil 5 „Anwendungsrahmen“ definiert den Anwendungsrahmen , der es dem Rundfunkveranstalter des audiovisuellen Dienstes ermöglicht, ergänzende Inhalte zu erstellen und einzufügen, um verschiedene zusätzliche Elemente der Rich Media Environment (RME) zu definieren und zu kontrollieren.
Teil 6 „Dienstschutz“ behandelt den Dienstschutz, der sich auf den Schutz von Inhalten, entweder Dateien oder Streams, während der Übermittlung an einen Empfänger bezieht. Zu den wichtigsten Elementen gehören das Right Issue Object und die Short-Term Key Message (STKM).
Teil 7 „Eigenschaften von AVC- und SVC-Videosystemen“ definiert das Videosystem Advanced Video Coding (AVC) und Scalable Video Coding (SVC) im ATSC Mobile DTV-System. Zu den weiteren in diesem Teil behandelten Elementen gehörten Untertitel (CEA 708) und Active Format Description (AFD).
Teil 8 „AHE AAC Audio System Characteristics“ definiert das High-Efficiency Advanced Audio Coding ( HE-AAC v2 ) Audiosystem im ATSC Mobile DTV System.
Teil 9 „Skalierbarer mobiler Vollkanalmodus“

Prinzip

ATSC-M/H ist ein Dienst für mobile TV-Empfänger und nutzt teilweise den 19,39 Mbit/s ATSC 8VSB Stream. Die mobilen Daten werden in einer nicht referenzierten Paket-ID übertragen, sodass Legacy-Empfänger die mobilen Daten ignorieren.

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Technologie

Die ATSC-M/H-Bandbreite verbraucht feste Teile von 917 kbit/s der gesamten ATSC-Bandbreite. Jeder dieser Chunks wird als M/H-Gruppe bezeichnet. Eine als Parade bezeichnete Datenpipe ist eine Ansammlung von ein bis acht M/H-Gruppen. Eine Parade transportiert ein oder zwei Ensembles, die logische Pipes von IP-Datagrammen sind. Diese Datagramme wiederum tragen TV-Dienste, Systemsignalisierungstabellen, OMA-DRM- Schlüsselströme und den elektronischen Dienstführer . ATSC-M/H hat ein verbessertes Design basierend auf detaillierten Analysen der Erfahrungen mit anderen mobilen DTV-Standards.

ATSC-M/H-Schichtmodell

Protokollstack

Der ATSC-M/H-Protokollstack ist hauptsächlich ein Umbrella-Protokoll, das neben vielen IETF- RFCs OMA ESG, OMA DRM, MPEG-4 verwendet .

Datenstruktur des Transportstroms

Der ATSC-M/H-Standard definiert eine feste Transportstromstruktur basierend auf M/H-Frames, die den Ort des M/H-Inhalts innerhalb der VSB-Frames festlegt und eine einfachere Verarbeitung durch einen M/H-Empfänger ermöglicht. Dies steht im Gegensatz zum Legacy-ATSC-Transportstrom, der in A/53 definiert ist, bei dem es keine feste Struktur gibt, um die Phase der Daten relativ zu VSB-Rahmen festzulegen.

Ein M/H-Rahmen entspricht in der Größe 20 VSB-Rahmen und hat einen Versatz von 37 Transportstrom-(TS)-Paketen relativ zum Anfang des VSB-Rahmens. Jeder M/H-Rahmen, der eine feste Dauer von 968 ms hat, wird in fünf M/H-Unterrahmen unterteilt und jeder Unterrahmen wird weiter in sechzehn M/H-Schlitze unterteilt. Jeder Schlitz ist die äquivalente Zeitdauer, die benötigt wird, um 156 TS-Pakete zu übertragen. Ein Schlitz kann entweder alle Haupt-ATSC-Daten (A/53) oder 118 Pakete von M/H-Daten und 38 Pakete von Hauptdaten tragen. Die Sammlung von 118 M/H-Paketen, die innerhalb eines Schlitzes übertragen werden, wird als M/H-Gruppe bezeichnet. Jedes der 118 M/H-Pakete innerhalb einer M/H-Gruppe ist in ein spezielles TS-Paket gekapselt, das als MHE-Paket bekannt ist.

Eine M/H Parade ist eine Sammlung von M/H-Gruppen und kann ein oder zwei M/H-Ensembles tragen. Diese Ensembles sind logische Pipes für IP-Datagramme. Diese Datagramme wiederum tragen TV-Dienste und die Signalisierung von mobilen Inhalten. Die M/H-Gruppen einer einzelnen Parade werden gemäß einem in A/153 Teil 2 definierten Algorithmus in M/H-Slots platziert. Die Anzahl der Gruppen pro M/H-Sub-Frame (NoG) für eine M/H-Parade reicht von 1 bis 8 und damit die Anzahl der Gruppen pro M/H-Frame für eine Parade reicht von 5 bis 40 mit einer Schrittweite von 5. Die Daten einer Parade werden kanalcodiert und von einem Interleaver während eines M/H-Frames verteilt.

Mobile Daten werden durch eine zusätzliche FEC geschützt, als Interleaving- und Convolutional-Codes . Um den Empfang im Empfänger zu verbessern, werden Trainingssequenzen in das ATSC-M/H-Signal eingeführt, um eine Kanalschätzung auf der Empfängerseite zu ermöglichen.

Time-Slicing ist eine Technik, die von ATSC-M/H verwendet wird, um bei Empfängern Strom zu sparen. Es basiert auf der zeit Multiplex - Übertragung unterschiedlicher Dienste.

Fehlerschutz

ATSC-M/H kombiniert mehrere Fehlerschutzmechanismen für zusätzliche Robustheit. Einer ist ein äußerer Reed-Solomon-Fehlerkorrekturcode , der defekte Bytes korrigiert, nachdem der äußere Faltungscode im Empfänger decodiert wurde. Die Korrektur wird durch eine zusätzliche CRC-Prüfsumme verbessert, da Bytes vor der Dekodierung als defekt markiert werden können (Erasure Dekodierung).

Die Anzahl der RS-Paritätssymbole kann 24, 36 oder 48 darstellen. Die Symbole und die zusätzliche Prüfsumme bilden die äußeren Elemente einer Datenmatrix, die durch die Nutzdaten des M/H-Ensembles belegt wird. Die Anzahl der Zeilen ist fest und die Anzahl der Spalten ist variabel, je nachdem wie viele Slots pro Subframe belegt sind.

Der RS Frame wird dann in mehrere Segmente unterschiedlicher Größe unterteilt und bestimmten Regionen zugewiesen. Die M/H-Daten in diesen Regionen werden durch einen SCCC (Series Concatenated Convolutional Code) geschützt, der eine Coderate von 1/2 oder 1/4 enthält und für jede Region in einer Gruppe spezifisch ist. Ein PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code) mit 1/4-Rate wird auch als innerer Code für den M/H-Signalisierungskanal verwendet, der FIC (Fast Information Channel) und TPC (Transmission Parameter Channel) enthält. Der TPC trägt verschiedene FEC-Modi und M/H-Frame-Informationen. Sobald der TPC extrahiert ist, kennt der Empfänger die verwendeten Coderaten und kann jeden Bereich mit seiner spezifizierten Rate decodieren.

Ein modifizierter Trellis-Encoder wird auch für die Rückwärtskompatibilität mit älteren A/53-Empfängern verwendet.

Die Zeitverschachtelung von ATSC-M/H beträgt 1 Sekunde.

Signalisierung

ATSC M/H Signaling and Announcement definiert drei verschiedene Signalisierungsebenen. Die Schichten sind hierarchisch organisiert und auf Eigenschaften der Übertragungsschicht optimiert.

Das Transmission Signalling System ist die unterste Schicht und verwendet den Transmission Parameter Channel (TPC). Es liefert Informationen für den Empfänger, die zum Dekodieren des Signals benötigt werden
Transport Signalling System ist die zweite Schicht, die den Fast Information Channel (FIC) in Kombination mit dem Service Signaling Channel (SSC) verwendet. Der Hauptzweck des FIC besteht darin, wesentliche Informationen zu liefern, um eine schnelle Diensterfassung durch den Empfänger zu ermöglichen. Der Dienstsignalisierungskanal (SSC) besteht aus mehreren unterschiedlichen Signalisierungstabellen. Die in diesen Tabellen enthaltenen Informationen können mit den PSIP- Informationen von ATSC verglichen werden . Der SSC liefert hauptsächlich die Basisinformationen, die logische Struktur der übertragenen Dienste und die Decodierungsparameter für Video und Audio.
Ansage / Electronic Service Guide (ESG) ist die höchste Signalisierungsebene. Es verwendet die Open Mobile Alliance (OMA) Broadcast Service Enabler Suite ( OMA BCAST ) Electronic Service Guide (ESG). Ein ESG wird als Dateidatensitzung File Delivery over Unidirectional Transport (FLUTE) bereitgestellt und als Zustellprotokoll verwendet. Die ESG besteht aus mehreren XML- Abschnitten. Mit dieser Struktur können ein Programmführer und aktivierte interaktive Dienste realisiert werden.

Signalisierung von Video- und Audiokodierung

Jeder Video- oder Audio-Decoder benötigt Informationen über die verwendeten Codierungsparameter, zB Auflösung, Bildrate und IDR (Random Access Point) Wiederholrate. Bei MPEG-4/AVC, mobilen TV-Systemen, verwendet der Receiver Informationen aus der Session Description Protocol File (SDP-Datei). Die SDP-Datei ist ein Format, das Initialisierungsparameter für Streaming-Medien beschreibt. In ATSC-M/H wird die SDP-Datei innerhalb der SMT-Tabelle übertragen. Die meisten Informationen sind binär codiert, aber einige sind im ursprünglichen ASCII-Textformat codiert. Die SMT-Tabelle kombiniert Informationen, die typischerweise in verschiedenen Tabellen enthalten sind, und reduziert die Komplexität für das Netzwerk und die Empfänger. Bei Signalisierung mit ESG wird das komplette SDP-File übertragen.

Gleichwellennetz (SFN)

In einem SFN senden zwei oder mehr Sender mit überlappender Reichweite gleichzeitig denselben Programminhalt auf derselben Frequenz . Die von ATSC verwendete 8VSB- Modulation ermöglicht SFN-Übertragungen. Um eine regelmäßige Kanalapproximation zu ermöglichen, stellt ATSC-M/H zusätzliche Trainingssequenzen bereit. ATSC A/110 definiert ein Verfahren zum Synchronisieren des ATSC-Modulators als Teil des Senders. Der A/110-Standard richtet den Trellis-Coder vorberechnet auf alle Sender des SFN ein. In einem solchen SFN werden der ATSC-M/H-Multiplexer und der ATSC-M/H-Sender durch eine GPS- Referenz synchronisiert . Der ATSC-M/H-Multiplexer arbeitet als Netzwerkadapter und fügt Zeitstempel in den MPEG-Transportstrom ein . Der Sender analysiert den Zeitstempel, verzögert den Transportstrom, bevor er moduliert und übertragen wird. Schließlich erzeugen alle SFN-Sender ein synchronisiertes Signal.

Andere Mobilfunkstandards

Bis zu seiner Schließung war MediaFLO in Teilen der Vereinigten Staaten verfügbar. Es war ein Premium-Dienst, der ein Abonnement erforderte. ATSC-M/H wäre frei empfangbar , ebenso wie normale Sendesignale.

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