面向媒體融合的新一代地面數(shù)字電視系統(tǒng)研究

◎ 數(shù)字電視國家工程研究中心 王 堯

面向媒體融合的新一代地面數(shù)字電視系統(tǒng)研究

◎ 數(shù)字電視國家工程研究中心 王 堯

概要地介紹了全球新一代廣播業(yè)務(wù)需求及技術(shù)動向，分析了我國新一代地面數(shù)字廣播系統(tǒng)的架構(gòu)并對科技部國家高科技發(fā)展計(jì)劃“863”項(xiàng)目——《新一代數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)研究及驗(yàn)證》的現(xiàn)階段成果和下一步研發(fā)重點(diǎn)和任務(wù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。

媒體融合；廣播電視；地面數(shù)字電視；NGB-W；智能媒體傳送

圖1 全球未來廣播電視合作研究計(jì)劃的業(yè)務(wù)需求分析

全球新一代廣播業(yè)務(wù)需求及技術(shù)動向

今年8月18日，習(xí)近平總書記在《關(guān)于推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》中強(qiáng)調(diào)要推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展。在未來媒體網(wǎng)絡(luò)深度融合的大趨勢下，地面數(shù)字電視廣播如何通過持續(xù)系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新，進(jìn)而提升業(yè)務(wù)平臺持續(xù)競爭力已經(jīng)成為全球廣播電視及消費(fèi)電子業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。面對新一代廣播電視系統(tǒng)技術(shù)的研究，將從需求、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、運(yùn)營等多個(gè)角度來分享及介紹一些工作及思考。

1.新一代電視的演進(jìn)趨勢

要分析新一代電視的演進(jìn)趨勢，需要理清幾個(gè)根本性的問題：受眾對未來電視究竟有什么本質(zhì)的“需求”？是什么樣的產(chǎn)業(yè)力量在推動電視的發(fā)展，這些力量會產(chǎn)生哪些影響？如何面對電視“技術(shù)”的代際更替？

通過長期的研究，本文認(rèn)為在廣播電視領(lǐng)域用戶最重要的需求有三：浸潤式體驗(yàn)需求、泛在式體驗(yàn)需求和交互式體驗(yàn)需求。這三大需求長期以來一直是設(shè)計(jì)廣播電視系統(tǒng)所堅(jiān)持的基本原則。在了解用戶需求的同時(shí)，還必須高度關(guān)注持續(xù)高速發(fā)展的消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，以此審視廣播電視產(chǎn)業(yè)服務(wù)應(yīng)用的大生態(tài)環(huán)境。這里的要素也有三：運(yùn)算處理的摩爾定律、結(jié)合云端應(yīng)用的融合媒體網(wǎng)絡(luò)、移動智能終端的大范圍普及。用戶的大需求和產(chǎn)業(yè)的大趨勢共同構(gòu)成了思考和設(shè)計(jì)新一代數(shù)字電視廣播體系的重要準(zhǔn)則。

在此基礎(chǔ)上，筆者于2011年就聯(lián)合全球北美、南美、歐洲、日、韓等主流的十三家廣播電視運(yùn)營、科研機(jī)構(gòu)及跨國企業(yè)共同發(fā)起成立了全球未來廣播電視合作研究計(jì)劃（簡稱”FOB?TV”）。通過FOBTV的全球合作研究平臺，對數(shù)百份的系統(tǒng)需求進(jìn)行分類、分析，得到了13個(gè)具體的未來廣播電視業(yè)務(wù)的用戶需求（見圖1），這13個(gè)需求主要分布在上述的三大用戶需求方向。

2.國外主流廣播電視標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

全球地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)演進(jìn)情況如圖2所示。縱觀全球，主要的國家都已紛紛啟動針對新一代廣播電視系統(tǒng)的布局。

ATSC3.0：美國已經(jīng)停止模擬電視信號，并啟動了ATSC3.0標(biāo)準(zhǔn)的研制。ATSC3.0的目標(biāo)是在物理層能用不同的帶寬資源（時(shí)間、頻率）支持不同服務(wù)、不同調(diào)制方法，支持單頻道的多管道傳輸，從而保證拓展應(yīng)用；支持HEVC，實(shí)現(xiàn)4K超高清電視，從而保持廣播電視高質(zhì)量音視頻服務(wù)的優(yōu)勢；支持個(gè)性化、交互、非實(shí)時(shí)傳輸，從而增加增值服務(wù)可能。

圖2 全球地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)演進(jìn)

DVB-T2：歐洲全面推廣的第二代數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB-T2額外增加30%～50%的傳輸速率或者門限下降5～7 dB；使用關(guān)鍵技術(shù)PLP對不同服務(wù)質(zhì)量等級要求在一個(gè)頻道里支持多個(gè)傳輸管道；強(qiáng)調(diào)可擴(kuò)展性，支持移動、MIMO。

HBBTV：這是一種快速發(fā)展的新型混合廣播傳送機(jī)制。由于不是所有的內(nèi)容都需要直播，可以采用存儲—重播機(jī)制，而且DVB-T2已達(dá)到靜態(tài)廣播頂峰，要突破必須和寬帶網(wǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了直播電視、預(yù)下載、本地重播的動態(tài)選擇，寬帶網(wǎng)和廣播網(wǎng)的動態(tài)選擇，最大程度地為廣播機(jī)構(gòu)及用戶提供了補(bǔ)充式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)、多屏應(yīng)用等各種擴(kuò)展業(yè)務(wù)。

此外，日本強(qiáng)調(diào)廣播和寬帶的結(jié)合及8K甚高清晰度廣播，韓國則將重點(diǎn)放在基于IP的混合廣播。我國目前也在全力布局面向新型廣播電視網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的新一代數(shù)字電視廣播系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

我國新一代地面數(shù)字廣播系統(tǒng)架構(gòu)

1.我國新一代數(shù)字電視需求

在國內(nèi)，為了配合國家三網(wǎng)融合的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，廣電總局已全面啟動了下一代廣播電視網(wǎng)（Next? Generation Broad?casting，NGB）的戰(zhàn)略部署，將“適合我國國情、三網(wǎng)融合、有線無線相結(jié)合、全程全網(wǎng)”確定為我國下一代廣播電視網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。NGB-W是我國下一代廣播電視網(wǎng)的無線部分，是包括地面移動、地面固定和衛(wèi)星的立體化全覆蓋智能融合媒體網(wǎng)絡(luò)，其將以廣播全頻段整體規(guī)劃為出發(fā)點(diǎn)，兼顧地面移動、地面固定和衛(wèi)星等多系統(tǒng)協(xié)同演進(jìn)，以天地一體協(xié)同覆蓋和全程全網(wǎng)互聯(lián)互通為目標(biāo)，形成全國范圍的傳輸覆蓋體系，支撐NGB全業(yè)務(wù)發(fā)展。NGB-W需要在相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)滿足國家、社會和人民群眾對無線廣播電視等各類公眾信息服務(wù)的各種已有要求和新興需求，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有無線廣播電視網(wǎng)絡(luò)體系的全面升級換代。

根據(jù)國家廣電總局提出的我國新一代數(shù)字電視需求，應(yīng)用需求包括更高容量、高效率的廣播覆蓋，與媒體服務(wù)相適應(yīng)的雙向服務(wù)質(zhì)量，合理的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行成本以及適應(yīng)新媒體發(fā)展的需求。技術(shù)需求包括充分利用UHF頻段頻譜資源，具備廣泛的應(yīng)用場景，具有高效的頻譜效率與傳輸速率，支持多種組網(wǎng)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)的快速部署和用戶規(guī)模的快速形成，最終實(shí)現(xiàn)廣播電視的可管、可控、可信等。

2.NGB-W總體技術(shù)架構(gòu)

NGB-W總體技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

NGB-W前端系統(tǒng)以智能引擎為核心，還包括業(yè)務(wù)制作平臺、集成播控平臺和安全管控平臺；傳輸系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)兼顧實(shí)現(xiàn)單向廣播和雙向交互、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和流量分擔(dān)，同時(shí)覆蓋上需要協(xié)同廣播大塔、交互小塔以及用戶節(jié)點(diǎn)三級聯(lián)動；終端系統(tǒng)適用于電視、筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)等，支持NGB-TVOS，支持NGB-W融合媒體網(wǎng)絡(luò)，也支持NGB-W網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

NGB-W協(xié)議棧如圖4所示，覆蓋了應(yīng)用層、傳輸層和物理層。

目前，NGB-W的下行廣播技術(shù)能力不僅能支持超高清服務(wù)，帶寬為6/8 MHz，1.4/3/5/10/20 MHz（可選），傳輸碼率＞60 Mbit/s@8 MHz，頻譜效率接近8 bit/s/Hz，C/N門限為2～20 dB；支持SISO，MISO，2×2 MIMO；支持物理層的多管道；支持多載頻綁定應(yīng)用。

同時(shí)，NGB-W上行方案和節(jié)點(diǎn)方案的相關(guān)研究工作還在有序推進(jìn)中。

圖4 NGB-W協(xié)議棧

我國新一代地面數(shù)字電視研發(fā)進(jìn)展

1.現(xiàn)階段成果

2012年6月，《新一代數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)研究及驗(yàn)證》項(xiàng)目啟動會議在北京成功召開。工程中心聯(lián)合國內(nèi)廣播機(jī)構(gòu)、制造企業(yè)及研究單位在反復(fù)論證基礎(chǔ)上形成的新一代數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)研究及驗(yàn)證項(xiàng)目被列為國家高科技研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃），工程中心為該項(xiàng)目牽頭組織單位，目前已經(jīng)有15個(gè)單位，200多個(gè)科研人員參與，針對全球未來廣播電視的發(fā)展趨勢及國家廣電總局的廣播電視業(yè)務(wù)需求研制我國新一代數(shù)字電視系統(tǒng)技術(shù)方案，該項(xiàng)工作目前已取得了各方的高度認(rèn)可。目前，已完成的新一代數(shù)字電視全鏈路系統(tǒng)，包括超高清內(nèi)容采集、超高清內(nèi)容制作、超高清信源編碼、信道調(diào)制解調(diào)、超高清信源解碼、超高清視頻演播以及雙向智能終端（見圖5）。

圖5 新一代數(shù)字電視全鏈路系統(tǒng)

同時(shí)，工程中心還在多點(diǎn)協(xié)同覆蓋網(wǎng)、融合雙向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及終端方面進(jìn)行了諸多試驗(yàn)，也取得了一些成果。其中，融合雙向異構(gòu)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)終端樣機(jī)已經(jīng)完成，可觀測到文件服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)流出數(shù)據(jù)速率的實(shí)時(shí)曲線，并留存歷史記錄曲線；可觀察到各終端通過廣播及寬帶接收的數(shù)據(jù)量并按照餅圖及柱狀圖顯示；可觀測到使用寬帶下發(fā)時(shí)，流出FTP服務(wù)器的數(shù)據(jù)量明顯較大，而使用廣播下發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)流量明顯較?。粩?shù)據(jù)廣播的解析及文件重組，廣播下發(fā)殘余數(shù)據(jù)依靠寬帶補(bǔ)齊完成了終端通過WiFi向Android手機(jī)提供視頻點(diǎn)播的功能，實(shí)現(xiàn)協(xié)同覆蓋。

此外，值得一提的還有自主研發(fā)的智能媒體傳送技術(shù)（見圖6）。通過該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)廣播網(wǎng)絡(luò)與寬帶網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，各種業(yè)務(wù)都可以轉(zhuǎn)換成IP進(jìn)行統(tǒng)一的融合傳輸，將大容量的內(nèi)容通過廣播網(wǎng)絡(luò)傳送，將那些交互性的業(yè)務(wù)通過寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，從而大大地節(jié)省流量的負(fù)擔(dān)。

除了我國新一代數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，工程中心還聯(lián)合國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，通過FOBTV全球未來廣播電視合作研究計(jì)劃，積極參與包括美國ATSC3.0在內(nèi)的全球各大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及體系的技術(shù)競爭。2013年3月26日，美國ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)組織向全球召集物理層方案；工程中心通過集中的技術(shù)討論和近6個(gè)月的算法仿真，2013年9月27日，聯(lián)合國內(nèi)主要科研單位確定并形成了一套完整的技術(shù)方案向ATSC3.0標(biāo)準(zhǔn)組織提交，有力地沖擊了美國ATSC 3.0廣播標(biāo)準(zhǔn)，力爭首次在ATSC3.0標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)“中國元素”。本次提案的征集全球共有包括高通、三星、LG、索尼、DVB、CRC、NHK等國際知名企業(yè)及組織在內(nèi)的11家單位向ATSC3.0標(biāo)準(zhǔn)組織提交了提案，其中7家單位提交了全系統(tǒng)提案，4家單位提出部分技術(shù)模塊提案。工程中心聯(lián)合相關(guān)單位在本次標(biāo)準(zhǔn)競爭的全系統(tǒng)提案中主要突出了高效的比特編碼調(diào)制、同時(shí)支持TS及IP的輸入數(shù)據(jù)格式、適用于城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)的專用上行信道、支持本地節(jié)目插入的分步式MI?MO、靈活的多功能信令五大特色。工程中心聯(lián)合提交的方案已成為11家候選技術(shù)方案之一并成為國內(nèi)唯一一家提交技術(shù)方案并參與標(biāo)準(zhǔn)競爭的單位。

圖6 智能媒體傳送技術(shù)示意圖

3.下一步研發(fā)計(jì)劃及任務(wù)

繼往開來，面向廣播、通信、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高速深度融合，工程中心正在積極組織國內(nèi)各方力量加緊推動發(fā)展新型融合形式下的廣播電視系統(tǒng)及產(chǎn)業(yè)。下一步工作包括：

加快推進(jìn)模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)換。結(jié)合工信部《關(guān)于普及地面數(shù)字電視接收機(jī)實(shí)施意見》加快配合推動第一代國標(biāo)的應(yīng)用推廣，加快普及地面數(shù)字電視接收機(jī)，推進(jìn)數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換，完善國家廣播電視應(yīng)急體系，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

開展新一代國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)全鏈路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案準(zhǔn)備：積極參與中國地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DTMB2.0（NGB-W）研究起草；積極參與全球未來廣播電視FOBTV標(biāo)準(zhǔn)和美國ATSC3.0標(biāo)準(zhǔn)提案；通過ITU，F(xiàn)OBTV和ATSC3.0等國際組織，將項(xiàng)目成果推廣至國際標(biāo)準(zhǔn)組織。

加快推進(jìn)新一代數(shù)字電視全系統(tǒng)試驗(yàn)。在超高清數(shù)字電視全系統(tǒng)樣機(jī)，形成新一代混合廣播數(shù)字電視全系統(tǒng)，形成地面數(shù)字電視頻譜利用方案、雙向傳輸方案、與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合方案基礎(chǔ)上積極開展新一代數(shù)字電視系統(tǒng)試驗(yàn)，啟動產(chǎn)業(yè)鏈上下游的整體聯(lián)動。

工程中心已經(jīng)聯(lián)合上海交通大學(xué)、北京大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)成立了未來媒體網(wǎng)絡(luò)協(xié)同創(chuàng)新中心（見圖7），繼續(xù)致力于新一代廣播電視技術(shù)體系的研發(fā)和實(shí)現(xiàn)。

王 堯，數(shù)字電視國家工程研究中心副總經(jīng)理，全球未來廣播電視合作研究計(jì)劃（FOBTV）秘書長，長期參與我國數(shù)字電視廣播及數(shù)字媒體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方案設(shè)計(jì)。

圖7 未來媒體網(wǎng)絡(luò)協(xié)同創(chuàng)新中心

TN949

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【本文獻(xiàn)信息】王堯.面向媒體融合的新一代地面數(shù)字電視系統(tǒng)研究[J].電視技術(shù)，2014，38（22）.