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)務需求及技術動向，分析了我國新一代地面數(shù)字廣播系統(tǒng)的架構并對科技部國家高科技發(fā)展計劃“863”項目——《新一代數(shù)字電視關鍵技術研究及驗證》的現(xiàn)階段成果和下一步研發(fā)重點和任務進行了較為詳細的介紹。

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劃的業(yè)務需求分析

全球新一代廣播業(yè)務需求及技術動向

今年8月18日，習近平總書記在《關于推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展的指導意見》中強調(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)技術創(chuàng)新和業(yè)務模式創(chuàng)新，進而提升業(yè)務平臺持續(xù)競爭力已經(jīng)成為全球廣播電視及消費電子業(yè)內(nèi)普遍關注的熱點。面對新一代廣播電視系統(tǒng)技術的研究，將從需求、產(chǎn)業(yè)、技術、運營等多個角度來分享及介紹一些工作及思考。

1.新一代電視的演進趨勢

要分析新一代電視的演進趨勢，需要理清幾個根本性的問題：受眾對未來電視究竟有什么本質的“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”的代際更替？

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

在此基礎上，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營、科研機構及跨國企業(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)需求進行分類、分析，得到了13個具體的未來廣播電視業(yè)務的用戶需求（見圖1），這13個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準進展

全球地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)演進情況如圖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標準的研制。ATSC3.0的目標是在物理層能用不同的帶寬資源（時間、頻率）支持不同服務、不同調(diào)制方法，支持單頻道的多管道傳輸，從而保證拓展應用；支持HEVC，實現(xiàn)4K超高清電視，從而保持廣播電視高質量音視頻服務的優(yōu)勢；支持個性化、交互、非實時傳輸，從而增加增值服務可能。

圖2 全球地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)演進

DVB-T2：歐洲全面推廣的第二代數(shù)字電視標準DVB-T2額外增加30%～50%的傳輸速率或者門限下降5～7 dB；使用關鍵技術PLP對不同服務質量等級要求在一個頻道里支持多個傳輸管道；強調(diào)可擴展性，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—重播機制，而且DVB-T2已達到靜態(tài)廣播頂峰，要突破必須和寬帶網(wǎng)結合，實現(xiàn)了直播電視、預下載、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構及用戶提供了補充式互聯(lián)網(wǎng)絡視頻服務、多屏應用等各種擴展業(yè)務。

此外，日本強調(diào)廣播和寬帶的結合及8K甚高清晰度廣播，韓國則將重點放在基于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)絡環(huán)境下的新一代數(shù)字電視廣播系統(tǒng)、網(wǎng)絡及技術標準。

我國新一代地面數(shù)字廣播系統(tǒng)架構

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，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。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，其將以廣播全頻段整體規(guī)劃為出發(fā)點，兼顧地面移動、地面固定和衛(wèi)星等多系統(tǒng)協(xié)同演進，以天地一體協(xié)同覆蓋和全程全網(wǎng)互聯(lián)互通為目標，形成全國范圍的傳輸覆蓋體系，支撐NGB全業(yè)務發(fā)展。NGB-W需要在相當長一段時期內(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的各種已有要求和新興需求，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有無線廣播電視網(wǎng)絡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，應用需求包括更高容量、高效率的廣播覆蓋，與媒體服務相適應的雙向服務質量，合理的網(wǎng)絡建設和運行成本以及適應新媒體發(fā)展的需求。技術需求包括充分利用UHF頻段頻譜資源，具備廣泛的應用場景，具有高效的頻譜效率與傳輸速率，支持多種組網(wǎng)模式，能夠實現(xiàn)業(yè)務的快速部署和用戶規(guī)模的快速形成，最終實現(xiàn)廣播電視的可管、可控、可信等。

2.NGB-W總體技術架構

NGB-W總體技術架構如圖3所示。

NGB-W前端系統(tǒng)以智能引擎為核心，還包括業(yè)務制作平臺、集成播控平臺和安全管控平臺；傳輸系統(tǒng)則強調(diào)兼顧實現(xiàn)單向廣播和雙向交互、網(wǎng)絡協(xié)同和流量分擔，同時覆蓋上需要協(xié)同廣播大塔、交互小塔以及用戶節(jié)點三級聯(lián)動；終端系統(tǒng)適用于電視、筆記本電腦、平板電腦、手機等，支持NGB-TVOS，支持NGB-W融合媒體網(wǎng)絡，也支持NGB-W網(wǎng)絡的應用。

NGB-W協(xié)議棧如圖4所示，覆蓋了應用層、傳輸層和物理層。

目前，NGB-W的下行廣播技術能力不僅能支持超高清服務，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；支持多載頻綁定應用。

同時，NGB-W上行方案和節(jié)點方案的相關研究工作還在有序推進中。

圖4 NGB-W協(xié)議棧

我國新一代地面數(shù)字電視研發(fā)進展

1.現(xiàn)階段成果

2012年6月，《新一代數(shù)字電視關鍵技術研究及驗證》項目啟動會議在北京成功召開。工程中心聯(lián)合國內(nèi)廣播機構、制造企業(yè)及研究單位在反復論證基礎上形成的新一代數(shù)字電視關鍵技術研究及驗證項目被列為國家高科技研究發(fā)展計劃（“863”計劃），工程中心為該項目牽頭組織單位，目前已經(jīng)有15個單位，200多個科研人員參與，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)務需求研制我國新一代數(shù)字電視系統(tǒng)技術方案，該項工作目前已取得了各方的高度認可。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，工程中心還在多點協(xié)同覆蓋網(wǎng)、融合雙向異構網(wǎng)絡及終端方面進行了諸多試驗，也取得了一些成果。其中，融合雙向異構試驗網(wǎng)絡終端樣機已經(jīng)完成，可觀測到文件服務器網(wǎng)絡流出數(shù)據(jù)速率的實時曲線，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，流出FTP服務器的數(shù)據(jù)量明顯較大，而使用廣播下發(fā)時，數(shù)據(jù)流量明顯較小；數(shù)據(jù)廣播的解析及文件重組，廣播下發(fā)殘余數(shù)據(jù)依靠寬帶補齊完成了終端通過WiFi向Android手機提供視頻點播的功能，實現(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（見圖6）。通過該技術能夠實現(xiàn)廣播網(wǎng)絡與寬帶網(wǎng)絡的有機融合，各種業(yè)務都可以轉換成IP進行統(tǒng)一的融合傳輸，將大容量的內(nèi)容通過廣播網(wǎng)絡傳送，將那些交互性的業(yè)務通過寬帶網(wǎng)絡進行傳輸，從而大大地節(jié)省流量的負擔。

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)科研機構，通過FOBTV全球未來廣播電視合作研究計劃，積極參與包括美國ATSC3.0在內(nèi)的全球各大技術標準及體系的技術競爭。2013年3月26日，美國ATSC數(shù)字電視標準組織向全球召集物理層方案；工程中心通過集中的技術討論和近6個月的算法仿真，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方案向ATSC3.0標準組織提交，有力地沖擊了美國ATSC 3.0廣播標準，力爭首次在ATSC3.0標準中出現(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標準組織提交了提案，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模塊提案。工程中心聯(lián)合相關單位在本次標準競爭的全系統(tǒng)提案中主要突出了高效的比特編碼調(diào)制、同時支持TS及IP的輸入數(shù)據(jù)格式、適用于城鄉(xiāng)二元結構的專用上行信道、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家候選技術方案之一并成為國內(nèi)唯一一家提交技術方案并參與標準競爭的單位。

圖6 智能媒體傳送技術示意圖

3.下一步研發(fā)計劃及任務

繼往開來，面向廣播、通信、互聯(lián)網(wǎng)絡的高速深度融合，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：

加快推進模擬向數(shù)字的轉換。結合工信部《關于普及地面數(shù)字電視接收機實施意見》加快配合推動第一代國標的應用推廣，加快普及地面數(shù)字電視接收機，推進數(shù)字電視整體轉換，完善國家廣播電視應急體系，加快產(chǎn)業(yè)轉型升級。

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

加快推進新一代數(shù)字電視全系統(tǒng)試驗。在超高清數(shù)字電視全系統(tǒng)樣機，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)結合方案基礎上積極開展新一代數(shù)字電視系統(tǒng)試驗，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、北京大學等科研機構成立了未來媒體網(wǎng)絡協(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體系的研發(fā)和實現(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)絡系統(tǒng)及方案設計。

圖7 未來媒體網(wǎng)絡協(xié)同創(chuàng)新中心

TN949

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【本文獻信息】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，2014，38（22）.