未來無線網絡數字電視系統(tǒng)技術演進考慮

管云峰

數字電視國家工程研究中心/上海高清技術總監(jiān)

電視之所以吸引人有兩大重要因素：一是真實性，二是低成本傳輸，因為采用的是廣播方式?，F在世界范圍之內，電視的發(fā)展已經多樣化，這也使得做電視的難度越來越大。在國際上也是這樣，做傳輸的人受到無線接入強烈的沖擊，做終端的人又受到iPad等多種類終端的沖擊，而且更糟糕的是無線數字電視的頻譜在各國都被競爭者覬覦并面臨被部分占用的形勢。所以，電視的發(fā)展現在很多都是跟著網絡、移動無線通信的發(fā)展在被動地進行，現在的各種的應用也都帶有網絡和無線通信的概念。

從全球來看，電視的發(fā)展方向可總結為：1）“沉浸”式的體驗需求。無論是超高清還是3D電視，都是發(fā)展方向，其中，超高清在日本是重點推行的一種技術。我們看好超高清和高清3D，因為這是電視的本行，換句話說，這個也有助于牢牢占住頻譜、開展新業(yè)務和提升用戶體驗。第二，移動的概念已經無所不在，泛在的移動網絡也是電視要考慮的。第三就是社交網絡，社交網絡的各種媒體和應用如微博也好，Twitter也好，已對社會帶來的一種革命性的改變，電視在其中的地位和作用是需要考慮的。還有就是混合廣播網絡，有代表性的是HbbTV、HybridCast等，這是廣播界迫于壓力而希望和無線通信廠商、網絡接入以及網絡供應商等取得共贏的一種技術發(fā)展方向。再有是大容量非實時推送廣播。有調查顯示，以視頻為主的富媒體數據5年內將增長66倍，在壓縮率很難大幅度提高的情況下如何實現？不過大多數用戶關心的是同樣的視頻內容，再加上基礎器件發(fā)展的優(yōu)勢，存儲器越來越便宜，這些因素使得混合廣播和無線通信的技術成為很可能的發(fā)展方向，也就是廣播系運營商承載大量帶寬，提供公共視頻業(yè)務，與無線通信運營商合作提供PushVOD服務，對用戶端來說是雙向實時點播的體驗。在講網絡、社交、泛在、沉浸等性質的同時，需要記住廣播的特點，即公益性的服務，包括重大活動、全家娛樂、緊急廣播和對弱勢全體的支持。廣播頻譜有一部分要交出去，這也是發(fā)展的一種趨勢，數字化帶來了頻譜的節(jié)省，但如果把“沉浸”性提上去，同時又牢牢抓住公益性特點，有理由說，進入數字化后廣播頻譜被大部分保留也是應該的。這方面，認知無線電技術是使矛盾減弱的技術之一。

在傳輸上，美國ATSC2.0設想得很復雜，目前還在醞釀階段，比較新的就是移動的數字電視標準A/153文件。國外標準值得學習的是其標準體系，A/153完整詳細，這樣推一整套標準就會使產業(yè)界形成一個合力。ATSC還主要進行了與原標準的兼容性設計，引入了時隙和MH包的概念，做時分復用，用增加訓練序列等技術來支持移動。

歐洲下一代數字電視標準DVB-C2，S2，T2都已經在推廣階段。很重要的一點是，這些標準已將整個流程統(tǒng)一，從輸入處理（input processing）、比特交織編碼與調制、數據切片（data slice）與幀重建到OFDM生成。C2也采用了OFDM調制，信道編解碼采用了LD?PC，引入物理層管道概念（PLP）以應對不同服務具有的不同門限要求。無論是DVB-S2，T2還是C2，其目的都是要比上一代標準額外增加30%的傳輸效率或者門限下降7 dB。DVB-T2系統(tǒng)架構與C2一致，采用COFDM，增加16K，32K子載波模式，增加了旋轉映射選項，增加Ala?mouti發(fā)射分集，在一些國家已經進入商用階段。

日本沒有明確提出第二代標準，但其數字電視傳輸技術的發(fā)展無外乎以下幾方面：1）對于超過保護間隔的多徑信道的均衡新算法；2）干擾消除器用于更穩(wěn)定接收地面信號；3）8天線輸入的空間分集接收；4）迭代譯碼技術；5）高階QAM調制，即1024QAM；6）雙極化MIMO技術；7）發(fā)射分集MISO（STBC）。

所以對于無線通信與數字電視傳輸技術發(fā)展特點為：1）向空間要增益（發(fā)射分集、接收分集、MIMO）；2）網絡優(yōu)化，包括分布式接入、多點覆蓋等；3）對IP的完全支持；4）采用高階星座調制技術，增加訓練序列/導頻等已知信息的比例，發(fā)展LDPC等高效信道編碼技術；5）自適應調制、物理層多管道（PLP）、盡力傳輸；6）認知（智能）無線電。國外標準最值得我們學習的是其形成的完整標準體系，同時要與前一代標準保持兼容，形成寬帶、智能的通信網絡。

而目前我國地面數字電視廣播現狀特點為：大面積固定覆蓋是地面廣播的主流業(yè)務，方式有模數同播、高標清同播以及中央地方節(jié)目同播；農村大面積、多節(jié)目固定覆蓋應用；協同、互補的聯合廣播覆蓋服務體系。在農村，廣電總局現在也在考慮“T+S”的協同覆蓋，地面解決本地節(jié)目，衛(wèi)星解決公共節(jié)目（中央臺）覆蓋，這是農村地區(qū)最好的一種覆蓋方式。中國發(fā)展地面數字電視廣播，我認為這不光是技術問題，還需要廣播、產業(yè)、用戶的全方位政策支持，包括廣播覆蓋資金、終端產業(yè)政策和終端國家補貼。而未來的我國地面數字電視發(fā)展需要考慮國外數字電視的發(fā)展以及我國的現狀特點，解決一個平衡問題，我們現在提出的一個口號就是CRUISE，內容包括可管可控（Controllable）、富媒體內容（Rich media content）、泛在覆蓋網絡（Ubiquitous network）、沉浸用戶體驗（Im?mersive sense）、混合社交網絡（Social Communication）、智能體驗終端（Smart Experience）。對于未來的融合，希望出現“四融合”的網絡架構，包括有線和無線的融合、廣電與電信的融合、室內與室外的融合以及終端的融合。

總結一下，未來我國的地面數字電視發(fā)展需要重視以下3個方面：1）傳輸技術。依托以現有國標，實現可靠的20 Mbit/s的移動接收和26 Mbit/s固定接收；發(fā)展空間分集技術，提高發(fā)射分集增益和接收分集增益；研發(fā)更高頻譜效率的傳輸方案，固定接收達到38 Mbit/s。2）網絡技術。要研究混合廣播技術、自組織網絡技術、雙向組網技術、認知無線電技術等。3）終端技術。主要是SoC芯片設計，包含更強大的CPU，各類網絡接收能力，多格式解碼；智能終端技術，包含操作系統(tǒng)、Internet網絡支持，新型的人機界面技術；高級安全技術。

最后介紹一下數字電視國家工程研究中心，工程中心就是聯合政府、企業(yè)、廣播以及運營商，起到橋梁溝通作用，工程中心是由上海高清、上海交大、清華以及國內大的整機廠商組建而成，希望能夠突破共性技術，提供公共服務，推動產業(yè)發(fā)展，主要任務就是數字電視知識產權管理及授權，未來的工作還是推廣國內核心芯片，研究未來網絡結構和終端融合，研究和制定相關政策，還有一項很重要的就是知識產權的積累與使用。

上海高清作為工程中心的數字電視核心芯片的一個提供者，配合工程中心做一些芯片設計與準備工作。在芯片研發(fā)上依托現在標準，希望在現有國標基礎上使其性能發(fā)揮到極限。標準推廣不應僅僅是一個傳輸標準去做，芯片也不能僅僅用一個傳輸芯片去支持，這就需要全面考慮主芯片設計。主芯片上，要考慮支持多格式特別是AVS的，高清、網絡、智能的主芯片的設計。另外考慮讓設計團隊先把支持國外標準的芯片做一做，從中總結教訓、積累經驗，為我們下一步的技術發(fā)展奠定一個好的基礎。