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面向媒体融合的新一代地面数字电视系统研究

2014-11-27 00:19 来源:电视技术

责编:陈默

面向媒体融合的新一代地面数字电视系统研究

尧 数字电视国家工程研究中心


【原编者按】随着国家财政45亿元地面数字电视项目的启动,地面数字电视再次成为业界关注的焦点。在未来媒体网络深度融合的大趋势下,地面数字电视广播如何通过持续系统技术创新和业务模式创新,进而提升业务平台持续竞争力已经成为全球广播电视及消费电子业内普遍关注的热点。下面请看数字电视国家工程研究中心对新一代广播电视系统技术的研究及思考。文章概要地介绍了全球新一代广播业务需求及技术动向,分析了我国新一代地面数字广播系统的架构并对科技部国家高科技发展计划“863”项目——《新一代数字电视关键技术研究及验证》的现阶段成果和下一步研发重点和任务进行了较为详细的介绍。

 

全球新一代广播业务需求及技术动向

 

今年818日,习近平总书记在《关于推动传统媒体和新兴媒体融合发展的指导意见》中强调要推动传统媒体和新兴媒体融合发展。在未来媒体网络深度融合的大趋势下,地面数字电视广播如何通过持续系统技术创新和业务模式创新,进而提升业务平台持续竞争力已经成为全球广播电视及消费电子业内普遍关注的热点。面对新一代广播电视系统技术的研究,将从需求、产业、技术、运营等多个角度来分享及介绍一些工作及思考。

 

1. 新一代电视的演进趋势

要分析新一代电视的演进趋势,需要理清几个根本性的问题:受众对未来电视究竟有什么本质的需求?是什么样的产业力量在推动电视的发展,这些力量会产生哪些影响?如何面对电视技术的代际更替?

通过长期的研究,本文认为在广播电视领域用户最重要的需求有三:浸润式体验需求、泛在式体验需求和交互式体验需求。这三大需求长期以来一直是设计广播电视系统所坚持的基本原则。在了解用户需求的同时,还必须高度关注持续高速发展的消费类电子产业现状,以此审视广播电视产业服务应用的大生态环境。这里的要素也有三:运算处理的摩尔定律、结合云端应用的融合媒体网络、移动智能终端的大范围普及。用户的大需求和产业的大趋势共同构成了思考和设计新一代数字电视广播体系的重要准则。

在此基础上,笔者于2011年就联合全球北美、南美、欧洲、日、韩等主流的十三家广播电视运营、科研机构及跨国企业共同发起成立了全球未来广播电视合作研究计划(简称”FOBTV”)。通过FOBTV的全球合作研究平台,对数百份的系统需求进行分类、分析,得到了13个具体的未来广播电视业务的用户需求(见图1),这13个需求主要分布在上述的三大用户需求方向。

1 全球未来广播电视合作研究计划的业务需求分析

 

2. 国外主流广播电视标准进展

全球地面数字电视广播系统演进情况如图2所示。纵观全球,主要的国家都已纷纷启动针对新一代广播电视系统的布局。

2 全球地面数字电视广播系统演进

 

ATSC3.0:美国已经停止模拟电视信号,并启动了ATSC3.0标准的研制。ATSC3.0的目标是在物理层能用不同的带宽资源(时间、频率)支持不同服务、不同调制方法,支持单频道的多管道传输,从而保证拓展应用;支持HEVC,实现4K超高清电视,从而保持广播电视高质量音视频服务的优势;支持个性化、交互、非实时传输,从而增加增值服务可能。

DVB-T2:欧洲全面推广的第二代数字电视标准DVB-T2额外增加30%~50%的传输速率或者门限下降5~7dB;使用关键技术PLP对不同服务质量等级要求在一个频道里支持多个传输管道;强调可扩展性,支持移动、MIMO

HBBTV:这是一种快速发展的新型混合广播传送机制。由于不是所有的内容都需要直播,可以采用存储重播机制,而且DVB-T2已达到静态广播顶峰,要突破必须和宽带网结合,实现了直播电视、预下载、本地重播的动态选择,宽带网和广播网的动态选择,最大程度地为广播机构及用户提供了补充式互联网络视频服务、多屏应用等各种扩展业务。

此外,日本强调广播和宽带的结合及8K甚高清晰度广播,韩国则将重点放在基于IP的混合广播。我国目前也在全力布局面向新型广播电视网络环境下的新一代数字电视广播系统、网络及技术标准。

 

我国新一代地面数字广播系统架构

 

1.我国新一代数字电视需求

在国内,为了配合国家三网融合的信息产业发展战略目标,广电总局已全面启动了下一代广播电视网(NextGenerationBroadcastingNGB)的战略部署,将适合我国国情、三网融合、有线无线相结合、全程全网确定为我国下一代广播电视网的战略目标。NGB-W是我国下一代广播电视网的无线部分,是包括地面移动、地面固定和卫星的立体化全覆盖智能融合媒体网络,其将以广播全频段整体规划为出发点,兼顾地面移动、地面固定和卫星等多系统协同演进,以天地一体协同覆盖和全程全网互联互通为目标,形成全国范围的传输覆盖体系,支撑NGB全业务发展。NGB-W需要在相当长一段时期内满足国家、社会和人民群众对无线广播电视等各类公众信息服务的各种已有要求和新兴需求,从而实现对现有无线广播电视网络体系的全面升级换代。

根据国家广电总局提出的我国新一代数字电视需求,应用需求包括更高容量、高效率的广播覆盖,与媒体服务相适应的双向服务质量,合理的网络建设和运行成本以及适应新媒体发展的需求。技术需求包括充分利用UHF频段频谱资源,具备广泛的应用场景,具有高效的频谱效率与传输速率,支持多种组网模式,能够实现业务的快速部署和用户规模的快速形成,最终实现广播电视的可管、可控、可信等。

 

2.NGB-W总体技术架构

NGB-W总体技术架构如图3所示。

3 NGB-W总体技术架构

 

NGB-W前端系统以智能引擎为核心,还包括业务制作平台、集成播控平台和安全管控平台;传输系统则强调兼顾实现单向广播和双向交互、网络协同和流量分担,同时覆盖上需要协同广播大塔、交互小塔以及用户节点三级联动;终端系统适用于电视、笔记本电脑、平板电脑、手机等,支持NGB-TVOS,支持NGB-W融合媒体网络,也支持NGB-W网络的应用。

NGB-W 协议栈如图4所示,覆盖了应用层、传输层和物理层。

4 NGB-W协议栈

 

目前,NGB-W的下行广播技术能力不仅能支持超高清服务,带宽为6/8MHz1.4/3/5/10/20MHz(可选),传输码率>60Mbit/s@ 8 MHz,频谱效率接近8 bit/s/HzC/N门限为2~20dB;支持SISOMISO2×2MIMO;支持物理层的多管道;支持多载频绑定应用。

同时,NGB-W上行方案和节点方案的相关研究工作还在有序推进中。

 

我国新一代地面数字电视研发进展

 

1.现阶段成果

20126月,《新一代数字电视关键技术研究及验证》项目启动会议在北京成功召开。工程中心联合国内广播机构、制造企业及研究单位在反复论证基础上形成的新一代数字电视关键技术研究及验证项目被列为国家高科技研究发展计划(“863”计划),工程中心为该项目牵头组织单位,目前已经有15个单位,200多个科研人员参与,针对全球未来广播电视的发展趋势及国家广电总局的广播电视业务需求研制我国新一代数字电视系统技术方案,该项工作目前已取得了各方的高度认可。目前,已完成的新一代数字电视全链路系统,包括超高清内容采集、超高清内容制作、超高清信源编码、信道调制解调、超高清信源解码、超高清视频演播以及双向智能终端(见图5)。

5 新一代数字电视全链路系统

 

同时,工程中心还在多点协同覆盖网、融合双向异构网络及终端方面进行了诸多试验,也取得了一些成果。其中,融合双向异构试验网络终端样机已经完成,可观测到文件服务器网络流出数据速率的实时曲线,并留存历史记录曲线;可观察到各终端通过广播及宽带接收的数据量并按照饼图及柱状图显示;可观测到使用宽带下发时,流出FTP服务器的数据量明显较大,而使用广播下发时,数据流量明显较小;数据广播的解析及文件重组,广播下发残余数据依靠宽带补齐完成了终端通过WiFiAndroid手机提供视频点播的功能,实现协同覆盖。

此外,值得一提的还有自主研发的智能媒体传送技术(见图6)。通过该技术能够实现广播网络与宽带网络的有机融合,各种业务都可以转换成IP进行统一的融合传输,将大容量的内容通过广播网络传送,将那些交互性的业务通过宽带网络进行传输,从而大大地节省流量的负担。

6 智能媒体传送技术示意图

 

除了我国新一代数字电视广播系统,工程中心还联合国内科研机构,通过FOBTV全球未来广播电视合作研究计划,积极参与包括美国ATSC3.0在内的全球各大技术标准及体系的技术竞争。2013326日,美国ATSC数字电视标准组织向全球召集物理层方案;工程中心通过集中的技术讨论和近6个月的算法仿真,2013927日,联合国内主要科研单位确定并形成了一套完整的技术方案向ATSC3.0标准组织提交,有力地冲击了美国ATSC3.0广播标准,力争首次在ATSC3.0标准中出现中国元素。本次提案的征集全球共有包括高通、三星、LG、索尼、DVBCRCNHK等国际知名企业及组织在内的11家单位向ATSC3.0标准组织提交了提案,其中7家单位提交了全系统提案,4家单位提出部分技术模块提案。工程中心联合相关单位在本次标准竞争的全系统提案中主要突出了高效的比特编码调制、同时支持TSIP的输入数据格式、适用于城乡二元结构的专用上行信道、支持本地节目插入的分步式MIMO、灵活的多功能信令五大特色。工程中心联合提交的方案已成为11家候选技术方案之一并成为国内唯一一家提交技术方案并参与标准竞争的单位。

 

2.下一步研发计划及任务

继往开来,面向广播、通信、互联网络的高速深度融合,工程中心正在积极组织国内各方力量加紧推动发展新型融合形式下的广播电视系统及产业。下一步工作包括:

加快推进模拟向数字的转换。结合工信部《关于普及地面数字电视接收机实施意见》加快配合推动第一代国标的应用推广,加快普及地面数字电视接收机,推进数字电视整体转换,完善国家广播电视应急体系,加快产业转型升级。

开展新一代国内、国际标准全链路技术标准草案准备:积极参与中国地面数字电视标准DTMB2.0NGB-W)研究起草;积极参与全球未来广播电视FOBTV标准和美国ATSC3.0标准提案;通过ITUFOBTVATSC3.0等国际组织,将项目成果推广至国际标准组织。

加快推进新一代数字电视全系统试验。在超高清数字电视全系统样机,形成新一代混合广播数字电视全系统,形成地面数字电视频谱利用方案、双向传输方案、与互联网结合方案基础上积极开展新一代数字电视系统试验,启动产业链上下游的整体联动。

工程中心已经联合上海交通大学、北京大学等科研机构成立了未来媒体网络协同创新中心(见图7),继续致力于新一代广播电视技术体系的研发和实现。

7 未来媒体网络协同创新中心

 

作者简介:

尧,数字电视国家工程研究中心副总经理,全球未来广播电视合作研究计划(FOBTV)秘书长,长期参与我国数字电视广播及数字媒体网络系统及方案设计。


 

该文已刊登在《电视技术》2014年第22期

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