2020年即將結(jié)束，和它一起離我們遠(yuǎn)去的，還有陪伴幾代中國人成長(zhǎng)的模擬電視。
11月30日晚上11時(shí)59分，香港終止模擬電視廣播，并于12月1日正式進(jìn)入全面數(shù)碼電視廣播時(shí)代。而根據(jù)今年7月國家廣播電視總局下發(fā)的《關(guān)于按規(guī)劃關(guān)停地面模擬電視有關(guān)工作安排的通知》，全國各地的中央臺(tái)節(jié)目地面模擬電視信號(hào)于8月31日前，地方節(jié)目的地面模擬電視信號(hào)于12月31日前完成關(guān)停，特殊情況最遲于2021年3月31日前完成關(guān)停。
從模擬到數(shù)字，是電視技術(shù)的一次關(guān)鍵升級(jí)，在我們邁入全面數(shù)字電視之際，模擬電視也要永遠(yuǎn)退出歷史舞臺(tái)。數(shù)字電視與模擬電視相比有哪些優(yōu)勢(shì)？模擬電視全面退場(chǎng)后，空余的頻譜信號(hào)又將發(fā)揮出怎樣的價(jià)值？
數(shù)字編碼帶來更高傳輸效率
據(jù)了解，模擬信號(hào)是指用連續(xù)變化的物理量所表達(dá)的信息，其信號(hào)的幅度、頻率或相位會(huì)隨時(shí)間出現(xiàn)連續(xù)變化。例如溫度、濕度、電流、電壓等，這些物理量在一定的時(shí)間范圍內(nèi)可以有無限多個(gè)不同的取值，它們都可以用模擬信號(hào)來表示。模擬信號(hào)傳輸過程中，需要先把信息信號(hào)轉(zhuǎn)換成幾乎“一模一樣”的波動(dòng)電信號(hào)（因此稱為模擬信號(hào)），再通過有線或無線的方式傳輸出去，電信號(hào)被接收后，通過接收設(shè)備即可還原成信息信號(hào)。
模擬信號(hào)的廣泛應(yīng)用始于20世紀(jì)初期，在當(dāng)時(shí)的電話系統(tǒng)中，聲音信號(hào)被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后沿著導(dǎo)線傳送出去，被位于另一端的接收設(shè)備偵測(cè)解析。在這個(gè)過程中，傳送的距離越遠(yuǎn)，電信號(hào)就變得越弱，加上線路中的噪音干擾，會(huì)讓通話質(zhì)量大幅下降。
為了解決這個(gè)問題，信息論的創(chuàng)始人克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)提出了一個(gè)方案：將語言轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單代碼，檢測(cè)音頻信號(hào)之后進(jìn)行采樣，將每個(gè)采樣點(diǎn)的波動(dòng)頻率數(shù)值轉(zhuǎn)化為由0和1組成的編碼，形成一長(zhǎng)串編碼后，再沿著線路傳遞。通過這種編碼方法，接收端可以重構(gòu)原始音頻信號(hào)。這就是數(shù)字信號(hào)的雛形。后來，除了聲音之外，文本和圖像也可以被編碼為0和1進(jìn)行傳輸。
那么模擬電視信號(hào)跟數(shù)字電視信號(hào)又有什么區(qū)別呢？
“模擬電視信號(hào)主要由圖像信號(hào)和伴音信號(hào)組成，通過調(diào)幅和調(diào)頻方式調(diào)制在射頻載波上，接收機(jī)分離接收信號(hào)后，分別將圖像信號(hào)和伴音信號(hào)放大，最后通過顯像管和揚(yáng)聲器解碼轉(zhuǎn)換，呈現(xiàn)出我們所看到的電視節(jié)目。”上海交通大學(xué)圖像通信與網(wǎng)絡(luò)工程研究所副所長(zhǎng)宋利告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
而數(shù)字電視信號(hào)則是從信源開始，將圖像畫面的每一個(gè)像素、伴音的每一個(gè)音節(jié)都通過二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，經(jīng)過信源壓縮編碼和信道編碼后，以比特率的形式進(jìn)行發(fā)射、傳輸，接收端解碼后便可復(fù)原圖像和聲音。
“本質(zhì)上，在有限帶寬下，數(shù)字信號(hào)能夠比模擬信號(hào)傳輸更多的信息。傳輸效率和頻譜利用率更高。傳輸?shù)男畔⒍嗔耍娨暤穆曇艉彤嬅尜|(zhì)量自然就更好。”宋利舉例說，1個(gè)8MHz帶寬的地面模擬電視頻道只能傳輸1套節(jié)目，而地面數(shù)字電視采用數(shù)字壓縮技術(shù)，在同樣8MHz帶寬下可以傳輸多套廣播電視節(jié)目。
模擬電視屏幕上的“雪花”是很多人的記憶，其實(shí)這些“雪花”的學(xué)名叫“噪點(diǎn)”。當(dāng)電視機(jī)的天線在接收信號(hào)時(shí)，會(huì)意外拾取外界的電子噪聲和輻射電磁噪聲，在屏幕上顯示為流動(dòng)的隨機(jī)像素點(diǎn)，同時(shí)伴隨著刺耳的噪聲。地面數(shù)字電視則不會(huì)出現(xiàn)模擬電視中常見的“雪花”現(xiàn)象，因?yàn)樗木幋a傳輸方式更可靠，抗干擾能力強(qiáng)，接收靈敏度更高，因而能夠提供更高清晰度的電視節(jié)目。
全面數(shù)字化還面臨雙重制約
從模擬電視切換到數(shù)字電視，不只是新舊技術(shù)的更迭，更是數(shù)字化浪潮下的一種必然。早在1999年我國建國50周年的大閱兵儀式上，現(xiàn)場(chǎng)直播就使用了全高清數(shù)字電視。“數(shù)字電視的相關(guān)技術(shù)出現(xiàn)較早，但模擬電視的淘汰和數(shù)字電視的規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用是一個(gè)緩慢過程。”宋利說。
由于各國地理環(huán)境差異較大，加上傳輸中存在信號(hào)遮蔽效應(yīng)以及移動(dòng)接收等考驗(yàn)，地面數(shù)字電視在標(biāo)準(zhǔn)制定和選取時(shí)必須考慮現(xiàn)實(shí)狀況。所以，自然環(huán)境與技術(shù)的雙重制約在一定程度上延緩了大多數(shù)國家地面數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)耐七M(jìn)。
據(jù)了解，數(shù)字電視信號(hào)的傳輸方式主要分為有線傳輸、地面?zhèn)鬏敽托l(wèi)星傳輸3種。宋利解釋說：“對(duì)于數(shù)字電視信號(hào)來說，有線傳輸方式的衰減率相對(duì)較低，而地面信號(hào)傳輸或衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)竭_(dá)室內(nèi)后，會(huì)存在一定的穿透損失，導(dǎo)致信號(hào)嚴(yán)重衰減。而且在移動(dòng)場(chǎng)景下，多普勒效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減。”
宋利認(rèn)為，隨著4K/8K高清電視成為主流趨勢(shì)，傳輸數(shù)字電視信號(hào)需要更高帶寬，所以必須拓寬頻譜資源，解決有限帶寬下傳輸效率不足的問題。“例如發(fā)展NOMA技術(shù)（非正交多址接入技術(shù)）、太赫茲傳輸技術(shù)、空天地一體化等更先進(jìn)的傳輸技術(shù)，同時(shí)要研發(fā)更先進(jìn)的電子元器件以形成新的解決方案。”宋利說。
優(yōu)化數(shù)字電視體驗(yàn)，要做的還有很多。“比如，讓更多城市建筑采用公用天線，從而有效解決固定電視接收的穿透損失問題；融合地面廣電信號(hào)傳輸和移動(dòng)通信兩張網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)在地面廣電傳輸丟包（數(shù)據(jù)包傳輸過程中出現(xiàn)丟失）時(shí)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為其補(bǔ)包，而廣電網(wǎng)絡(luò)憑借其天然的共性效率，可以為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)分擔(dān)流量，提升數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在價(jià)值。”宋利說，“無感補(bǔ)包能更好地提升數(shù)字電視在移動(dòng)場(chǎng)景下的體驗(yàn)，而通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化交互可以激發(fā)地面數(shù)字電視的活力。”
廣電與通信深度融合成為趨勢(shì)
在今年上半年，工業(yè)與信息化部印發(fā)了《關(guān)于調(diào)整700MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》，指出“將700MHz頻段規(guī)劃用于移動(dòng)通信系統(tǒng)，為5G發(fā)展提供寶貴的低頻段頻譜資源，可推動(dòng)5G高、中、低頻段協(xié)同發(fā)展”。
據(jù)了解，騰挪出來的這部分頻譜資源屬于低頻段，非常優(yōu)質(zhì)。“這段頻譜的傳輸和接收器件制作較容易且成本低，可以給移動(dòng)通信系統(tǒng)帶來更為豐富的傳輸資源。反觀之，使用超高帶寬（比如太赫茲，毫米波）時(shí)，相關(guān)器件、材料的制作難度和成本較高。”宋利表示。
在12月7日舉行的700MHz技術(shù)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研討會(huì)上，中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司副總經(jīng)理曾慶軍表示，中國廣電如何與傳統(tǒng)三大運(yùn)營商避免同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)，形成差異化發(fā)展，是一個(gè)重大課題，中國廣電找到的突破點(diǎn)是5G NR廣播。
據(jù)了解，5G NR是基于數(shù)字多載波調(diào)制方法的全新空口設(shè)計(jì)的全球性5G標(biāo)準(zhǔn)，也是下一代非常重要的蜂窩移動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)。5G NR廣播不改變5G的傳輸層、物理層現(xiàn)有的體系，利用5G現(xiàn)有的NR信道進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)部署，是5G技術(shù)與廣電業(yè)務(wù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)5G廣播與5G通信網(wǎng)絡(luò)一體化。相比傳統(tǒng)廣播技術(shù)，其功能更全面，適配的應(yīng)用場(chǎng)景也更廣。
據(jù)悉，今年10月，中國廣電已經(jīng)聯(lián)合華為等廠商成功進(jìn)行了5G NR廣播實(shí)驗(yàn)。
“利用廣播電視發(fā)射塔和移動(dòng)基站，即利用5G調(diào)制和信道方式以及5G組波和單波的模塊播出數(shù)字電視。對(duì)整個(gè)廣電行業(yè)來說，是一個(gè)重要的發(fā)展技術(shù)選擇。”曾慶軍說，該項(xiàng)技術(shù)成熟后，未來無論哪家運(yùn)營商的5G終端都可以免費(fèi)接收廣播電視節(jié)目。
