模擬電視謝幕 未來可期的不只是更清晰的圖像

2020年即將結(jié)束，和它一起離我們遠去的，還有陪伴幾代中國人成長的模擬電視。

11月30日晚上11時59分，香港終止模擬電視廣播，并于12月1日正式進入全面數(shù)碼電視廣播時代。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》，全國各地的中央臺節(jié)目地面模擬電視信號于8月31日前，地方節(jié)目的地面模擬電視信號于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，在我們邁入全面數(shù)字電視之際，模擬電視也要永遠退出歷史舞臺。數(shù)字電視與模擬電視相比有哪些優(yōu)勢?模擬電視全面退場后，空余的頻譜信號又將發(fā)揮出怎樣的價值?

數(shù)字編碼帶來更高傳輸效率

據(jù)了解，模擬信號是指用連續(xù)變化的物理量所表達的信息，其信號的幅度、頻率或相位會隨時間出現(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間范圍內(nèi)可以有無限多個不同的取值，它們都可以用模擬信號來表示。模擬信號傳輸過程中，需要先把信息信號轉(zhuǎn)換成幾乎“一模一樣”的波動電信號(因此稱為模擬信號)，再通過有線或無線的方式傳輸出去，電信號被接收后，通過接收設(shè)備即可還原成信息信號。

模擬信號的廣泛應(yīng)用始于20世紀初期，在當時的電話系統(tǒng)中，聲音信號被轉(zhuǎn)化為電信號，然后沿著導(dǎo)線傳送出去，被位于另一端的接收設(shè)備偵測解析。在這個過程中，傳送的距離越遠，電信號就變得越弱，加上線路中的噪音干擾，會讓通話質(zhì)量大幅下降。

為了解決這個問題，信息論的創(chuàng)始人克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)提出了一個方案：將語言轉(zhuǎn)化為簡單代碼，檢測音頻信號之后進行采樣，將每個采樣點的波動頻率數(shù)值轉(zhuǎn)化為由0和1組成的編碼，形成一長串編碼后，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。這就是數(shù)字信號的雛形。后來，除了聲音之外，文本和圖像也可以被編碼為0和1進行傳輸。

那么模擬電視信號跟數(shù)字電視信號又有什么區(qū)別呢?

“模擬電視信號主要由圖像信號和伴音信號組成，通過調(diào)幅和調(diào)頻方式調(diào)制在射頻載波上，接收機分離接收信號后，分別將圖像信號和伴音信號放大，最后通過顯像管和揚聲器解碼轉(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)工程研究所副所長宋利告訴科技日報記者。

而數(shù)字電視信號則是從信源開始，將圖像畫面的每一個像素、伴音的每一個音節(jié)都通過二進制數(shù)進行編碼，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)字信號能夠比模擬信號傳輸更多的信息。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，其實這些“雪花”的學(xué)名叫“噪點”。當電視機的天線在接收信號時，會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的隨機像素點，同時伴隨著刺耳的噪聲。地面數(shù)字電視則不會出現(xiàn)模擬電視中常見的“雪花”現(xiàn)象，因為它的編碼傳輸方式更可靠，抗干擾能力強，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遮蔽效應(yīng)以及移動接收等考驗，地面數(shù)字電視在標準制定和選取時必須考慮現(xiàn)實狀況。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)字電視信號傳輸?shù)耐七M。

據(jù)了解，數(shù)字電視信號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：“對于數(shù)字電視信號來說，有線傳輸方式的衰減率相對較低，而地面信號傳輸或衛(wèi)星信號傳輸?shù)竭_室內(nèi)后，會存在一定的穿透損失，導(dǎo)致信號嚴重衰減。而且在移動場景下，多普勒效應(yīng)也會導(dǎo)致信號衰減。”

宋利認為，隨著4K/8K高清電視成為主流趨勢，傳輸數(shù)字電視信號需要更高帶寬，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的傳輸技術(shù)，同時要研發(fā)更先進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，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;融合地面廣電信號傳輸和移動通信兩張網(wǎng)絡(luò)，從而實現(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)時通過移動通信網(wǎng)絡(luò)為其補包，而廣電網(wǎng)絡(luò)憑借其天然的共性效率，可以為移動通信網(wǎng)絡(luò)分擔流量，提升數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在價值。”宋利說，“無感補包能更好地提升數(shù)字電視在移動場景下的體驗，而通過移動網(wǎng)絡(luò)的個性化交互可以激發(fā)地面數(shù)字電視的活力。”

廣電與通信深度融合成為趨勢

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，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)三大運營商避免同質(zhì)化競爭，形成差異化發(fā)展，是一個重大課題，中國廣電找到的突破點是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)計的全球性5G標準，也是下一代非常重要的蜂窩移動技術(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行了5G NR廣播實驗。

“利用廣播電視發(fā)射塔和移動基站，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。對整個廣電行業(yè)來說，是一個重要的發(fā)展技術(shù)選擇。”曾慶軍說，該項技術(shù)成熟后，未來無論哪家運營商的5G終端都可以免費接收廣播電視節(jié)目。(代小佩)