【摘要】 本文聚焦超高清電視時(shí)代的新一代地面數(shù)字電視廣播技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況，通過國內(nèi)外地面數(shù)字超高清電視廣播技術(shù)應(yīng)用案例分析，深入分析新一代地面數(shù)字電視廣播技術(shù)所涉及的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、政策條件和應(yīng)用模式，針對其未來發(fā)展趨勢做出預(yù)判和展望。

【關(guān)鍵詞】 UHDTV 地面數(shù)字電視廣播技術(shù) DVB-T2 ATSC3.0 DTMB-A 5G HbbTV 標(biāo)準(zhǔn)

隨著我國改革開放事業(yè)的不斷深入與發(fā)展，供給側(cè)改革已經(jīng)是當(dāng)前形勢下迫在眉睫的主要任務(wù)。所謂供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，就是要求從提高供給質(zhì)量出發(fā)，用改革的辦法推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，矯正要素配置扭曲，擴(kuò)大有效供給，提高供給結(jié)構(gòu)對需求變化的適應(yīng)性和靈活性，提高全要素生產(chǎn)率，更好滿足廣大人民群眾的需要，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展。廣播電視傳媒機(jī)構(gòu)，一方面要更加重視內(nèi)容生產(chǎn)和用戶需求，不斷推出用戶喜聞樂見的、具有正確導(dǎo)向及正能量的精品節(jié)目；另一方面也要探索更加符合用戶喜好的播出方式。廣播電視傳媒機(jī)構(gòu)推出超高清電視（4K/8K UHDTV）技術(shù)應(yīng)用與服務(wù)，即是電視媒體供給側(cè)改革的要求，也將充分適配國際與國內(nèi)電子科技業(yè)的飛速發(fā)展。

超高清電視（UHDTV）是廣播電視未來重要的發(fā)展方向，更是客戶重要需求。我國新一代地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)體系，需充分利用廣電在內(nèi)容方面的優(yōu)勢，摒棄“網(wǎng)絡(luò)僅僅是管道，網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立于內(nèi)容”的思想，進(jìn)一步整合節(jié)目服務(wù)與傳輸服務(wù)，構(gòu)建‘內(nèi)容+ 網(wǎng)絡(luò)’、‘廣播+ 互聯(lián)’的未來數(shù)字電視協(xié)同覆蓋網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)還需具備安全的可管可控，支持內(nèi)容保護(hù)和用戶管理。從而保證廣大受眾能像移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶一樣，隨時(shí)隨地接入未來廣電融合網(wǎng)絡(luò)，享受更加優(yōu)質(zhì)的廣電服務(wù)。

下文將在介紹以歐洲D(zhuǎn)VB-T2和北美ATSC3.0、我國DTMB-A等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為代表的國際上第二代地面數(shù)字電視技術(shù)的基礎(chǔ)上，闡述我國未來新一代地面數(shù)字電視的發(fā)展趨勢和未來的展望。

一.引言

2017年11月9日，國家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)發(fā)布了廣電行業(yè)首個(gè)超高清電視（UHDTV）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 307-2017《超高清晰度電視系統(tǒng)節(jié)目制作和交換參數(shù)值》，標(biāo)準(zhǔn)自發(fā)布之日起實(shí)施。超高清電視（UHDTV）是廣播電視未來重要的發(fā)展方向，日本、韓國、英國、法國、美國等國家陸續(xù)制定了超高清電視的廣播計(jì)劃并開展試驗(yàn)播出。央視、北京、上海、江蘇、湖南、浙江、廣東等國內(nèi)電視機(jī)構(gòu)也開展了4K電視的節(jié)目制作或傳輸試驗(yàn)，中國電信、中國聯(lián)通在IPTV中推出了4K電視點(diǎn)播節(jié)目。廣東廣播電視臺(tái)于2017年底開播4K超高清電視頻道。4K/8K超高清電視節(jié)目內(nèi)容可以通過包括電視直播衛(wèi)星、有線數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)、IPTV網(wǎng)絡(luò)分發(fā)/傳輸、地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)。超高清電視（UHDTV）是下一代地面數(shù)字電視廣播技術(shù)的重要用戶需求。

眾所周知，國際重大賽事的舉行往往是視頻科技產(chǎn)品發(fā)展的重要催化劑。為迎接2020東京奧運(yùn)會(huì)的召開，日本NHK開通了4K/8K電視廣播；2020年東京奧運(yùn)會(huì)將真正開始進(jìn)行4K電視轉(zhuǎn)播。而2022年北京冬奧會(huì)的召開，將成為中國4K/8K超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要?jiǎng)恿Α?/p>

2018年4月20日，國家廣播電視總局在北京組織召開了無線交互廣播電視工作組成立會(huì)議。許家奇司長講到，中央提出了推進(jìn)媒體深度融合、移動(dòng)優(yōu)先的戰(zhàn)略要求，廣播電視網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)的協(xié)同、融合是支撐廣播電視業(yè)務(wù)發(fā)展的客觀要求。無線交互廣播電視工作組將秉承開放、包容的原則，充分學(xué)習(xí)、借鑒國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)組織的成功經(jīng)驗(yàn)，研究5G背景下的無線廣播電視技術(shù)。

我國新一代地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)體系，需充分利用廣電在內(nèi)容方面的優(yōu)勢，摒棄“網(wǎng)絡(luò)僅僅是管道，網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立于內(nèi)容”的思想，進(jìn)一步整合節(jié)目服務(wù)與傳輸服務(wù)，構(gòu)建‘內(nèi)容+ 網(wǎng)絡(luò)’、‘廣播+ 互聯(lián)’的未來數(shù)字電視協(xié)同覆蓋網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)還需具備安全的可管可控，支持內(nèi)容保護(hù)和用戶管理。從而保證廣大受眾能像移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶一樣，隨時(shí)隨地

接入未來廣電融合網(wǎng)絡(luò)，享受更加優(yōu)質(zhì)的廣電服務(wù)。

二.歐洲D(zhuǎn)VB-T2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與其超高清電視應(yīng)用情況

1.歐洲D(zhuǎn)VB-T2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)發(fā)展

DVB-T2 頒布于2008年，是第二代歐洲地面數(shù)字電視廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)，它的頒布標(biāo)志著國際上地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)開始向第二代邁進(jìn)。2012 年8 月，DVB-T2 被國際電聯(lián)ITU建議書ITU-RBT.1877-1 采納，正式成為第一個(gè)第二代地面數(shù)字電視國際標(biāo)準(zhǔn)。DVB-T2 總體性能超越上一代的四個(gè)一代國際標(biāo)準(zhǔn)。

DVB-T2 采用高效率調(diào)制方式，降低開銷增加選項(xiàng)，頻譜效率比DVB-T 高約30% ；最大傳輸速率有了較大提高，8MHz 帶寬內(nèi)支持TS 流傳輸速率達(dá)50Mb/s ；采用LDPC+BCH 糾錯(cuò)編碼，接收C/N 門限比DVB-T 顯著降低；采用高達(dá)256 階的QAM、高達(dá)32K 的FFT 塊長以及優(yōu)化的導(dǎo)頻技術(shù)；采用多層幀結(jié)構(gòu)的超幀，實(shí)現(xiàn)時(shí)頻二維信號(hào)動(dòng)態(tài)分配；采用多天線技術(shù)，MISO 技術(shù)，支持增強(qiáng)型的單頻網(wǎng)服務(wù)；采用物理管道，支持多業(yè)務(wù)廣播。

為了進(jìn)一步提升廣播機(jī)構(gòu)開展移動(dòng)接收服務(wù)的能力，在DVB-T2的基礎(chǔ)上，2011年DVB組織發(fā)布了DVB-T2-Lite標(biāo)準(zhǔn)，采用未來擴(kuò)展幀（FEF）的方法，支持移動(dòng)和手持設(shè)備接收；同時(shí)，針對更為復(fù)雜的移動(dòng)接收要求，在現(xiàn)有DVB-H的基礎(chǔ)上，2012年，DVB組織發(fā)布了DVB-NGH（Digital Video Broadcasting-Next Generationbroadcasting system to Handheld）標(biāo)準(zhǔn)。DVB-NGH引入多輸入多輸出（MIMO）、時(shí)間頻率分片（TFS）、非均勻星座、LDPC 編碼和時(shí)域交織等技術(shù)，可同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)與地面信號(hào)，能提供包括傳統(tǒng)線性廣播、各種視聽內(nèi)容、圖文信息以及推送下載等在內(nèi)的富媒體內(nèi)容服務(wù)。

此外，在針對網(wǎng)絡(luò)融合服務(wù)方面，歐洲也加快了HbbTV（Hybrid broadcast/broadband TV）標(biāo)準(zhǔn)的制定步伐?；贖bbTV實(shí)現(xiàn)了直播電視、預(yù)下載和本地重播的動(dòng)態(tài)選擇、寬帶網(wǎng)和廣播網(wǎng)的動(dòng)態(tài)選擇，提供了補(bǔ)充式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)以及多屏應(yīng)用等各種擴(kuò)展業(yè)務(wù)。

2.歐洲D(zhuǎn)VB-T2超高清電視技術(shù)試驗(yàn)

2014年,法國國家電視臺(tái)TDF開展了基于地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)的UHDTV（超高清晰度電視）傳輸試驗(yàn)。試驗(yàn)的目標(biāo)在于通過埃菲爾鐵塔發(fā)射臺(tái)、采取HEVC（高效率編碼）技術(shù)與DVB-T2標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)兼容型終端進(jìn)行4K超高清晰度地面電視的直播試驗(yàn)，在解決實(shí)際問題中積累相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),并適時(shí)正式商用地面4K超高清晰度電視直播服務(wù)。

此次試驗(yàn)中，為了將系統(tǒng)的傳輸容量最大化，采取了DVB-T2超高清晰度電視復(fù)用器，以1/128的GI（保護(hù)間隔）通過MFN（Multi-frequency Network）進(jìn)行播出。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍（覆蓋半徑大致為25千米）之內(nèi)，通過標(biāo)準(zhǔn)rake接收天線、內(nèi)置DVB-T2解調(diào)器與HEVC芯片的終端均可正常接收4K超高清晰度地面電視直播信號(hào)。此次試驗(yàn)是法國在將來正式推出地面4K超高清晰度電視廣播商用服務(wù)的重要一步。其證明了通過基于UHDTV（phase 1）標(biāo)準(zhǔn)與256 QAM OFDM機(jī)制進(jìn)行實(shí)時(shí)4K超高清晰度電視直播的技術(shù)可行性、采取第一代HEVC/H.265編碼器通過單個(gè)8MHz物理信道同時(shí)傳輸兩路4K超高清晰度電視信號(hào)的技術(shù)可行性。法國國家電視臺(tái)TDF得出了這樣的結(jié)論：的確可以將超高清晰度電視UHDTV作為繼2K全高清晰度電視HDTV之后，下一代地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的核心應(yīng)用。

圖1 法國地面4K超高清晰度電視廣播試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍

2014年，西班牙公共服務(wù)廣播商RTVE聯(lián)合UniversidadPolitécnica de Madrid（馬德里理工大學(xué)）以及其他相關(guān)的公司，進(jìn)行了地面4K超高清晰度電視廣播傳輸試驗(yàn)。其中，RTVE提供了一部采取4K超高清視頻格式（逐行掃描、3840×2160）的普拉多博物館紀(jì)錄片“The Passion of the Prado”。此次試驗(yàn)中，廣播商采取了不同的編碼格式以及傳輸技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)備制造商還將HEVC（高效率視頻編碼）/H.265解碼器內(nèi)置到其新一代的平板電視機(jī)產(chǎn)品之中，并應(yīng)用于此次試驗(yàn)之中。試驗(yàn)中，圖像標(biāo)準(zhǔn)采取25幀/秒的幀率，信源編碼采取H.264/MPEG AVC（高級視頻編碼）技術(shù)。后來，為了提高運(yùn)動(dòng)圖像部分的平滑度，圖像標(biāo)準(zhǔn)采取50幀/秒的幀率，信源編碼采取H.265/MPE-HHEVC（高效率視頻編碼）技術(shù)。同時(shí)還測試了從20Mb/s到35Mb/s之間的多種傳輸碼率。在整個(gè)試驗(yàn)過程之中，為了提高無線頻譜資源利用效率，采取了DVB-T2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組網(wǎng)。由于DVB-T2標(biāo)準(zhǔn)的單信道傳輸容量可以高達(dá)50Mb/s，而此次測試中，地面4K超高清晰度電視廣播信號(hào)所采取的最大傳輸碼率為35Mb/s，因此，RTVE規(guī)劃在將來的現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)中測試以一個(gè)頻寬為8 MHz的單信道來傳輸兩套4K超高清晰度電視節(jié)目內(nèi)容。

通過該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，法國電視廣播商對2014年的“法網(wǎng)”國際網(wǎng)球公開賽進(jìn)行了4K超高清晰度電視直播。對法網(wǎng)公開賽進(jìn)行視頻圖像幀率為50幀/秒的4K超高清晰度電視直播面臨著較大的技術(shù)挑戰(zhàn)。此次直播試驗(yàn)證明了通過DVB-T2地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)以及內(nèi)置HEVC/H.265解碼芯片的4K電視終端進(jìn)行4K超高清晰度電視廣播的可能性。6月3日及6月4日下午，第一路4K超高清電視節(jié)目信號(hào)素材的采集來自于賽事現(xiàn)場的四部可移動(dòng)型4K攝像機(jī)，其余時(shí)間則來自于一部固定位置的4K攝像機(jī)，對賽事信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼與直播傳輸（無線傳輸碼率為22.5Mb/s）。為了進(jìn)行視頻畫面質(zhì)量的對比，此次試驗(yàn)還進(jìn)行了4K超高清電視、2K高清電視、標(biāo)清電視的同播。

2018年6月，法網(wǎng)公開賽期間，由Fraunhofer IIS主導(dǎo)研發(fā)的MPEG-H電視音頻系統(tǒng)成功在超高清賽事頻道實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，該頻道通過衛(wèi)星和地面電視（DVB-T2）的方式進(jìn)行播送。為了呈現(xiàn)最為清晰的擊球聲，法國電視臺(tái)為所有球場統(tǒng)一布置了一套Schoeps麥克風(fēng)，并在主球場上搭建了基于ORTF-3D拾音制式的Schoeps麥克風(fēng)陣列，用于三維環(huán)境聲的制作。球員在球場上的動(dòng)作聲、觀眾的歡呼聲和鼓掌聲以5.1+4H聲道（5.1環(huán)繞聲和4個(gè)高度揚(yáng)聲器）的形式傳輸，并通過搭載了安卓系統(tǒng)的機(jī)頂盒、UHD電視機(jī)配以Fraunhofer沉浸式條形音箱原型機(jī)在法國電視臺(tái)的播控室進(jìn)行還放。

3.歐洲超高清電視的未來規(guī)劃

2017年,法國管理視聽傳播事業(yè)的獨(dú)立行政權(quán)力機(jī)構(gòu)——最高視聽委員會(huì)（CSA）概述了發(fā)展一個(gè)新地面數(shù)字電視復(fù)用的計(jì)劃，將促進(jìn)4K UHD電視頻道及其它新服務(wù)的推出。CSA設(shè)想最遲到2024年正式開播地面UHD數(shù)字電視，至少覆蓋60%的城市人口。CSA還計(jì)劃2018年初制定計(jì)劃，將地面數(shù)字電視平臺(tái)并行轉(zhuǎn)換到DVB-T2和HEVC，以增加服務(wù)可用帶寬。CSA計(jì)劃2018年下半年與有關(guān)各方討論此問題。CSA還將協(xié)調(diào)地面數(shù)字電視平臺(tái)上的HbbTV服務(wù)，以確?；ゲ僮餍院蜖幦≡诖似脚_(tái)上引入CA。

MPEG-H電視音頻系統(tǒng)是法國廣播內(nèi)容監(jiān)測機(jī)構(gòu)(CSA)考量的下一代音頻技術(shù)(NGA)之一，下一代音頻技術(shù)將應(yīng)用于未來數(shù)字地面電視(DTT)平臺(tái)的升級改造中。

2018年4月，全德國新地面數(shù)字電視（D T T）標(biāo)準(zhǔn)DVB-T2/HEVC部署進(jìn)入第三階段。與此同時(shí)，當(dāng)前使用DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的分配將終止。

西班牙第二次數(shù)字轉(zhuǎn)換將于2020年完成，西班牙地面數(shù)字電視運(yùn)營商敦促管理部門分配一個(gè)UHDTV頻道促進(jìn)4K廣播。

葡萄牙計(jì)劃從2019年第四季度開始，葡萄牙5G的推出將導(dǎo)致現(xiàn)在用于地面數(shù)字電視（DTT）廣播的頻譜的變化。葡萄牙國家通信管理局的700MHz頻段釋放路線圖顯示，為給未來5G移動(dòng)網(wǎng)提供空間，700MHz頻段將不再用于DTT。

根據(jù)國家通信管理局的規(guī)定，釋放現(xiàn)由DTT使用的頻譜應(yīng)在2020年6月30日前完成。此后，全部DTT傳輸將使用470-694MHz的頻率。

三.日本超高清地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)

為了使得現(xiàn)有數(shù)字地面電視廣播網(wǎng)絡(luò)也能傳輸4K/8K超高清電視信號(hào)，NHK正在研究基于MIMO技術(shù)、高階調(diào)制的OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)、LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)編碼）技術(shù)的大容量無線傳輸系統(tǒng)。并正在進(jìn)行可傳輸8K超高清電視信號(hào)的下一代數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究。MIMO（多天線技術(shù)）應(yīng)可被用于擴(kuò)展現(xiàn)有SISO（單輸入與單輸出）形式的地面數(shù)字電視信道容量，美國下一代數(shù)字地面電視廣播標(biāo)準(zhǔn)中把2×2 MIMO作為一種可選方式。

圖2 NHK的8K超高清地面電視廣播試驗(yàn)概況

2014年，基于上述大容量無線傳輸系統(tǒng)（2×2 MIMO+超高階調(diào)制OFDM），NHK成功實(shí)現(xiàn)通過單信道（6MHz帶寬）對一套8K超高清電視節(jié)目信號(hào)的地面廣播（最大傳輸距離達(dá)到27km，傳輸碼率為91Mb/s），并分析了2×2 MIMO系統(tǒng)的無線傳播特性。2015年，NHK又在熊本市建設(shè)1個(gè)8K超高清電視發(fā)射臺(tái)，與人吉市的8K超高清電視發(fā)射臺(tái)組成一個(gè)先進(jìn)的SFN（采取空時(shí)編碼），以進(jìn)行4×2 MIMO技術(shù)的場測。

2018年12月1日，日本廣播商N(yùn)HK正式推出了兩個(gè)頻道，分別是BS4K以及大家期待已久的BS8K。本次的新頻道將會(huì)放送8K 22.2聲道的內(nèi)容以及4K畫質(zhì)的內(nèi)容，例如《2001太空漫游》等。