（接上期）
四.美國ATSC 3.0的發展及應用
盡管ATSC1.0地面數字電視廣播系統非常普及，其基礎性的構成技術已經使用了20年。技術在不斷演進，觀眾的期望也在日益提升。美國高級電視系統委員會（ATSC）啟動了新一代廣播電視系統研究工作，即ATSC 3.0。ATSC3.0的宗旨是提供更高品質的音視頻，提升觀眾的電視觀看體驗；改善和提高固定和移動設備接收的靈活性；提高訪問的便捷性、個性化和互動性。ATSC還為更廣泛的設備提供電視內容，以滿足消費者不斷變化的消費行為和偏好。同時，ATSC正在努力提升廣播服務平臺的附加值，擴大其覆蓋范圍，開辟新的業務模式。
與2008年推出的DVB-T2相比，ATSC3.0最重要的進展不在效率的提高上。ATSC3.0首先是從需求調研入手，ATSC3.0技術組（TG3）下面成立了四個專家組，分別是系統需求（S31）、物理層（S32）、管理與協議層（S33）、應用與表述層（S34）。根據S31收集到的應用需求，進行物理層、協議層、應用層的設計。
ATSC3.0的最大亮點有兩個：第一是完全放棄了廣播TS流，轉而采用以IP為中心的技術方案。再者，在此基礎上實現的網絡融合——未來廣播網絡可以和電信網及互聯網真正融合起來。
從前的制播環節盡管已經實現了IP化，但是傳輸仍然采用TS流方式，到用戶接收端，所有IP接收設備仍需一次轉換才能實現觀看。ATSC3.0以后，電視臺制作的節目，不僅可以通過廣播網絡進行分發，也一樣可以通過互聯網和電信網進行分發，相同的協議采用使得無論是通過什么網絡傳輸的數據流在到達用戶端后都可以同步協同呈現。
以多語種為例，當該節目在西班牙語播出的時候，過去的做法要么是所有西班牙語聽眾都通過互聯網通道進行點播，占用大量帶寬，要么是將西班牙語的IP流重新解復用、解碼，再復用成新的TS流下發到廣播通道。采用ATSC3.0標準以后，只需要將西班牙語的IP數據流轉到廣播通道下發即可，廣播流程發生了徹底變化。
2013年，美國ATSC著手開展下一代數字電視系統ATSC3.0標準體系的研制工作，ATSC3.0已經陸續發布了20余項標準文件。2013年初，美國ATSC向全球征集下一代數字電視系統物理層方案，從此拉開了美國下一代地面數字電視標準研究的序幕。工作組經過3年多的努力，形成了ATSC3.0標準體系，提交給美國聯邦通訊委員會（FCC）審核。2017年11月16日，美國FCC投票通過了ATSC3.0標準體系。
2018年3月5日，美國聯邦通信委員會(FCC)有關下一代廣播電視標準ATSC3.0可按自愿原則部署的法規正式生效，這標志著美國下一代電視標準部署進程正式啟動。WRAL-TV是采用這一標準的先驅電視臺，已進行了ATSC 3.0廣播測試，首次以4K格式播送了冬奧會內容。2018年6月15日，2018年俄羅斯世界杯揭幕戰的開啟標志著全球首個具備沉浸式和交互式功能的廣播電視節目的正式播出。韓國SBS電視臺通過基于ATSC3.0標準的超高清視頻技術直播該項賽事，由Fraunhofer主導研發的MPEG-H電視音頻系統的高級功能為用戶帶來沉浸式和交互式音頻體驗。為了給觀眾帶來身臨其境的視聽享受，體育場內的沉浸式環境音將以5.1+4H聲道的布局方式進行拾取和傳輸，并配以具有高動態范圍控制功能的超高清視頻內容。得益于MPEG-H基于對象的功能，針對每一場超高清賽事，SBS為觀眾打造了三種音頻預設：純粹環境音、韓語解說版和英文解說版。通過MPEG-H的對白增強功能還可以根據自身需求優化對白混音效果，該功能也將幫助聽力障礙人士更好地理解節目內容。
五.我國DTMB-A技術標準及應用
2015年7月8日，國際電信聯盟（ITU）8日公布：由中國政府提交的中國地面數字電視傳輸標準的演進版本（DTMB-A，DTMB Advanced）被正式列入國際電聯ITU-R BT.1306建議書“數字地面電視廣播的糾錯、數據成幀、調制和發射方法”，成為其中的系統E（如圖3）。這標志著DTMB-A已經成為數字電白方視國際標準。數字電視地面廣播傳輸演進系統DTMB-A，通過對幀結構、星座映射、糾錯編碼等部分進行改進，獲得更優的系統性能。DTMB-A系統在8MHz帶寬下，可支持5.00Mbit/s-49.51Mbit/s的系統凈荷數據率。
圖3 國際電信聯盟標準ITU-R BT.1306-7
清華大學教授、北京數字電視國家工程實驗室主任楊知行指出，中國數字電視DTMB標準是繼美、歐、日之后的第四個數字電視國際標準。由于“后發優勢”中國DTMB標準在第一代標準中處于領先地位。而此次研制推出的DTMB-A，主要是為了應對歐洲第二代數字電視標準DVB-T2的國際市場競爭和適應超高清電視廣播傳輸的需要。DTMB-A具有傳輸容量大、信號接收靈敏度高、抗干擾能力強、高速移動接收性能好等特征，是在原有DTMB標準基礎上的增強和提高。DTMB-A主要技術特點包括：新的靈活幀結構大幅度降低接收機復雜度和能耗，靈活支持多種業務；支持256QAM/256APSK等高階調制，使得數字電視傳輸演進系統頻譜利用率相比于現有國標DTMB有明顯提高；基于Golay-APSK的調制體制，在提高頻譜效率的同時提高差錯控制性能，保證傳輸的可靠性；新型LDPC碼進一步降低載噪比門限；多天線發射分集技術獲得空間分集增益，可消除傳統單頻網系統中“人工多徑”的影響，獲得更好的信號覆蓋；基于時頻二維信號處理的測距和定位算法，可實現在視距條件下的高精度、低復雜度的無線定位算法。
這一標準已經開始了產業化之路。2013年，在國家發改委支持下，北京、上海和深圳數字電視國家工程實驗室(或研究中心)共同推進DTMB-A芯片的產業化工作，中關村數字電視產業聯盟完成了DTMB-A產業鏈建設。在商務部支持下，巴基斯坦將首先采用DTMB-A標準。楊知行教授表示，DTMB-A標準成功“國際化”，使得以標準輸出為“龍頭”，帶動我國數字電視技術、產品、服務、文化和金融等多個產業鏈的成套出口成為可持續發展的模式。
DTMB-A秉承“繼承并發展已有核心技術”、“創新與性能并重，堅持自主知識產權”兩大基本原則，從全面提升數字電視系統的傳輸性能、全面拓展數字電視系統的應用領域這兩個不同層面出發，著力提升頻譜效率、接收門限、單頻組網、抗多徑能力和高速移動接收等主要性能指標，使其達到或超越D V B-T2標準，繼續占領技術制高點，全方位支持地面數字電視廣播的超高清、高清、標清、手機電視節目、互聯網數據等業務。地面國標演進系統（DTMB-A）在一些關鍵技術上做了重大改進，并取得了技術突破，包括：
1.增加256A P S K和F F T參數選項，確保凈載荷容量能夠有效增加，最高傳輸碼率超過了歐洲第二代標準DVB-T2，且獲得的測試指標相當。目前，DVB-T2主要模式下，其傳輸碼率在38.6Mb/s左右；而DTMB-A應用示范系統在四路高清傳輸時的傳輸碼率則已達到39.4Mb/s；即使在常規模式下也能夠達到49.3Mb/s（比DTMB系統有將近50%的提升）。
2.采用G r a y-A P S K星座圖和新型L D P C碼，兼容多種碼率設計（1/2、2/3、5/6）和多種碼長設計（15360、61440），接收C/N門限優于DVB-T2。
3.采用新型復幀信令結構和時頻二維動態分配，從而可以更方便地支持多業務。
4.基于TDS-OFDM天線分集技術，可以有效降低單頻網構架的復雜度，改善用戶接收性能。
5.基于星座圖擴展的降峰均比技術。
DTMB-A系統仿真平臺在各種信道條件下完成與DVB-T2的性能對比。仿真結果表明DTMB-A在頻譜效率、接收門限、單頻組網、抗多徑能力和高速移動接收等主要性能指標達到或超越DVB-T2的水平。目前完成的數字電視傳輸演進系統的DTMB-A原型樣機，在8MHz的廣播頻段內，魯棒的固定接收碼率可達38.7Mbit/s；穩定的移動接收碼率可達23Mbit/s；接收門限在同等傳輸速率下，達到國外第二代地面數字電視傳輸標準D V B-T2的指標要求；高速移動條件下的接收性能也遠好于DVB-T2。數字電視國家工程實驗室（北京）現已經組織DTMB標準產業鏈企業進行DTMB-A試驗樣機研發，并于2012年1月完成了DTMB-A系統試驗樣機的聯通，固定接收的傳輸速率接近40Mbit/s，移動接收的傳輸速率達到20Mbit/s以上，與原DTMB《地面數字電視接收機通用規范》相比，在復雜多徑信道下接收信噪比門限有1.5dB以上的改善。
香港地面數字電視廣播，一直在積極充當國家數字電視廣播創新發展的先鋒。2012年9月，香港電臺及無線和亞視，聯合北京數字電視國家工程實驗室，在香港進行了DTMB-A測試（同時還進行E-DTMB數據業務的測試），雖然傳輸碼率高達37.6Mb/s（最高可達近50Mb/s），顯著提高了頻譜的利用率和傳輸碼率，并進一步降低了接收門限，效果達到甚至優于DVB-T2。在香港進行的DTMB-A測試驗證了電視臺直接利用DTMB系統來做，可以兼容DTMB系統原有的基礎設施，傳輸容量顯著提升；驗證了DTMB-A高效率模式在香港復雜環境下也可以實現可靠接收，特別是在香港有山、有海、有潮汐等地理環境下。
2018年11月，數字電視國家工程實驗室（北京）與清華大學在浙江嘉興進行了中國首次超高清電視地面無線廣播試驗，實現了單頻道單點發射超高清電視無線覆蓋。這次超高清電視地面廣播試驗主要參數如下：
圖4 浙江嘉興超高清電視地面無線廣播試驗
支持50或60幀4K超高清視頻；
信道傳輸：DTMB-A， 256APSK、LPDC碼率；
傳輸碼率超過40Mb/s；
發射頻道：中心頻率562M H z，8MHz帶寬
發射功率1KW，發射塔天線高120m；
覆蓋范圍達40KM。
此外，數字電視國家工程實驗室（北京）和清華大學在地面數字電視標準的演進技術包括MIMO傳輸和多頻道綁定技術等方面已開展了深入研究，積累了大量具有自主知識產權的重要成果。通過進一步改進和完善技術方案，可以實現逐步8K地面數字電視無線廣播覆蓋。
六.前5G通訊時期中的廣播通訊技術
在4G\LTE時代，終端用戶對移動視頻業務的需求與日俱增，基于L T E的演進型多媒體廣播/多播技術規范也在相應繼續完善。3GPP一方面進一步提高MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service，多媒體廣播多播業務）的業務性能，另一方面則需適應新的SAE/LTE的系統架構要求。3GPP在2010年開始完成了基于LTE的eMBMS（Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service）技術。eMBMS基于3GPP R9協議規定，在邏輯架構、業務模式、傳輸方式和信道結構等方面進行了重大改進，更加適應移動視頻業務在LTE網絡上的傳送和使用。eMBMS也被稱為LTE廣播，是一種先進的移動數據傳輸技術，可以使運營商顯著降低在LTE網絡上同一時間向多個用戶提供諸如視頻、音頻等高帶寬內容的成本。
2014年，德國慕尼黑進行了全球首個大型的增強型多媒體廣播多播業務（eMBMS）4G電視廣播單頻試驗網絡，目的在于向業界證明4G LTE網絡可作為傳統/經典地面數字電視廣播網絡的補充。該試驗所采取的是UHF頻段中進行數字電視廣播的“黃金”頻段——700MHz頻段，即3GPP的Band 28，并采用APT700方案。試驗網絡覆蓋了高達400平方公里的地域。
此次大地域覆蓋試驗實現了將傳統的線性廣播電視節目延伸傳輸至人們的便攜式移動智能終端設備，相關系統具備了融合傳輸/分發線性電視內容、非線性電視內容、點播電視與交互式電視的能力。項目組還研究了如何通過提高無線頻譜資源利用效率來減小需要部署4G電視廣播功能的基站數量，從而達到減小將來現網部署所需成本的目的。試驗中還部署了LTE機頂盒設備，從而實現了基于廣播/寬帶網絡融合、可替代傳統地面數字電視廣播的4G電視廣播。試驗發現，對于歐洲的某移動通信基礎網絡運營商，僅在其三分之一的基站中部署4G電視廣播功能，即可覆蓋與現有DVB-T網絡相同覆蓋面積。另外，此次大型試驗還實現了對于人們通過智能手機觀看電視內容時的體驗的重大改進，具備非常豐富的用戶體驗——用戶使用智能手機可以很輕松地切換使用電視服務與點播或Internet服務。傳統上通過廣播網絡與寬帶網絡結合起來才能提供的聯網電視服務或HbbTV（廣播/寬帶混合型電視）服務，在此次試驗中僅通過單一的4G電視廣播網絡就全部實現了。如圖4所示，試驗中，還實現了將智能手機作為電視機頂盒——智能手機把從4G電視廣播網絡所接收到的內容“投射”至大屏幕電視機。這使得4G電視廣播相比于傳統的地面數字電視廣播又多了一大優勢：對于后者，每制定并發布一個最新版本的技術標準，就需要電視機頂盒或一體化電視機具備很好的后向兼容性，而前者則無需進行相關考慮。智能手機的創新周期要短得多，而且可以更快地為大眾所使用。這樣，用戶就可以不用更換家里的電視機，而通過智能手機進行投屏連接，從而可隨時隨地作為移動電視機、智能遙控器、電視機頂盒等。
圖5 試驗中把商用4G電視廣播智能手機作為大屏電視機的機頂盒
2015年CES展會期間，Qualcomm使用驍龍810公開演示了全球首次采用LTE廣播對4K內容的傳輸。通過LTE廣播可以將4K的內容非常有效的傳輸給移動終端，并且能保證較高的質量。由于采用“一對多”的傳輸模式，在實際應用中可以幫助運營商卸載對頻譜占用較大的高需求內容的傳輸。為了加速LTE廣播技術的開發，Qualcomm已經推出了一套面向增強型多媒體廣播多播業務（eMBMS）的完整LTE廣播解決方案，包括LTE芯片、廣播客戶端、多媒體服務以及用于LTE廣播應用開發且經過驗證的軟件開發工具包（SDK）。
2017年，凍結的3GPP Release 14中，3GPP對eMBMS作了一些改進/演進（比如擴大OFDM符號的循環前綴長度）。剛凍結才幾個月的時間，目前，歐洲產業界就已經開始對這種演進型的eMBMS進行現網試驗了，而且把它稱為“FeMBMS”（Further evolved Multimedia Broadcast MulticastService）。
一個5G廣播試驗場正在德國巴伐利亞奧伯蘭設立，這是巴伐利亞研究項目“5G Today”的一部分。在廣播技術研究所（IRT）的領導下，項目合作伙伴Kathrein公司和羅德與施瓦茨公司正在研究5G網絡上進一步演進的多媒體廣播多播服務（FeMBMS）模式的大規模電視廣播。此項目得到關聯合作伙伴西班牙電信（德國）和德國巴伐利亞廣播公司的支持。該項目主要采用5G廣播模式FeMBMS。FeMBMS是eMBMS(增強型多媒體廣播多播業務)進一步開發的結果。
5G時代更大量的移動用戶、更為增強的終端能力、更高容量網絡的部署，對于目前業界進行的新興技術的研究及應用將帶來很大的挑戰。“5G廣播”的發展目標很明確：一是5G網絡要能提供新興的廣播/單播混合型業務；二是讓經典廣播方式具備更強的交互性。
2018年“5·17”世界電信和信息社會日當天，中國首個基于5G測試網絡的8K視頻應用平臺在上海正式首發。發布會現場，上海廣播電視臺旗下東方明珠新媒體股份有限公司、百視通公司，與中國電信上海分公司、富士康科技集團、諾基亞、Intel、華為、中興、烽火、愛立信、晨興軟件、小鳥看看、杜比實驗室、未來媒體、上海交通大學、南京郵電大學等15家合作伙伴聯合宣布成立“5G+8K”產業聯盟，共同啟動相關測試平臺——“5G+8K試驗網”。希望共同發揮上下游主流企業在各自領域的產業優勢，進行資源整合、合作創新，共同推進產業建設的新未來。
2018年12月，第十二屆音樂盛典咪咕匯在上海盛大開幕，周杰倫、張惠妹等華語樂壇著名歌手悉數亮相。在上海移動、咪咕、華為的通力合作下，本次音樂盛典成功實現了5G網絡切片在全球大型活動直播中的首次應用。
2018年12月，中央廣播電視總臺與中國移動和華為等四家單位共同簽署了《合作建設5G新媒體平臺框架協議》，各方共同表達了對于5G網絡應用于新媒體的期待。5G網絡以其“高速率、低時延、大容量”的特征，將為超高清視頻技術的大規模應用提供必要條件，而5G技術與4K、8K、VR等超高清視頻結合，將會為視頻內容的采、編、播、傳等各個環節帶來革命性的變化。
2019年1月，中國移動與央視合作便有了新進展，中國移動在中央廣播電視總臺光華路辦公區率先開通2.6GHz+4.9GHz 5G雙頻網試驗點。1月13日，中央廣播電視總臺聯合中國移動、華為公司在廣東深圳成功開展了5G網絡4K電視傳輸測試。走過36年的央視春晚，將在深圳分會場歷史性地首次實現4K超高清內容的5G網絡傳輸。
圖6 CCTV 5G測試
經過現場測試，在雙頻設備均開通100M帶寬時，5G網絡下行帶寬能力達5Gb/s以上。
5G雙頻基站將直接支撐中國移動與中央廣播電視總臺合作中的創新業務測試及新媒體應用實踐。
七.技術應用趨勢與展望
截止目前，我國第一代地面數字電視標準DTMB頒布業已12年，2020年也將開始地面模擬電視向地面數字電視的過渡。因此，有必要制定一個我國下一代地面數字電視的科研計劃，開始啟動我國新一代地面數字電視標準的研制工作。制定出我國新一代地面數字電視標準體系，充分利用廣電在內容方面的優勢，摒棄“網絡僅僅是管道，網絡獨立于內容”的思想，進一步整合節目服務與傳輸服務，構建‘內容+網絡’、‘廣播+互聯’的未來數字電視協同覆蓋網絡，從而保證廣大受眾能像移動互聯網用戶一樣，隨時隨地接入未來廣電融合網絡，享受更加優質的廣電服務。
我國新一代地面數字電視標準應用層應采用開放、多元的技術，可以包括：新一代音視頻編碼技術、高動態HDR技術、全息音頻3D Audio技術、HTML5呈現技術、智能操作系統、人工智能語音識別技術以及音視頻大數據分析推薦技術等。全球幾乎所有的廣播者都在考慮廣播和互聯網的融合問題。未來的廣播電視需要反向信道，但是廣播電視服務本身的反向需求帶寬并不高，主要業務是電子商務、視頻點播以及信息反饋，是一種典型的雙向非對稱業務。
隨著移動通信和終端技術的發展，用戶獲得信息服務的渠道和觀看視頻的方式發生了變化，廣電行業面臨嚴峻挑戰。移動網絡正在從傳統的以語音為主的通信網向具有綜合承載能力的信息網絡轉變，成為一個信息承載平臺。廣電網絡要抓住這個變革的機遇，推動移動通信網和廣電網絡融合，開展基于雙向通信和單向廣播融合的無線交互廣播電視業務，以服務大眾，傳播主流文化，滿足新時代的新需求。為此，總局科技司發起成立了“無線交互廣播電視”工作組，制定與5G融合的新一代無線廣播標準。
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議。總局科技司司長許家奇講到，中央提出了推進媒體深度融合、移動優先的戰略要求，廣播電視網與移動通信網的協同、融合是支撐廣播電視業務發展的客觀要求。無線交互廣播電視工作組將秉承開放、包容的原則，充分學習、借鑒國際先進標準組織的成功經驗，研究5G背景下的無線廣播電視技術。聯合各行各界產學研用相關單位，共同推進落實智慧廣電戰略，打造新一代無線交互廣播電視網。工作組制定的相關技術標準和體系需要經得起時間考驗、實踐考驗和用戶的考驗。
2018年底，國家廣播電視總局向各省廣電局、總局直屬各單位和中央廣播電視總臺印發了《關于促進智慧廣電發展的指導意見》。《指導意見》提出加快建立面向5G的移動交互廣播電視技術體系。統籌無線廣播電視數字化與下一代無線通信技術發展，推動融合演進、協同創新、重點突破，加快構建面向移動人群的新型無線廣播電視網絡，加強技術研發、標準制定，推進技術試驗和應用試點。突出移動優先策略。主動適應新技術條件下媒體服務泛在化、移動化、交互化、個性化的潮流趨勢，貼近受眾需求、提升受眾體驗，把資源、技術、力量向移動端傾斜，補齊廣播電視移動短板，把握移動機遇，服務移動受眾。《指導意見》提出加快智慧廣電傳播體系建設，以服務用戶為中心，加快廣播電視網絡傳播體系整體性轉型升級。加快智慧廣電生態體系建設，加快培育和建立智慧廣電新生態；推動廣電治理能力現代化；推動共建共享與多元共治；推動開放合作與共同發展。
（全文完）
參考文獻：
[1]《ITU-R：全球4K/8K超高清晰度地面數字電視廣播網絡現網試驗現狀》李遠東著。
[2]www.dtnel.org數字電視國家工程實驗室（北京）網站。
[3]《美國新一代數字電視atsc+3.0標準技術體系介紹》 上海交通大學未來媒體網絡協同創新中心、數字電視國家工程研究中心。
[4]《我國新一代地面數字電視標準體系建設構想》 馮景鋒，張文軍，管云峰，劉駿，何大治著。
[5] http://bc.tech-ex.com（科訊網）
[6] http://www.rti.cn/ （《廣播電視信息》）
[7] www.lieku.tv （國家新聞出版廣電總局廣播電視規劃院）