模擬電視將退出歷史舞臺 全面數字化還面臨雙重制約
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日正式進入全面數碼電視廣播時代。而根據今年7月國家廣播電視總局下發的《關于按規劃關停地面模擬電視有關工作安排的通知》，全國各地的中央臺節目地面模擬電視信號于8月31日前，地方節目的地面模擬電視信號于12月31日前完成關停，特殊情況最遲于2021年3月31日前完成關停。
從模擬到數字，是電視技術的一次關鍵升級，在我們邁入全面數字電視之際，模擬電視也要永遠退出歷史舞臺。數字電視與模擬電視相比有哪些優勢？模擬電視全面退場后，空余的頻譜信號又將發揮出怎樣的價值？
數字編碼帶來更高傳輸效率
據了解，模擬信號是指用連續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連續變化。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，通過接收設備即可還原成信息信號。
模擬信號的廣泛應用始于20世紀初期，在當時的電話系統中，聲音信號被轉化為電信號，然后沿著導線傳送出去，被位于另一端的接收設備偵測解析。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，會讓通話質量大幅下降。
為了解決這個問題，信息論的創始人克勞德·艾爾伍德·香農提出了一個方案：將語言轉化為簡單代碼，檢測音頻信號之后進行采樣，將每個采樣點的波動頻率數值轉化為由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，接收端可以重構原始音頻信號。這就是數字信號的雛形。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字電視信號又有什么區別呢？
“模擬電視信號主要由圖像信號和伴音信號組成，通過調幅和調頻方式調制在射頻載波上，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換，呈現出我們所看到的電視節目。”上海交通大學圖像通信與網絡工程研究所副所長宋利告訴科技日報記者。
而數字電視信號則是從信源開始，將圖像畫面的每一個像素、伴音的每一個音節都通過二進制數進行編碼，經過信源壓縮編碼和信道編碼后，以比特率的形式進行發射、傳輸，接收端解碼后便可復原圖像和聲音。
“本質上，在有限帶寬下，數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。傳輸的信息多了，電視的聲音和畫面質量自然就更好。”宋利舉例說，1個8MHz帶寬的地面模擬電視頻道只能傳輸1套節目，而地面數字電視采用數字壓縮技術，在同樣8MHz帶寬下可以傳輸多套廣播電視節目。
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。地面數字電視則不會出現模擬電視中常見的“雪花”現象，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目。
全面數字化還面臨雙重制約
從模擬電視切換到數字電視，不只是新舊技術的更迭，更是數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，現場直播就使用了全高清數字電視。“數字電視的相關技術出現較早，但模擬電視的淘汰和數字電視的規模化、商業化應用是一個緩慢過程。”宋利說。
由于各國地理環境差異較大，加上傳輸中存在信號遮蔽效應以及移動接收等考驗，地面數字電視在標準制定和選取時必須考慮現實狀況。所以，自然環境與技術的雙重制約在一定程度上延緩了大多數國家地面數字電視信號傳輸的推進。
據了解，數字電視信號的傳輸方式主要分為有線傳輸、地面傳輸和衛星傳輸3種。宋利解釋說：“對于數字電視信號來說，有線傳輸方式的衰減率相對較低，而地面信號傳輸或衛星信號傳輸到達室內后，會存在一定的穿透損失，導致信號嚴重衰減。而且在移動場景下，多普勒效應也會導致信號衰減。”
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。“例如發展NOMA技術(非正交多址接入技術)、太赫茲傳輸技術、空天地一體化等更先進的傳輸技術，同時要研發更先進的電子元器件以形成新的解決方案。”宋利說。
優化數字電視體驗，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絡，從而實現在地面廣電傳輸丟包(數據包傳輸過程中出現丟失)時通過移動通信網絡為其補包，而廣電網絡憑借其天然的共性效率，可以為移動通信網絡分擔流量，提升數字電視網絡內在價值。”宋利說，“無感補包能更好地提升數字電視在移動場景下的體驗，而通過移動網絡的個性化交互可以激發地面數字電視的活力。”
廣電與通信深度融合成為趨勢
在今年上半年，工業與信息化部印發了《關于調整700MHz頻段頻率使用規劃的通知》，指出“將700MHz頻段規劃用于移動通信系統，為5G發展提供寶貴的低頻段頻譜資源，可推動5G高、中、低頻段協同發展”。
據了解，騰挪出來的這部分頻譜資源屬于低頻段，非常優質。“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技術與產業應用研討會上，中國廣播電視網絡有限公司副總經理曾慶軍表示，中國廣電如何與傳統三大運營商避免同質化競爭，形成差異化發展，是一個重大課題，中國廣電找到的突破點是5G NR廣播。
據了解，5G NR是基于數字多載波調制方法的全新空口設計的全球性5G標準，也是下一代非常重要的蜂窩移動技術基礎。5G NR廣播不改變5G的傳輸層、物理層現有的體系，利用5G現有的NR信道進行5G網絡部署，是5G技術與廣電業務的結合，可以實現5G廣播與5G通信網絡一體化。相比傳統廣播技術，其功能更全面，適配的應用場景也更廣。
據悉，今年10月，中國廣電已經聯合華為等廠商成功進行了5G NR廣播實驗。
“利用廣播電視發射塔和移動基站，即利用5G調制和信道方式以及5G組波和單波的模塊播出數字電視。對整個廣電行業來說，是一個重要的發展技術選擇。”曾慶軍說，該項技術成熟后，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目。（代小佩）
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