我国卫星直播系统和数字广播电视的发展.doc

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1、章之俭(国家广播电影电视总局科技委 1000866)摘要 : 文章谈了两方面的问题 : 1 、建立我国的卫星直播系统 , 是尽快提高我国广播电视人口覆盖率的有效手段 , 文章作者结合国情 , 对我国如何开展广播电视直播卫星业务及发展我国的卫 星直播存在的问题进行了探讨 。2 、介绍了我国广播电视由模拟向数字过渡的基本情况 , 重点介绍了我国数字电视 (含高清) 标准的制订情况及大体内容 。关键词 : 卫星直播系统数字电视高清晰度电视数字化标准广播电视是社会主义文化建设 、精神文明建设的重要阵地 , 也是国家信息产业的重要组成部分 。 它具有时效性强 、形象生动 、传送容量大 、传播范 围广等特

2、点 , 成为最具影响力的大众传播媒体 。多 年来我国广播电视事业发展 , 已成为世界广播影视 大国 , 广播电视成为人民大众日常生活的重要组成 部分 。面临二十一世纪的到来 , 我国广播电视事业 面临新的发展和机遇 , 下面就当前我国广播电视面 临的两个重要任务 , 谈谈我个人意见和看法 。1实现卫星直播系统 , 提高广播电视覆盖率提高全国广播电视的人口有效覆盖率是广播电 视工作者始终的重要任务 。广播电视任务是宣传人民 、教育人民 、服务于人民 , 让全国人民都能听到 听好广播 、看到看好电视 , 这是广播电视工作者的 神圣任务 。经过我国几代广播电视工作者的努力 ,至 1999 年底广播电

3、视的人口覆盖率分别是 9014 %和 9115 % , 也就是说还有约 10 %的人口听不到广 播看不到电视 。这些广播电视盲区大都集中在人口居住分散 、地形复杂 、经济落后的贫困农村 、山区 和边境少数民族地区 。在广播电视事业发展规划中 , 提出了提高广播 电视人口覆盖率的目标是 , 十 五要达到 95 % ,2010 年要接近 99 % , 这是一项十分艰巨的任务 。 我们必须依靠科技进步 , 根据我国国情采用先进适 用技术来肩负这个重任 。1 . 1 利用卫星广播电视是扩大覆盖的一个有效手段 , 我国对卫星广播电视的应用经历了从节目 传送到面向覆盖的几个阶段 。(1) 我国从 1985

4、 年开始 , 利用卫星广播电视 技术进行中央电视台 、中央广播电台和国际广播电台 , 以及省 、市 、自治区的电视和广播节目的大面积传送覆盖 , 先是以模拟信号方式传送 , 1997 年 又转为数字信号方式传送 。这阶段卫星广播电视应用主要作为节目传送手段 。各地转播台或有线电视台前端经接收转换为模拟信号 , 然后通过本地的传 播载体传送分配到广大居民家庭 。(2) 1998 年提出了全国 “村村通”广播电视 的任务 , 通过卫星广播手段 , 把我国中央和省的广播电视覆盖率目标提高到解决我国人口集中的最小 行政单位“村”所在地及其附近地区的覆盖 。先是解决 10 万个行政村 , 接着是解决全国

5、 50 万个自然 村 。采用以卫星广播电视收转站为主的多种技术手段 , 逐步解决这些地区广播电视的人口覆盖 。通过 这阶段的任务 , 可使全国广播电视覆盖率基本达到95 % 。(3) 我们的覆盖目标是 99 % , 这将接近於广 播电视发达国家的指标即 9915 %以上 。这阶段增加覆盖的主要对象是对村以下分散的几户或几十户的居民群 , 单靠地面的广播电视传播手段几乎是不 可能的 , 仍只有依靠卫星广播电视 。为减少地面部 分的总体投资 , 一个经济有效的手段是采用星上大 功率的直播卫星系统 。我国正在积极筹备我国的直播卫星系统 , 争取 能在第 10 个五年计划内实施 , 把我国广播电视的

6、人口覆盖率尽快提高到接近 99 % , 同时推动我国 相应产业发展 , 普及地面接收站 , 促进我国产业化 进程 。国际 电 信 联 盟 ( I TU ) 于 今 年 6 月 召 开 的 WRC 2000 大会上 , 对卫星广播业务的轨道和频 率资源进行了重新规划 , 我国共取得了 4 个轨位 、8 个波束和 96 个频道的卫星广播业务资源 , 这是我国取得的宝贵卫星业务空间资源 。我们要尽快落 实其实施计划 , 充分利用这资源 , 发挥其效应 。1 . 2 如何开展我国的广播电视直播卫星业务 , 应密切结合我国国情 , 进行可行性研究 , 对以下一 些问题进行认真探讨 。(1) 充分依靠我国

7、国内的航天制造技术 , 利用 成熟的星体平台 , 经过改型 , 既最大限度满足我国第一期直播卫星使用技术要求 , 又要求研制周期短 , 风险减至最小 , 即解决使用要求和风险之间的 矛盾 。(2) 轨道位置的选择 , 有利于国内大部分地区 接收仰角高 , 噪波小 ;(3) 采用单波束全国覆盖 , 优化波束成形设 计 , 在考 虑 各 地 雨 衰 情 况 下 , 地 面 接 收 天 线 为015 m 直径左右 , 能达到 99159919 %个体接收的 可用度 ( 比模拟个体接收可用度从 99 % 提高到9915 %或 9919 %是由于数字信号接收的门限阀值 ,在门限以下有削壁效应) 。要考虑

8、转发器功率和转 发器数的最佳配置 ;(4) 转发器带宽选择要考虑在 MCPC 方式传输下 , 卫星带宽资源的有效利用 , 采用 Q PS K 调 制 , 前向纠错为 1/ 2 3/ 4 , 为发挥全数字化的优 点 , SD TV 传输码率应按 6Mbp s 以上 , D H TV 按21Mbp s 考虑 。(5) 卫星广播系统规划资源利用的远期规划和 从现有卫星广播电视系统向直播卫星系统过渡的技 术政策 , 即从 C + Ku Ku 、模拟 + 数字 数字 、 卫星传输 + “村村通” 卫星直播的过渡 ;(6 ) 在 卫 星 直 播 系 统 中 , 除 考 虑 SD TV 和 HD TV 外

9、, 还要考虑多路高质量立体声的数字音 频广播和多媒体数据广播 (可以是在压缩后复合数 据流中传送或 IP 透明传送方式) 。相信卫星直播在我国具有良好的发展前景 。在我国首先以 SD TV 为主 , 我国已制定了相应的国 家标准 , 主要设备可由国内产业部门提供 。此外建 议部分时间进行 HD TV 的试验 , 这方面我国相应 的标准也已制定 , 这将推动我国 HD TV 节目制作 的培植积累 , 也将有力促进我国 HD TV 产业的发 展 。卫星直播的实施将是信息高速公路的重要组成 部分 , 必将带动卫星直播的相关产业 , 将成为我国 国民经济发展新的增长点 。1 . 3 当前发展我国卫星直

10、播存在的主要问题 有 :(1) 要抵制西方空中文化的侵蚀 , 使我国的卫星广播电视得以健康发展 。尽管国际电联规定直播卫星 Ku 波段波束覆盖范围局限于本国领土 , 外国 卫星波束不得侵入我国境内 , 但我们仍需要在技术 上进行控制接收 , 有效控制境外卫星的侵入 ;(2) 自行开发我国的有条件接收系统是当务之 急 , 这是卫星直播后开展有偿服务的重要措施 。加快广播电视由模拟向数字的过渡2 . 1 数字化给广播电视带来的重要变化当前 , 广播电视技术正面临着一个重大变革时 期 , 即广播电视已进入了新的数字电视时代 。数字化给广播电视带来了重大的变化 :(1) 质量提高 , 透明传送 , 即

11、使远在天边听到 的看到的也如临现场 ;2(2)节目制作运用多种手段 , 使节目丰富多彩 ;节目套数大量增加 , 可实现按需点播节(3)目 ;(4)(5)实现数据广播等多媒体广播 ;新一代的广播方式出现 , 如高清晰度电视 、数字音频广播等 。2 . 2 模拟向数字全面过渡的基本情况 随着科技推进 、电子产业的发展 , 数字电视已进入了实用阶段 。进入 21 世纪 , 模拟向数字的全 面过渡正快速进行 。我国也正在积极推动这项过渡 。整个广播电视系统组成可以分为 3 个环节 , 过 渡的基本情况如下 :(1) 信号源方面 : 广播电台和电视台 , 大部分 设备已更新为数字设备 , 在一段时期内模

12、拟和数字 两种设备会并存 , 预期 2005 年前 , 将基本完成向数字化的过渡 ;(2) 节目传送方面 : 全国和各省的干线传送和 短距离传送 , 已基本实现了以光纤为主 、微波为辅 的传送网 , 采用了 SD H 、A TM 或 IP 的传送模式 ;(3) 到用户的分配系统 : 可以有 3 种传送分配 方式 , 即卫星直播方式 、有线电视分配方式和地面 广播接收方式 。鉴于到用户的分配接收牵涉面广 , 全国拥有电视机 3 亿多台 , 收音机 5 亿多台 , 从模 拟向数字过渡 , 将涉及到每家每户现有接收设备的 更新改造 , 需由用户自己投资 , 因此 , 完成这个环节的过渡 , 需要较长

13、的时间 , 一般要 810 年 。我 国按照经济发达程度不同的地区 , 过渡时间也将不 同 , 预期也要 10 年左右 。3 我国数字电视标准问题向数字化发展 , 首先要解决标准问题 。在建立 数字广播电视台之前 , 必须确定我国国家数字广播11电视体制 、标准和相关参数 。1999 年 , 广电总局组织了系统内外专家开始 数字电视 (含高清晰度电视) 标准制订的起草研究 工作 。2000 年 9 月 , 国家质量技术监督局正式下 达广电总局负责编制国家数字电视标准的任务 。为 此 , 我们将进一步联合全国力量 , 加快标准的制订 进程 。(2) 关于扫描格式高清晰度电视比常规清晰度电视的图像

14、分辨力 要提高 5 倍 , 为此 , 标准考虑了 3 种格式 。1080i ( 1920 1080/ 25/ 2 1 ) 格 式 , 这 是 I TU R 提出的正式标准 , 得到了国际电视界的普 遍认可 , 也有较广泛的应用 , 就目前而言 , 1080i 比较适合于作为我国高清晰度电视的扫描格式 。1080p (1920 1080/ 50/ 11) 格式 , 是一种理 想的格式 , 具有很高的时间和空间分解力 。但目前难以实现 , 将作为一种具有发展前景的扫描格式提 出 。还有一种是 24p 格式 ( 1920 1080/ 24/ 1 1) , 这个格式是考虑电影素材在电视节目广播中的广泛

15、 应用 , 它有利于电子手段制作电影 。3 . 2 . 2 图像压缩编码图像信号经模数转换 , 其原始码率很高 , 对常 规数 字 电 视 约 220Mb/ s , 对 高 清 晰 度 电 视 约112 Gb/ s , 对这种高的码率要进行传输和记录储存 是困难的 , 因此 , 必须进行压缩 。我们采用了国际通用的 M P E G - 2 压缩算法标准 , 等同采用 1 SO/ I EC 13818 - 2 标准 。根据不同的质量要求 , SD TV 可压缩至 3 8Mb/ s , HD TV 可压缩至 20Mb/ s 左右 。3 . 2 . 3 声音压缩编码在 SD TV 中考虑的是立体声

16、, 在 HD TV 中需 考虑环绕声 , 即 3/ 2 立体声 (3 个前置/ 2 个环绕声 扬声器声道) 加 L F E ( 低频增强声道) 格式 , 简 称 511 系统 。在双声道立体声广播和 SD TV 卫星 数字电视中 , 我国已广泛采用了 M P E G - 1 层 2 , 即 M U S ICAM 标准 ; 在 HD TV511 声道信源压缩 编码标准中 , 现已成熟推向市场的有 M P E G - 2 、 Dolby AC - 3 和 D TS 等标准 , 我们正在进行分析 研究中 , 将尽快制定标准 , 以适应数字电视广播发 展的需要 。3 . 2 . 4 信道编码和调制 作

17、为点到点的长距干线或短距节目传输 , 统一采用了 SD H 或 A TM 方式 。作为向广大家庭用户 的分配传送 , 有 3 种不同的传送介质 , 它们具有不 同的传送特性 , 因此 , 传送体制也就不同 。不同的传送条件须和不同的编码调制方式相配 合 , 这样才能最佳发挥其效益 。下面分析介绍 3 种 不同的分配传送方式 :(1) 卫星传送方式 D TV - S我国从 1997 年开始 , 中央电视台和一些省电 视台在卫星电视广播作为节目传送手段中 , 就采取3 . 1 制订我国数字电视循的基本原则是 :(1) 密切结合我国国情 ,于长远 、稳定 、持续发展 ;( 含高清) 标准应遵着眼 2

18、1 世纪 , 有利(2) 自主知识产权和技术引进相结合 ,有我国特色的标准体制 ;制订具(3) 支持标准的技术应是先进和开放的 ,于数字电视的不断发展 ;有利(4) 有利于民族工业的发展和产业的创新 。3 . 2 数字电视 ( 含高清) 标准的制订进程和 今后的工作 。3 . 2 . 1 演播室节目制作和节目交换参数标准包括图像扫描参数 、视频信号接口标准 、音频 参数和音频接口标准等 。该项标准已于 2000 年上 半年完成标准审查 , 在未列入国家标准之前 , 已被 批准作为行业标准 。该标准将在我国电视台的演播 室数字化过渡和高清的试验中执行 。(1) 图像扫描场频的选择目前 , 国际上

19、有两种场频格式 ,即 50 Hz 和60 Hz 。从技术角度讲 , 场频的选择主要考虑两个方面 : 运动连续感和大面积闪烁现象 。对于运动连 续感 , 50 Hz 和 60 Hz 的场频均能满足要求 。对于大面积闪烁现象 , 人眼观看时 , 60 Hz 场频要比 50 Hz 场频轻微 。因此 , 有人提出在向数字电视过渡 , 是 否将场频更改为 60 Hz 。对这种意见 , 我们作了认 真研究和分析 , 并做了大量实验 , 经专家最后讨论 确定 , 我国数字电视场频从国情出发应选择 50 Hz为宜 。我国的实际情况是 :a . 我国已有 3 亿多电视接收机 ,接收 ;需考虑兼容b. 我国各级电

20、视台已积累了百万小时的节目库 , 如需转换 , 工作量太大 ;c. 在 50 Hz 电源灯光照明下拍摄取像 , 如用60 Hz 场频也未根本解决大面积闪烁问题 。今后 , 大面积闪烁现场完全可以在数字电视接收机中加以 解决 , 如在接收机中可以采用不同于节目制作及播 出端的场频 , 正在开发的新型显示设备可在很大程度上消除闪烁现场 。12了数字电视传送方式 , 等同采用 DVB - S 标准 。现已制订并批准为国家标准 , 在全国卫星广播中得 到推广应用 。鉴于卫星传送受功率所限 , 为使地面接收在采用较小口径天线下 , 能保证在低误码率下 超过 C/ N 接收门限 , 故选用了 Q PS K

21、 的调制方 式 。为了减少地面接收天线口径 , 并做好向直播卫 星过渡 的 准 备 , 一 些 省 、市 已 采 用 了 Ku 频 段 。1999 年初 , 实现 “村村通广播电视”的卫星直播 方式也采用了 M P E G - 2 卫星数字传送方式 , 进行TS 数据流的统计复用方式 , 在一个 54M Hz 的转 发器中同时传送 12 套节目 。从发展看 , 卫星传送 采用数字方式是主流 , 全国卫星电视广播统一采用 数字传送方式将为期不远 。(2) 有线电视传送方式 D TV - C挡和地面建筑物的多径干扰 , 以及移动物体的影响 。此外 , 地面无线电同 、邻频干扰等也较严重 ;但另一方

22、面 , 地面传播相对于卫星和有线 , 又有可 移动接收的特点 , 因此 , 在选择信道编码的调制方式时 , 必需考虑这些因素 。目前世界上可投入运行的 主 要 有 3 种 制 式 , 即 : 欧 洲 的 DVB - T CO FDM , 美国的 A TSC 8 - V SB , 日本的 ISDB - TB S T - O FDM 。这 3 种制式具有不同的传送特性 。 我国在国庆五十周年高清电视试验中 , 选用了我国自行开发研制的 3 种制式设备 , 成功地进行了开路 试验 。地面传送的标准制订中 , 目前信道编码调制技 术还在不断发展 , 同时我国地面数字电视广播当前 受频率和接收条件的限制

23、 , 其运行发展还不是当务之急 。因此 , 我国完全有可能争取用一 、二年的时 间 , 提出我国自己的标准和拥有更多自主权的技 术 。我们欢迎全国有更多的单位和专家投入到标准 的研究开发中来 。3 . 2 . 5 地面数字电视频道分配规划在现有分配给地面电视广播的频段中 , 模拟电 视频道已十分拥挤 , 新的数字电视频道要插进去并 具有相同的覆盖率是十分困难的 。不同的标准具有 不同的 C/ N 门限值和同 、邻频和保护率 , 因此 , 通过频道的规划 , 区分不同标准传播覆盖效果 , 也是标准制订考虑的重要因素 。 以上简单介绍了我国数字电视标准的制定情况 。关于数字电视在我国的发展进程 ,

24、 我个人认 为 : 我们要不失时机地利用我国国内研制的卫星平 台 , 尽快实现直接卫星广播 , 到时数字电视可以直 接到家 。这是一个较易实现的途径 。此外 , 建议尽 早开始卫星 HD TV 的实验传送 , 在各地省会城市 试办电视影院 (或称 Digital Theater) 。通过 HD TV 试验播送 , 推动广播电视事业发展 , 同时也促进国 内器件和整机的生产 。此外 , 在有线电视网中 , 应大力推进数字化的 进程 。这首先可从城市开始 , 结合有线电视网络改 造和多媒体业务的开发 , 推动数字电视的发展 。看 来有线电视将是我国数字广播电视延伸到广大居民 家庭的一个重要切入点

25、。关于卫星数字音频直接广播 , 它的主要优势在 移动性上 , 我们正在进行收测试验 。通过试验 , 进 一步了解其性能 , 确定其应用前景 。(收稿日期 : 2000 11 29)发展有线电视广播到户的传送分配方式 ,适合我国国情 , 多年来取得很大进展 。据统计全国有线电视入户超过 8000 万 , 已成为世界上有线电视网的第一大国 , 今后仍将高速发展 ,线电视用户有 可 能 达 到 115 亿 ,50 %左右 。到 2005 年 , 有入 户 率 将 达 到目前 , 全国有线电视网正在进行升级改造 , 采用 HFC 的组网方式 , 即干线 、支干线采用光纤传 输 , 在平均为 500 户

26、至 1000 户以下的光节点用星 型或树型方式电缆传送到户 , 通带宽度达 750 860M Hz , 构成了一个双向宽带的通道 。HFC 网信 道传播稳定 , 信号强 , 干扰小 , 适合数字信号传 输 , 并为开展双向多媒体业务提供良好条件 。由于 光纤电缆传送条件良好 , 在数字信号传送中可以采 用更 高 效 率 的 调 制 传 送 方 式 , 即 64QAM 或256QAM 。在 一 个 8M Hz 带 宽 内 可 以 传 送 高 达40Mbp s 以上 , 相当于传送 8 套 SD TV 节目或 2 套 HD TV 节目 。我国有线电视数字广播标准经过两 年来的试验已完成了标准制定和审定工作 , 标准等 同采用 DVB - C , 现已报送国家质量技术监督局进行审批 。有线电视传送数字化是个发展方向 , 它不但使 节目质量有较大提高 , 频谱利用率提高能传送更多 套节目 , 而且能实行双向交互业务 , 如 Inter net 上 网 、电子商务 、节目点播 , 远程教学 、远程医疗 等 。因此 , 推动我国有线电视网向数字化过渡是广 播事业和产业的发展需要 。(3) 地面传送方式 D TV -T地面传送相比卫星和有线电视传送 , 它的传播条件复杂 , 受大气散射 、折射 , 地面反射 、地形阻13