徐孟俠

（北京大學(xué) 電子學(xué)系，北京 100871）

DTTB雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)
——最節(jié)約的綠色低碳產(chǎn)業(yè)候選者

徐孟俠

（北京大學(xué) 電子學(xué)系，北京 100871）

討論地面數(shù)字電視廣播（DTTB）的雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)（地面國(guó)標(biāo)-C=1+AVS視頻編碼+單臺(tái)寬帶發(fā)射機(jī)，組建M-SFN）與DVB-T2新系統(tǒng)（DVB-T2+MPEG-4-AVC/H.264視頻編碼+多臺(tái)發(fā)射機(jī)+RF多工器，組建M-SFN）的基本技術(shù)性能，并進(jìn)行比較，結(jié)果二者是相當(dāng)?shù)摹⒖杀葦M的，但DTTB雙國(guó)標(biāo)系統(tǒng)能耗較低、電磁污染較小、物美價(jià)廉，故成為DTTB最節(jié)約的綠色低碳產(chǎn)業(yè)候選者。介紹AVS的新進(jìn)展，雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)在地面模擬電視關(guān)閉（ASO）后可提供的SDTV節(jié)目總數(shù)，以及其每套SDTV節(jié)目與模擬電視相比的能耗。

地面數(shù)字電視廣播；地面國(guó)標(biāo)；寬帶電視發(fā)射機(jī)；綠色產(chǎn)業(yè)

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 中國(guó)DTTB有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展

中國(guó)自主制定的地面數(shù)字電視廣播傳輸強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)[1]（簡(jiǎn)稱地面國(guó)標(biāo)或DTMB）于2006年8月頒布，并于2011年12月納入國(guó)際推薦標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.1306-6和BT.1368-9[2]。而DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的修訂版和升級(jí)版DVB-T2標(biāo)準(zhǔn)則分別于2009年7月和2009年9月頒布[3]。

中國(guó)自主制定的AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 20090.2—2006）于2006年3月頒布[4]，并于2009年7月納入ITU-T的IPTV視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)HSTP-MCTB。而其增強(qiáng)版AVS+（GY/T 257—2012）則于2012年7月頒布。此外，AVS/AVS+視頻編碼于2013年6月頒布為IEEE1857國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

而中國(guó)地面數(shù)字電視接收器和接收機(jī)的國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 26683—2011和GB/T 26686—2011）則于2011年6月頒布。其中規(guī)定：從2010年11月1日起一年內(nèi)，視頻解碼推薦MPEG-2和AVS兩種標(biāo)準(zhǔn)，而從2012年11月1日起只推薦AVS，不再推薦MPEG-2，而MPEG-4-AVC/H.264視頻編碼則不是中國(guó)DTTB的推薦標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 中國(guó)內(nèi)地DTTB發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)內(nèi)地地面國(guó)標(biāo)業(yè)務(wù)的發(fā)展有兩大方面：

1）2008北京奧運(yùn)會(huì)期間在8個(gè)城市開展了地面國(guó)標(biāo)+MPEG-2視頻編碼的免費(fèi)收看業(yè)務(wù)。從2009秋至2011夏，又分批在335個(gè)地級(jí)以上城市配置發(fā)射系統(tǒng)[5]（采用相同技術(shù)）；但據(jù)悉迄今沒有正式播出。

2）地市級(jí)、縣級(jí)和省級(jí)廣電部門自籌資金，吸取有線網(wǎng)絡(luò)公司的體制改革經(jīng)驗(yàn)組建運(yùn)營(yíng)公司，開展覆蓋農(nóng)民家庭的地面國(guó)標(biāo)固定接收業(yè)務(wù)。在衛(wèi)星頻道廣告費(fèi)未拆分給各地的地面國(guó)標(biāo)運(yùn)營(yíng)者和國(guó)家、地方財(cái)政撥款又未到位時(shí)，各地先采用類似有線電視的低交費(fèi)收看方式（也屬于公共服務(wù)），動(dòng)用長(zhǎng)期閑置不用的地面電視頻譜資源，以保持在業(yè)務(wù)發(fā)展過程中經(jīng)濟(jì)上的良性循環(huán)；既取得社會(huì)效益，又取得經(jīng)濟(jì)效益。其中，湖南株洲廣電部門從2005年起率先啟動(dòng)這類DTTB業(yè)務(wù)[6]（地面國(guó)標(biāo)前期工作），而不是“坐等國(guó)家財(cái)政撥款”，通過改革而積極取得DTTB業(yè)務(wù)的發(fā)展。到2013年春，中國(guó)內(nèi)地采用這類低交費(fèi)方式推進(jìn)地面國(guó)標(biāo)業(yè)務(wù)估計(jì)共有約400個(gè)城市和約700萬用戶總數(shù)（港澳還有約120萬用戶）。但這些地面國(guó)標(biāo)業(yè)務(wù)的多數(shù)仍采用MPEG-2視頻編碼。

率先采用“雙國(guó)標(biāo)”（地面國(guó)標(biāo)-C=3 780+AVS視頻編碼）啟動(dòng)地面國(guó)標(biāo)移動(dòng)電視業(yè)務(wù)的城市是杭州（2007年3月）[7]；而率先采用“雙國(guó)標(biāo)”（地面國(guó)標(biāo)-C=1+AVS視頻編碼）啟動(dòng)地面國(guó)標(biāo)固定接收業(yè)務(wù)的城市則是上海（2008年3月）[7]。目前，“雙國(guó)標(biāo)”DTTB已成為內(nèi)地約半數(shù)省級(jí)廣電部門發(fā)展的重點(diǎn)（經(jīng)歷由地市級(jí)和縣級(jí)帶動(dòng)省級(jí)的過程，以及由采納MPEG-2轉(zhuǎn)為AVS視頻編碼的過程）。

2 地面國(guó)標(biāo)-C=1和DVB-T2的C/N門限值對(duì)比

2.1 地面國(guó)標(biāo)-C=1樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果（2008年6月）

表1的固定接收數(shù)據(jù)引自2009年1月本文作者“評(píng)注”[9]的參考文獻(xiàn)；其中DVB-T數(shù)據(jù)則按其2009年7月版[3]有所修訂。而新增DVB-T2[3]的數(shù)據(jù)則引自“培訓(xùn)課程”[10]中的推薦模式。為了同地面國(guó)標(biāo)-C=1樣機(jī)的C/N門限值實(shí)驗(yàn)室測(cè)試值對(duì)比，DVB-T和DVB-T2的數(shù)據(jù)都采用計(jì)算機(jī)仿真值加1.0 dB，并用方括號(hào)標(biāo)出。

表1 地面國(guó)標(biāo)-C=1和DVB-T/-T2有關(guān)模式的AWGN C/N門限值對(duì)比

圖1的實(shí)線部分是表1的圖解（虛線部分則是第2.3節(jié)商用機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果）。它與“評(píng)注”[9]圖解的區(qū)別是：1）交換縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)。2）帶寬都是8 MHz；橫坐標(biāo)改為AWGN C/N門限值；縱坐標(biāo)改為有效比特率。3）新增DVB-T2的數(shù)據(jù)。

圖1 DVB-T、地面國(guó)標(biāo)-C=1及DVB-T2的有效比特率/ AWGN C/N門限值的對(duì)比

圖1中，大箭頭左上方向即性能好的方向（逼近Shannon理論極限）。從圖中實(shí)線的橫坐標(biāo)方向可看出，在樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，DVB-T2與地面國(guó)標(biāo)-C=1相比要低約2.5 dB。

2.2 DTTB商用機(jī)固定接收的C/N門限值現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.2.1 DTTB不同技術(shù)固定接收的C/N門限值對(duì)比

DTTB的覆蓋首先指在覆蓋范圍邊緣地帶的用戶也能正常接收。用此觀點(diǎn)審閱澳大利亞和巴西的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果（圖2和圖3見參考文獻(xiàn)[8]），需優(yōu)先審閱橫坐標(biāo)（C/N門限值）的左側(cè)：即ATSC仍能正常接收而DVB-T不能的區(qū)域（覆蓋范圍邊緣地帶的最遠(yuǎn)距離處）。而這些測(cè)試地點(diǎn)一般在開闊的田野，既沒有“人為”的電磁干擾，也沒有回波問題（AWGN模型成為主導(dǎo)）。

從這兩個(gè)第三方現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來看，ATSC（單載波系統(tǒng)）在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的C/N門限值與DVB-T（多載波系統(tǒng)）相比，都有約4.0 dB的系統(tǒng)性優(yōu)勢(shì)，兩者都證實(shí)了美國(guó)的測(cè)試結(jié)果。

2.2.2 地面國(guó)標(biāo)-C=1商用機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù) （2012年7月）

某地級(jí)市廣電專家通報(bào)地面國(guó)標(biāo)-C=1的“中距離”現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果（表2）；這2個(gè)數(shù)值比起表1的數(shù)值高約1.0 dB。

圖2 澳大利亞測(cè)試：ATSC（6MHz）與DVB-T（7MHz）的對(duì)比（1998報(bào)告）

圖3 巴西ATSC，DVB-T和ISDB-T對(duì)比測(cè)試結(jié)果（都是6 MHz；2000年報(bào)告）

表2 地面國(guó)標(biāo)-C=1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的C/N門限值

2.2.3 DVB-T2商用機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)（2011年1月）

西班牙巴斯克州大學(xué)（University of Basque Coun?try）電子電信學(xué)系某小組論文[11]：“基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果對(duì)DVB-T2固定接收之C/N門限值需求”。圖4則是其大量測(cè)試結(jié)果（共18～27個(gè)測(cè)試點(diǎn)）的匯總（中值曲線和方差，還有個(gè)別的孤立點(diǎn)）。

圖4 在所有測(cè)試點(diǎn)對(duì)2個(gè)商用接收器的測(cè)試結(jié)果

從圖4的整體看，DVB-T2比DVB-T有顯著改進(jìn)：在垂直方向的C/N門限值分別低約3 dB或約4 dB。而DVB-T2中的64QAM與256QAM相比，門限值則低約1.0 dB。

此外，把文獻(xiàn)[11]的表2和表3（C/N門限值取其中值）匯總，可得表3。

表3 DVB-T/-T2商用機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的C/N門限值

2.3 地面國(guó)標(biāo)-C=1與DVB-T2商用機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比

將表2和表3的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)都融入圖1，得出其虛線連接的部分。從水平方向看虛線連接部分：1）地面國(guó)標(biāo)-C=1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值（虛線/三角形）比起樣機(jī)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試值（實(shí)線/三角形）高約1.0 dB。2）DVB-T2的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值與“推薦模式”（左上實(shí)線/方塊）相比：64QAM（中間虛線/方塊）高約1.25 dB；而256QAM（右上虛線/方塊）高約2.5 dB。3）地面國(guó)標(biāo)-C=1（虛線/三角形）與DVB-T2的256QAM（右上虛線/方塊）相比高約1.0 dB（仍在其方差范圍內(nèi)）；與DVB-T2的64QAM（中間虛線/方塊）相比高約2.0 dB。

因此，以上討論的初步印象是：地面國(guó)標(biāo)-C=1商用機(jī)的C/N門限值現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與DVB-T2相比是相當(dāng)?shù)?、可比擬的。但這僅是動(dòng)用單個(gè)電視頻道的對(duì)比測(cè)試結(jié)果，而不是動(dòng)用4～5個(gè)（或更多）電視頻道的DTTB全系統(tǒng)的對(duì)比結(jié)果，也沒有考慮功率發(fā)射和空中最遠(yuǎn)距離的傳輸。

2.4 雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)更加適合地面電視頻道資源并不緊張的發(fā)展中國(guó)家

DVB-T2的64QAM和256QAM在單個(gè)地面電視頻道（8 MHz）可提供更高的有效比特率，但同時(shí)以提高發(fā)射功率為代價(jià)，增加能耗和電磁污染。它適用于地面電視頻譜資源非常緊張的美歐日等發(fā)達(dá)國(guó)家。對(duì)于地面電視頻譜資源并不緊張的發(fā)展中國(guó)家（如中國(guó)內(nèi)地的多數(shù)縣級(jí)城市，包括北京郊區(qū)縣；即使是北京的平原地區(qū)，目前已動(dòng)用8個(gè)頻道開展各類數(shù)字電視業(yè)務(wù)），因而可采取動(dòng)用多個(gè)頻道來獲得更多有效比特率。

2.5 重要注解

按第2.2.1節(jié)討論的觀點(diǎn)，本文作者自己在“評(píng)注”[9]中就犯了原則性錯(cuò)誤：把“近距離”和“中距離”的C/N門限值測(cè)試結(jié)果取平均，當(dāng)作“最遠(yuǎn)距離”的測(cè)試結(jié)果。本文作者在此糾正，并向讀者致歉。而圖4也有類似錯(cuò)誤：該論文[11]注明18～27個(gè)測(cè)試點(diǎn)的距離是6.6～30.3 km。而圖4的結(jié)果則是“近距離”、“中距離”和“遠(yuǎn)距離”測(cè)試結(jié)果的某種“平均”，而不是覆蓋范圍邊緣地帶的“最遠(yuǎn)距離”處的結(jié)果。

3 對(duì)采用寬帶電視發(fā)射機(jī)組建M-SFN的討論

3.1 采用寬帶電視發(fā)射機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

寬帶放大器在小功率DTTB“補(bǔ)點(diǎn)”的空隙填充器（gap-filler）中早已采用，但應(yīng)用于主發(fā)射機(jī)則是“株洲經(jīng)驗(yàn)”[6]技術(shù)要點(diǎn)之一（2005初提出，2011年秋技術(shù)升級(jí)時(shí)才實(shí)現(xiàn)；其他地方則從2008年夏起優(yōu)先采用）。過去，在模擬電視多個(gè)節(jié)目頻道進(jìn)行頻分復(fù)用而發(fā)射時(shí)，限于當(dāng)時(shí)的模擬技術(shù)，必須隔頻道設(shè)置。例如，5個(gè)PAL頻道相互間至少有4個(gè)頻道不發(fā)射信號(hào)，以便把這5個(gè)頻道的信號(hào)隔開。當(dāng)時(shí)不能動(dòng)用相鄰頻道發(fā)射電視信號(hào)。但電視數(shù)字化技術(shù)發(fā)展后，可解決相鄰頻道的PAL和DTV信號(hào)間（或DTV信號(hào)間）的相互干擾，因而可動(dòng)用多個(gè)相鄰頻道。

DTTB中小功率發(fā)射系統(tǒng)可同時(shí)動(dòng)用5個(gè)（內(nèi)地最多有動(dòng)用10個(gè)頻道的案例）相鄰電視頻道（每個(gè)頻道約30～1 000W）和采用寬帶電視發(fā)射機(jī)（帶寬5×8 MHz= 40 MHz，總功率為約150 W～5 kW），這是指5個(gè)相鄰的頻道，而中間有空白頻道而動(dòng)用多個(gè)鄰近頻道原理相同。

采用單臺(tái)寬帶電視發(fā)射機(jī)與傳統(tǒng)方案（多臺(tái)發(fā)射機(jī)配RF多工器）相比的共同點(diǎn)有（多個(gè)頻道）：1）在同一條長(zhǎng)饋線與天線匹配時(shí)，其駐波比與單個(gè)頻道相比將惡化。2）天線輻射方向性圖案有不均勻性。

寬帶電視發(fā)射機(jī)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)有：1）DTTB啟動(dòng)時(shí)臨時(shí)動(dòng)用的運(yùn)行頻道，在過渡期結(jié)束后可方便調(diào)整到合理的頻率規(guī)劃頻道（經(jīng)1次或2～3次調(diào)整）。2）節(jié)省價(jià)格昂貴的RF多工器。3）徹底消除RF多工器的插入損耗0.5～1.5 dB（包括多臺(tái)發(fā)射機(jī)連接到多工器在機(jī)房?jī)?nèi)的短饋線和RF多工器本身，再通過長(zhǎng)饋線到天線；而寬帶發(fā)射機(jī)則直接通過長(zhǎng)饋線連接到天線）；也就徹底消除不必要的能耗（轉(zhuǎn)化為熱能、白白浪費(fèi)，多工器還要采取空冷或液冷等措施）。其缺點(diǎn)是：功率發(fā)射器件非線性效應(yīng)導(dǎo)致相鄰頻道間的干擾與單個(gè)頻道相比，將有一定惡化，導(dǎo)致接收端C/N門限值與單個(gè)頻道相比會(huì)略有上升。但總體上“利遠(yuǎn)大于弊”。

因此，雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)采用寬帶發(fā)射機(jī)后的特性有：運(yùn)行頻道在過渡期結(jié)束后方便實(shí)施頻道的優(yōu)化調(diào)整；性能好（發(fā)射功率較小和能耗較低、輻射功率較小和電磁污染較低）、造價(jià)低、運(yùn)行穩(wěn)定（徹底消除多工器的老化問題）、維護(hù)簡(jiǎn)便等；其網(wǎng)絡(luò)總體性能價(jià)格比較高。它特別適合中國(guó)內(nèi)地縣級(jí)和地市級(jí)單位（還有發(fā)展中國(guó)家的類似城市）用較少的投資，動(dòng)用多個(gè)鄰近頻道，開展中小功率的雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)業(yè)務(wù)，服務(wù)廣大農(nóng)民家庭。

3.2 地面國(guó)標(biāo)-C=1寬帶電視激勵(lì)器的性能

圖5是蘇州某公司對(duì)4個(gè)相鄰頻道激勵(lì)器測(cè)試而得的頻譜圖解；而表4和表5則是該公司對(duì)5個(gè)相鄰頻道帶肩比的測(cè)試結(jié)果。從表4和表5可看出：采用地面國(guó)標(biāo)-C=1時(shí)，帶肩比可達(dá)到技術(shù)指標(biāo)-36 dB的要求。此外，對(duì)比表4和表5的結(jié)果可看出：采用地面國(guó)標(biāo)-C=1的5個(gè)相鄰頻道的帶肩比與單個(gè)頻道相比，惡化達(dá)2～4 dB。多載波系統(tǒng)（如DVB-T2）也可采用寬帶激勵(lì)器，但其惡化會(huì)更嚴(yán)重。

圖5 地面國(guó)標(biāo)-C=1的4個(gè)相鄰頻道激勵(lì)器之頻譜圖（截圖）

表4 單個(gè)頻道的激勵(lì)器測(cè)試結(jié)果

表5 5個(gè)相鄰頻道的激勵(lì)器測(cè)試

3.3 雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)采用寬帶發(fā)射機(jī)的典型案例

表6是桂林某公司從2008年6月起，實(shí)施地面國(guó)標(biāo)-C=1和寬帶電視發(fā)射機(jī)組建M-SFN（前期采用MPEG-2視頻編碼；2010年6月起轉(zhuǎn)為AVS視頻編碼）的部分案例。從表6可看出：該公司在地面國(guó)標(biāo)的工程實(shí)施中采用寬帶電視發(fā)射機(jī)及組建M-SFN已有5年多歷史，其技術(shù)日益成熟，并從2011年夏起“走出國(guó)門”，先后在2個(gè)友好鄰國(guó)進(jìn)行技術(shù)、投資和運(yùn)營(yíng)的合作。

表6 地面國(guó)標(biāo)寬帶電視發(fā)射機(jī)部分案例

4 AVS視頻編碼在雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)

4.1 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)30年的三代標(biāo)準(zhǔn)[4]

視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定是從1984年開始的。第一代標(biāo)準(zhǔn)有：ITU-T/H.261（1990），ISO/IEC/MPEG-1（1993），MPEG-2/H.262（1995）和H.263（1996）等（括號(hào)內(nèi)為批準(zhǔn)日期）。第二代標(biāo)準(zhǔn)有：MPEG-4 Part 2（1999），MPEG-4 Part 10 AVC/H.264（2003），AVS1-P2基準(zhǔn)檔（2006）和AVS+廣播檔（2012）等。而第三代標(biāo)準(zhǔn)有：MPEG-H HEVC/H.265（2013）和AVS2（2013）。

中國(guó)內(nèi)地則經(jīng)歷：1）被動(dòng)采用MPEG-1（1994年起的VCD）和MPEG-2（衛(wèi)星傳輸、有線電視數(shù)字化、DVD和地面國(guó)標(biāo)）；2）1996年起組建中國(guó)MPEG小組（高文等），積極參加國(guó)際MPEG活動(dòng)；3）2002年3月成立AVS工作組（高文和黃鐵軍等），廣泛吸收國(guó)內(nèi)外專家和產(chǎn)業(yè)界參加，自主制定AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)系列。

4.2 視頻編碼壓縮效率的“倍增定律”

制定新一代標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一般要求在圖像質(zhì)量相當(dāng)時(shí)，壓縮效率至少翻一番。而從三代標(biāo)準(zhǔn)的歷史來看（圖6），大約是“十年翻一番”。

圖6 視頻編碼壓縮效率的“倍增定律”

4.3 AVS視頻編碼的新進(jìn)展[4]

AVS視頻編碼目前的基本情況是：AVS基準(zhǔn)檔與MPEG-4-AVC/H.264主檔（main profile）相當(dāng)；而AVS+（廣播檔）則與MPEG-4 AVC/H.264的高檔（high pro?file）相當(dāng)。

AVS視頻編碼基準(zhǔn)檔在杭州（2007，移動(dòng)接收業(yè)務(wù)）和上海（2008，固定接收業(yè)務(wù)）投入雙國(guó)標(biāo)的使用后[7]，其進(jìn)展有：1）采用AVS視頻編碼的數(shù)字頻道已達(dá)800多個(gè)（多數(shù)屬DTTB的雙國(guó)標(biāo)系統(tǒng)）；2）北京歌華公司的200多萬臺(tái)HDTV有線機(jī)頂盒都支持AVS視頻解碼等應(yīng)用。3）AVS基準(zhǔn)檔的增強(qiáng)版AVS+（廣播檔）在2012年7月批準(zhǔn)為廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4）2013年春夏CCTV與北京大學(xué)合作，已完成AVS+HDTV（還有3D-HDTV）的衛(wèi)星試驗(yàn)性廣播。目前正積極準(zhǔn)備CCTV所有頻道的HDTV衛(wèi)星播出全部采用AVS+。

4.4 AVS+視頻編碼的基本性能[4]

AVS+（廣播檔）與AVS基本檔相比，新增3項(xiàng)工具：圖像級(jí)自適應(yīng)加權(quán)量化（AWQ）、圖像場(chǎng)增強(qiáng)和基于上下文的算術(shù)編碼（CBAC）。它與MPEG-4-AVC/H.264高檔相比：1）客觀評(píng)估中AVS稍優(yōu)。2）主觀評(píng)估結(jié)果“平分秋色”。因此，兩者整體性能是相當(dāng)?shù)?、可比擬的。但AVS+的優(yōu)勢(shì)不僅在于專利費(fèi)低廉（僅1元），而且其算法相對(duì)簡(jiǎn)潔（與MPEG-4-AVC/H.264相比）：編碼時(shí)間是后者的70%；解碼時(shí)間僅是后者的30%。因而在工程實(shí)施中（如“云計(jì)算”）有一定優(yōu)勢(shì)（視頻編碼和解碼在全系統(tǒng)的時(shí)間延遲明顯縮短）。

4.5 對(duì)AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的說明

AVS+與MPEG-4 AVC/H.264高檔在客觀和主觀評(píng)估對(duì)比時(shí)采用的HDTV圖像序列，是我國(guó)廣播電視專家選定的難度較大的、考核視頻編碼技術(shù)專用的6組序列。而參加評(píng)估的專家熟悉這些序列，容易在觀看這些測(cè)試序列在顯示器上顯示時(shí)發(fā)現(xiàn)其圖像質(zhì)量劣化處。但對(duì)于一般觀眾而言，這些劣化多半在主觀上難以覺察。所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，AVS+測(cè)試所采用的約11.6 Mbit/s有效比特率（平均數(shù)），其圖像主觀質(zhì)量已基本滿足“演播室質(zhì)量”需求，適用于HDTV節(jié)目源的“饋送（contribution）”。

但若考慮“接近演播室”質(zhì)量的實(shí)際應(yīng)用，適用于HDTV節(jié)目源的“分配（distribution，到達(dá)消費(fèi)者）”，則有效比特率可降為8～10 Mbit/s（平均比特率，按節(jié)目?jī)?nèi)容而定）。若把1套HDTV的比特率換成4～5套SDTV，則SDTV在有效比特率1.6～2.5 Mbit/s時(shí)，也可滿足“接近演播室”的“分配”需求。于是可粗略說[7]，雙國(guó)標(biāo)的地面國(guó)標(biāo)-C=1采用AVS視頻編碼可提供：8套接近演播室質(zhì)量的SDTV或16套低質(zhì)量的SDTV。

此外，由圖6可看出，從第二代標(biāo)準(zhǔn)到第三代標(biāo)準(zhǔn)，AVS跟蹤MPEG的時(shí)間差距正在逐步縮小，而AVS2的基本工作已完成（2013），爭(zhēng)取其性能達(dá)到或超過MPEG-H HEVC/H.265。而AVS3的準(zhǔn)備工作已開始，預(yù)定2014—2018年進(jìn)行。其要點(diǎn)是：1）建立“視覺對(duì)象詞典”；2）用對(duì)象解釋對(duì)象、用對(duì)象編碼對(duì)象，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)效率；3）對(duì)詞典表達(dá)不了的則用傳統(tǒng)方法編碼；4）充分利用“云計(jì)算”。相比之下，MPEG等其他國(guó)際組織對(duì)新一代標(biāo)準(zhǔn)還沒有布局，AVS3有望“超車”。

4.6 雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)的若干特點(diǎn)

4.6.1 可動(dòng)用的地面電視頻道總數(shù)估算

本文作者的初步討論是[12]：我國(guó)地面電視頻道總數(shù)共47個(gè)（每個(gè)8 MHz；以下暫按48個(gè)方便估算）。地面模擬電視廣播限于當(dāng)年技術(shù)（理想平面的“正六邊形理論”），每個(gè)電視臺(tái)可動(dòng)用的頻道總數(shù)≤48/6=8個(gè)。而當(dāng)?shù)孛婺M電視廣播全部關(guān)閉（ASO）而完成“過渡”后，DTTB采用單頻網(wǎng)（SFN）數(shù)字新技術(shù)，則可全部動(dòng)用；后者將是前者的≥6倍。

本文的重要補(bǔ)充是：上面的討論實(shí)際是假設(shè)我國(guó)所有縣級(jí)的SDTV節(jié)目在內(nèi)地全都轉(zhuǎn)播。若只有CCTV和各省級(jí)SDTV節(jié)目在內(nèi)地轉(zhuǎn)播，那么后者將是前者的12倍多。若只有CCTV的SDTV節(jié)目在內(nèi)地轉(zhuǎn)播，那么后者將是前者的24倍多。以下按24倍多估算可提供的SDTV節(jié)目總數(shù)。

此外，考慮內(nèi)地在2015—2020年的“過渡期”內(nèi)，還可有表7的占用頻道數(shù)估算。

表7 2015—2020年我國(guó)DTTB四級(jí)廣電SDTV節(jié)目占用電視頻道數(shù)的可能前景

4.6.2 地面模擬電視廣播關(guān)閉后，內(nèi)地可提供的SDTV節(jié)目總數(shù)的估算

地面模擬電視廣播每個(gè)8 MHz頻道只能發(fā)射1套模擬電視節(jié)目。而采用雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)后，每個(gè)頻道可發(fā)射[7]：8套接近演播室質(zhì)量的SDTV節(jié)目（適合有大屏幕電視機(jī)的富裕家庭）或16套低質(zhì)量的SDTV節(jié)目（適合廣大的中低收入家庭，特別是農(nóng)民和“打工族”家庭）。

把這2組數(shù)值和第4.2節(jié)的≥24倍相乘，可估算內(nèi)地ASO后雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)可播出的SDTV節(jié)目總數(shù)為：（≥）8個(gè)頻道×（≥）24倍×8套≥1 536套（與≤8套模擬電視相比是192倍多）；或（≥）8個(gè)頻道×（≥）24倍×16套≥3 072套（與≤8套模擬電視相比是384倍多）。

4.6.3 對(duì)雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)每套SDTV與模擬電視相比所需的發(fā)射功率之估算

對(duì)于相同的覆蓋范圍，雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)動(dòng)用單個(gè)電視頻道所需的發(fā)射功率是地面模擬電視廣播的≤1/4（相對(duì)值）。折算到每1套SDTV的發(fā)射功率，雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)是地面模擬電視的（與上面對(duì)應(yīng)）：1）（1/8）×（≤）（1/4）≤1/32（約3%）或2）（1/16）×（≤）（1/4）≤1/64（約1.5%）。

如果把地面電視頻譜低端的2/3（國(guó)際術(shù)語“700 MHz波段”以下的部分）全部動(dòng)用于發(fā)射雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)，其發(fā)射總功率將低于原來發(fā)射8套模擬電視節(jié)目所需的總發(fā)射功率。因?yàn)椋?8/8）×（2/3）×（≤1/4）≤1（與8套模擬電視節(jié)目對(duì)應(yīng)）。而可提供的SDTV節(jié)目對(duì)應(yīng)1）和2）兩類質(zhì)量要求的總數(shù)將分別是：3）≥1 024套（64倍）或4）≥2 084套（128倍）（與≤8套模擬電視相比）。

4.6.4 小結(jié)

上述多種估算說明：雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)是DTTB最節(jié)約的綠色產(chǎn)業(yè)候選者。同時(shí)也說明：發(fā)達(dá)國(guó)家為何盡快完成過渡、騰出700 MHz波段、修訂頻譜分配政策。

5 對(duì)3類DTTB全系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的功率對(duì)比估算和推論[8]

第2節(jié)對(duì)C/N門限值對(duì)比的討論是針對(duì)單個(gè)電視頻道的。本節(jié)對(duì)動(dòng)用4或5個(gè)（或更多）鄰近頻道的DTTB全系統(tǒng)，從節(jié)省能耗角度，討論地面國(guó)標(biāo)-C=1、DVB-T和DVB-T2共3類DTTB全系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)功率作估算對(duì)比（表8）。

表8 對(duì)3類DTTB系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)功率對(duì)比分析

其中可說明的是：

1）采用多臺(tái)8 MHz發(fā)射機(jī)（不是單臺(tái)寬帶發(fā)射機(jī)）的總功率有部分能量白白損失在“插入損耗”（RF多工器及其輸入用的幾條短饋線；轉(zhuǎn)化為熱能）。2）據(jù)第2.2.1節(jié)的討論，DVB-T和DVB-T2也假設(shè)4組可能的系統(tǒng)性的惡化值。3）對(duì)各系統(tǒng)都有的天線不均勻性（含長(zhǎng)饋線的插入損耗）也假設(shè)4組可能的惡化值。當(dāng)然，這些討論中都采用相對(duì)值（以dB表示），而不是實(shí)際值。

從表8發(fā)射機(jī)功率對(duì)比可看出：DVB-T與地面國(guó)標(biāo)-C=1相比要高5.0 dB（3.1倍）；DVB-T2與地面國(guó)標(biāo)-C=1相比要高1.3 dB（1.3倍）。

2）表8中的地面國(guó)標(biāo)C2的數(shù)據(jù)（20.791和約13.6 dB）正是表2的（20.781和13.5 dB）。再把它連同T2-B7的（20.11和（9.9+2.75）=約13.7 dB）都畫到圖4中，那么C2和B7都正好位于256QAM的延長(zhǎng)線左下端附近。這個(gè)結(jié)果證實(shí)：表8中假設(shè)的DVB-T2-B7的系統(tǒng)性差距（+2.75 dB）確實(shí)客觀存在，因?yàn)樗鼈兺c西班牙小組的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果[11]并非偶然的巧合。（參閱[注2.1]）

可見：1）雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)采用寬帶電視發(fā)射機(jī)，可以徹底消除多工器的插入損耗（約1.0 dB），節(jié)省能源。2）對(duì)于中國(guó)內(nèi)地絕大多數(shù)地區(qū)（發(fā)展中國(guó)家也類似）由于頻譜資源并不緊張（從表7的討論可看出，目前還無需提供更多的節(jié)目源），在采納中國(guó)的雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)后，可多動(dòng)用一點(diǎn)地面電視頻譜，獲得DVB-T2同樣的有效比特率，但所需的發(fā)射機(jī)能耗較小，空中輻射的功率較小（電磁污染較低，有利于地面電視頻譜的規(guī)劃）。因此，DTTB的雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)將是綠色低碳產(chǎn)業(yè)的候選者，也將是DVB-T2新系統(tǒng)在國(guó)際市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

6 總結(jié)

1）C/N門限值需著重討論覆蓋范圍邊緣地帶（“最遠(yuǎn)距離”）C/N門限值的測(cè)試結(jié)果，即優(yōu)先考核AWGN模型，而不是近距離或中距離的結(jié)果；特別是單載波系統(tǒng)與多載波系統(tǒng)對(duì)比時(shí)，前者將有系統(tǒng)性優(yōu)勢(shì)。

2）雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)（單載波）與DVB-T2新系統(tǒng)（多載波）在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的C/N是否也有系統(tǒng)性差距（如表8假設(shè)的約2.75 dB），這是本文提出需探討的問題。希望有“第三方”進(jìn)行兩種技術(shù)的覆蓋范圍邊緣地帶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的直接對(duì)比；并從單個(gè)頻道做到多個(gè)鄰近頻道（考慮DTTB全系統(tǒng)），比較是否采用寬帶發(fā)射機(jī)的差別（對(duì)雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)是否可多動(dòng)用一點(diǎn)地面電視頻譜資源）。

3）對(duì)于地面電視頻譜資源并不緊張的中國(guó)內(nèi)地絕大多數(shù)地方（發(fā)展中國(guó)家也類似），盡快動(dòng)用長(zhǎng)期閑置不用的地面電視頻譜資源，開展DTTB業(yè)務(wù)。以湖南株洲廣電部門為例，從2004秋開始實(shí)驗(yàn)性廣播、2005年初正式運(yùn)營(yíng)，到2011年7月用半年時(shí)間進(jìn)行“技術(shù)升級(jí)”（原技術(shù)正式運(yùn)營(yíng)僅7年），動(dòng)用長(zhǎng)期閑置不用的頻譜，獲得社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4）采用雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)可多動(dòng)用一點(diǎn)頻譜資源，獲得DVB-T2新系統(tǒng)相同的總有效比特率；但發(fā)射機(jī)能耗較低（徹底消除RF多工器的插入損耗）、電磁污染較?。▋烧叨挤暇G色低碳產(chǎn)業(yè)的需求）、投資較小。因而，雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)可成為DVB-T2新系統(tǒng)在國(guó)際市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

5）AVS視頻編碼從基準(zhǔn)檔發(fā)展到高檔和廣播檔（AVS+），并即將完成AVS2視頻編碼的新標(biāo)準(zhǔn)，為雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)不斷增添“新鮮血液”，為雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)在中國(guó)內(nèi)地市場(chǎng)和“走出國(guó)門”增添力量。

6）為增強(qiáng)地面國(guó)標(biāo)C=1在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，筆者建議盡快對(duì)地面國(guó)標(biāo)制定擴(kuò)充版[9]：降低信號(hào)幀的“幀頭開銷”，使地面國(guó)標(biāo)-C=1的16QAM、32QAM或64QAM模式的有效比特率提增約15%（約24/30/ 40 Mbit/s），可找回地面國(guó)標(biāo)-C=1單載波系統(tǒng)的在現(xiàn)場(chǎng)中的系統(tǒng)性優(yōu)勢(shì)（約2.75 dB）。

謝詞：

本文作者感謝北京數(shù)碼視線公司、蘇州某公司和桂林某公司提供的內(nèi)部資料。

特別說明：

本文作者謹(jǐn)以此文悼念中國(guó)數(shù)字電視自主創(chuàng)新研究的先驅(qū)姚慶棟教授（1931生，2013年9月病故；浙江大學(xué)）。

[1]GB/T 20090.2—2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].2006.

[2]ITU-R Rec.BT-1306-6，Error-correction，data framing，modula?tion and emission methods for digital terrestrial television broad?casting[S].2011.

[3] ETSI EN 300744 v1.2.1，Digital video broad-casting(DVB): framing structure,channel coding and modulation for digital ter?restrial television（DVB-T）[S].2009.

[4] 張偉民.AVS+標(biāo)準(zhǔn)的主觀圖像質(zhì)量對(duì)比分析[J].電視技術(shù)，2013，37（21）：9-11.

[5] 數(shù)字電視國(guó)標(biāo)正在加速產(chǎn)業(yè)化[EB/OL].[2013-11-01].http:// www.cnii.com.cn/industry/2013-03/21/content_1114114.htm

[6] 栗曦坤.湖南“株洲實(shí)驗(yàn)”無線地面電視數(shù)字化邁出新紀(jì)元[EB/ OL].[2013-11-01].www.tech-ex.com.cn.

[7]徐孟俠.地面數(shù)字電視的雙國(guó)標(biāo)SDTV和HDTV[J].電視技術(shù)，2009，33（4）：8-10.

[8] 徐孟俠.大陸地面數(shù)字電視廣播技術(shù)介紹，紀(jì)念辛亥革命百周年（與臺(tái)灣同行“筆談”用）[EB/OL].[2013-11-01].www.ratiog.org.

[9] 徐孟俠.評(píng)中國(guó)地面數(shù)字電視廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)[J].電視技術(shù)，2009，33（1）：9-12.

[10] Digital Horizon（Beijing）.DVB-T2 Training[R].北京：北京數(shù)碼視線公司，2011.

[11]EIZMENDI I，BERJON-ERIZ G，VELEZ M，et al.CNR require?ments for DVB-T2 fixed reception based on field trial results[J]. Electronics Letters，2011，47（1）：57-59.

[12] 徐孟俠.優(yōu)先向兩個(gè)弱勢(shì)群體提供地面國(guó)標(biāo)固定接收新服務(wù)[J].世界廣播電視，2013（6）：108-109.

New DTTB System w ith Dual Chinese Standards——Econom ic Candidate for Green and Low Carbon Industry

XU Mengxia
（Dept.Electronics,Peking University,Beijing 100871,China）

The new DTTB system with dual Chinese standards(DTMB-C=1+AVS video coding+Single wide-band emitter for M-SFN）is discussed in this paper,in comparison with DVB-T2 new system(DVB-T2+MPEG-4-AVC/H.264 video coding+Several emitters+RF MUX for M-SFN).The basic performances of the former is comparable to the later, but with less power comsumption and less electro-magnetic pollution,as well as better quality with lower cost,so as more cost effective and becoming an economic candidate for DTTB green and low carbon industry.The new progress of AVS video coding,the total number of SDTV programs possibly provided after over-the-air analog TV switched-off(ASO)and the energy consumption per single SDTV program in comparison with an analog TV program are also in discussion.

DTTB;DTMB;wideband TV emitter;green industry

TN949

A

?? 京

2013-12-19

【本文獻(xiàn)信息】徐孟俠.DTTB雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)——最節(jié)約的綠色低碳產(chǎn)業(yè)候選者[J].電視技術(shù)，2014，38（10）.

徐孟俠（1931—），1955年北京大學(xué)物理系畢業(yè)后留系任教。1958年9月轉(zhuǎn)北京大學(xué)無線電電子學(xué)系（1994年改名電子學(xué)系）。1979年起開始視頻編碼研究，關(guān)注數(shù)字電視新技術(shù)的進(jìn)展。1991年初退休后，推進(jìn)VCD在我國(guó)的發(fā)展和更多關(guān)注地面數(shù)字電視傳輸技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的進(jìn)展，特別是我國(guó)地面數(shù)字電視如何發(fā)展HDTV和服務(wù)農(nóng)民家庭的SDTV；并于2001年對(duì)單載波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電視接收提出一些設(shè)想。2009年起積極推進(jìn)“雙國(guó)標(biāo)新系統(tǒng)”，特別是寬帶發(fā)射機(jī)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用。