模拟电视谢幕的未来不仅仅是更清晰的图像

2020年即将结束，与之相伴的还有伴随着几代中国人成长的模拟电视。

11月30日晚11点59分，香港停止模拟电视播出，12月1日正式进入全面数字电视播出时代。根据国家广电总局今年7月发布的《关于按规划关停地面模拟电视有关工作安排的通知》，全国各地央视节目地面模拟电视信号将在8月31日前关闭，地方节目地面模拟电视信号将在12月31日前关闭。特殊情况下，最迟在2021年3月31日前完成停工。

从模拟到数字，是电视技术的关键升级。当我们进入综合数字电视时，模拟电视将永远退出历史舞台。数字电视与模拟电视相比有什么优势？模拟电视完全退出后，备用频谱信号会发挥什么样的价值？

数字编码带来更高的传输效率

据了解，模拟信号是指用不断变化的物理量表示的信息，其信号的幅度、频率或相位会随时间不断变化。比如温度、湿度、电流、电压等。这些物理量在一定的时间范围内可以有无穷多个不同的值，都可以用模拟信号来表示。在模拟信号传输过程中，需要将信息信号转换成几乎相同的波动电信号(因此称为模拟信号)，然后通过有线或无线方式传输。电信号接收后，可以通过接收设备还原为信息信号。

模拟信号的广泛应用始于20世纪初。在当时的电话系统中，声音信号被转换成电信号，沿着电线传输，并由另一端的接收设备进行检测和分析。在这个过程中，传输距离越远，电信号越弱，线路中的噪声干扰会大大降低通话质量。

为了解决这个问题，信息论创始人克劳德埃尔伍德香农提出了一个方案：将语言转换成简单的代码，检测到音频信号后采样，将每个采样点的波动频率值转换成由0和1组成的代码，形成一长串代码，然后沿线路传输。通过这种编码方法，接收器可以重构原始音频信号。这是数字信号的雏形。后来，除了声音，文本和图像也可以编码为0和1进行传输。

那么模拟电视信号和数字电视信号有什么区别呢？

“模拟电视信号主要由图像信号和音频信号组成，通过调幅和调频的方式调制在射频载波上。接收机将接收到的信号分离后，图像信号和音频信号分别放大，最后通过显像管和扬声器解码转换，显示出我们看到的电视节目。”上海交通大学图像通信与网络工程研究所副所长宋丽告诉《科技日报》记者。

另一方面，数字电视信号从源头开始，图像的每个像素和伴音的每个音节都用二进制数编码。经过信源压缩编码和信道编码后，以比特率的形式传输，在接收端解码后可以恢复图像和声音。

“本质上，在有限的带宽下，数字信号比模拟信号能传输更多的信息。传输效率和频谱利用率更高。传递的信息多了，电视的音质和画质自然更好。”例如，宋丽说，一个8MHz带宽的地面模拟电视频道只能传输一套节目，而地面数字电视采用数字压缩技术，可以传输多套相同8MHz带宽的广播电视节目。

模拟电视屏幕上的“雪花”是很多人的记忆。其实这些“雪花”的学名就是“噪音”。电视机的天线在接收信号时，会不小心拾取外界的电子噪声和辐射的电磁噪声，这些噪声会在屏幕上显示为流动的随机像素，伴随着刺耳的噪声。地面数字电视不会出现模拟电视中常见的“雪花”现象，因为它具有更可靠的编码传输

从模拟电视切换到数字电视不仅是新旧技术的变革，也是数字浪潮下的必然。早在1999年，中华人民共和国成立50周年阅兵时，全高清数字电视就用于直播。“数字电视的相关技术出现较早，但模拟电视的淘汰和数字电视的大规模商业化应用是一个缓慢的过程。”宋丽说。

由于不同国家之间的地理环境、传输中的信号屏蔽效应以及移动接收的测试存在很大差异，在制定和选择地面数字电视标准时必须考虑现实。因此，自然环境和技术的双重约束在一定程度上延缓了地面数字电视信号传输在大多数国家的推广。

据了解，数字电视信号的传输方式主要分为三种：有线传输、地面传输和卫星传输。宋丽解释说：“对于数字电视信号，有线传输方式的衰减率相对较低，但地面信号传输或卫星信号传输到达室内后会有一定的穿透损耗，导致信号衰减严重。而且在运动场景中，多普勒效应也会造成信号衰减。”

宋丽认为，随着4K/8K高清电视成为主流趋势，传输数字电视信号需要更高的带宽，因此有必要拓宽频谱资源，解决有限带宽下传输效率不足的问题。“例如，开发更先进的传输技术，如NOMA技术(非正交多址技术)、太赫兹传输技术和空天一体化，同时开发更先进的电子元件以形成新的解决方案。”宋丽说。

优化数字电视体验还有很多工作要做。“比如让更多的城市建筑采用公共天线，从而有效解决固定电视接收的穿透损耗问题；它融合了地面广播电视信号传输和移动通信两大网络，从而在地面广播电视传输丢失(传输过程中数据包丢失)时，通过移动通信网络补包，广播电视网络凭借其天然的共效率，为移动通信网络分担流量，提升数字电视网络的内在价值。”宋丽表示，“无感套餐可以更好地提升数字电视在移动场景中的体验，通过移动网络的个性化互动可以激发地面数字电视的活力。”

广播电视与通信的深度融合已经成为一种趋势

今年上半年，工信部发布《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，指出“移动通信系统计划使用700MHz频段，为5G发展提供宝贵的低频段频谱资源，促进5G高、中、低频段协调发展”。

据了解，这部分频谱资源属于低频带，质量非常高。“这种频谱的发射和接收设备制造简单，成本低廉，可以给移动通信系统带来更丰富的传输资源。另一方面，当使用超高带宽(如太赫兹、毫米波)时，相关器件和材料的生产困难且成本高。”宋丽说。

在12月7日举行的700MHz技术及产业应用研讨会上，中国广电网络股份有限公司副总经理曾庆军表示，避免同质化竞争，与传统三大运营商形成差异化发展是中国广电面临的重大课题，中国广电找到的突破点是5G NR播出。

据了解，5G NR是基于数字多载波调制方式的新空中接口设计的全球5G标准，也是下一代非常重要的蜂窝移动技术基础。5G NR广播没有改变现有的5G传输层和物理层系统，而是使用5G NR信道部署5G网络，这是5G技术和广播业务的结合，可以实现5G广播和5G通信网络的融合。与传统广播技术相比，其功能更加全面，适用场景更加广泛。