地面数字电视传输标准:彻底摆脱专利费

2008-04-07 15:31:33来源: 中国电子报

  我国是电视产销世界第一大国,拥有4亿多台电视机,电视机的年生产量达近5000万台。上世纪末,全球开始数字电视革命,这是我国发展产业难得的历史机遇,也是对我国能否自主发展数字电视产业的严峻考验。

  如果像韩国采用美国地面数字电视传输标准那样,每台电视机交专利费30美元,那么我国现有电视机的数字化换代就需向国外交纳高达120亿美元的专利费,我国的电视产业就将重蹈DVD产业的覆辙。

  可见,尽快制定具有自主知识产权的数字电视标准迫在眉睫,这关系到中国数字电视产业的发展。2006年8月1日,我国数字电视传输领域的首个强制性国家标准——数字电视地面传输国家标准(GB20600-2006,英文简称为DTMB)正式实施,这也意味着我国电视产业告别了“打工仔”时代,不再受制于国外标准。

  自主研发形成专利

    “趁数字电视革命的机遇,突破无线宽带传输技术的瓶颈,如:宽带传输的频域多载波技术、高速移动使传输信道特性快速时变的信道估计技术、大范围覆盖造成长延时多径干扰的均衡技术,形成我国自主的基础性发明专利,基于这些基础性发明专利制定我国地面数字电视传输标准。这样,我国不仅不用向国外交专利费,还可以收国外产品进入中国市场的专利费。”清华大学数字电视传输技术研发中心主任杨知行对我国地面数字电视标准的出台有着深刻的理解。

  他在接受记者采访时表示,这些发明技术从数字电视领域成功切入后,将广泛促进信息传输领域的相关技术优化升级。电视机换代,城市应急视频系统、军用移动视频网的推广应用都具有潜在巨大的经济、社会、军事效益;多种新业务的开拓将促进相关领域行业结构升级及产品的更新换代,促进电信、电视、数据三网融合。

  为此,我国政府用15亿元资金设立了数字电视研发与产业化专项,被纳入到国家“十五”高新技术12个重大专项之列。由国家发改委、信息产业部、国家广电总局、科技部、国家质检总局等五部委成立了数字电视国家领导小组。数字电视国家领导小组第一次会议就明确表示,一定要自主制定数字电视地面传输标准(而不是选用国外国标准)。

  起了个大早,赶了个晚集

  早在1994年,国际上数字电视传输标准研发工作刚刚起步。在科技部的支持下,我国以叶培大院士为首对数字电视技术进行了战略性研究。

  1996年,紧跟国际上两大标准——美国ATSC和欧洲的DVB-T的出台,科技部设立了数字电视地面广播系统研发重大项目,项目挂靠国家广播科学研究院(简称广科院),成立数字电视总体组(简称总体组),浙江大学和西安电子科技大学分别跟踪研发了美国的ATSC和欧洲的DVB-T标准样机。国家广电总局出资1个多亿元采用广科院和总体组做出的跟踪方案样机进行了国庆50周年大典数字电视转播。

  1999年,国家发改委设立了数字电视研发与产业化专项,地面数字电视相关研究转入标准研发和产业化工作。专项资金除部分给总体组用作研发经费,还在北京、上海和深圳建立了3个地面数字电视广播试验城市。每个试验城市都获得一笔经费用于购买广播设备和总体组的样机。

  2001年,数字电视国家领导小组委托国家广电总局在全国范围内征集地面数字电视广播传输标准方案,并对收集到的5个标准方案进行测试。它们分别是清华的DMB-T方案,数字电视总体组的单载波VSB方案和多载波COFDM方案,以及广科院的QAM方案和电子科技大学的OFDM方案。2002年4月,根据当时的测试结果,全国广电标委会组织的测试组和监理组认为:被测设备的整体性能与制定我国地面数字电视传输标准的要求尚有相当的差距。有必要在国家数字电视研究开发及产业化领导小组的领导下,组织国内产学研和使用部门联合研究开发真正具有我国自主知识产权的系统及其设备。

  据此,国家数字电视领导小组决定成立数字电视标准化工作组,并委托国家知识产权局对国内5个方案进行知识产权评估。在检索大量文献和研究相关国内外专利的基础上,国家知识产权局于2002年9月30日形成了《数字电视地面传输技术方案专利评估报告》。报告给出了对5个方案的总体评价。

  2003年年初,国家数字电视领导小组决定委托中国工程院对清华DMB-T和上海交大ADTB这两个方案进行性能评估。中国工程院以信息与电子工程学部主任陆建勋院士为评估组组长,组成了一个由40人组成的专家评估团,章之俭总工为测试组组长,童志鹏院士为监理组组长。

  清华大学数字电视传输技术研发中心主任杨知行回忆当时情形时表示:“2003年中,评估测试报告的结论是:清华设备和交大设备的性能均达到地面数字电视传输标准的基本需求;总体技术性能上清华系统优于交大系统;在技术创新点上,清华系统具有更大优势。”

  2003年10月,国家发改委设立地面数字电视传输标准研发项目,由中国工程院常务副院长邬贺铨院士任项目负责人,清华大学、上海交通大学、广播科学院、北京航天航空大学、西安交通大学、北京大学、北京邮电大学、西安电子科技大学、成都科技大学、国防科技大学、浙江大学等11家单位参加。该项目成立数字电视地面传输国家标准特别工作组,在清华DMB-T、上海交大ADTB、广科院TIMI三个标准方案的基础上共同研发多载波和单载波融合方案。

  2006年6月,全国广播电视标准化技术员委员会组织地面数字电视传输标准测试组针对特别工作组提供的标准发射机和清华提供的基于频域均衡标准接收机组成的地面数字电视传输标准系统进行了标准测试,测试结论是:被测试系统能够基本满足地面数字电视广播的技术要求,信道编码和时域同步技术具有先进性,高、低码率模式下,总体性能多载波工作模式优于单载波工作模式,一致性测试认定的参数和功能与标准征求意见稿一致,实现了标准征求意见稿198种工作模式中的36种,已实现的工作模式传输码率范围涵盖4.813M至32.486Mbps,单、多载波实现功能重复,并可互为替代。

  与此同时,针对我国地面数字电视广播实际应用及产业化需求,上海高清数字科技产业有限公司、上海交通大学、上海奇普科技有限公司等单位研制出了一套国际领先的ADTB-T地面数字电视传输系统技术,克服了单载波系统高速度移动接收和单频组网的国际性难题。

  2006年8月,以ADTB-T地面数字电视传输系统技术为基础,融合清华大学、广播科学研究院等多家研究单位技术成果的《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》标准,简称“中国地面数字电视传输标准”,标准编号“GB 20600-2006”;2007年8月,中国地面数字电视传输标准正式强制性实施。

  突破融合的技术瓶颈

  行业内人士一般都明白,美国ATSC单载波系统和欧洲DVB-T多载波系统是两个不同技术路线的两种标准,单载波和多载波在性能上都有各自的特点。所以地面数字电视标准确定为单、多载波融合方案(简称地标)后,就有了“地标是单、多载波两个系统的一种拼接”,“一个苹果和一个梨放在一个篮子”或者“融合就是两个系统加一个开关”等说法。

  2004年至2006年,数字电视地面传输国家标准特别工作组的主要研究成果之一就是解决了单载波和多载波作为一个参数选项在一个系统内承载,从而实现了方案融合。同欧洲DVB-T标准的多载波数有2K和8K两个选项类似,地标的多载波选项有4K和1K两个选项。它仅涉及系统需要的很多数据处理环节中的一个具体操作环节的两种可选参数,其他系统参数,包括纠错编码、交织、定时同步、帧结构、信号带宽与成形等系统内外参数对单、多载波工作模式都是统一的,它们只是在同一个技术和知识产权平台上的两种可选的工作模式。

  它的技术依据是TDS-FOM,它本身就是一个时域单载波和频域多载波融合的调制方式,它的多载波帧体都是数据信号,可以分别加载到多个子载波上,也不排斥全部帧体数据都加载到一个子载波上。国标DTMB的TDS-OFDM不同于欧洲DVB-T的C-OFDM,其原创性不仅为单、多载波系统融合提供了技术基础,还将为多媒体信息广播预留了时、频二维分割的功能扩展空间。

  上海高清在国标中,由于以下三个原因使单、多载波调制的区别仅在调制部分。1.单、多载波选项仅在数据帧体部分才有效,数据帧头都是采用单载波调制作为训练序列;2.在帧体数据部分均没有已知离散信息,只用相同方法保护的系统信息;3.标准采用统一的信道编码方式——低密度检验码LDPC。

  上海高清总裁助理王尧接受记者采访时表示:“由于单、多载波调制的区别仅在调制部分,而单、多载波数字调制技术的区别仅在于所用载波数的区别,因此完全可以使用同样的接收办法来实现国标中单、多载波的接收。而目前,上海高清早已开发出了全模式的调制器,以及同样基于均衡器的单、多载波全模式融合接收机。”

  当然,基于融合方案的DTMB标准确有一些冗余的瑕疵,受各种因素限制,特别工作组没办法进行理想优化。希望地标接受市场应用选择,在用户选择中进一步分离冗余的瑕疵突显其先进的特色。国标颁布以来,许多试用城市在国标工作模式的选择上意见高度一致说明:“市场选择”有可能轻松超越“学术之争”。

  具有完整的自主知识产权

  除单载波(C=1)选项的“双导频插入”技术这一冗余的选项被韩国三星公司获得中国专利授权以外,国标的自主知识产权是完整的。不存在专利受控国外的问题。

  基于清华大学职务发明专利的清华DMB-T方案已经过国家知识产权局2003年和2005年两轮评估,都确认为基础性的创新方案,没有发现需要向国外专利交费的问题。在清华DMB-T方案的基础上,国标吸收了广科院TIMI方案和上海交大ADTB方案的特色技术,主要有4点改动:在C=3780的基础上增加C=1选项;改RS和卷积组合纠错编码为LDPC纠错码;重新定义和设计系统信息;增加一种帧头格式和4QAM-NR、32QAM两种调制方式。以上改动有的是公开技术,有的已被清华大学或上海交大申请的专利所保护。

  2005年1月,清华大学向国家发改委、信息产业部、国家广电总局、科技部、国标委发出清校函[2005]5号郑重承诺:“在国家未来制定的数字电视地面传输标准中,凡采用清华大学的专利,我校将全部向国家提供。”

  同年3月,清华等11家单位签署了《关于中国数字电视地面传输标准技术共享协议》,各方郑重承诺:“在中国数字电视地面传输标准对应的发射机和接收机所使用到的技术中,源自各方的专利和技术不论多少均贡献给国家,组成本标准的专利池”。

  2006年,清华大学向中国工程院提交的43项发明专利都是清华大学的职务发明专利,其中29项发明专利全面保护了国标的信号格式和系统方案及其实现技术,20项发明专利全面保护了国标的接收机实现技术和接收系统方案。杨知行表示:“没有任何单位或个人能够干预清华大学对这些专利所具有的完整、独立的处置权。”

  在单载波方面,上海高清及其关联企业在国标知识产权体系上,上海交大拥有完整的国标地面数字电视发射系统的专利。上海高清、上海奇普拥有完整的国标地面数字电视接收系统的专利。上海高清是完全的国有企业,上海奇普是上海高清绝对控股的国内企业,公司股东完全同意国家对国标产业化的要求。上海高清、上海交大、上海奇普独立地掌握国标的核心专利及关键技术,对国标的发射及接收系统拥有完整的专利保护。

  产业化已具备强制实施条件

  在1999-2006年漫长而艰苦的地面数字电视传输标准研发过程中,清华大学数字电视传输技术研发中心的清华团队在清华大学重点学科建设项目资助下负责DMB-T系统研发与性能测试,Legend Silicon Corp.在清华大学帮助下多次融进风险资金专注开发DMB-T芯片。国标颁布以后,清华大学在自有的软件仿真和硬件实现平台上优化了自己的算法和实现技术。Legend Silicon Corp.全力投入国标接收芯片的量产经营。

  Legend Silicon Corp.符合国标的接收芯片8913在国内首先流片成功,清华大学符合国标的发射机调制器支持北广、吉兆、东芝等公司生产出国标发射机,符合国标的接收机算法和实现技术提供上海复旦大学、复旦微纳电子公司和深圳力合微电子公司开发国标接收专用芯片。它们分别计划今年年底前量产国标接收芯片。今年6月复旦微纳电子公司已经成功开发出国标接收芯片“中视二号FDC1101”。

    2007年3月,香港用单频组网方式系统严格地测试了国标DTMB和欧标DVB-T在香港地区内的覆盖和接收效果。测试结果证明,国标DTMB明显优于欧标DVB-T。同时,国内外生产国标关键部件和收、发设备的数十个企业在香港展示产品证明国标的产业化已满足国标工程实施的需求。香港ATV和TVB两个无线电视台已经播出国标DTMB电视信号,香港政府决定采用国标10月正式播出,计划年内达到20万台接收终端(包括机顶盒和数字电视机)。

  截至目前,十家省市电视台已经采用国标DTMB试播,其中某些城市已完成30个国标发射机的招标和数万台接收终端的订货。

  伴随着国标颁布,上海高清等单位已经成为推动中国地面数字电视产业化的重要技术力量及产业基地。从去年8月份以来,上海高清的核心工作包括一方面积极配合行业主管部门制定地面数字电视配套标准;另一方面是通过联合国内外的产业伙伴,加快国标核心技术的产业化,完善国标产业链、设计国标全业务解决方案。

  王尧表示:“国标发射端设备方面,上海高清早已经研制开发出完全符合国标的、支持单载波/多载波/单载波和多载波结合的各种调制器。”

  在2007年3月份的CCBN展会上,上海高清推出了国内第一台国标全模式调制器,国标新品包括MOD1000国标地面数字电视单点单载波调制器,MOD2000国标地面数字电视全模式调制器,MOD3000国标地面数字电视单频网调制器。目前,包括北广科技、北京吉兆、东芝等发射机企业已经与上海高清合作完成了设备集成。上海高清与北广科技等单位的全面技术授权也已实质性启动。迄今为止,在上海、湖南、山东、安徽、河南等地,采用单载波技术的发射设备已商业运营近2年。

  另外,上海高清把触角伸向农村市场,上海高清总裁夏平建接受《中国电子报》记者采访时表示:“中国目前有3.49亿户家庭,其中1/3通过有线网络,能收看到多达五六十套的电视节目;而其余2/3的家庭只能通过无线方式收看到五六套模拟电视节目,而且收看效果很差。因此,做数字电视国标推广的时候,从市场的角度必须要考虑一个问题,是让只能看到五六套节目的人在家能够看到五六十套电视节目。我们开发的数字电视技术,是去做锦上添花的事,还是做雪中送炭的事?我们决定先做雪中送炭的事。”

  出于这样的战略考虑,上海高清公司利用国标技术,已经在全国10多个省市自治区的20余个地市得到应用,在安徽凤阳、河南安阳、上海崇明、湖南株洲等地更是经过了近2年的运行考验,系统稳定可靠,受到了基层广电和广大老百姓的热烈欢迎。目前又有100多家省市广电部门和上海高清及其合作伙伴建立了合作关系,将采用此项技术进行系统搭建。

  与此同时,凌讯与国标发端设备厂家北京吉兆、北广、凯腾四方、数码视线、德国RS、大连东芝、大连UBS等合作;国标测试设备方面,与德国RS及日本芝测等厂家合作,均已完成了国标产业化的需求。在国标接收机方面,凌讯产品与接收机厂家合作开发出不同形式的终端产品。终端产品形式包括一体机、机顶盒(固定和车载)、计算机相关接收终端(USB DTV接收棒和PC机内置接收卡)、便携设备(PMP等便携式终端)。合作厂家包括长虹、创维、康佳、海信、海尔、TCL、上广电、力合、同方、安彩、九洲、同洲等50多家。

  可以看到,国标的两大制定方都进行了产业化的推进工作,但在国标实施初期,相关企业同时希望有关政府主管部门加紧配套标准制定,积极引导国标用户根据自己的业务特点正确选择国标的应用工作模式,引导生产企业分阶段、分层次实现其他工作模式。

  相关链接

  大事记

    1990年初
    我国的一些科研院所进行了数字电视的跟踪研究。
    1994年
    国家标准委员会确立先制定高清晰度电视传输标准,再启动芯片、接收机产业发展的两步走战略,确立第一套标准方案。
    1995年
    国家科委立项并成立了数字高清晰度电视总体组,着手为中国制定一套具有自主知识产权的地面标准。
    1999年国庆前夕
    对方案的硬件进行实用化改造,广播科学研究院提出单载波和多载波混合调制方式的数字电视地面传输方案,并分别利用两套系统对国庆阅兵仪式进行了转播。
    2000年初
    清华大学开发了传输系统原理样机和专用收发芯片组。随后,电子科技大学提出了同步多载波扩频数字电视地面传输系统传输方案。
    2001年3月
    全国数字电视工作会议召开,包括清华大学在内,上海交大、成都电子科技大学等单位一共提出5套地面数字电视标准方案。
    2002年
    经过甄选,5套标准方案留下上海交大、清华大学两套方案。
    2002年8月
    国家广电总局广播科学研究院提出一套新的多载波方案,并于2003年8月进行了该方案的首次开路广播演示。
    2006年8月
    国家标准委正式颁布了《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》,也就是我们简称的地面数字电视标准。
    2007年6月
    在标准8月即将强制实行前夕,突然传国标难以在预定期间强制实行,主要原因是融合方案带来的技术问题和成本问题。
    2007年8月1日
    强制执行开始。

关键字:接收  终端  芯片  部件  设备  无线  信号  机顶盒

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2008/0407/article_171.html
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