香港地面数字电视发展

香港地面数字电视建设与进展

 

常世平  

[本文已在ICTC2010論文集上發表]

 

摘要：香港从2007年底采用国标GB20600-2006开播地面数字电视广播迄今已接近3年，期间网络覆盖和接收机渗透率都获得较大发展，本文介绍了香港地面数字电视发展的历程，并从网络建设，技术规范，服务以及接收机等几个方面介绍了目前的进展。并对未来数字电视技术以及在香港的发展等方面进行了展望。

关键词：香港数字电视，单频网，多频网，覆盖，渗透率

 

The Development of DigitalTerrestrial Television in Hong Kong

Chang Shiping

 

Abstract:Hong Kong has adopted GB20600-2006 as Digital Terrestrial Television (DTT)technical standard and launched the service from end of 2007. In past threeyears, the network coverage and receiver penetration have been growing fast.This paper introduces the milestones of Hong Kong DTT development and thelatest progress from networks, technical specifications, services and receiveraspects. The writer also looks ahead to the futures of Digital Television andits development in Hong Kong in future.

Keywords:Hong Kong DTT, SFN, MFN, Coverage, Penetration

1.    引言

香港于2007年底采纳国家标准GB20600-2006正式开始地面数字电视广播，到今天，已启播发射站12个，提供有一个多频网和两个单频网的服务，人口覆盖率超过85%，接收机的渗透率保持稳定增长，根据今年6月份的调查，约有53.3%的住户接收数码电视服务。相比其他国家和地区，这样一个发展速度是比较快的。

从技术上来讲，香港的地面电视接收环境非常复杂，多山，楼群高而密集，有大范围海水反射以及潮汐衰落，而香港单频网目前已多达12个发射站，在2012年之前将会达到29个发射站，应用规模应该说也比较大。

因为大部份发射站站都建在山顶，因此信号分配主要依赖于微波链路。

在信源方面，香港对数字电视技术的应用也较为全面。而与模拟电视相比，数字电视具有的独特功能和表现也成为吸引广大市民转收数字电视的重要驱动力。

本文将从几个方面全面地介绍一下香港地面数字电视的发展历程，进展以及特点，希望可以供广大同行作为参考之用。

2.    发展回顾

1998年，香港政府决定发展引入数字广播

1999-2000年，对DVB-T, ATSC和ISDB-T进行了技术测试。

2000年5月，完成第一次数字电视频率规划研究。

2000年12月，政府对数字电视进行第一次咨询。

2002年3月，完成第二次数字电视频率规划研究

2003年12月，政府对数字电视进行第二次咨询。

2004年，政府订立数字地面电视推行框架。

2006年8月，国家地面数字电视标准GB20600-2006正式颁布。同年11月，亚洲电视与无线电视联合邀请广电总局规划院在香港对地面国标进行了全面严格的技术测试，确认了国标在香港的技术可行性。

2006年12月，亚洲电视与无线电视联合邀请业界30多家接收机厂商举办讨论会，向业界介绍两家电视台对于接收机标准以及数字电视新增服务的考虑。

2006年12月，两家电视台联合向政府建议采用国标作为信道编码标准

2007年1月，香港电讯管理局联同两家电视台一起走访了内地几家较大型接收机生产基地，了解市场供给能力。

2007年3月，两家电视向政府建议了接收机标准。

2007年6月，香港电讯管理局采纳了亚洲电视与无线电视的联合建议，在香港采纳国标进行数字地面电视广播，同时，综合两家电视台的建议以及业界的反馈意见，制定颁布了香港的接收机技术规范，以及传输技术规范。

2007年12月2日，亚洲电视首先开始在数字频道广播一条24小时新闻台。

2007年12月31日，亚洲电视和无线电视正式在慈云山开始所有数字频道的广播，共有3个数字频道，13套节目，其中包含两套高清节目。覆盖人口45%。

2008年5月至7月，金山，飞鹅山，青山，云山，南丫岛和聂高信山发射站相继开通，覆盖人口增至75%。

2008年8月，两台成功转播北京奥运会，而受奥运会推动，接收机的渗透率出现较大幅度增长。而在奥运会期间，无线电视亦开始以MHEG-5标准提供互动信息服务。

2009年12月31日，上洋山，琵琶山，笔架山，西环山和南朗山5个补点站启播，人口覆盖率增至85%。

3.    网络建设

3.1.      网络规划与发展

香港人口大约800万，地形特点是山多，高楼密集以及临海，地面电视接收环境应该说十分复杂，，既有复杂的多径情况，又面临潮汐衰落的影响。在未知这样一个复杂接收环境中单频网实际性能的情况下，为最大限度保障市民利益，使模拟广播平稳过渡到数字广播，香港政府规划了一个多频网用于与模拟电视同步广播。这一个多频网批给亚洲电视和无线电视共同开发。而规划了4个单频网用于发展新的服务。这4个单频网亚洲电视和无线电视各获得一个，分别是588-606MHz和582-590MHz，而另外一个678-686MHz于2010年6月为中国移动获得，用于发展手机电视广播。还有一个788-806MHz未批出

根据政府频率规划研究报告[2]，6个主发射站可覆盖全港大部份地区，而为达到全面覆盖，包括6个主发射站在内至少需要23个发射站，而为克服部份地区高楼遮盖的影响，需再加多6个补点站

至2009年底，香港已启播了6个主发射站，分别是慈云山(TempleHill)，飞鹅山(Kowloon Peak)，金山(Golden Hill)，青山(Castle Peak)，云山(Cloudy Hill)和南丫岛(Lamma Island)；以及6个补点发射站，分别是聂高信山(Mount. Nicholson)，南朗山(Brick Hill)，西环山(Sai Wan Shan)，笔架山(Beacon Hill)，上洋山(Sheung Yeung Shan)和琵琶山(Piper’s Hill)，12个发射站的人口覆盖率超过85%。计划余下还有17个发射站将于2012年之前完成，这些发射站包括374山，赤柱等。图1是这12个发射站的分布以及覆盖情况图。各个站的频率分配和ERP如表1和表2所示。

图 1  2009年底香港地面数字电视覆盖示意图

 

表 1   6个主发射站的技术参数表。

序号

站名

频点（MHz）

ERP (W)

MFN

TVB SFN

ATV SFN

1

慈云山

482

586

 

602

 

1000

2

青山

650

320

3

飞鹅山

562

320

4

金山

626

320

5

云山

546

1000

6

南丫岛

546

150

 

表 2   6个补点发射站主要技术参数。

序号

站名

频点（MHz）

ERP (W)

 

MFN

TVB SFN

ATV SFN

 

1

聂高信山

634

586

 

602

 

10

 

2

笔架山

770

0.2

 

3

南朗山

514

10

 

4

西湾山

530

10

 

5

琵琶山

778

10

 

6

上洋山

778

0.6

 

 

3.2.      网络工程

在组网方面，两家电视台均以慈云山作为信号分配中心，台里的基带ASI信号通过光纤传送至慈云山发射站，但接下来多频网和单频网的处理有一些不同，下面分别进行阐述。

 

3.2.1.     多频网(MFN)

因为多频网由亚洲电视和无线电视共同拥有，里面传送的4套节目分属于两家电视台，所以慈云山收到分别来自两家电视台的ASI信号后，先通过再复用器（ReMux）合并为一个多节目流之后，才经过激励器以及发射机和发射天线发送出去。其他发射站收到大气电波中的射频信号后，有的是先解调为ASI信号，然后重新经激励器和发射机发射出去，而有的补点站则直接变频放大转发出去。

 

3.2.2.     单频网(SFN)

两个单频网由两家电视台分别独立拥有，慈云山收到来自各自台里的ASI信号后，先经过单频网适配器插入同步信息，再通过微波传送至各发射站，各发射站的激励器通过接收到的同步信息以及GPS进行同步，然后再经发射机发射出去。如图3所示。而有的站也会使用同频转发器(即Gap Filler)直接放大从大气电波中接收到的射频信号再转发出去。

 

图 2单频网组网方案示意图

 

单频网可通过调整激励器时延来改变重迭覆盖区（Overlapping Area）的回波特性，从而可以在某种程度上达到优化信号的目的。其次，对于可以使用补点器即可有效覆盖服务区域的发射站，应尽量使用补点器而不是发射机，除了可简化系统，节约成本以外，最重要的是可减少单频网失步的风险。

 

3.3.      技术规范

2007年11月，香港电讯管理局修订了《电视通用技术守则-技术标准》[7]，增加了地面数字电视的传输规范，主要内容如表3所示。

 

表 3   传输技术规范主要参数

 

多频网

单频网

信道编码

GB20600-2006,C=3780,PN945,0.4/0.6,B=52/M=720

码流复用

MPEG-2

视频编码

MPEG-2

H.264 or MPEG-2

音频编码

MPEG-1 L2 or Dolby AC3

隐藏式字幕

ETSI EN 300 743

电子节目指南(EPG)及服务信息(SI)

ETSI EN 300 468

中文编码

ISO/IEC 10646:2003, HKSCS-2004

LCN

IEC 62216-1

 

3.4.      实际参数

传输方面，除采用C=3780模式以及保护间隔采用PN945之外，映像方式采用了64QAM，而FEC码率采用了0.6。总比特率是21.658Mbps。因为MFN所需保护间隔可以降至最小，因此两台曾积极推动将MFN保护间隔改为PN420, 这样比特率可提高至24.365Mbps。但测试结果显示在有海面反射情况下PN420表现不如PN945理想，所以需再做研究。

信源方面，两台MFN视频均以MPEG-2压缩，而音频则采用DolbyAC-3 2.0。SFN则两台均使用H.264和Dolby AC-3 2.0/5.1编码。所有节目均以16:9的技术规格播出，当然，因为节目内容的限制，部份节目是以左右加黑边或彩边的形式播出。其中在单频网提供有两套1920x1080/50i高清节目，立体声伴音，个别节目提供Dolby AC-3 5.1环绕立体声。

除此之外，字幕为隐藏式字幕，采用DVB标准中的位图格式，部份英文节目提供中英文两种语言字幕。

所有节目提供中英文电子节目指南(EPG)，标准采用DVB标准，中文字集采用Unicode再加香港特殊字符集，编码采用UTF-8和UTF-16。在香港可录像的机顶盒(PVR)相当普及，价格也不太贵，因为PVR录像功能主要依赖于EPG, 所以EPG的准确性十分重要。

因业界无法形成共识，所以香港政府没有制定交互式电视服务规范，目前无线电视在采用MHEG-5标准提供相关服务，内容主要以股票，新闻以及天气报告为主。

应该说，与世界其他地区的数字电视服务相比较，香港对数字电视的应用是比较全面的，如16:9画面，高清节目，Dolby5.1环绕立体声，中英文隐藏式字幕，中英文电子节目指南等等。这些服务丰富了观众看电视时的观感，也成为了数字电视渗透率的有力推动力。

4.    接收机

4.1.      技术规范

因香港的接收机市场是开放式市场，所以事先制定一个统一的接收机标准非常重要。2007年6月，香港电讯管理局颁布了地面数字电视接收机规范[6]，定义了基本版和升级版两类接收机。基本版只要求可以解码多频网的信号，而升级版则要求在基本版基础上，必须还能够解码单频网信号（含两个高清频道）。主要内容如表4所示。

 

表 4   传输技术规范主要参数

 

基本版

升级版

信道编码

GB20600-2006,C=3780,PN945,0.4/0.6,B=52/M=720

码流复用

MPEG-2

视频编码

MPEG-2

H.264 or MPEG-2

音频编码

MPEG-1 L2 or Dolby AC3

隐藏式字幕

ETSI EN 300 743 (仅标清字幕)

电子节目指南(EPG)及服务信息(SI)

ETSI EN 300 468

中文编码

ISO/IEC 10646:2003, HKSCS-2004

LCN

IEC 62216-1

 

4.2.      市场情况

市面上接收机种类主要分为3类，综合电视解码器（即一体机），机顶盒和USB解调器。在最早阶段，市场主要供应的是机顶盒和USB解调器，而一体机则后来居上，目前商场里大部份电视机均为一体机，从长期来看，一体机将会是市场主流。而PVR也十分受欢迎。

价格方面机顶盒最初高达1500至5000港元，后来慢慢下降，目前已降至400至2000元。而一体机则是1000多元至数万元不等。

根据今年6月份的调查，接收机的渗透率已达到53.3%。

 

4.3.      回顾分析

因为香港的接收机市场是一个开放式的水平市场，观众从市场上直接购买带数字信号解码器的一体机，机顶盒或用于计算机的USB解调器，所以一个统一并在启播前就颁布的技术规范非常重要。香港电讯管理局在颁布技术规范几个月后，为指导市民选购，还发布了自愿性标签计划，厂商可送样机到电讯管理局进行符合性功能测试，如合格，则可在产品上贴上电讯管理局颁发的标签，该标签在市民选购接收机时起着重要的指导作用。到目前为止，成功通过测试，申请到香港电讯管理局颁发的标签的接收机型号已有200多种。

需要指出的是，虽然规范定义了基本版和升级版两类接收机，但最终市场上全部都是升级版产品，升级版与基本版的最大不同是升级版支持1080i高清解碼，这也从侧面说明了数字电视的主要推动力是高清。

当电视信号由模拟变为数字之后，电视广播服务能力增强的同时，服务最终能够有效地送达观众极其依赖于接收机的支持。比如香港有4000多个中文字是香港独有的，这些字有时会出现在地名以及节目名中，因为香港的电子节目指南采用DVB SI的标准，电视台只传送字符编码而不会传送字体点阵图，如果观众要看到正确的电子节目指南，接收机就必须可以正确的解释并显示这些编码。在保证市场上的产品符合香港接收机规范方面，政府的自愿性标签计划和相关的符合性测试起着极其关键的作用。

在过去3年多，两家电视台对接收机厂商的产品开发也提供了积极地技术支持和协助，包括根据技术规范制作各种测试码流和协助场地测试等等。

国标单频网在香港大规模的应用对国标设备生产商和芯片生产商也提供了一个很好的测试场所。所以对于很多芯片开发商和接收机整机厂商来说，香港起着一个重要的测试基地的作用。

应该说，香港复杂的接收环境，较全面的数字电视应用，政府的有效规管以及电视台的合作支持几项因素综合在一起对接收机在香港的发展起到了积极地促进作用。

5.    未来展望

近期香港地面数字电视将主要集中在继续扩展传输网络，直至全面覆盖。

另外一方面，因为目前获得香港电讯管理局标签的接收机全部都是升级版，而两年多的实践证明H.264是表现是令观众满意的，目前两台也希望政府同意将多频网的信源编码由MPEG-2转为H.264，以提高压缩效率，进一步改善画面的质素。

香港计划于2012年开始考虑关闭模拟广播，当然，这一决定将依赖于数字电视的覆盖率以及接收机的渗透率。而如果模拟广播关闭后，应该有很大的空间重新调整多频网的频率分配，例如技术上可将多频网改为4频网甚至单频网以达到进一步节省频率资源的目的。

总结2年多数字广播实践，笔者认为以下几个方面的发展相信会对数字电视的发展起进一步的促进作用。

(1).   从接收机的实际使用效果来看，即使在保护间隔之内，单频网回波带给接收机的也多数是负增益，尤其前回波的影响最大。如果接收机能有效利用OFDM信号多径带来的增益，其灵敏度和在多径接收环境中的C/N门限都将获得极大改善。

(2).   进一步提高视音频编码器的压缩效率，使广播业者可以在保持画面质素的同时，更加有效地利用带宽资源。

(3).   开放式中间件标准的发展以及接收机进一步与电讯网络结合，使地面电视广播可以真正互动起来，进一步丰富电视服务的内容，实现广播网络和电讯网络的优势互补，。

(4).   从高清产品在香港受欢迎的程度可以看出，高清将是未来数字电视的主流方向，而编码器压缩效率的不断提高，尤其低码率高清压缩技术的发展，也将加快频道向高清化方向发展的速度。

(5).   1080i向1080p过渡。正如（4）所讲，画面清晰度是消费者的追求，也是技术的追求。目前市场上大部份显示器都使用平板逐行扫描技术，而占据高清广播主流的1080i格式却依然是隔行扫描，在将隔行的信号转为逐行显示时，画面垂直清晰度将损失一半，从效率来讲非常浪费，因为使用宝贵带宽资源传输过去的信息有一半是显示器需要放弃的。因此，笔者认为高清广播最终将会向1080p甚至更高分辨率发展，当然，这一发展过程可能非常漫长。

6.   小结  

香港地面数字电视在政府和业界的共同努力下，在按部就班地向前发展。香港复杂的地理环境对网络建设和接收机技术既提出了挑战，同时也与香港开放的市场环境一起促进了数字电视的发展。

 

参考文献

[1] T Y Chan,“Development of Digital Terrestrial Television Broadcast in Hong Kong”, OFTA, Technical Seminar on “The Future of Digital TVBroadcasting and Home Entertainment”, 15 March 2005.

[2] 香港电讯管理局, “第二次数码地面电视频率规划研究撮要”, 2003年12月

[3] 中国国家广电总局广播电视规划院，“香港地面数字电视单频网规划覆盖分析研究报告”，2006年12月

[4] ATV, TVB, “Technical Test Report on the Digital TerrestrialTelevision Systems in Compliance with the National Standard”, 4 June, 2007

[5] TVB, ATV, ABP, “DTT Systems of the National Standard Report of theField Trial in Hong Kong”, 26 January, 2007

[6] OFTA, “Technical Specification for Digital Terrestrial TelevisionBaseline Receiver Requirements”, HKTA1108, Issue 01, June 2007

[7] Hong KongBroadcasting Authority, “Generic Code of Practice on Television TechnicalStandards”, 9 November, 2007