漫谈中国数字电视标准的诞生

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陶显芳

2011-7-8

 

一、中国数字电视的元年

 

6月20日，国家标准化管理委员会网站上正式发布了《地面数字电视终端接收机(器)通用规范》(下简称《国家标准》)。《国家标准》从2011年11月1 日正式实施，要求在我国生产和销售的所有数字电视机都必须具备地面数字电视接收功能。其中，我国自主研发的视频编码标准AVS和音频编码标准DRA在 2012年11月1日后必须强制配置，国际上现行视频编解码标准MPEG-2和音频编解码标准杜比数字+列为可选。

 

这次《国家标准》正式发布，预示着，2011年将是中国数字电视发展的元年，中国的数字电视行业将进入一个有序发展的快车道；同时也表明，以前在中国市场上出现的数字电视都不是真正意义上的“中国数字电视”，或者用一句比较通俗的话来说，我们以前使用的数字电视都是属于山寨产品，因为，它不符合《国家标准》。

 

大家都知道，数字电视的关键技术是图像信号压缩编码技术和图像内容存储技术以及信道的传输技术，这些技术均需要大规模集成电路技术来支持，这是中国发展数字电视技术的软肋，直到现在，这个大规模集成电路技术在中国还不能完全靠自力更生来解决。不过，随着全球经济一体化进程的加快，这个关键技术已经不是无法跨越的门槛问题。

虽然，在美国从事集成电路设计的大部分人都是印度人和中国人，但集成电路设计的后台处理技术还牢牢地掌控在别人手中，所以，有人很风趣地说，IC（集成电路）就是印度+中国，即I+C。但这顶帽子戴在中国人头上，其实并不十分光彩。因为，在美国从事IC设计的人，他的工作连医生也可以做。

 

现在，中国在数字彩电制造技术方面，已经有很强的实力。虽然大多数中国的彩电企业还不能制造数字电视中的关键IC，但他们与国外的IC企业进行技术合作已经有很多年历史，如台湾的MStar，美国的泰鼎（Trident）、卓然（ZORAN）、博通(Broadcom)、SigmaDesign、GENESIS、德州仪器（TI）、欧洲的恩智浦(NXP)和意法半导体(ST) 、日本的东芝和富士通等。

 

中国彩电行业生产的各种制式的数字电视产品，每年大约有一半需要出口，如果要他们改为生产“中国数字电视”，对于他们来说，缺失的主要就是一个《国家标准》，其它条件基本什么都不缺。

因此，我们有信心到2015年的时候，中国将能按时完成模拟电视到数字电视的过渡。届时，中国也将和美国一样进入一个崭新的数字电视时代。这样，在数字电视技术应用方面，中国与美国相比只相当于落后了6年。这是一个值得中国人庆幸的事情，如果中国的数字电视技术研发起步太早，未必就是一件好事情。因为，时机过早，数字电视技术还不成熟，研制费用反而会大幅增加，并且还要向别人缴纳一笔昂贵的专利费。

 

人们是否还记得，早在2003年，广电部的一位领导手中拿着一个机顶盒，然后把插头往模拟电视机的AV接口一插，就向世人宣布：中国数字电视的元年现在正式开始了。随后，中国的数字电视就开始进入了一个以数字机顶盒为配套工程的整体平移时代，此事干得比今天的拆.迁工程还要爽快。这样的数字电视工程其实并没有给老百姓带来好处，只是仅仅使老百姓明白——数字电视就是收费电视，让老百姓对数字电视产生反感！这次《国家标准》的正式发布，我想，那些以数字机顶盒为配套的数字电视工程项目，又得来一次更新运动了。

 

二、数字电视的起源

 

电视技术经过70多年的发展，现在已经开始由模拟电视时代进入了数字电视时代。今天，数字电视已经在美国开始普及，我国也将准备于2015年完成模拟电视到数字电视的过渡，到时，中国也将和美国一样进入一个崭新的数字电视时代。

 

电视技术之所以从模拟电视发展成为数字电视，这完全得益于电脑技术的高速发展。在电脑还没有诞生之前，模拟电视技术就已经发展得非常成熟，所以在PC机诞生前长长的50多年里，世界上的三大电视制式NTSC、PAL、SECAM在技术方面基本上都没有很大的改变。

 

但是，自从PC机诞生以后，数字电子技术就开始向电视技术渗透，首先是采用微电脑对电视节目进行自动存台和选台，随后是遥控操作电视机的各种控制功能，使电视机接收节目数量由原来的12个一下子增加到100多个。其后是把模拟视频信号通过数字处理，利用插值的方法提高图像清晰度，再其后就是采用帧存储器把隔行扫描图像信号转换成逐行扫描图像信号，并且还增加了很多图像处理功能，比如，画中画、图像缩放等。

 

随着大规模集成电路的出现，对数字电视信号进行压缩处理的技术也在十几年前就实现了。所谓图像信号压缩，就是利用软硬件技术，把一幅图像或多幅图像中的像素点内容进行相关技术处理，内容相关的少传送，内容不相关的多传送。它把数字电视信号的码率由原来的几千兆（比特/秒）压缩到只有几兆，相当于压缩了上千倍，这样才使数字电视广播成为可能，否则，几千兆比特/秒的码率信号在什么设备中都无法进行存储和传送。

 

MPEG-2和AVS都是图像压缩技术标准，而AVS是一个由中国“数字音视频编解技术标准工作组”于2004年初正式发布的拥有我国知识产权的数字音视频编解技术标准。

 

实际上数字电视广播主要是在信号的传输过程中采用了数字信号处理技术，而在两端，即信号的输入和输出端还是模拟电视信号，在信号输入的最前端是模拟离散信号（经量化编码后成为数字信号），在信号输出的终端是模拟连续信号（模拟显示器）或模拟离散信号（数字显示器）。但采用数字处理技术之后，通过对图像信号进行压缩，可以节省信号传输通道的频率带宽，使原来一个电视频道只能传送一路模拟电视信号，经过数字处理之后，一个频道就可以同时传送三路以上的数字电视信号，或一路数字高清电视信号。

 

数字电视信号还有一个优点，就是其数据格式很容易与电脑的数据格式兼容，因此用电脑也可以播放和存储数字电视节目内容，即电视节目内容可以存储于硬盘和CD盘上，使原来两个互不相干的技术领域开始趋于一致。比如，现在的平板电视机，既可以用来作为电视图像显示器，也可以用来作为电脑显示器。由于数字电视信号的出现，使昔日尊贵的磁带录像机一下子就被赶出了历史舞台。

 

早在20多年前，国外的很多企业就已经开始投下大量的人力和物力从事数字电视技术开发。电视技术进入数字处理时代，最功不可没的是德国的ITT公司（现在叫MICRONAS）。ITT公司自八十年代推出了世界上第一台数字彩色电视机以后，它的IC技术在数字彩色解码和声音处理方面，一直遥遥领先，它的IC产品从数码2000系列开始逐渐形成系列，不断推动数字电视技术的发展。

 

但数字电视的概念直到九十年代，还是停留在对模拟电视信号进行数字化处理方面，逐行扫描电视把模拟电视信号数字化的技术应用推到了顶峰，同时也酿造着一场新的数字电视技术革命——高清晰度数字电视的诞生。

最早提出高清晰度电视这个概念的是日本，1984年，日本NHK（日本广播协会）宣布了世界上第一个高清晰度研究方案，首先在卫星广播中采用了模拟调频技术的MUSE（多重亚抽样编码）系统，基带8.1MHz，压缩比为3:1，并于1988年开始了试播。欧洲则推出了HD－MAC制式的模拟数字混合的高清晰度电视系统，并于1992年通过卫星进行了巴赛罗纳奥运会的实况转播，基带为10.125MHz，压缩比为4:1。

 

远在60年代，日本（国家）广播公司（NHK）就已经开始从事高清晰度电视的研究与开发工作，到80年代中期，NHK与索尼就已完成了其HDTV生产与卫星广播的全部开发计划，并于1986年5月将代表日本高清晰度电视的Hi-Vision系统及MUSE卫星传播制式的整套计划交给国际电信组织下属的国际无线电协商委员会（CCIR）年会讨论，试图将日本的HDTV系统及其卫星传播制式推广为唯一的世界标准。

 

日本索尼公司通过美国CBS广播公司游说了美国政府，并取得了美国政府对日本HDTV国际标准计划的支持。由于在1986年CCIR会议之前并没有任何美国或欧洲其他HDTV计划与日本竞争，支持日本计划似乎顺理成章。

 

但是事与愿违，日本的HDTV世界标准计划在CCIR的1986年会议上遭到了西欧各国政府强有力的反对，于是CCIR决定把HDTV世界标准问题的讨论推迟到四年之后的下一届年会，并责成欧洲共同体于下届年会即1990年之前拿出自己的计划来。

 

对于欧洲共同体来说，80年代初刚刚经历了一场与日本之间的录相机制式大战，由飞利浦公司推出的作为欧洲技术的V2000系统为日本JVC公司推出的廉价VHS系统彻底击败，从而开始了欧洲消费类电子工业迅速日本化的过程。这一经典事例带给欧洲工业界的创伤和留给欧共体决策者的教训都是深刻的。如果HDTV的世界标准被日本取得，那么整个下一代消费类电子产品市场也就有可能为日本企业所垄断，以飞利浦和汤姆逊为先锋的整个欧洲消费类电子工业也将不可避免地成为日本企业的跟随者，这将是一连串的多米诺骨牌效应，令欧洲人不寒而栗。

 

当时，欧共体拒绝接受日本HDTV计划的表层理由是指责日本HDTV系统将会使所有的普通彩电过时，因为日本的HDTV传播制式（MUSE）与任何普通彩色电视的传播制式（包括NTSC和PAL/SECAM）都不兼容。欧洲人坚持认为这是广大消费者在经济上所不愿接受的。

 

在CCIR会议之后,荷兰的飞利浦公司、法国的汤姆逊公司、德国的Bosch公司及英国的Thorn EMI公司联合提出了一套欧洲HDTV开发方案，并报交欧洲尤利卡计划秘书处申请资助。西欧四家公司所提出的欧洲HDTV计划与欧洲共同体决策者和尤利卡计划的管理者一拍即和，于是一个名为HD-MAC的欧洲HDTV系统计划方案于1986年下半年诞生了，从此便形成了欧洲与日本在新一代电视领域里的对峙与竞争。HD-MAC从一开始便被纳入尤利卡计划，并成为该计划的第95号研究与开发项目（简称EU95），得到了欧共体及其成员国政府的双层行政与财政支持。

 

美国计算机及半导体工业界在CCIR会议之后加紧了对联邦政府的游说活动，他们认为，如果美国忽视HDTV将意味着放弃了重新振兴美国家用电子工业的重要机会。虽然当时的布什政府拒绝为美国的高清晰度电视研究提供财政支持，但联邦通讯委员会（简称FCC）最终还是作出决定，同意开发出一套与日本和欧洲均不兼容的美国自己的HDTV系统，并陆续对美国HDTV的传播方式（地面传播）、制式（Simulcast，即共时广播）、频宽（不能超过6MHz）和竞争限制（允许外国公司参与）等作出了相关规定。

 

这样，在高清晰度电视的全球竞争中，出现了欧、美、日三大集团竞争的格局。从产品开发的进度而言，日本走在前面，其模拟制式的Hi-Vision已经研制完毕并在在90年代初开始试播。

 

但是，1990年美国的通用仪器公司（General Instrument, GI）在电视传播信号的数字压缩方面取得了轰动世界的突破，该公司宣布他们的数字压缩技术实现了高清晰度电视广播频宽不超过6MHz的目标——这预示着美国全数字式HDTV电视研究的初步成功，同时也使美国在高清晰度电视技术上后来者居上，一举超过了日本和欧洲。

 

这一技术的发展很快就打破了现有的竞争格局，使日本的Hi-Vision和欧洲的HD－MAC两种系统在未开始决斗之前就被判定没有发展前途。1993年初，欧共体委员会最终承认了全数字式电视是未来技术发展的方向，1994年6月，欧盟官方正式宣布放弃斥重金支持开发的HD-MAC而走向全数字式道路。日本邮政省（MPT）也在遭到国内企业的顽强抵抗后，于1994年夏最后下定了决心支持全数字式电视的开发。

 

至此，高清晰度电视的标准竞争转入了第二阶段。由于高清晰度电视的标准肯定是全数字式，所以高清晰度电视的标准的竞争又扩大到数字电视系统的竞争。目前竞争的两大标准是欧洲的数字电视广播联盟（DVB）和美国的先进电视系统联盟（ATSC）。前者是在GI取得数字技术的革命性突破、昭示高清晰度电视的未来发展方向后，由欧洲的广播机构于1993年参与设立，目前它包括了50多个国家230公司和机构。

 

DVB的标准包括卫星、地面电视和有线电视的广播，采用多载波传输器（COFDM），兼顾电视转播的可靠性和灵活性，同时在使用频率方面可以适应不同国家的需要。美国的ATSC的高清晰度电视标准以地面传输为主，采用VSB残留边带传输，该联盟目前已拥有100多名会员。据DVB组织的代表宣称，美国为了保护其国内公司的专利，故意使ATSC与DVB不相容。

 

三、中国数字电视标准的推生

 

多年来，ATSC与DVB这两大组织都将中国作为决定其竞争胜负的重要战场。作为世界上最大的家电市场，中国目前的电视机总数超过4亿台，谁能将中国拉入自己的阵营，对DVB和ATSC这两大组织来说，其重要性是不言而喻的。早在中国计划在1999年10月1日试播数字电视的时候，ASTC和DVB便密锣紧鼓地展开了对中国的游说活动。

 

ASTC在1997年就在中国展示了它的高清晰度电视广播系统，1999年1月，ASTC的主席到中国深圳参加数字电视研讨会，推销ATSC技术和标准。

 

1999年4月，DVB的主席也带团来中国推销DVB标准，并驳斥ATSC所散布的对DVB的不实之词。中国的国家电影电视总局所属的广播电视科学院此前已加入ATSC联盟，后来又与DVB组织签署合作备忘录，并将作为协会会员入会。中国的消费电子生产商也分别加入DVB和ATSC，并开始生产机顶盒（STB）。中国的卫星电视宣布采用DVB标准，按DVB的说法，若在有线、地面业已采用DVB标准，则可以使三大系统统一到DVB的大标准下。

 

DVB和ATSC对于中国来说，的确都是靓女，选择谁都是爱不释手。然而刚要踏入2000年的时候，国外DVD专利技术的拥有者提出要对中国的DVD出口产品进行收费，开始打破了中国人的美梦。

 

最早向中国提出DVD专利收费的是6C联盟（日立、松下、东芝、JVC、三菱电机、时代华纳6大技术开发商结成的专利保护联盟，即他们之间的DVD专利技术可以互相免费使用），在收费标准还没有最终敲定的时候，随后又追加多了几个联盟，有3C（飞利浦、索尼和先锋3公司）和1C（汤姆逊），除此之外还有杜比和DTS也跟了进来，现在还不知道到最后还有多少个联盟和公司或专利权人要向中国追交专利费。根据初步谈判的结果，我国每生产一台DVD视盘机，就需要给以上12个公司交26.2美金专利费。

 

为此，由信息产业部牵头，国内多家消费电子企业联合成立了EVD联盟——北京阜国数字技术有限公司于2000年3月1日诞生了。EVD技术开发工作得到了政府部门的大力支持，使得EVD技术标准很快就能出台，并于2003年11月18日成功发布了我国第一套EVD数字音视频刻录机标准。

 

但是，只要中国有一套自己的EVD数字音视频刻录机标准，就不需要交专利费了吗？

 

实际上这只是痴人说梦。根据专利法，技术标准并不受专利保护，受专利保护的是实现技术标准的方法。因此，不管使用什么标准，只要标准里使用了别人的专利技术，就得交专利费。根据国内相关媒体的报道，因为EVD只有兼容DVD、VCD和CD才能解决片源问题，现在DVD需要交纳的费用到时还得交。另外，在EVD标准中有两项关键技术（VP5、VP6）是从美国买来的，因此，在EVD生产或使用时，每台EVD还是要交纳2美元给美方。

 

一波未平接着又来一波，2001年MPEG-LA公司又提出要对MPEG-2标准的使用者进行收费。MPEG-LA公司是一家专门颁发专利权使用许可的有限责任公司，即：MPEG-2的专利权公司，共有：法国电信、日本三菱电器公司、亚特兰大科技公司（Scientific-Atlanta Inc.）、索尼、飞利浦和日本的JVictor Co分公司等六家公司，共享有44项专利。而实际上MPEG-2视频压缩世界性标准的“核心组成部分”总共包含了380项专利。不过，这些专利大部分都是93年以前发明的，现在，这些专利大部分都已过保护期。

为了回敬MPEG-LA公司的收费行为，一个由52个成员组成的“数字音视频编解技术标准工作组”于2002年6月也宣布开始成立。在不到两年的时间，中国“数字音视频编解技术标准工作组”于2004年初正式发布了拥有我国知识产权的数字音视频编解技术部分标准——AVS1.0。

 

与此同时，一个以上海交通大学和北京清华大学为首的两个中国HDTV高清晰度电视标准研发工作组也在自发地组织成立，并在密锣紧鼓地准备宣布，一个拥有自主知识产权的中国的HDTV技术标准将要诞生。从2000年起，每次在深圳高交会上中国的HDTV技术标准问题都是一个最大的亮点。

 

2003年1月，在广东省知识产权工作会议上，国家知识产权局副局长田力普披露，我国企业仅有59项数字电视专利，而且无一项属于核心技术专利，却面临1000多项“洋”专利的围剿，数字电视极有可能重蹈DVD覆辙。