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清华数字电视的创新之路

●新闻中心讯记者 顾淑霞

村民耒玉明一家高兴地观看清晰的电视画面。纪粤鸣摄

  2005年2月4日,对于广州增城市正果镇畲族村榕树冚村这个7户人家的小山村来说,是个大喜的日子。增城市地面数字电视广播站的建立和清华数字电视地面传输系统的应用,使村民们不仅结束了看电视“雪花飘”的现状,节目内容也由原来的1套增至6套。利用我校研制的地面数字电视传输系统,广州市解决了大山中的零散居民家庭看电视的难题,以最低的成本和最好的效果使“村村通”变成了“户户通”。

截至目前,使用我校自主研制的清华大学多媒体/广播电视传输系统(DMB-T)的已有十几个省市。据清华大学数字电视传输技术研发中心主任杨知行教授介绍,我校的DMB-T方案于1999年7月提出,是拥有完整自主知识产权、技术性能领先的数字电视地面传输标准方案。自2000年申请第一个专利到2004年底,我校与数字电视传输标准相关的发明专利申请已达43个,目前已获授权17个,其中包括1个美国专利,已被授权的专利中有3个被国家知识产权局评估认定为基础性发明。我校的数字电视传输技术研究走出了一条属于自己的创新之路。


面向国家战略需求,学校致力于数字电视课题

数字电视传输有三大标准:卫星传输、有线传输和地面传输。其中地面传输标准是最基本的标准,因为它不仅技术含量最高,也是受众最多的大众传媒标准。更为重要的是,地面传输关乎国家安全和民族利益,尤其是在遭遇战争、灾难等意外情况下更是如此。要保证“永不消逝的电波”和民族产业可持续发展,必须研制出拥有自主知识产权的数字电视地面传输标准,才不会受制于人。

从世界范围看,以数字电视为代表的广播电视技术的数字化,是自上世纪末通信技术数字化以来,全球信息革命的不可阻挡的新浪潮。从模拟电视到数字电视,各国都设立了技术转换的时间表。美国在2006年将完成转换,欧洲定在2008年,日本预计要到2012年。我国宣布将在2008年奥运会期间播出数字电视并将于2015年关闭模拟电视网络。我国是模拟彩电消费和生产的世界头号大国,因为没有自主的技术标准和专用芯片受制于人。模拟电视数字化的技术革命,是变大国为强国的重大机遇。国家明确提出自主研究数字电视地面传输标准。为国家和民族利益做贡献、服务于国民经济主战场是清华大学的一贯传统。1999年7月,清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室与校友在美国硅谷创办的凌讯科技公司联合,组建了清华大学数字电视传输技术研发中心。在学校“985”计划一期重点项目的支持下,在一批前瞻性研究成果的基础上,借鉴国际现有的美国、欧洲和日本三种标准的经验和教训,融合了数字通信最新发展的成熟技术,利用后发优势提出了世界瞩目的DMB-T方案。DMB-T和国际现有的标准相比,具有领先的系统性能、鲜明的应用特点和自主知识产权体系,作为我校面向国家战略需求重点攻关的成果,已成为我国自主数字电视地面传播技术标准的重要基础。


拥有完整的自主知识产权体系,形成保护我国产业的技术壁垒


研制拥有完整自主知识产权体系的数字电视标准,维护民族和国家的利益,是清华数字电视标准方案的基点。根据原创性发明和结构性创新有机整合而成的具有完整自主知识产权的DMB-T方案,不仅包含世界首创和领先的多项专利技术,而且在系统性能上总体超越欧洲标准。2001年,信息产业部和广电总局经过详细比较,联合推荐清华DMB-T方案用《中国的地面数字多媒体电视广播的发展》的信息文稿形式通报国际电联,引起了国际电联的广泛关注和诸多好评。2002年12月,国家知识产权局评估结论称清华大学方案“不同于目前的任何一种数字电视体制,可以认为该技术方案是关于数字电视传输体制的一项基础性技术方案,具有明显的创造性。”目前,DMB-T技术已经成熟,产业化己准备就绪,试验性应用正在高速推进。DMB-T成为我国在市场上成功阻挡国外标准侵蚀,且有完整自主知识产权的标准候选方案,可能形成保护我国产业的技术壁垒。

DMB-T系统研发的主要负责人之一杨知行教授说,DMB-T首次提出了多媒体电视地面广播的概念,在论证时就考虑到了与通信、计算机的结合,这正是其前瞻性所在。该系统的主要技术包括了一系列创新成果。

首次提出一种时域同步的正交频分复用方式(TDS-OFDM),通过时域和频域混合处理,简单方便地实现了快速码字捕获和稳健的同步跟踪,形成了与欧、日多载波技术不同的自主核心技术,在宽带传输领域的调制技术上取得了一次重大突破。

首次提出了在OFDM符号的保护间隔上填充扩频的同步信息的PN填充技术,使系统的频谱利用效率提高10%和并有20dB以上同步保护增益。这项发明已成为三种保护间隔填充技术之一,这也是学术上的一个重大突破。

发明了新的TDS-OFDM信道估计技术,通过正交相关和付立叶变换实现快速信道估计,使系统信号捕获和信道估计时间由其他标准的约200ms和1ms分别降低到2ms和0.6ms左右。提高了系统移动接收性能。支持高清电视移动接收的性能达到国际领先水平。

发明了一种新的系统级联纠错内码和最小欧氏距离最大化映射技术,使采用多载波技术的系统信噪比门限获得10%以上的改善。

与绝对时间同步的帧结构的新型技术方便自动唤醒功能设置达到省电目的,支持便携接收,并特别有利于单频网同步设备简单实现。

每一个长度500微秒信息数据的信号帧设定了独特地址的帧头,方便数据信息的识别和分离,具有融合多业务广播的技术基础,故称“多媒体/电视广播”。

DMB-T方案全部电路与算法分别固化在一块发信道专用芯片和一块收信道专用芯片上。自2001年第一块DMB-T实验测试芯片开发成功以来,已取得了试验、试产和量产等四代芯片的成功。2005年1月,由凌讯公司、我校和复旦大学联合完成的基于我校DMB-T技术的中国第一块拥有完全自主知识产权的“中视一号”数字电视地面传输芯片在复旦大学问世,被称为“中国数字电视百万门级专用集成电路自主设计和制造技术的重大突破”,为DMB-T技术研究划上了句号。这也意味着,DMB-T核心技术完全是中国自己独立研发,而且在组网之后的系统集成、升级维护也是全部能够靠国内自身的技术力量来实现,完全摆脱了对国外技术的依赖。

从1999年7月DMB-T方案的提出至今,在不到6年的时间里,DMB-T经过方案论证、系统仿真、专家评估三个层次的理论分析,功能、测试、优化平台的三代样机研发,在密集楼群、中小城市、现代化都市的三类场地试验,全国广电标委会、国家知识产权局、中国工程院的三个专业部门评估测试,测试、试验、试用、量产的四代专用芯片开发,广播发射系统、机顶盒和电视机、测试仪器三种系统设备的产业化,以及全国十几个省市的试验应用,清华的DMB-T标准的技术优越性经受了种种考验,傲然展现在世人面前。

测试结果让欧洲标准黯然失色,产业化链条使DMB-T更加风光

更让人欣喜的是,在各种测试中,我校DMB-T以无可争议的事实证明在技术上超越了欧标的先进性和可应用性。

2003年1月,国家计委委托中国工程院对DMB-T方案和欧洲DVB-T标准进行了技术评估,全国广播电视标准委员会在全国范围内组织了由40位专家组成的测试组和监理组进行了严格、规范的性能对比测试和评估。测试结果表明,主要性能指标清华方案具有明显优势。

在北京的对比实验中,欧洲标准在央视中央发射塔上发射1000瓦信号功率,同时在京广大厦上发射500瓦信号功率,而我校的方案只在中央发射塔发射300瓦信号功率。清华大学在北京五环以内进行了地毯式的测试工作,测量的接通率达到99.6%,而欧洲标准系统试验部门向外透露的接通率为92.5%。在其它省市的对比测试中,我校的DMB-T方案也均显示出明显优于欧洲标准的性能。

在进行各种测试和评估的同时,DMB-T也加紧了产业化的步伐。2001年,信息产业部立项“数字模拟兼容的彩色电视接收机和机顶盒”项目,我校与长虹、TCL、康佳、熊猫、海信等8家大型电视机制造企业组成联合体,我校将在项目中研发的“数字电视接收机系统参考设计技术”在联合体内部共享,作为公共技术平等地提供给各个厂商。在中国加入WTO之后,这种联盟方式将直接保护联盟成员单位的利益。

我校的开放思路马上得到各个生产厂商的积极回应和支持,DMB-T的产业化链条也逐渐完善和成熟。2003年8月,我校组织召开的联盟会共有24个成员单位参加,其中包括机顶盒生产厂商、发射机/接收机生产厂商和电视运营商,24家单位共同签署了加快标准进度的呼吁书。2004年,更多的电视机生产厂商加入了联合体。这些联合体成员为我校DMB-T方案进行产业化和商业运营试验提供了必要的设备支持,我校DMB-T方案的使用城市数量正逐步超越先入为主的欧洲标准。


强强联合为祖国,团队合作带来创新成果


我校数字电视标准研究团队在几年之内迅速取得如此重大的成果,是学校和海外校友心系祖国、悉心合作的成果。早在上世纪九十年代初,电子系吴佑寿院士等就开始了数字电视研究的课题。杨知行教授领导的实验室在数字信号传输技术研究领域多年来一直处于国内领先地位。为了祖国利益,远在美国硅谷的校友杨林、董弘等,凭借在参与美国、欧洲和日本数字电视标准时积累的经验和对祖国的一腔热情,积极参与清华DMB-T方案的研发。学校也给予了大力支持。除“985”一期的资金投入外,在龚克副校长领导下组成了专门的工作组,明确了海内外研发力量统一领导、统一番号、统一组织的三统一原则。

2003年,借助我校成立信息技术研究院所提供的平台,我校的数字电视研究又迈上了一个新台阶。杨林、王兴军、宋健等一批海外优秀校友的引进,使数字电视研究团队力量更加强大。与信研院CPU中心、操作系统中心等跨学科领域的合作,使数字电视研究的领域也更加宽泛。目前,我校有关数字电视条件接收(CA)的研究成果已实现了产业化,并占据了国产CA市场的半壁江山;同时,我校还是信息产业部立项的“机卡分离”标准的提出者和积极推动者之一。有关IPTV(网络电视)的研究成果在去年春节晚会的网上直播得到了很好的验证。软件无线电的数字电视接收的研究已经开始;用于手机电视的芯片技术研究正在部署。在数字电视研究方面,清华的团队将向更多拥有我国自主知识产权的技术发起冲击,我们有雄心做得更好。

(编辑 文清) 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2005-05-19]
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