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中国工程院童志鹏院士漫谈数字电视

来源:腾讯科技      日期:2016-06-08

腾讯科技讯 2007年11月6日,中国工程院童志鹏院士与北京大学电子学系徐孟侠教授做客腾讯,向网友们介绍了数字电视系统的基本原理和数字电视系统在国际和中国的现状。二老在访谈中称,我国数字电视地面传输技术已超世界水平,另外国专家也深感惊讶。

中国工程院童志鹏院士做客腾讯

以下为此次访谈文字实录:

郭桐兴:各位观众,大家上午好!欢迎大家来到院士访谈栏目。今天我们非常荣幸地请到了中国工程院资深院士,信息产业部电子科技委顾问,电子科学研究院研究员,总装备部科技委顾问,曾任信息产业部电子科技委常务副主任,电子工业部电子科学研究院院长,童志鹏院士!童老师,您好!欢迎您!还有北京大学电子学系徐孟侠教授,徐先生,您好!欢迎您!今天我们主要是想请二位就数字电视这样一个话题谈谈您的看法。首先想请您介绍一下,关于数字电视的基本情况。

童志鹏:这是一个很好的问题,因为数字电视不是凭空起来的。大家都知道,人类的电视开始都是模拟的;电视从黑白的(单色的)到彩色的、进入到数字的,特别到数字高清晰度的,走了漫长的道路;大致从上个世纪 20、30 年代开始,到后来的 90 年代了。

这个技术发展很漫长,说明这个技术是非常复杂的。

我们记得在 20 年代晚期的时候,开始有单色电视的思路。那个时候物质基础还不够具备;比如说没有好的显像管。这个技术的发展大体上经过了技术的成熟,也经过了实践的过程,大体要从 30 年代到 40 年代初。但是黑白电视这个时候并不是成为一个产业。为什么呢?因为 30 年代后期世界大战开始,民用的少了。真正在 30 年代后期的时候,已经发觉黑白电视不能满足需要,颜色太单调;那个时候我们已经开始研究彩色了。彩色电视的技术成熟也花了很长时间。

郭桐兴:彩色电视是从什么时候开始?

童志鹏:根据我们的了解,它的技术的成熟过程经历了十年时间,从 40 年代到 50 年代。这个时候应该说已经到上个世纪后期,数字技术、计算机技术有了很大的发展。这也反过来影响到彩色电视,发现它有很多问题。

基本有几个问题:一个是分辨率不够,图像很细节的情况不够;计算机能够把很细的东西反映得很清楚,这个东西应该引进到电视机里来。由于它分辨率不够,出现图象质量不够好。尽管还是彩色的比黑白的好多了,但是大家还是很不满意。主要是因为分辨率不够。

第二是屏幕的尺寸。大家都知道的是:现在电视屏幕的宽度和高度的比例是 4:3,而人们还希望更宽一点。

第三个问题,就是它的视场比较窄。由于这么一个安排,电视屏幕跟人的距离比较远,一般的观看距离是电视屏幕高度的 7 倍。

这些问题,大家都想改。后来到 80 年代,真正研究这个问题较多的还是日本。

日本从 1967 年就开始研究高清晰度电视;但不是数字的,而是模拟的。他们想了很多办法来改进这些问题。他们就提出来,要提高清晰度;他们还把电视机的屏幕从 4:3 改到 16:9 。

郭桐兴:基本上符合人的视觉习惯。

童志鹏:另外,这样一来,视觉空间也扩大了。

徐孟侠:观看距离缩短了。

童志鹏:屏幕高度的 3 倍就可以看了,而不用说是高度的 6 倍、7 倍。后来显像管也变了。观看的视场从原来的 9 度到 10 度提高到 17 度到 30 度。

郭桐兴:等于是电视的一个进步。

童志鹏:巨大的进步!这些新的问题都解决了。原来我们国家的电视,单色也好,彩色也好,通过高新数字的研究逐步得到解决了。

这些东西日本人到 1981 年的时候已经把他的高清晰度电视到处表演,去欧洲表演,去美国表演,大家都很欢喜。真正高清晰度电视这个名称是 1981 年才有的。

北京大学电子学系徐孟侠教授做客腾讯

郭桐兴:高清晰电视还是模拟的?

童志鹏:其实我一直在想怎么准确定义高清晰度电视。我查了资料,发现这个还是比较好的。这是国际电联用无线电视把它定义的,它这样讲的:高清晰度电视是这么一个系统,它在 3 倍影像高度的距离上,可以得到这么一种清晰透明的图像质量,再配上环绕立体声,好像亲临现场一样。高清晰度电视的定义是 1981 年提出来的。

我再给大家讲一讲,为什么日本 1981 年提出 HDTV,后来没有办法搞下去?这就是高清晰度电视数字化以后,这个数码率高得不得了,大致上是每秒一个千兆比特到两个千兆比特,问题非常复杂。

我讲一讲难到什么程度呢?从一开始就搞清楚了:这么一个大数据量的东西,如果单纯进行记录的话,一分钟就要能够记录几千兆比特。所以一个高清晰度电视片子要存储在一百多张大尺寸的光盘上,根本就不能实用的。

郭桐兴:非常不实用。

童志鹏:既不能储存,也不能传输。现在可以在 1 到 2 张光盘就可以做下来。因为一个高清晰度电视片子原来是 100 多张大片子,现在是两张光盘就可以了。

这个工作中国也开始研究。我们的工作比他们还要好:原来是 2 张光盘,现在 1 张光盘就可以了,是我们中国人自己搞的。

技术在不断更新,不断进步。可以这样讲,日本发明的 HD-DTV 之所以不好用,只能作为技术开发,主要是数码率太高,无法实用。

这是很关键的问题;实际上这些问题到上个世纪 90 年代初都解决了;计算机普及了,开始把一个技术的事物变成工程了。

你提这个问题,我觉得很兴奋。当时全世界的国家都在搞,美国也搞,日本也搞,德国也搞,就是这么一个过程。为什么高清晰度数字电视不是偶然的,实际上是满足了一个大的需求;技术不和实际结合就不会形成电视产业。

郭桐兴:童先生,下面请您给介绍一下国际和国内有关数字电视的现状。

童志鹏:应该说从 90 年代以后特别是 1995 年以后,标准化就比较明显了。那个时候首先是美国,美国搞了一个 ATSC 标准,因为美国的彩色电视标准叫 NTSC,是彩色的模拟电视。

郭桐兴:世界上像这种国际标准大概有几种?

童志鹏:到 90 年代初,模拟电视标准实际上......过去有三种;一种是美国标准,就是 NTSC。

郭桐兴:也可以说是美国制式。

童志鹏:然后是欧洲标准,一个是德国标准 PAL(欧洲各国大都采用;我国也采用);一个是法国标准 SECAM(前苏联现俄罗斯也采用)。德国标准 PAL 同美国 NTSC 相比是频带宽度稍微宽一点。

现在新的数字高清晰度电视的带宽要求必须跟各国原来的模拟电视一样。还必须解决视频和音频压缩编码等一大堆的问题。现在实际上做到的可以是这样:真正的 ATSC 的视频部分数码率,实际上要降到每秒 18.8 兆比特。

因为这个是数字电视,它还得通声音……,光是声音的要求也是非常高的。ATSC 这么一个标准的音频部分有 5.1 个声道:左前、中间、右前、左后、右后共 5 个声道、外加超低音。这样就是像电影院一样的高级,在家里能看电影了。现在能在家里就能看到,很近了,而不用去电影院那么远。这些都是技术的进展的结果。

欧洲也提出了自己的地面数字电视广播的传输标准 DVB-T。

郭桐兴:您刚才谈了是美国的、欧洲的标准。

童志鹏:还有日本的标准 ISDB-T(地面数字综合业务广播)也基本上参照了欧洲的标准。

日本它一开使用卫星广播。(徐:ISDB-S 标准。)

我们国家对数字高清晰度电视技术从 1996 年开始研究。

郭桐兴:我们国家有没有自己的标准?

童志鹏:我们国家是从 1996 年开始研究的。我是以后有机会参加的。

实际上我们这个东西到 1999 年初步研究成功了。那个时候我们在国庆 50 周年大庆的时候,在北京实现了地面数字高清晰度电视的试播。现在各个大的电子商场,到处可以看到江泽民同志阅兵的高清晰度电视画面(徐:还有女民兵的画面!)。

有美国的标准,还有欧洲的标准。欧洲的标准走的和美国不同的道路,不是美国单载波的道路,而是多载波的道路。我们也有一个学派搞单载波的道路;我们还有另外一个学派搞了多载波道路。

我们国家就在搞多载波和单载波两个学派的基础上,做了一个地面数字电视国家标准,国家已经批准和颁布了。本来是今年 8 月份要试播的,后来到 10 月份也没有试播。这些实际上是在几个大城市中做,北京、上海、青岛、深圳。

徐孟侠:6 个奥运城市:北京、上海、青岛,还有天津、沈阳、秦皇岛等,再加上 2 个重点城市:广州和深圳,一共 8 个城市。

郭桐兴:在奥运期间能够看到北京奥运直播的现场。这个对老百姓来讲是很好的消息,能够在电视中看到很好的比赛现场。

童志鹏:观看高清晰度电视,这是像身临其境的感觉;一般的电视是根本做不到的。现在除了搞高清晰度电视广播以外,这 8 个城市以外,在中西部地区,中小城市发展地面数字标准清晰度电视。

到现在为止我们全国都还是模拟的;但是一些中小城市认为高清晰度电视这种东西有很大的费用,因此就要跟当地的经济条件相结合,这个时候中西部地区要向地面数字标准清晰度电视发展。

我们国家在 2008 年奥运会,2010 年上海世博会和广州亚运会,成为最好的推广数字电视的机会。

郭桐兴:是不是可以理解成有一些大的活动,大的比赛,尤其是体育比赛的活动,正好是发展数字电视的一个契机。

童志鹏:你讲得非常正确。全球都在发展数字电视,我们不能失去这个机会,而且我们有自己的地面标准,这就好。

我已经把数字电视系统的发展情况讲了讲。

郭桐兴:下面请您介绍一下…,您说了这么多…,因为老百姓对数字电视的概念并不是很清楚,究竟什么是数字电视?

童志鹏:要讲清楚…这是很复杂的技术…。我请我的老朋友徐老师介绍这个问题。

郭桐兴:徐老师,请您给大家说一说,究竟什么是数字电视?因为大家听说过,但是究竟怎么理解它,还不是很熟悉。

徐孟侠:数字电视的原理可以从这么几方面看,譬如说,要把模拟的电视信号用数字方式传输过去。

它开始是从两头来做的:一头是电视节目制作的数据,比如说电视台的节目制作和 VCD 盘片和现在高清 DVD 的节目制作的数据。另一环节从接收机和显示器,电视接收机的电路里面如何数字化,或者是显示器里面的数字化。

电视数字化从模拟电视系统来看,我们讲系统就是发送和接收两头,中间还有一个环节;这个环节从“香农信息论”来讲叫“信道”。

童志鹏:就是传输这个中间的环节。

徐孟侠:信道实际上包含传输和存储两大类方式。

存储的方式实际上我们中国的 VCD 是最有代表性的。

VCD 就是有节目制作人员把压缩以后的数据刻在光盘里了;你在家里只要有 VCD 播放器就可以播放。

VCD 播放器的一些数字处理技术里面,包含图像的解码、声音的解码,当然还包括其他一些数字处理技术。这些就是所谓接收端里面的技术。

最关键还是在传输过程中,传输有三种方式。第一种方式是地面传输,它是无线传输。第二种是有线电视传输。第三种是卫星传输,也是无线传输。

郭桐兴:我们看到的有线电视。

徐孟侠:一开始地面传输的是模拟体制;现在是通过有线电视传输,一般现在都是光纤的数字化传输,到了家庭中还有电缆的一段是模拟信号传输。这些就是数字电视的传输的方式。第三种方式通过卫星接收,卫星传输。传输有这么三种方式。

存储方式也有很多种。刚才说 VCD 是一种;DVD 是另一种。现在街上大家拿的手上MP4也是一种存储方式,它也可以用硬盘播放器。

郭桐兴:刚才您谈的传输方式大概有三种,一种是有线的传输,一种是无线的传输,还有一种是通过卫星来传输。从清晰度这个角度来看,您说是不是可以理解,它有没有分什么等级?有没有清晰度比较高的或者是清晰度作为一般的,或者是清晰度稍微差一些的,有这样的等级划分吗?

童志鹏:应该说多等级传输的:高清晰度的,标准清晰度的,还有低清晰度的,都可以有。

郭桐兴:从清晰度角度来说,可以分为三种,一个是高清晰度的,一个是标准清晰度的,还有一种是低清晰度的。

童志鹏:像手机屏幕上的那种就是低清晰度的,屏幕尺寸比较小。

郭桐兴:这我们就明白了,原来还真不知道。

童志鹏:最难的是地面传输,因为地面的情况非常复杂,因为地面信号是传来传去,会遇到多种复杂自然情况和各种干扰。所以最难的是地面传输。我现在攀登这种国际技术难关非常漂亮……,进入地面传输技术是最难的。

因为地面传输考验这个国家的技术水平。

徐孟侠:地面传输标准是反映这个国家科技水平的高低问题。

童志鹏:同时也考验它的物质基础。比方说高清晰度数字显示屏幕,一个数字高清晰度显示器要有大的屏幕。我们国家在这方面还有差距。

郭桐兴:看来数字电视里面有几个环节,一开始是节目制作,要把它通过压缩,压缩完了以后,传出去。这是非常重要的一个环节。

徐孟侠:不能说,把胡锦涛 17 大报告刻在盘上,立刻飞机送到我家里……;它没有实时性。实时性必须通过广播,通过卫星传输,光纤到电缆的传输或者是地面传输。电波传输很快,这个时间差距很短。

这个我们技术名称叫实时性,我们看体育节目,我们非常感兴趣什么时候射门,看到一脚球在射门。

童志鹏:高速传输是一个前沿的课题:因为这个高速不仅仅传输要快,而且接收显示的部分也要快。体育节目本身就是在高速动。而高速火车里头,每小时几百公里在开,现在完全可以实时地收到。

徐孟侠:胡锦涛在做报告,什么时候大家鼓掌,鼓掌时间多长,大家要实时地看得到、听得到。

郭桐兴:您说我们国家类似数字电视的覆盖率大概是个什么情况?

徐孟侠:我做一个简单的介绍就清楚了。

VCD 在 1996 年到 2000 年在我们国家是爆热式的发展,应该是普及了。从 1996 年到 2000 年肯定是超过 1 亿台(播放机)。

郭桐兴:几乎家家都有。

徐孟侠:但是很多人并不认为它是数字电视。

郭桐兴:大家真的不理解 VCD 就是数字电视。

徐孟侠:VCD 是一种存储方式。所以说我们绝大多数的中国老百姓已经接触到了中国的数字电视了。现在从理论上看,信道有存储和传输两种方式。所以 VCD 之后,数字电视的存储方式理所当然的就往 DVD 发展。

DVD 发展,根据粗略的统计,到现在为止,大概我们全国的拥有量是大于 3000 万台。

所以这种形式大家也是日常生活里,中心城市和富裕一点的家庭了,都是看 DVD,不是看VCD 了。

郭桐兴:这个数量很大了。

徐孟侠:关于数字电视的传输方式,我们国家从 2002 年开始在有线电视里面开始进行数字化。据称,到今年年底总用户数可以达到 2,000 万户。

但是把以上这些在我们中国老百姓已经接触到的数字电视系统里边回顾一下,都有一个致命的问题,就是缺乏自主知识产权。

郭桐兴:您谈到这个问题我还是想问您呢,数字电视里面牵扯到一些自主知识产权问题,那么您能不能给我们介绍一下,就是我们国家有自主知识产权的数字电视的情况?

徐孟侠:由于这种原因,我们国内的专家早就向政府提出来要搞具有自主知识产权的相关的技术和标准。

早在 1994 年,当时国家科委就组织了 70 多人的专家委员会来进行讨论,确定地面数字电视是我们重要的切入点。

因为刚才童老师已经讲了,地面的难度最大;我们要迎难而上,在这方面有所突破。当然我们要遵循一个学习外国先进经验基础上的过程,然后再有所突破。所以 1999 年国庆 50 年大庆的时候,表演的那些技术,基本上是一个学习版本和跟踪版本,自己创新的东西还不是非常突出。

从 1999 年国庆以后,我们在去年颁布的地面数字电视广播传输的国家标准版本,是具有完全的自主知识产权的。

而且它在国际上跟已有的美国的标准相比,我们要好一些:美国的标准不能进行移动接收,我们中国标准可以进行移动接收。移动电视的问题我一会儿再做说明。我们跟欧洲的标准和日本的保准相比,我们也有很大的突破,我们的性能比它们好。

所以目前我们的地面的标准要利用明年的北京奥运会进行大量的推广阶段。然后还有后面连续有三年,要进入普及的阶段。

郭桐兴:您说我们现在这一块来讲,从地面传输这个角度来看,应该是比美国或者是比欧洲或者是比日本从技术来讲比他们要先进?这个应该是值得我们中国人自豪的。

徐孟侠:是的。

童志鹏:我们国家应该说是超过世界水平的。

徐孟侠:在移动电视这个问题上我做一些说明。

我们国家在 2005 年 1 月份在上海的磁悬浮列车上表演了标准清晰度电视的高速移动,列车的速度最高每小时 430 公里。

郭桐兴:在高速运动的情况下,看我们国家自主知识产权的数字电视。效果怎么样?

童志鹏:很好,一点儿不影响。这些东西在过去还是没有完全解决的。

徐孟侠:它的比特率是每秒 5.9 兆比特,传输 1 路广播级的标准清晰度是没有问题的。一般在卫星上传的节目只是每秒 4.5 兆比特;它还有富余量。这是 2005 年 1 月份我们国家已经实现的。

在 2005 年秋天“神六返回舱”的搜救活动中,在内蒙基地上,我们实现了返回舱的火球,返回舱落地以后在直升飞机上拍摄到的返回舱情况。那天是在凌晨,还是太阳没有出来的时候……,但是返回舱舱顶有灯光闪闪的,直升机上拍摄到了灯光闪闪……,从灯光闪闪的信号可以知道宇航员基本的健康情况,这是非常重要的信息。假设无线电通讯由于某种原因中断,这个灯光信号仍然可以提供宇航员重要的生理方面的信息。这就给指挥大厅相关的指挥人员给出重要的情况。

宇航员出舱以前,有工作人员爬到返回舱舱顶上,由工作人员和宇航员先通电话。拍摄到的视频信号通过无线电波传输到直升飞机,再由直升飞机传输到地面的卫星传输站,上传到卫星,再转发到北京指挥大厅。

所以返回舱从火球一直落到地面的全过程,工作人员在宇航员没有出舱以前的全过程以及两个宇航员一个一个先后出舱的过程,以及大家看到两个宇航员举花摇手向全国人民和全世界人民致意的全过程,都是中国具有自主知识产权的第一个地面数字电视的传输系统来完成的。

所以我们国家相关单位在这方面是立了功的,在国际上是没有的。美国宇航员落地都是电视台的记者去现场拍,并不是本身用于搜救活动的全过程。美国没有这个技术,俄罗斯也没有这个技术。

第三方面,我要介绍的,我刚刚从上海回来……。在上海到南京的 D 字头的动车组上,在苏州境内实现了移动电视在快速列车上的收看。苏州境内一共有 9 个点发射。节目是从上海发送卫星上面;然后在 9 个点分别接收下来,分别发射。而在高速列车上收看。在大约 45 分钟行驶约 90 公里的范围内,收看到的图像(还有声音)没有出现中断或者马赛克。一些细节我就不介绍了。

欧洲专家在上海到南京的方向,在上海到无锡的过程中,在苏州境内就看到了移动的电视了。在苏州境内一共有 9 个发射点。

郭桐兴:当时时速是多少?

徐孟侠:最高是一小时 170 公里。参加中欧合作项目“移动和数字广播融合高峰论坛”的欧洲专家看了,就非常惊讶……。有德国的,有荷兰的还有西班牙的专家看了。他们都非常兴奋,因为欧洲没有看过这样的东西,他们第一次看到。他们信服我们中国人的技术比他们好。

童志鹏:他们觉得他们也可以做的,但是他们没有。

徐孟侠:他们的技术没有到这个程度......,我因为参加了这次访谈会,我还来不及跟欧洲人进行 E—mail 的交流,有很多教授。

我现在介绍一下视频压缩原理。音频压缩原理,我先讲一下……比较简单。

音频压缩原理:比如说我们现在说话中间有停顿的时间;而停顿的时间,你就可以不传输。讲话的时候里有长音,或者叫做母音,它的正弦波的比例比较大,容易在时间 T 方向前后做一些处理,用简单的信息就可以表达。我们在话音里面,摩擦音要附加比较多的比特。

视频压缩原理:活动图像因为它有 X 和 Y 空间两个方向,还有时间 T 的方向,有三个方向的压缩,相对容易一点,比声音压缩容易一点。

郭桐兴:声音压缩起来是有一定的难度。

徐孟侠:尤其是交响乐,乐器的品种多,所以难度反而大。人们讲话的时候都有停顿的时间,而一般交响乐总有某一个独奏或者是有些特殊效果,它的音乐是不停的,所以它的难度大。所以在压缩的领域里面,声音压缩比活动图象压缩难。活动图象压缩又比静止图片的压缩要容易一点。

我现在来讲一个活动图象压缩的原理。

郭桐兴:徐老师,对不起,我打断您一下。您说压缩难度最大的是什么?刚才您说了一个图片,一个声音,一个图象,这三者哪个压缩难度最大?

徐孟侠:难度最大的是声音,其次是静止图像压缩,最容易的是活动图像。

我举一个简单的例子就可以说明。中央电视台新闻联播节目,两个广播员坐在那儿,广播员也会讲话。但是大家想想看,他们前面有个桌子,或者叫前景;他们后面还有一个背景。而前景和背景都是不动的。

如果我们把第一个画面和第二个画面做一个减法,那末前景和背景减出来的结果肯定是零。一秒钟重复传输 25 次就浪费了。(童:第一个画面需要较多比特进行传输!)

再举一个简单的例子,这是图象压缩里很难的课题,称为“运动补偿”。

假如有一个乒乓球,有一个白色的球,从右下角往左上角方向运动。

因为运动就有一个“运动矢量“;它有长短、有方向。那么当白球运动到第一个画面的时候,这个白球在右下方;而继续运动到第二个画面时,它跑到了左上方去了。

这里面有一个运动矢量,比如说叫 DX、DY 或者叫 MV。

现在我们讲,如果不采用运动补偿的技术,把第一个画面跟第二个画面做减法。第一个画面就是前一个画面,第二个画面就是后一个画面。两个画面相减的结果是什么呢?

第二个画面有白球的地方和后面的第一画面背景相减肯定不是零。第二个画面的白球是在原来第一个画面背景的位子;两者相减的结果不是零。同样道理,因为第二个画面的背景跟第一个画面的白球相减,也不是零。

如果不采用运动补偿的技术,两个地方(第二画面的白球位置和第一画面白球位置)相减得到了前后两个白球的位置都不是零。

现在我们已经有特殊的算法和技术,把第二个画面的白球人为的挪到第一个白球的位置。这样两个画面做减法时,全画面全是零......,就这么简单。当然实际的情况比起我们描述的情况要复杂得多。

如果画面相减以后是大量的零或者是剩下少量的东西,这样的话就可以得到较多的压缩,用较少的比特传输背景和活动的白球。

这就是利用电视图象它的在时间 T 方向有很大的压缩潜力。

我们中央电视台新闻联播的时候有两个播音员。两个播音员的身子可能也不动,或者是动得比较少。黑衣服跟黑衣服相减,白的衬衫跟白的衬衫相减;减出来的零的部分还是多数。这就是利用时间轴 T 方向可以得到压缩的一个基本原理。

再举一个例子,如果摄像机做水平方向的移动,我们就看到……比如说一个足球赛的足球场面,这个画面从左到右在运动;它增加的新信息只是边缘上垂直的条带里;画面背景的大部分内容没有变化。

如果我们有简单的技术把它的运动矢量求出来,这个背景是一个水平方向运动的背景画面和上一个画面相比,大部分都是相同的;你做减法也是零,这就是运动补偿原理,非常简单。

童志鹏:除了运动补偿矢量之外,还有人们视觉的滞后效应。我们看的电视片都是动的,其实是都一帧画面一帧画面连续播放的,电视每秒要放 25 帧画面。人眼看起来是连续播放的,而不是一幅一幅的。所以设计要很巧妙的欺骗人们眼睛的。

郭桐兴:我们放一个电影,1 秒钟按格计算的话,基本上 1 秒钟 24 格。

中国工程院童志鹏院士 北大电子学系徐孟侠教授做客腾讯

徐孟侠:我再举一个例子。有谁用放大镜看电视机的四个角和四条边?你可以少给它们一点比特。人的视觉还有一个原理叫“视觉中心”。在这个视觉的中心区域,做画家的知道,人的眼睛要画得很真,就是眼睛的重要性。所谓“画龙点睛””,说明眼睛的重要性。搞油画的人知道,画人的脸部时,脸一定要很清晰,其他的地方可以轻描淡写。如果谁把脸画得很粗糙,其他的地方画得很细,就违反了绘画的原理。这个原理用到我们数字电视里面也是同一个道理。

郭桐兴:最后想请您谈一谈,对数字电视未来的发展趋势有什么看法和想法?

童志鹏:我主要讲数字化的高清晰度电视发展的最好的机遇;我们应该是抓紧这个机遇发展我们数字电视产业。

这个数字电视的产业链真正的产值的 60 % 到 70 % 都在平板显示器中。平板显示器我们国内还大部分还在做比较小的屏幕。因为理想状态是 80 英寸的;我们做大屏幕还有可能。这个跟以前不一样了。

现在我们很重要的是高清电视的推广,我们要把产业链建设起来,要把电视大国做成电视强国。

这么大的一个市场,当然我们开放了,引进来也是可以的,但是不能花那么大的功夫做出来的东西,不能都到外国去买了。

还有压缩问题,还有大部分的是做不了,电视、语音某些技术可以利用,还有更高数据的传输的问题,都是军事应用。比如说一个很复杂的图象,它没有那么大的压缩余地,光靠传输和显示技术是不行的。

我觉得最大的会影响我们下一步整个国民经济的,还是高清晰度跟标准清晰度的数字电视的价值链建设起来。我们人口那么多,市场那么大,这个机遇是难得的机遇。从现在开始,国家规定到 2015 年全部的电视要用数字化。

郭桐兴:2015 年全部实现电视数字化,这是我们的一个目标。

童志鹏:现在我们国家已经开始做了。原来先搞模拟电视广播,现在再搞数字的高清晰度电视和数字的标准清晰度电视。到 2015 年就全部数字化了。这是我们必须做的,我们没有其他选择的余地。

郭桐兴:您描述了一个非常美好的发展的前景。曾经我也听说过,上次我听您谈到这方面的问题,就是在没有我们国家数字电视的自主知识产权之前,我们曾经买国外的一些专利。

童志鹏:讲到 DVD 了,每做一部 DVD 机,还要上交给他们专利费十几美元。

郭桐兴:这个费用是相当可观的。从数字电视的这个角度来看,我们应该中国人自主创新,自主知识产权的这么一个道路。

童志鹏:我们已经有了地面数字电视传输的中国标准,但我们嫌它不够完整,需要完善它。而买外国他们的东西,他们的东西也快过时了。

郭桐兴:更可喜的是,刚才徐老师谈到的那个情况,在高速列车上能看到移动电视。

徐孟侠:我可以做一个补充:2015 年是全国的日程表;发达地区应该赶 2010 年的日程表,像北京、上海、深圳。

郭桐兴:应该是提前 5 年实现数字电视化。

徐孟侠:尤其是地面。地面从目前来讲大概有 60 个频道,每个 8 兆赫兹频带宽度。地面首先发送了数字信号,标准清晰度电视或者是高清晰度电视的。把现在地面的模拟电视关闭掉,频谱都腾出来了。越是北京、上海这样的大城市,地面的频谱是非常值钱的,非常有价值的,发送数字高清晰度电视,或者是给移动多媒体广播来用或者是手机电视来用,频谱很多。

所以它首先要实现现有的模拟节目用数字方式同时播出,有一个技术名称叫“同播”;地面模拟电视信号同时以数字方式播出。

我们从农村地区来看,普通老百姓目前只能看 4 套、6 套、8 套带干扰的、质量很差的、清晰度最多是 300 到 320 线的模拟电视节目。

郭桐兴:随着我们电视事业的不断的发展,我相信全国,高清晰的数字电视会在全国进行普及的。

徐孟侠:最近我去了安徽凤阳。凤阳现在的老百姓可以看 30 套 DVD 质量的地面数字电视节目。它们的质量已经比地面收的模拟电视节目已经质量高多了。所以农民非常欢迎。他们那里现在已经有 500 多个机顶盒撒出去了。现在机顶盒的生产供不上,过 7 到 10 天能够供上......,目前处于这种局面。

我们从远期来看,到 2015 年全国的农村地区来讲,刚才讲 60 个 频道,我们如果只动用 40 个频道,每个频道发 10 套节目,那末,从 4 套、6 套、8 套一下子能看到 400 套 DVD 质量的电视节目,这是多么大的一个飞跃。

而高清晰度电视节目,可以把上述 10 套 DVD 质量的标准清晰度电视折算成 1 套高清晰度电视。

郭桐兴:我相信随着我们国家的科技的进步,有关数字电视业的科技工作者的不断努力,我们的数字电视事业会不断的越来越好。

而且通过二位今天给我们介绍,我们有关数字电视的某些技术是走在了世界的前列,也很值得我们中国人引以自豪。我们也预祝我们中国的数字电视事业能够百尺竿头,更进一步!

争取让全国的老百姓能够早日看到中国人自己生产、制造的高质量的,高清晰的数字电视。

谢谢二位!

同时也感谢大家收看我们院士访谈栏目!我们在下一次院士访谈栏目里再见!谢谢。

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中国工程院童志鹏院士漫谈数字电视

来源:腾讯科技 日期:2016-06-08

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以下为此次访谈文字实录:

郭桐兴:各位观众,大家上午好!欢迎大家来到院士访谈栏目。今天我们非常荣幸地请到了中国工程院资深院士,信息产业部电子科技委顾问,电子科学研究院研究员,总装备部科技委顾问,曾任信息产业部电子科技委常务副主任,电子工业部电子科学研究院院长,童志鹏院士!童老师,您好!欢迎您!还有北京大学电子学系徐孟侠教授,徐先生,您好!欢迎您!今天我们主要是想请二位就数字电视这样一个话题谈谈您的看法。首先想请您介绍一下,关于数字电视的基本情况。

童志鹏:这是一个很好的问题,因为数字电视不是凭空起来的。大家都知道,人类的电视开始都是模拟的;电视从黑白的(单色的)到彩色的、进入到数字的,特别到数字高清晰度的,走了漫长的道路;大致从上个世纪 20、30 年代开始,到后来的 90 年代了。

这个技术发展很漫长,说明这个技术是非常复杂的。

我们记得在 20 年代晚期的时候,开始有单色电视的思路。那个时候物质基础还不够具备;比如说没有好的显像管。这个技术的发展大体上经过了技术的成熟,也经过了实践的过程,大体要从 30 年代到 40 年代初。但是黑白电视这个时候并不是成为一个产业。为什么呢?因为 30 年代后期世界大战开始,民用的少了。真正在 30 年代后期的时候,已经发觉黑白电视不能满足需要,颜色太单调;那个时候我们已经开始研究彩色了。彩色电视的技术成熟也花了很长时间。

郭桐兴:彩色电视是从什么时候开始?

童志鹏:根据我们的了解,它的技术的成熟过程经历了十年时间,从 40 年代到 50 年代。这个时候应该说已经到上个世纪后期,数字技术、计算机技术有了很大的发展。这也反过来影响到彩色电视,发现它有很多问题。

基本有几个问题:一个是分辨率不够,图像很细节的情况不够;计算机能够把很细的东西反映得很清楚,这个东西应该引进到电视机里来。由于它分辨率不够,出现图象质量不够好。尽管还是彩色的比黑白的好多了,但是大家还是很不满意。主要是因为分辨率不够。

第二是屏幕的尺寸。大家都知道的是:现在电视屏幕的宽度和高度的比例是 4:3,而人们还希望更宽一点。

第三个问题,就是它的视场比较窄。由于这么一个安排,电视屏幕跟人的距离比较远,一般的观看距离是电视屏幕高度的 7 倍。

这些问题,大家都想改。后来到 80 年代,真正研究这个问题较多的还是日本。

日本从 1967 年就开始研究高清晰度电视;但不是数字的,而是模拟的。他们想了很多办法来改进这些问题。他们就提出来,要提高清晰度;他们还把电视机的屏幕从 4:3 改到 16:9 。

郭桐兴:基本上符合人的视觉习惯。

童志鹏:另外,这样一来,视觉空间也扩大了。

徐孟侠:观看距离缩短了。

童志鹏:屏幕高度的 3 倍就可以看了,而不用说是高度的 6 倍、7 倍。后来显像管也变了。观看的视场从原来的 9 度到 10 度提高到 17 度到 30 度。

郭桐兴:等于是电视的一个进步。

童志鹏:巨大的进步!这些新的问题都解决了。原来我们国家的电视,单色也好,彩色也好,通过高新数字的研究逐步得到解决了。

这些东西日本人到 1981 年的时候已经把他的高清晰度电视到处表演,去欧洲表演,去美国表演,大家都很欢喜。真正高清晰度电视这个名称是 1981 年才有的。

北京大学电子学系徐孟侠教授做客腾讯

郭桐兴:高清晰电视还是模拟的?

童志鹏:其实我一直在想怎么准确定义高清晰度电视。我查了资料,发现这个还是比较好的。这是国际电联用无线电视把它定义的,它这样讲的:高清晰度电视是这么一个系统,它在 3 倍影像高度的距离上,可以得到这么一种清晰透明的图像质量,再配上环绕立体声,好像亲临现场一样。高清晰度电视的定义是 1981 年提出来的。

我再给大家讲一讲,为什么日本 1981 年提出 HDTV,后来没有办法搞下去?这就是高清晰度电视数字化以后,这个数码率高得不得了,大致上是每秒一个千兆比特到两个千兆比特,问题非常复杂。

我讲一讲难到什么程度呢?从一开始就搞清楚了:这么一个大数据量的东西,如果单纯进行记录的话,一分钟就要能够记录几千兆比特。所以一个高清晰度电视片子要存储在一百多张大尺寸的光盘上,根本就不能实用的。

郭桐兴:非常不实用。

童志鹏:既不能储存,也不能传输。现在可以在 1 到 2 张光盘就可以做下来。因为一个高清晰度电视片子原来是 100 多张大片子,现在是两张光盘就可以了。

这个工作中国也开始研究。我们的工作比他们还要好:原来是 2 张光盘,现在 1 张光盘就可以了,是我们中国人自己搞的。

技术在不断更新,不断进步。可以这样讲,日本发明的 HD-DTV 之所以不好用,只能作为技术开发,主要是数码率太高,无法实用。

这是很关键的问题;实际上这些问题到上个世纪 90 年代初都解决了;计算机普及了,开始把一个技术的事物变成工程了。

你提这个问题,我觉得很兴奋。当时全世界的国家都在搞,美国也搞,日本也搞,德国也搞,就是这么一个过程。为什么高清晰度数字电视不是偶然的,实际上是满足了一个大的需求;技术不和实际结合就不会形成电视产业。

郭桐兴:童先生,下面请您给介绍一下国际和国内有关数字电视的现状。

童志鹏:应该说从 90 年代以后特别是 1995 年以后,标准化就比较明显了。那个时候首先是美国,美国搞了一个 ATSC 标准,因为美国的彩色电视标准叫 NTSC,是彩色的模拟电视。

郭桐兴:世界上像这种国际标准大概有几种?

童志鹏:到 90 年代初,模拟电视标准实际上......过去有三种;一种是美国标准,就是 NTSC。

郭桐兴:也可以说是美国制式。

童志鹏:然后是欧洲标准,一个是德国标准 PAL(欧洲各国大都采用;我国也采用);一个是法国标准 SECAM(前苏联现俄罗斯也采用)。德国标准 PAL 同美国 NTSC 相比是频带宽度稍微宽一点。

现在新的数字高清晰度电视的带宽要求必须跟各国原来的模拟电视一样。还必须解决视频和音频压缩编码等一大堆的问题。现在实际上做到的可以是这样:真正的 ATSC 的视频部分数码率,实际上要降到每秒 18.8 兆比特。

因为这个是数字电视,它还得通声音……,光是声音的要求也是非常高的。ATSC 这么一个标准的音频部分有 5.1 个声道:左前、中间、右前、左后、右后共 5 个声道、外加超低音。这样就是像电影院一样的高级,在家里能看电影了。现在能在家里就能看到,很近了,而不用去电影院那么远。这些都是技术的进展的结果。

欧洲也提出了自己的地面数字电视广播的传输标准 DVB-T。

郭桐兴:您刚才谈了是美国的、欧洲的标准。

童志鹏:还有日本的标准 ISDB-T(地面数字综合业务广播)也基本上参照了欧洲的标准。

日本它一开使用卫星广播。(徐:ISDB-S 标准。)

我们国家对数字高清晰度电视技术从 1996 年开始研究。

郭桐兴:我们国家有没有自己的标准?

童志鹏:我们国家是从 1996 年开始研究的。我是以后有机会参加的。

实际上我们这个东西到 1999 年初步研究成功了。那个时候我们在国庆 50 周年大庆的时候,在北京实现了地面数字高清晰度电视的试播。现在各个大的电子商场,到处可以看到江泽民同志阅兵的高清晰度电视画面(徐:还有女民兵的画面!)。

有美国的标准,还有欧洲的标准。欧洲的标准走的和美国不同的道路,不是美国单载波的道路,而是多载波的道路。我们也有一个学派搞单载波的道路;我们还有另外一个学派搞了多载波道路。

我们国家就在搞多载波和单载波两个学派的基础上,做了一个地面数字电视国家标准,国家已经批准和颁布了。本来是今年 8 月份要试播的,后来到 10 月份也没有试播。这些实际上是在几个大城市中做,北京、上海、青岛、深圳。

徐孟侠:6 个奥运城市:北京、上海、青岛,还有天津、沈阳、秦皇岛等,再加上 2 个重点城市:广州和深圳,一共 8 个城市。

郭桐兴:在奥运期间能够看到北京奥运直播的现场。这个对老百姓来讲是很好的消息,能够在电视中看到很好的比赛现场。

童志鹏:观看高清晰度电视,这是像身临其境的感觉;一般的电视是根本做不到的。现在除了搞高清晰度电视广播以外,这 8 个城市以外,在中西部地区,中小城市发展地面数字标准清晰度电视。

到现在为止我们全国都还是模拟的;但是一些中小城市认为高清晰度电视这种东西有很大的费用,因此就要跟当地的经济条件相结合,这个时候中西部地区要向地面数字标准清晰度电视发展。

我们国家在 2008 年奥运会,2010 年上海世博会和广州亚运会,成为最好的推广数字电视的机会。

郭桐兴:是不是可以理解成有一些大的活动,大的比赛,尤其是体育比赛的活动,正好是发展数字电视的一个契机。

童志鹏:你讲得非常正确。全球都在发展数字电视,我们不能失去这个机会,而且我们有自己的地面标准,这就好。

我已经把数字电视系统的发展情况讲了讲。

郭桐兴:下面请您介绍一下…,您说了这么多…,因为老百姓对数字电视的概念并不是很清楚,究竟什么是数字电视?

童志鹏:要讲清楚…这是很复杂的技术…。我请我的老朋友徐老师介绍这个问题。

郭桐兴:徐老师,请您给大家说一说,究竟什么是数字电视?因为大家听说过,但是究竟怎么理解它,还不是很熟悉。

徐孟侠:数字电视的原理可以从这么几方面看,譬如说,要把模拟的电视信号用数字方式传输过去。

它开始是从两头来做的:一头是电视节目制作的数据,比如说电视台的节目制作和 VCD 盘片和现在高清 DVD 的节目制作的数据。另一环节从接收机和显示器,电视接收机的电路里面如何数字化,或者是显示器里面的数字化。

电视数字化从模拟电视系统来看,我们讲系统就是发送和接收两头,中间还有一个环节;这个环节从“香农信息论”来讲叫“信道”。

童志鹏:就是传输这个中间的环节。

徐孟侠:信道实际上包含传输和存储两大类方式。

存储的方式实际上我们中国的 VCD 是最有代表性的。

VCD 就是有节目制作人员把压缩以后的数据刻在光盘里了;你在家里只要有 VCD 播放器就可以播放。

VCD 播放器的一些数字处理技术里面,包含图像的解码、声音的解码,当然还包括其他一些数字处理技术。这些就是所谓接收端里面的技术。

最关键还是在传输过程中,传输有三种方式。第一种方式是地面传输,它是无线传输。第二种是有线电视传输。第三种是卫星传输,也是无线传输。

郭桐兴:我们看到的有线电视。

徐孟侠:一开始地面传输的是模拟体制;现在是通过有线电视传输,一般现在都是光纤的数字化传输,到了家庭中还有电缆的一段是模拟信号传输。这些就是数字电视的传输的方式。第三种方式通过卫星接收,卫星传输。传输有这么三种方式。

存储方式也有很多种。刚才说 VCD 是一种;DVD 是另一种。现在街上大家拿的手上MP4也是一种存储方式,它也可以用硬盘播放器。

郭桐兴:刚才您谈的传输方式大概有三种,一种是有线的传输,一种是无线的传输,还有一种是通过卫星来传输。从清晰度这个角度来看,您说是不是可以理解,它有没有分什么等级?有没有清晰度比较高的或者是清晰度作为一般的,或者是清晰度稍微差一些的,有这样的等级划分吗?

童志鹏:应该说多等级传输的:高清晰度的,标准清晰度的,还有低清晰度的,都可以有。

郭桐兴:从清晰度角度来说,可以分为三种,一个是高清晰度的,一个是标准清晰度的,还有一种是低清晰度的。

童志鹏:像手机屏幕上的那种就是低清晰度的,屏幕尺寸比较小。

郭桐兴:这我们就明白了,原来还真不知道。

童志鹏:最难的是地面传输,因为地面的情况非常复杂,因为地面信号是传来传去,会遇到多种复杂自然情况和各种干扰。所以最难的是地面传输。我现在攀登这种国际技术难关非常漂亮……,进入地面传输技术是最难的。

因为地面传输考验这个国家的技术水平。

徐孟侠:地面传输标准是反映这个国家科技水平的高低问题。

童志鹏:同时也考验它的物质基础。比方说高清晰度数字显示屏幕,一个数字高清晰度显示器要有大的屏幕。我们国家在这方面还有差距。

郭桐兴:看来数字电视里面有几个环节,一开始是节目制作,要把它通过压缩,压缩完了以后,传出去。这是非常重要的一个环节。

徐孟侠:不能说,把胡锦涛 17 大报告刻在盘上,立刻飞机送到我家里……;它没有实时性。实时性必须通过广播,通过卫星传输,光纤到电缆的传输或者是地面传输。电波传输很快,这个时间差距很短。

这个我们技术名称叫实时性,我们看体育节目,我们非常感兴趣什么时候射门,看到一脚球在射门。

童志鹏:高速传输是一个前沿的课题:因为这个高速不仅仅传输要快,而且接收显示的部分也要快。体育节目本身就是在高速动。而高速火车里头,每小时几百公里在开,现在完全可以实时地收到。

徐孟侠:胡锦涛在做报告,什么时候大家鼓掌,鼓掌时间多长,大家要实时地看得到、听得到。

郭桐兴:您说我们国家类似数字电视的覆盖率大概是个什么情况?

徐孟侠:我做一个简单的介绍就清楚了。

VCD 在 1996 年到 2000 年在我们国家是爆热式的发展,应该是普及了。从 1996 年到 2000 年肯定是超过 1 亿台(播放机)。

郭桐兴:几乎家家都有。

徐孟侠:但是很多人并不认为它是数字电视。

郭桐兴:大家真的不理解 VCD 就是数字电视。

徐孟侠:VCD 是一种存储方式。所以说我们绝大多数的中国老百姓已经接触到了中国的数字电视了。现在从理论上看,信道有存储和传输两种方式。所以 VCD 之后,数字电视的存储方式理所当然的就往 DVD 发展。

DVD 发展,根据粗略的统计,到现在为止,大概我们全国的拥有量是大于 3000 万台。

所以这种形式大家也是日常生活里,中心城市和富裕一点的家庭了,都是看 DVD,不是看VCD 了。

郭桐兴:这个数量很大了。

徐孟侠:关于数字电视的传输方式,我们国家从 2002 年开始在有线电视里面开始进行数字化。据称,到今年年底总用户数可以达到 2,000 万户。

但是把以上这些在我们中国老百姓已经接触到的数字电视系统里边回顾一下,都有一个致命的问题,就是缺乏自主知识产权。

郭桐兴:您谈到这个问题我还是想问您呢,数字电视里面牵扯到一些自主知识产权问题,那么您能不能给我们介绍一下,就是我们国家有自主知识产权的数字电视的情况?

徐孟侠:由于这种原因,我们国内的专家早就向政府提出来要搞具有自主知识产权的相关的技术和标准。

早在 1994 年,当时国家科委就组织了 70 多人的专家委员会来进行讨论,确定地面数字电视是我们重要的切入点。

因为刚才童老师已经讲了,地面的难度最大;我们要迎难而上,在这方面有所突破。当然我们要遵循一个学习外国先进经验基础上的过程,然后再有所突破。所以 1999 年国庆 50 年大庆的时候,表演的那些技术,基本上是一个学习版本和跟踪版本,自己创新的东西还不是非常突出。

从 1999 年国庆以后,我们在去年颁布的地面数字电视广播传输的国家标准版本,是具有完全的自主知识产权的。

而且它在国际上跟已有的美国的标准相比,我们要好一些:美国的标准不能进行移动接收,我们中国标准可以进行移动接收。移动电视的问题我一会儿再做说明。我们跟欧洲的标准和日本的保准相比,我们也有很大的突破,我们的性能比它们好。

所以目前我们的地面的标准要利用明年的北京奥运会进行大量的推广阶段。然后还有后面连续有三年,要进入普及的阶段。

郭桐兴:您说我们现在这一块来讲,从地面传输这个角度来看,应该是比美国或者是比欧洲或者是比日本从技术来讲比他们要先进?这个应该是值得我们中国人自豪的。

徐孟侠:是的。

童志鹏:我们国家应该说是超过世界水平的。

徐孟侠:在移动电视这个问题上我做一些说明。

我们国家在 2005 年 1 月份在上海的磁悬浮列车上表演了标准清晰度电视的高速移动,列车的速度最高每小时 430 公里。

郭桐兴:在高速运动的情况下,看我们国家自主知识产权的数字电视。效果怎么样?

童志鹏:很好,一点儿不影响。这些东西在过去还是没有完全解决的。

徐孟侠:它的比特率是每秒 5.9 兆比特,传输 1 路广播级的标准清晰度是没有问题的。一般在卫星上传的节目只是每秒 4.5 兆比特;它还有富余量。这是 2005 年 1 月份我们国家已经实现的。

在 2005 年秋天“神六返回舱”的搜救活动中,在内蒙基地上,我们实现了返回舱的火球,返回舱落地以后在直升飞机上拍摄到的返回舱情况。那天是在凌晨,还是太阳没有出来的时候……,但是返回舱舱顶有灯光闪闪的,直升机上拍摄到了灯光闪闪……,从灯光闪闪的信号可以知道宇航员基本的健康情况,这是非常重要的信息。假设无线电通讯由于某种原因中断,这个灯光信号仍然可以提供宇航员重要的生理方面的信息。这就给指挥大厅相关的指挥人员给出重要的情况。

宇航员出舱以前,有工作人员爬到返回舱舱顶上,由工作人员和宇航员先通电话。拍摄到的视频信号通过无线电波传输到直升飞机,再由直升飞机传输到地面的卫星传输站,上传到卫星,再转发到北京指挥大厅。

所以返回舱从火球一直落到地面的全过程,工作人员在宇航员没有出舱以前的全过程以及两个宇航员一个一个先后出舱的过程,以及大家看到两个宇航员举花摇手向全国人民和全世界人民致意的全过程,都是中国具有自主知识产权的第一个地面数字电视的传输系统来完成的。

所以我们国家相关单位在这方面是立了功的,在国际上是没有的。美国宇航员落地都是电视台的记者去现场拍,并不是本身用于搜救活动的全过程。美国没有这个技术,俄罗斯也没有这个技术。

第三方面,我要介绍的,我刚刚从上海回来……。在上海到南京的 D 字头的动车组上,在苏州境内实现了移动电视在快速列车上的收看。苏州境内一共有 9 个点发射。节目是从上海发送卫星上面;然后在 9 个点分别接收下来,分别发射。而在高速列车上收看。在大约 45 分钟行驶约 90 公里的范围内,收看到的图像(还有声音)没有出现中断或者马赛克。一些细节我就不介绍了。

欧洲专家在上海到南京的方向,在上海到无锡的过程中,在苏州境内就看到了移动的电视了。在苏州境内一共有 9 个发射点。

郭桐兴:当时时速是多少?

徐孟侠:最高是一小时 170 公里。参加中欧合作项目“移动和数字广播融合高峰论坛”的欧洲专家看了,就非常惊讶……。有德国的,有荷兰的还有西班牙的专家看了。他们都非常兴奋,因为欧洲没有看过这样的东西,他们第一次看到。他们信服我们中国人的技术比他们好。

童志鹏:他们觉得他们也可以做的,但是他们没有。

徐孟侠:他们的技术没有到这个程度......,我因为参加了这次访谈会,我还来不及跟欧洲人进行 E—mail 的交流,有很多教授。

我现在介绍一下视频压缩原理。音频压缩原理,我先讲一下……比较简单。

音频压缩原理:比如说我们现在说话中间有停顿的时间;而停顿的时间,你就可以不传输。讲话的时候里有长音,或者叫做母音,它的正弦波的比例比较大,容易在时间 T 方向前后做一些处理,用简单的信息就可以表达。我们在话音里面,摩擦音要附加比较多的比特。

视频压缩原理:活动图像因为它有 X 和 Y 空间两个方向,还有时间 T 的方向,有三个方向的压缩,相对容易一点,比声音压缩容易一点。

郭桐兴:声音压缩起来是有一定的难度。

徐孟侠:尤其是交响乐,乐器的品种多,所以难度反而大。人们讲话的时候都有停顿的时间,而一般交响乐总有某一个独奏或者是有些特殊效果,它的音乐是不停的,所以它的难度大。所以在压缩的领域里面,声音压缩比活动图象压缩难。活动图象压缩又比静止图片的压缩要容易一点。

我现在来讲一个活动图象压缩的原理。

郭桐兴:徐老师,对不起,我打断您一下。您说压缩难度最大的是什么?刚才您说了一个图片,一个声音,一个图象,这三者哪个压缩难度最大?

徐孟侠:难度最大的是声音,其次是静止图像压缩,最容易的是活动图像。

我举一个简单的例子就可以说明。中央电视台新闻联播节目,两个广播员坐在那儿,广播员也会讲话。但是大家想想看,他们前面有个桌子,或者叫前景;他们后面还有一个背景。而前景和背景都是不动的。

如果我们把第一个画面和第二个画面做一个减法,那末前景和背景减出来的结果肯定是零。一秒钟重复传输 25 次就浪费了。(童:第一个画面需要较多比特进行传输!)

再举一个简单的例子,这是图象压缩里很难的课题,称为“运动补偿”。

假如有一个乒乓球,有一个白色的球,从右下角往左上角方向运动。

因为运动就有一个“运动矢量“;它有长短、有方向。那么当白球运动到第一个画面的时候,这个白球在右下方;而继续运动到第二个画面时,它跑到了左上方去了。

这里面有一个运动矢量,比如说叫 DX、DY 或者叫 MV。

现在我们讲,如果不采用运动补偿的技术,把第一个画面跟第二个画面做减法。第一个画面就是前一个画面,第二个画面就是后一个画面。两个画面相减的结果是什么呢?

第二个画面有白球的地方和后面的第一画面背景相减肯定不是零。第二个画面的白球是在原来第一个画面背景的位子;两者相减的结果不是零。同样道理,因为第二个画面的背景跟第一个画面的白球相减,也不是零。

如果不采用运动补偿的技术,两个地方(第二画面的白球位置和第一画面白球位置)相减得到了前后两个白球的位置都不是零。

现在我们已经有特殊的算法和技术,把第二个画面的白球人为的挪到第一个白球的位置。这样两个画面做减法时,全画面全是零......,就这么简单。当然实际的情况比起我们描述的情况要复杂得多。

如果画面相减以后是大量的零或者是剩下少量的东西,这样的话就可以得到较多的压缩,用较少的比特传输背景和活动的白球。

这就是利用电视图象它的在时间 T 方向有很大的压缩潜力。

我们中央电视台新闻联播的时候有两个播音员。两个播音员的身子可能也不动,或者是动得比较少。黑衣服跟黑衣服相减,白的衬衫跟白的衬衫相减;减出来的零的部分还是多数。这就是利用时间轴 T 方向可以得到压缩的一个基本原理。

再举一个例子,如果摄像机做水平方向的移动,我们就看到……比如说一个足球赛的足球场面,这个画面从左到右在运动;它增加的新信息只是边缘上垂直的条带里;画面背景的大部分内容没有变化。

如果我们有简单的技术把它的运动矢量求出来,这个背景是一个水平方向运动的背景画面和上一个画面相比,大部分都是相同的;你做减法也是零,这就是运动补偿原理,非常简单。

童志鹏:除了运动补偿矢量之外,还有人们视觉的滞后效应。我们看的电视片都是动的,其实是都一帧画面一帧画面连续播放的,电视每秒要放 25 帧画面。人眼看起来是连续播放的,而不是一幅一幅的。所以设计要很巧妙的欺骗人们眼睛的。

郭桐兴:我们放一个电影,1 秒钟按格计算的话,基本上 1 秒钟 24 格。

中国工程院童志鹏院士 北大电子学系徐孟侠教授做客腾讯

徐孟侠:我再举一个例子。有谁用放大镜看电视机的四个角和四条边?你可以少给它们一点比特。人的视觉还有一个原理叫“视觉中心”。在这个视觉的中心区域,做画家的知道,人的眼睛要画得很真,就是眼睛的重要性。所谓“画龙点睛””,说明眼睛的重要性。搞油画的人知道,画人的脸部时,脸一定要很清晰,其他的地方可以轻描淡写。如果谁把脸画得很粗糙,其他的地方画得很细,就违反了绘画的原理。这个原理用到我们数字电视里面也是同一个道理。

郭桐兴:最后想请您谈一谈,对数字电视未来的发展趋势有什么看法和想法?

童志鹏:我主要讲数字化的高清晰度电视发展的最好的机遇;我们应该是抓紧这个机遇发展我们数字电视产业。

这个数字电视的产业链真正的产值的 60 % 到 70 % 都在平板显示器中。平板显示器我们国内还大部分还在做比较小的屏幕。因为理想状态是 80 英寸的;我们做大屏幕还有可能。这个跟以前不一样了。

现在我们很重要的是高清电视的推广,我们要把产业链建设起来,要把电视大国做成电视强国。

这么大的一个市场,当然我们开放了,引进来也是可以的,但是不能花那么大的功夫做出来的东西,不能都到外国去买了。

还有压缩问题,还有大部分的是做不了,电视、语音某些技术可以利用,还有更高数据的传输的问题,都是军事应用。比如说一个很复杂的图象,它没有那么大的压缩余地,光靠传输和显示技术是不行的。

我觉得最大的会影响我们下一步整个国民经济的,还是高清晰度跟标准清晰度的数字电视的价值链建设起来。我们人口那么多,市场那么大,这个机遇是难得的机遇。从现在开始,国家规定到 2015 年全部的电视要用数字化。

郭桐兴:2015 年全部实现电视数字化,这是我们的一个目标。

童志鹏:现在我们国家已经开始做了。原来先搞模拟电视广播,现在再搞数字的高清晰度电视和数字的标准清晰度电视。到 2015 年就全部数字化了。这是我们必须做的,我们没有其他选择的余地。

郭桐兴:您描述了一个非常美好的发展的前景。曾经我也听说过,上次我听您谈到这方面的问题,就是在没有我们国家数字电视的自主知识产权之前,我们曾经买国外的一些专利。

童志鹏:讲到 DVD 了,每做一部 DVD 机,还要上交给他们专利费十几美元。

郭桐兴:这个费用是相当可观的。从数字电视的这个角度来看,我们应该中国人自主创新,自主知识产权的这么一个道路。

童志鹏:我们已经有了地面数字电视传输的中国标准,但我们嫌它不够完整,需要完善它。而买外国他们的东西,他们的东西也快过时了。

郭桐兴:更可喜的是,刚才徐老师谈到的那个情况,在高速列车上能看到移动电视。

徐孟侠:我可以做一个补充:2015 年是全国的日程表;发达地区应该赶 2010 年的日程表,像北京、上海、深圳。

郭桐兴:应该是提前 5 年实现数字电视化。

徐孟侠:尤其是地面。地面从目前来讲大概有 60 个频道,每个 8 兆赫兹频带宽度。地面首先发送了数字信号,标准清晰度电视或者是高清晰度电视的。把现在地面的模拟电视关闭掉,频谱都腾出来了。越是北京、上海这样的大城市,地面的频谱是非常值钱的,非常有价值的,发送数字高清晰度电视,或者是给移动多媒体广播来用或者是手机电视来用,频谱很多。

所以它首先要实现现有的模拟节目用数字方式同时播出,有一个技术名称叫“同播”;地面模拟电视信号同时以数字方式播出。

我们从农村地区来看,普通老百姓目前只能看 4 套、6 套、8 套带干扰的、质量很差的、清晰度最多是 300 到 320 线的模拟电视节目。

郭桐兴:随着我们电视事业的不断的发展,我相信全国,高清晰的数字电视会在全国进行普及的。

徐孟侠:最近我去了安徽凤阳。凤阳现在的老百姓可以看 30 套 DVD 质量的地面数字电视节目。它们的质量已经比地面收的模拟电视节目已经质量高多了。所以农民非常欢迎。他们那里现在已经有 500 多个机顶盒撒出去了。现在机顶盒的生产供不上,过 7 到 10 天能够供上......,目前处于这种局面。

我们从远期来看,到 2015 年全国的农村地区来讲,刚才讲 60 个 频道,我们如果只动用 40 个频道,每个频道发 10 套节目,那末,从 4 套、6 套、8 套一下子能看到 400 套 DVD 质量的电视节目,这是多么大的一个飞跃。

而高清晰度电视节目,可以把上述 10 套 DVD 质量的标准清晰度电视折算成 1 套高清晰度电视。

郭桐兴:我相信随着我们国家的科技的进步,有关数字电视业的科技工作者的不断努力,我们的数字电视事业会不断的越来越好。

而且通过二位今天给我们介绍,我们有关数字电视的某些技术是走在了世界的前列,也很值得我们中国人引以自豪。我们也预祝我们中国的数字电视事业能够百尺竿头,更进一步!

争取让全国的老百姓能够早日看到中国人自己生产、制造的高质量的,高清晰的数字电视。

谢谢二位!

同时也感谢大家收看我们院士访谈栏目!我们在下一次院士访谈栏目里再见!谢谢。