1．簡介
大家越來越關(guān)注UHDTV超高清電視，它正成為廣播電視行業(yè)的焦點。與目前的高清電視（1920 x 1080）相比，4K（3840 x 2160）和 8K（7680 x 4320）電視的分辨率有一個顯著的增加，這需要更高的幀率（從50/60 fps 到 100/120 fps）和更高的數(shù)據(jù)率。

DVB-T2對于地面廣播具有最佳的頻譜效率，在全球范圍內(nèi)得到許多國家的青睞。由于傳輸超高清電視內(nèi)容需要非常大的數(shù)據(jù)率，MPEG-4壓縮編碼已成為超高清電視的瓶頸，因此在通過DVB-T2傳輸超高清電視內(nèi)容時，HEVC壓縮編碼成為必須。

基于實際場景，本文給出了一個完整端到端的基于DVB-T2的超高清電視解決方案。超高清電視信號處理流程在傳輸鏈路上的每一步都將詳細描述。
1）后期制作環(huán)境中的媒體攝入階段。
2）UHDTV信號的實時HEVC編碼以及如何復用成一個T2-MI流。
3）UHDTV信號在DVB-T2單頻網(wǎng)中的射頻傳輸。
4）UHDTV信號的接收和射頻信號的解調(diào)。
5）HEVC解碼以及4K電視在家庭中呈現(xiàn)。

2．4K內(nèi)容的攝入和播出（后期制作環(huán)境）
超高清電視內(nèi)容通常通過4K攝像機產(chǎn)生，然后存儲超高清電視內(nèi)容在攝像機的內(nèi)存中或者在現(xiàn)場直播時，使用4 x 3G-SDI線纜實時地交付給攝入系統(tǒng)。

目前，4K攝像機能夠以50fps或60fps的幀率輸出4K原始視頻內(nèi)容(10或12 bit，42)（Sony攝像機）或者以一個壓縮的高分辨率格式保存視頻內(nèi)容至內(nèi)存卡上（XAVC, AVC Ultra, ProRes攝像機）。對于第一種情況，其挑戰(zhàn)主要是如何合并4路3G-SDI 信號成一個4K文件。對于第二種情況，通過拷貝文件到與所有4K文件格式相容的存儲系統(tǒng)中來進行數(shù)據(jù)內(nèi)容攝入。

為了與超高清廣播需求標準ITU-R BT.2020一致 ，上述兩種情況都有必要降低顏色采樣率到40，bit深度降低到8 bit或10 bit。

R&SClipster不僅滿足上述的需求而且可以支持從SD到8K的任何分辨率，能夠轉(zhuǎn)換不同文件格式文件的任何顏色采樣率和bit深度。

R&SClipster自動同步各路輸入信號并且編輯成一個待處理的4K文件。該文件可以接著進行HEVC或JPEG2000壓縮編碼或者交付給播出中心和中央存儲。

3.HEVC實時編碼及復用
UHDTV 4K電視的實況播出，需要50fps或60fps的高幀率，這就需要對超高清電視信號的4K內(nèi)容進行實時HEVC編碼。
電視廣播商需要：
1）同步4路3G SDI信號到一路4K畫面
2）使用HEVC實時編碼4K信號
3）UHDTV復用以及加載PSI/SI信息
4）從GPS信號獲取時間戳加入到T2-MI包（單頻網(wǎng)同步）
5）通過IP或ASI傳輸MPEG2碼流（T2-MI）到發(fā)射機網(wǎng)絡(luò)

為了滿足這些需求，R&S公司提供了一個方案--- R&SAVHE100，它是一個模塊化系統(tǒng)，提供了頭端的全部功能，但尺寸小巧。R&SAVHE100借助最高端的IT技術(shù)提供HEVC編碼和信號處理所需要的最高處理性能。頭端的信號流完全IP化，提供較高的靈活性來滿足廣大客戶的需求。

通過鎖定來路信號的頻率和相位，來路3G-SDI信號在R&SAVHE100里首先同步，形成一路4K畫面。然后HEVC編碼器處理整個4K數(shù)據(jù)且產(chǎn)生MPEG2碼流或產(chǎn)生遵循DVB標準的MPEG-DASH碼流。頭端內(nèi)容通過IP或ASI單播或組播給地面網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)或IP網(wǎng)絡(luò)。

4.通過DVB-T2單頻網(wǎng)傳輸UHDTV
DVB-T2可以為數(shù)字地面電視提供最高的數(shù)據(jù)率。這里我們假定一個實際的DVB-T2單頻網(wǎng)類似于首爾都市圈的試驗網(wǎng)并且考慮到下列限制：

DVB-T2射頻帶寬為固定的6MHz。

規(guī)劃單頻網(wǎng)時，考慮到首爾都市圈的地理面貌，保護間隔設(shè)置為1/16（參考了Nordig規(guī)范），主要應(yīng)用于屋頂接收。

初始的實時HEVC編碼實驗顯示：需要至少25Mbps才能達到滿意的結(jié)果（基于3840x2160，40，8 bit深度，60fps幀頻）。

超高清4K傳輸必須適用屋頂接收和室內(nèi)接收。

基于以上限制，部分可能的DVB-T2配置如下表所示：

表 1: 使用單頻網(wǎng)的首爾都市圈超高清地面電視廣播傳輸模式，屋頂接收（模式1和2）、室內(nèi)接收（模式3和4）

模式1配置比較適用于屋頂接收，最高的數(shù)據(jù)率，良好的噪聲保護。

模式2配置稍微地改進了模式1的噪聲保護，少量地降低了數(shù)據(jù)率。

模式3和4適用于室內(nèi)接收，模式4有較大的保護間隔，盡管這些模式有較好的抗噪能力，但信道的數(shù)據(jù)傳輸率有限，難以實現(xiàn)高幀率的超高清電視信號傳輸，但對于3840x2160/30P視頻的傳輸而言，這兩個模式是適用的。

該單頻網(wǎng)方法基于首爾都市圈的發(fā)射機拓撲和DVB-T2的射頻發(fā)射功率并已得到實際的場測驗證。

R&SAVHE100頭端輸出MPEG-2碼流給單頻網(wǎng)內(nèi)所有的發(fā)射機。這些發(fā)射機支持ASI和IP輸入。時間戳的同步包含在T2-MI流里，使用1pps GPS信令作為時間參考和使用10MHz作為頻率參考來同步發(fā)射機網(wǎng)絡(luò)。

圖1: 使用R&SAVHE100 編碼、復用、網(wǎng)關(guān)以及R&STHU9高功率發(fā)射機組成的三個站點的DVB-T2單頻網(wǎng)配置

在發(fā)射機部分，R&S公司發(fā)布了新一代的Tx9系列發(fā)射機，其擁有市場上最高的效率（在Doherty模式下可達38%，包括了冷卻系統(tǒng)）。

R&STHU9/R&STHV9對應(yīng)液冷高功率，R&STMU9/ R&STMV9對應(yīng)風冷中功率。

5.射頻解調(diào)和HEVC解碼

UHDTV超高清電視傳輸?shù)淖詈笠徊糠衷谟脩舳艘粋?cè)。通常，對于屋頂接收而言，一個八木天線捕獲DVB-T2射頻信號，然后通過一根75歐姆電纜傳給超高清電視的射頻解調(diào)器和HEVC解碼器。對于一些需要深層次分析DVB-T2射頻和基帶信號的網(wǎng)絡(luò)運營商而言，R&S公司的ETL電視分析儀能夠滿足需求。ETL接收攜帶UHDTV節(jié)目內(nèi)容的DVB-T2射頻信號并且解調(diào)到具有MPEG-2碼流格式的基帶層，然后通過ASI接口提供給GMITBMM-810。GMITBMM-810是一個基于服務(wù)器的用于電視視頻和音頻節(jié)目監(jiān)測和圖形化顯示的解決方案。它能夠解碼HEVC UHD節(jié)目并且通過HDMI或DisplayPort輸出信號給4K電視監(jiān)視器。它能同時支持4路4K HEVC流的解碼。

6.總結(jié)

隨著大型體育賽事的來臨以及電視屏幕尺寸不斷增長的趨勢，超高清4K內(nèi)容的傳輸成為現(xiàn)實。由于需要處理更高的數(shù)據(jù)率，尤其當UHDTV內(nèi)容需要轉(zhuǎn)換并通過有頻道容量限制的地面發(fā)射傳輸時，這給電視運營商帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文呈現(xiàn)了一個完全使用R&S公司產(chǎn)品的超高清4K電視端到端解決方案，包括了從4K內(nèi)容的攝入、通過DVB-T2單頻網(wǎng)傳輸?shù)饺霊舻娜鞒?。本方案已在大首爾都市圈?jīng)過了實際測試。