智慧城市的基础设施主要是通信网络，包括无线、固定网、卫星等，以及借助网络进行数据传输的传感设备、数据中心等。现在电信运营商都在提倡高速宽带，即智慧城市基础设施的建设，但是仅靠电信运营商是不够的，目前，"智慧城市"建设中遇到的最迫切的难题之一为城市信息资源共享不够。突出的问题是数字通信的信道容量和速度。尽管大量投入建设光纤，卫星，等硬件设施，但由于应用服务扩大，仍跟不上需求。就如高速公路，老是拥挤堵塞，道路的建设跟不上车辆的增加。中国人口多，上网用户增加很快，网络的拥挤堵塞不可避免。中小城市，光纤等通信资源有限。如何解决这些问题？

　　构建起多层次、广覆盖的光纤宽带网，新一代广播电视网，无线宽带网络是建设智慧城市基础。要根据各种通信网的特点，加强总体设计；同时要共享资源，提高效益，合理地分配通信功能，保证智慧城市建设的持续发展。开发新一代电视系统的数字信息广播的潜在功能，开拓应用范围，可以加速建设智慧城市的建设，节约基础建设的投资。

　　本文概述新一代电视网的数字信息广播的机理和主要特点，简报美国广播电视网数字信息服务的标准和存在的问题，分析中国广播电视网数字信息服务的优势，比较主要宽带网络的特点，提示了广播电视网数信服务在智慧城市主要功能。为充分发挥广播电视网数信服务在"智慧城市"建设中的作用，提出了八项建议和策略，特别是对一些薄弱的环节，需要加大力度，即时采取有效的措施。这些建议供有关部门参考。

一、新一代电视网的数字信息广播机理

　　新一代广播电视网，即广播数字电视系统，美国历经约10年的研发和测试，联邦通信委员会FCC于1996年批准先进电视系统委员会ATSC 标准系列，标准号A/52， A/53， A/54，A/55，A/56 等文本。在1997年的拉斯维加的国际消费电子展中实时播放高清电视，开启电视的新时代。2008年美国完成了从模拟电视向数字电视的转变。

　　1999 年中国设立数字电视研发及产业化重大专项并成立国家数字电视领导小组。2006 年8 月推出了标准号 GB20600-2006 的中国地面数字电视传输技术标准《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》。英文名称为“Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcast”, 英文缩写为DTMB,简称“国标”或DTMB。现在正向新一代的数字电视过渡，预定2016年全面完成。

　　广播数字电视系统覆盖范围广，发射基础设施在大中城市已基本建成，现在仅仅用来观赏节目。与模拟电视不同，数字电视系统还有潜在的功能，可以广播数字信息，提供多样的数字信息服务（数信服务）。

　　广播数字电视系统如图1的方框图所示。

　　数字电视系统主要有多种编码器，格式化复用器，调制激励器和发射机组成。目前常态工作的编码器有视频信号编码器，音频信号编码器，系统信息和控制编码器。如要开展数字信息（数信）广播服务，必须加上数信编码器。编码器的输出经过格式化复用器产生传输流（TS），传输流经过调制激励器，输入到大功率的发射机，最后送到天线塔发射无线电波。

传输流（TS）的构成

　　传输流（TS）由MPEG数据单元构成。图2为数字电视系统采用的MPEG数据单元格式，共188 字节（byte），分为两大部分：

　　信息净负荷和信头，信息净负荷可分别负载视频、音频、数信及系统信息表格。信头包含证号，用来分辨信号的类别，以便接收端的信号解码和重组。

　　多种编码器输出的送到格式化复用器，构成单一的传输流（TS流），如图3所示：

　　传输流（TS）里有：

• 视频节目（多个子节目）
• 电视节目的伴音（多个子伴音）
• 数信广播，如图文广播、IP广播信息等等
• 电子菜单数据等
• MPEG和广播系统规定的表格
• 其他信息

　　由此可见，文件，图表等信息经数字化后，送到数信编码器可同视频音频信号一样发射，电视机接收后，可以解调，解码显示其中的信息。此即数字信息广播服务，是模拟电视系统所没有的。

二、广播电视网数字信息服务的特点

　　由于广播频道宽带，传输的数据快；广播是由点向面发送，效率高。从电视台到用户，是发射与接受的关系，单向性，主要适用于下载服务。数字信息的广播可分2种模式：

　　1、与电视图像和语音信号同步传输。广播数字电视系统可同时传输图像语音和数据。在正常广播的条件下，由于图像和语音信号占有大部分的频带，因此，分配给数字信息服务的容量较小，速度较慢。数字信息服务可用于传送数据量少，需要及时传送的信息：如发布紧急通告，防灾信息，交通路况等。

　　2、与电视图像和语音信号时分传输。从午夜到临晨，广播电视处于休眠状态。因此，在一频道（8MHz）中，若干子频道播送视像节目，其他空闲的子频道传输数字信息。对于某些整个空闲的频道，整个频道都可以传输数字信息，大量的数字信息可传送到用户终端的电视机。为推广数字信息的服务，要求电视机具有大容量的存储器件，可存下大量的信息，供用户使用。本人领导的设计部门，在2004年曾开发带硬盘存储功能的数字电视，可以录放电视节目，可用于储存数字信息。电视系统的发射与接收，是对立和统一的两个方面，有关接收端的问题，见后文讨论。

三、美国广播电视网数字信息服务的标准和存在的问题

　　早在2000年，先进电视系统委员会ATSC 发布了与MPEG 相容的数字信息广播传递标准, 即文本A/90，“ATSC Data Broadcast Standard” [1]。文本定义了用证号PID 连接数字信息内容的机制。

　　2002年, ATSC定义与A/90相容的有关IP 非同步传输标准，即文本A/92 “Delivery of IP Multicast Sessions over ATSC Data Broadcast” [2]。业界当时很热门数字信息广播，然而，因种种原因，一直没有得到推广。

　　2008年ATSC开始研究非实时内容传递系统和制订标准，直到最近，ATSC 完成标准文本 A/103 非实时内容传递系统， 即：A/103 “Non-Real-Time Content Delivery,” [3], 简称NRT。NRT不是通常的电视节目，而是在使用前，预先把服务的项目和内容传送到用户存储起来，使用时，从存储器中调用有关的内容。这种非实时内容传递虽然通过广播电视系统的复用器和发射机，但不影响视像节目的观看。在接收端，有相当大的存储能力的接收机面市以后，将使这种服务模式成为可能。技术上，这将打开数字信息服务广泛应用的大门。如天气预报，新闻，市场动态，等等。

　　为什麽美国数字信息广播进展缓慢，尚未广泛应用？美国电视网数字信息广播业务主要面临以下一些问题：

　　1、美国广播电视网覆盖问题。美国广播电视网由私营公司经营，主要有三大公司，加上众多的本地广播电视台，分散经营，无统一的广播网，覆盖范围不完全。离发射台稍远一些，就会收不到该台的信号。

　　2、美国广播电视网在电视市场上的占有率很低。有线电视占优势，其次是卫星电视。广播电视仅约占15%。近来，FCC “鼓励” 广播电视台拍卖一些无线电频道，转用于无线宽带通讯。可见广播电视的业务在下降。广播电视网缺乏动力投资数字信息广播的业务。尽管技术可行，但缺乏市场的动力。

　　3、由于以上的原因，数字信息广播的应用和商业模式不确定，没有得到及时推广。

　　4、标准A/103 “非实时内容传递系统”（NRT）出台迟后，错过了最佳发展期。本人在2004年前后曾领导开发成具有磁盘的高清电视，既可录视像节目，又可存数字广播的信息。可惜的是A/103 NRT标准到2012年正式完成。而美国从模拟电视转变为数字电视原定2006年完成，实际在2008年全面完成。用户和市场上的电视机都无大容量的存储器件，无法存储广播的数字信息。

　　5、数字信息服务对电视机厂家无直接利益可图。在数字电视机已经普及后，市场上很少见到能存储广播数字信息的电视机。形势已无法挽回了。这一点很重要，后面会结合中国情况讨论。

　　前车之辙,后车之鉴。中国在数字信息广播上，可以做得更好，特别在智慧城市的建设中发挥其特长，得到广泛的作用。

四、中国广播电视网数字信息服务的优势

　　中国广播电视网在数字信息服务方面有很多有利条件。

　　1、广播电视网由国家和地方统一规划和建设，覆盖大中小城市和农村。具有中国特色的单频网 - 单频网是由处于多个不同地点、处于同步运行状态的发射台组成，它们在同一时间以相同的频率发射相同的节目，以实现对一定服务区的可靠覆盖。主要优点如下：

• 有利于频率规划，提高频谱利用率；
• 多点同频发射，可使覆盖盲区获得较好覆盖；
• 在统一发射功率下，提高接受的可靠性；
• 在覆盖区中移动接收不需要换频。

　　因此，给数字信息服务提供了可靠的基础设施。

　　2、广播电视网在电视市场上的占有率很高，大中小城市家家有电视，农村的家庭也大多有电视。

　　3、目前，中国正在处于从模拟电视转变为数字电视的关键时期，服务智慧城市的建设，正是开发数字信息服务的好时机。智慧城市的建设为数字信息服务开辟广泛的市场，而广播电视网数字信息服务为智慧城市的建设提供了可靠，高效，低成本的平台。因此要抓住机遇，统一规划，制订数字信息服务的广播端和接收端的标准，形成数信服务的内容供应，广播传输，接收，和有关软件产业链。

五、主要宽带网络特点与比较

　　广播数字电视网在信息传播方面，与光纤宽带网，无线宽带网络比较有许多优点。表1比较了它们的一些主要的特点，并显示于图4上。主要优点是覆盖范围广，接收可靠，附加投资少，用户花费少，下传速度可调，缺点是单向下载，不能互动。适合大中小城市和农村。

　　单端可能下载的参考数据速率：

　　光纤网：到2015年，中国内地要实现宽带接入用户2.5亿户，在宽带接入能力上，城市家庭平均达到20 Mbps以上，农村平均达到4 Mbps以上。

　　3G无线宽带网：约3 Mbps to 20 Mbps 范围。

　　广播的下载在电视播放的空闲时段，从半夜到凌晨时段，也能达到20兆。因为使用32 QAM，8 MHz频道可提供码率带宽26 Mbps。

　　打个比喻，对用户讲，无线宽带网是路灯，光纤宽带网是家里的台灯，或戏院的舞台灯光，则广播电视网则是广场上的太阳灯。

六、广播电视网数信服务主要功能

　　现代城市管理最大的特征，是以人为本提供融合便捷的公共服务。当前到将来很长时期中，广播电视是最广泛的媒体之一，提供最便捷，最有效，最省钱的公共服务。广播电视网数信服务的主要项目例子有

• 政府部门的公告，公开的文件，图表，图像，便于大众及时了解信息
• 企事业的广告，产品目录，说明书
• 新闻，突发事件通告
• 交通路况，航空，铁路公告
• 气象预报，灾害警报
• 音频信息：音乐，演讲
• 视频信息：关键段落的视像，时移视像节目。

　　广播电视网在数字信息服务可以把上述信息传递到家家户户，存在存储器里，随时可调用。

　　这种服务方式，不需要上网下载，而是“送货上门”。不会引起网站堵塞的问题。假设上海有1%的人同时访问市政府的网站，可能引起网站堵塞。通过广播数字信息服务，“送货上门”，大大减少访问公共网站的人数，合理地分配通信资源，可减轻其他通信网络的压力。对于人口众多的城市，具有重大的意义。

　　这种服务方式，非常可靠，只要能看到电视节目的地方，就能稳定地收到数字信息。

　　这种服务方式，非常安全。公共网站会受到黑客的攻击，而广播电视台发布的信息不受到黑客的攻击。

　　这种服务方式，非常经济。用户免费，其他的方式大多要付费。发送方成本很低，是利用已建成的基础设施，加上少量的附加投资，使用其潜在的功能。NRT非实时的传播方式不影响正常的业务，即电视节目的播放。可为国家和民众节约大量的资金。

　　主要宽带网络在智慧城市中的功能分布见图5所示。

七、建议和献策：充分发挥广播电视网数信服务在“智慧城市”建设中的作用

　　1、抓住黄金发展的时机。中国规划在2016年将全面完成广播电视的数字化。目前，正处于从模拟电视转变为数字电视的关键时期，正是开发数信广播业务，建设智慧城市的好时机。如果错过时机，大量的无存储功能的数字电视上市进入用户，无法接收存储数字信息服务，数信服务将无法开展。大众不会仅仅因为数信服务而买新的电视机。因此必须抓住机遇，统一规划，制订数信服务的广播端和接收端的标准，形成数信服务内容供应，广播传输，接收，和有关软件产业链。今后的三年十分重要。

　　2、明确数信广播功能和服务项目。本文列举了数信广播主要的服务项目， 如政府部门的公告，公开的文件，图表；企事业的广告;新闻;交通;气象预报等。实际上，数信广播服务的范围远远不止这些。有关部门在调研的基础上，应尽早制订数信广播服务发展规划。

　　3、及时完善数信广播标准。建议广电总局尽快完善“数字电视系统中数据广播技术要求”的标准，该标准用于广播数信服务，应尽快进行测试。

　　4、及时完善数字电视接收机的标准。建议广电总局和电子工业界尽快完善“地面数字电视标准接收机技术要求和测量方法”，加入有关对于广播的数字信息解码，文档处理，存储，用户界面（UI）,等等技术要求，这些技术要求远远超出了传统的电视机的标准范畴。这方面有大量的工作要做，包括硬件和软件的技术要求。数字电视标准接收机如无大容量的存储器，非实时的数字信息服务无法保存和使用；用户界面如太复杂，就无法推广。“接收机技术要求”既要考虑到长远的数信服务的要求，又要考量接收机结构和成本等方面，因为电视机的结构和成本是制造商非常敏感的问题。这是困难的一环。

　　5、鼓励电视台加快数信广播服务。数字电视广播已在上海，浙江和江苏领先全国投入使用，已经播出高清和标清优质的视像节目。可是，广播数字信息服务是非传统的电视业务，大部分现有的数字电视机还无法显示广播数字信息，除了与节目有关的文字信息外。每一种新技术的出现，几乎都会遇到“鸡和鸡蛋”的关系。广播的数字信息隐藏在现存的电视机后面，无法露面。要推进广播数字信息服务，还是要广播先行，具有数字信息接收和存储功能的电视机才会跟进。建议上海的电视台领先播放数字信息服务，为建设数字化，信息化的智慧城市鸣锣开道。

　　6、鼓励电视机厂家研制数字信息接收和存储功能的电视机，进行示范推广。广播数字信息的接收，处理，存储和显示属非传统的电视功能，必然要增加硬件和软件，增加设计的难度，提高了成本。如要加硬盘，对平板电视的结构设计是很大的挑战。数字信息服务的用户界面必须方便和标准化，这对电视软件工程师提出挑战。而成本的提高更是电视机厂家忌讳的，因为市场竞争激烈，电视机的价格年年下降，其他商品价格大多年年上升。数字信息服务对电视机厂家无直接利益可图。因此，电视机厂家对研制数字信息接收和存储功能的电视机无兴趣而言。如无数信功能的电视机面市，就像光有鸡，没有蛋，广播数字信息的服务就不能推广。建议政府部门重视这一问题，提高电视机厂家研制和生产的积极性，采取必要的措施，如税收的优惠政策，适当的补贴等等。总体评估，广播数字信息的服务与无线宽带网和光纤宽带网相比，是最节约的，在起始阶段，政府部门增加一些投入是很值得的。为尽快推广，可考虑设立专项资金鼓励电视机厂家试制样机进行示范。

　　智慧城市的建设，以人为本，离不开家庭，因为家庭是社会的细胞。数字电视机，加上数字信息接收和存储功能，内接相机和麦克风，连接互联网和其他的家电网络，开发多种智能软件，可集成娱乐，控制，通信，监视，存储等功能，成为家庭智能中心。需求带动市场，电视机厂家应该有战略眼光，开发智能电视机，同智能手机一样，成为智慧城市的基石。

　　7、政府部门领先推出广播数字信息的服务。播放政府部门的公告，公开的文件，图表，图像，便于大众及时了解政策和各种有关的信息，作为电子政务的基础，起到数信服务的示范作用。

　　8、鼓励企事业尽快推出广播数字信息的服务。播放气象，交通，市场，股票等信息。不上网也能得到这些信息。这对于广大民众，特别是小城市和农村，具有重大的意义。这也是电子商务的基础，为企事业节约成本。

八、如何使轮子飞快地转起来？

　　广播电视网数字信息服务具有覆盖范围极广，投资成本低，用户免费，接收可靠，信源安全，无网络拥堵之虑，空闲时段传输速率快等等优点，是智慧城市中电子政务一个重要的平台。在大中城市，可大大减轻对无线宽带网和光纤宽带网的压力，为它们分流。在无线宽带网和光纤宽带网不发达地区，如小城市和农村地区，可起到政务发布的重要作用。

　　开发数信广播服务的关键因素如下图所示。

　　数信广播服务的开发，并发挥其在在智慧城市建设中骨干网络的作用，需要多方面的合作。首先是政府有关部门要制订全面的规划和实施的计划。其次，及时地制订和完善数信广播服务的标准，包括“数字电视系统中数据广播技术要求”的标准，特别是尽快完善“地面数字电视标准接收机技术要求”，加入有关对于广播的数字信息解码，文档处理，存储，用户界面（UI）,等等技术要求，这些技术超出了对传统的电视机的要求，故有大量工作要做。第三，政府和企事业尽快利用数信广播服务平台，发布吸引公众的眼球的信息，送货上门，送报上门，作为电子政务，电子商务的重要一环。第四，广播电视网，应尽快开展数信服务试验，广播先行，进行技术测试和社会效果的验证，为建设智慧城市鸣锣开道。最终的一环是服务到人，即接收端，电视机厂家研制数字信息接收和存储功能的电视机，进行示范推广。这一环最关键，最困难。电视机厂家缺乏动力，图中轮子的这一部分是瘪平的。要想广播电视网的数信服务在建设智慧城市中运转起来，必须使轮子的这一部分鼓起劲来。如何使广播电视网的数信服务这轮子飞快地转起来？针对此问题，建言中提出了一些想法，供政府及有关部门参考。

参考文献：

[1] ATSC：“ATSC Data Broadcast Standard（including Amendment 1 and Corrigendum 1 and Corrigendum 2）,” Document A/90, Advanced Television Systems Committee, Washington, D.C., 26 July 2000（Amendment 1 dated 14 May 2002; Corrigendum 1 and 2, dated 1 April 2002）.

[2] ATSC：“Delivery of IP Multicast Sessions over ATSC Data Broadcast,” Document A/92, Advanced Television Systems Committee, Washington, D.C., 31 January 2002.

[3] ATSC：“Non-Real-Time Content Delivery,” Document A/103, Advanced Television Systems Committee, Washington, D.C., 9 May 2012.

　　本文作者：上海市天山中学初中毕业，上海市上海中学高中毕业，中国科学技术大学毕业，并取得硕士学位，美国康奈尔大学博士学位；国际电工电子工程师协会（IEEE）高级会员；美国华裔教授专家网和协会终身会员。

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附：智能电视–家庭信息娱乐中心

• 家庭智能中心四大功能：娱乐，通信，控制，存储。
• 家庭智能中心四项基本条件：综合，多网，固定，可靠。

　　I-DTV –智能电视具备以上的四项基本条件和四大功能。

　　智能电视机固定可靠，具有多种功能。它可能连接多种的网络，目前已有标准化的网络：

• 以太网–Ethernet – IEEE 802.3
• 电话线网–HomePNA, Home Phone Networking Alliance
• 电线网–HomePlug
• 无线网–Wi-Fi, IEEE 802.11x

 

• IEEE 802.11a ：使用5GHz频段，传输速度54Mbps，与802.11b不兼容
• IEEE 802.11b ：使用2.4GHz频段，传输速度11Mbps
• IEEE 802.11g ：使用2.4GHz频段，传输速度主要有54Mbps、108Mbps，可向下兼容802.11b
• IEEE 802.11n：使用2.4GHz频段，传输速度可达300Mbps。

　　智能电视机可实现四大功能：

　　1、娱乐。这是电视的基本功能，广播高清视像，卫星高清视像，因特网视像和游戏等等。

　　2、通信。通过以太网，可上网。与监视器连接，实现视频监控；通过互联网、电话网络可与外界信息交互，进行网上视频电话；大屏幕上，可实现节日家庭远距离团聚。

　　3、控制。通过互联网、电话网络，实现网络远程控制，电话自动报警等。对内通过电线网络，控制灯光照明、空调、热水器等家电，也可利用固定电话或手机实施远程控制。

　　4、存储。电视机具有固定可靠的优点，加上大容量的存储器，不仅可实现移时观看，而且可记录大量的NRT 广播数字信息，和家庭常备信息，其容量和可靠性都优于移动电话和智能手机。

附图1、家庭智能中心