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數位電視產業之發展與相關技術介紹
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數位電視產業之發展與相關技術介紹

電機系 黎明富助理教授 

  近幾年來,世界各國陸續開播數位電視 ( Digital TV ) 頻道,也將在未來幾年內逐漸停播類比電視頻道。之所以要推廣數位電視,是因為數位電視比起傳統的類比電視具有很多的優勢,包括數位電視抗雜訊能力強、影音品質不易劣化、不會有鬼影現象等。此 外,更重要的是因數位電視訊號可經由壓縮技術,將所需佔用的頻寬降低,於是原本一個類比電視頻道所需的 6 MHZ 頻道,現在很輕易可以提供給 4 至 6 個標準畫質 ( SDTV ) 或1個高畫質 ( HDTV ) 的數位電視頻道使用,大大提高了頻譜的使用效率。再者,數位電視訊號經由數位技術進行各式各樣有彈性的處理 後,可以很容易地提供各種與收視者互動的功能,這便是所謂的數位互動電視 ( Digital Interactive TV ) 。

  數位電視的播送系統可分為三大類,包括衛星廣播、地面無線廣播、以及 IP 網路播送等方式。在數位電視信號傳輸標準方面,包括美規的 ATSC、歐規的 DVB 及日規的 ISDB 等,其中廣泛使用的 DVB 又分為三種:DVB-S 為衛星廣播標準,DVB-T 為地面無線廣播標準,而 DVB-C 則是有線電視 ( Cable TV ) 廣播標準。而在IP網路傳輸標準方面,目前以 MPEG-2/MPEG-4/H.264之 Transport Stream 或 RTP ( Real Time Protocol ) 標準為主。而在這幾種數位電視系統中,最具吸引力與成長性的應數IP網路電視系統了,一般簡稱為 IPTV。因為 IPTV 除了可提供即時的廣播電視頻道服務之外,還可提供隨選視訊 ( Video-On-Demand ) 服務,此種隨選影音多媒體服務,讓使用者成為電視真正的主人,可以自己決定收視節目或影片的時間,同時隨選電視更易具備互動的功能,並提供快轉、倒轉、暫停等 Triple Play 的功能,而此種隨選互動電視最適合用在數位學習 ( E-Learning ) 上,基於上述的種種特殊應用,IPTV 在未來將成為數位電視的主流。接下來,我就特別針對 IPTV 系統來做進一步的介紹。

  首先從 IPTV 的系統架構談起,一般的 IPTV 系統可區分為幾個部分,包括頭端機房 ( Headend )、區域視訊伺服器 ( Local Video Servers )、高速骨幹網路 ( High Speed Backbone Networks )、數位用戶迴路 ( Digital Subscriber Loop,DSL ) 及用戶端機上盒 ( Set-Top-Box ) 等,其架構如圖 1 所示。頭端機房負責接收數位電視頻道信號或類比電視訊號,再轉為數位信號,並將信號重新編碼 ( Live Encoder ) 後再經由IP網路群播 ( Multicast ) 送出,同時隨選影片的上下片與服務管理等,也是頭端機房所要處理的工作。區域視訊伺服器則是負責提供各區用戶隨選影片的視訊服務,因其非常靠近用戶端,所以影片的服務品質也比較能夠確保。高速骨幹網路主要是連結整個 IPTV 系統,並提供即時電視頻道 ( Live TV ) 的視訊流由頭端機房傳送至所有用戶,另外,頭端機房也必須透過高速骨幹網路將隨選影片,上片到各區的區域視訊伺服器供用戶點選。數位用戶迴路則是將用戶連接上機房 的 IPTV 網路,以讓用戶能享受各種數位電視服務,用戶迴路之連線方式包括 ADSL、FTTB、FTTH 等方式。最後,在用戶端需要有一具數位機上盒,用來接收數位電視訊號,並將之解碼後才能在電視機上播放,如果有支援 IPTV 的數位電視機,或許可不需要機上盒,然因目前數位機上盒的規格並未標準化,所以一般的數位電視機未必能播放各家 IPTV 業者的視訊流,圖 2 則是目前中華電信 MOD 透過 ADSL 提供 IPTV 網路電視服務的訊號傳輸路徑圖。

圖1:IPTV 數位電視系統架構。
圖2:中華電信 MOD 之 IPTV 網路電視服務的訊號傳輸路徑圖。

  在應用服務面上,IPTV 數位電視系統所能提供的服務遠超過一般人的想像,以中華電信的 MOD 為例,其已提供的服務包括一般的電視頻道、隨選電影及連續劇、隨選卡拉 OK、線上學習課程、即時股票看盤系統、線上連線遊戲以及網路 ATM 之金融卡查詢轉帳服務等。可以預期的,日後將會有更多各式各樣的服務開展出來,如電視線上購物、視訊聊天交友、網路視訊電話等,都將可能出現在 IPTV 系統上,讓用戶有一種不可思議的感覺,而這都是數位化後所造成的結果。然而,數位電視的靈魂主要在於提供用戶觀賞的影片與節目內容,也就是所謂的數位內容 ( Digital Content )。數位內容的需求增長非常迅速,因此,以前所慣稱的 3C 產業,現在已經變成 4C  ( 3C+Content ) 了。如何提供優質與充足的數位內容來滿足客戶的胃口,實是 IPTV 業者最大的挑戰。也因此,如何發產數位內容產業,也是政府目前極為重視的課題。另一方面,對於數位內容的版權保護也是數位內容提供者最關心的問題,根據國際智慧財產權聯盟 ( International Intellectual Property Alliance, IIPA ) 在1998 年之前的估算,美國每年在動畫影片因缺乏安全控管而損失的營收金額約1.3億美元,而音樂媒體方面的營收損失則每年約為1.7億美元。如此巨額的營收損失,將會降低數位內容提供者產製數位內容的意願,這對數位電視產業的發展會有很嚴重的不良影響。基於此種理由及保護智慧財產權的觀念,數位內容的保護與版權的管理 ( Rights Management ) 是刻不容緩的事,通常把有關數位內容的保護與版權管理的機制統稱為數位版權管理 ( Digital Rights Management,DRM ),而這方面的研究也極度受到各界的重視。

圖3:採用可調式視訊編碼技術的異質網路數位電視系統。

  最近 3G 行動系統已正式營運,這使得在手機上觀賞視訊得以實現,因而所謂的行動數位電視 ( Mobile TV ) 因應而生。這兩年來,因王建民在美國職棒大聯盟的優異表現,使得觀賞大聯盟球賽的觀眾越來越多,然因球賽常在上班時間進行,如果球賽能在手機上播放,想必會讓很多人感到歡欣鼓舞才是。因此,這種所謂的王建民概念產業--行動電視也正在熱列發展中,相信在很短時間內就會讓大家在手機上看到王建民投球的英姿。然而,行動通信系統所能提供的頻寬是遠小於 ADSL 與 FTTB 的,因此,對同一業者而言,如果能用同一 IPTV 系統來提供各種不同接收設備用戶來共用,將可節省業者很多的營運成本。為了解決此種異質網路環境因頻寬不同而無法收視的問題,可調式視訊編碼 ( Scalable Video Coding,SVC ) 技術因應而生,此種技術將數位內容在壓縮編碼時,編碼成數種不同層級品質的視訊,然後將所有層級的視訊流播放到 IPTV 網路上,頻寬很低的用戶雖只能接收最低品質的視訊流 ( Base Layer ),但一樣能收視;頻寬高一些的用戶則除了接收 Base Layer 之視訊流外,還可多接收一層 Enhancement Layer 1 視訊流,如此,其所收視的品質就會更好;若頻寬十分充裕,便可接收所有層級視訊流,以達到最佳的觀賞品質,如圖 3 所示。此種 SVC 技術不僅可解決異質網路的問題,同時也能解決同一用戶因頻寬隨時間變動所造成播放品質劣化的問題。

  最後,一個 IPTV 系統除了包括前述的幾個基本架構設備外,還包括為數眾多的數位內容與客戶,如何有效率的儲存這些數位內容,以節省成本,想必也是業者很困擾的問題。因此,如何能自動且有效率的管理整個內容網路 ( Content Network ),也是一個很值得研究的問題。

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