1．簡介
大家越來越關注UHDTV超高清電視，它正成為廣播電視行業的焦點。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）和更高的數據率。

DVB-T2對于地面廣播具有最佳的頻譜效率，在全球范圍內得到許多國家的青睞。由于傳輸超高清電視內容需要非常大的數據率，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單頻網中的射頻傳輸。
4）UHDTV信號的接收和射頻信號的解調。
5）HEVC解碼以及4K電視在家庭中呈現。

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

目前，4K攝像機能夠以50fps或60fps的幀率輸出4K原始視頻內容(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容至內存卡上（XAVC, AVC Ultra, ProRes攝像機）。對于第一種情況，其挑戰主要是如何合并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中來進行數據內容攝入。

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（單頻網同步）
5）通過IP或ASI傳輸MPEG2碼流（T2-MI）到發射機網絡

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，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數據且產生MPEG2碼流或產生遵循DVB標準的MPEG-DASH碼流。頭端內容通過IP或ASI單播或組播給地面網絡、衛星網絡、有線網絡或IP網絡。

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

DVB-T2射頻帶寬為固定的6MHz。

規劃單頻網時，考慮到首爾都市圈的地理面貌，保護間隔設置為1/16（參考了Nordig規范），主要應用于屋頂接收。

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，最高的數據率，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，少量地降低了數據率。

模式3和4適用于室內接收，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，但信道的數據傳輸率有限，難以實現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。

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

R&SAVHE100頭端輸出MPEG-2碼流給單頻網內所有的發射機。這些發射機支持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射機網絡。

圖1: 使用R&SAVHE100 編碼、復用、網關以及R&STHU9高功率發射機組成的三個站點的DVB-T2單頻網配置

在發射機部分，R&S公司發布了新一代的Tx9系列發射機，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）。

R&STHU9/R&STHV9對應液冷高功率，R&STMU9/ R&STMV9對應風冷中功率。

5.射頻解調和HEVC解碼

UHDTV超高清電視傳輸的最后一部分在用戶端一側。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絡運營商而言，R&S公司的ETL電視分析儀能夠滿足需求。ETL接收攜帶UHDTV節目內容的DVB-T2射頻信號并且解調到具有MPEG-2碼流格式的基帶層，然后通過ASI接口提供給GMITBMM-810。GMITBMM-810是一個基于服務器的用于電視視頻和音頻節目監測和圖形化顯示的解決方案。它能夠解碼HEVC UHD節目并且通過HDMI或DisplayPort輸出信號給4K電視監視器。它能同時支持4路4K HEVC流的解碼。

6.總結

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內容的傳輸成為現實。由于需要處理更高的數據率，尤其當UHDTV內容需要轉換并通過有頻道容量限制的地面發射傳輸時，這給電視運營商帶來了巨大的挑戰。本文呈現了一個完全使用R&S公司產品的超高清4K電視端到端解決方案，包括了從4K內容的攝入、通過DVB-T2單頻網傳輸到入戶的全流程。本方案已在大首爾都市圈經過了實際測試。