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杨知行:我国地面数字电视广播国家标准化第一起草人

发稿时间:2018-07-03 13:49:17 来源: 经济日报 中国青年网

  杨知行:在一片空白中树起技术高峰

  杨知行,清华大学电子工程系教授,北京数字电视国家工程实验室主任,是我国地面数字电视广播国家标准化第一起草人。他长期从事通信与广播领域传输技术的科研和教学,在我国数字电视、遥感卫星、光纤和数字微波通信等重大工程作出了突出贡献。

  数字电视国家工程实验室主任杨知行留着雪白的小平头,身板挺直,笑眯眯地穿着藏蓝色夹克走在清华校园里,稍不留神就错过了。

  但是,全世界大约20亿人都要感谢这位71岁的老人。正是他主持研究的“数字电视地面广播传输系统(DTMB)”让一半中国人和其他13个国家和地区的观众能看到清晰的地面数字电视。

  2011年,这项技术成为国际标准,被誉为“全球数字电视发展40年的重大里程碑事件”,并于2016年荣获国家科技进步一等奖。

  在一片空白中研发技术

  倒数40年,杨知行是研究数字微波通信的,把国内技术带到了堪比诺基亚的水平;倒数20年,他打破外国对遥感卫星接收技术的垄断,同等产品价格只要国外的三分之一;从1999年起,他又开始研究地面数字电视传输。

  从卫星到电视,技术差异也有天上地下那么大吗?杨知行哈哈一笑,“一点也不大,很容易,都是机会罢了”。

  说这话的底气,来自于他的研究生涯总是不断从一片空白中树起一座座技术和市场的高峰。

  1965年,杨知行从湖南永州祁阳一中考入清华大学无线电系。这是一个有着悠久历史的专业,新中国的第一台电视广播发射机和电视接收机就出自这里。由于赶上特殊年代,杨知行跟着清华搬迁到了绵阳分校,毕业留校,直到1978年才重回北京。那时他开始参与研究数字微波传输系统。当年从川西向上海输送油气的川沪线,沿途通信就采用了老师带着杨知行研究的技术。

  到上个世纪90年代,杨知行所在团队的数字微波技术已经全国领先,在世界上也与当时诺基亚的水平相当。

  正在此时,中科院来了一项新任务——研制遥感卫星接收器。

  “当时遥感卫星的接收解调设备全靠进口,每一个卫星要买一套设备,还非常贵。”杨知行回忆说,中科院希望清华数字微波团队能够研制出中国自己的遥感卫星接收解调器。清华数字微波团队只给了杨知行3个硕士研究生,而且他们还是临时编制,接收解调器研制成功之后就解散。

  一年之后,接收解调器研制成功,中科院又提出了新的要求,说一个卫星配一套接收解调器太浪费,希望做成通用的接收解调器。

  当时国外已经有类似设备,但国内没有样机,也没有材料。杨知行的临时团队也解散了,3个研究生只有一个还在。杨知行另行招收研究生,很快做出了通用的接收解调器,简单好用,且价格只有进口设备的三分之一。这项技术打破了国际上对遥感卫星接收技术的垄断,获得了国家发明二等奖,一度成为国内市面上军用、民用遥感卫星接收解调器的唯一供货商。

  此后,杨知行团队又研究过模拟电视光纤传输系统和数字光纤通信系统,11公里的模拟电视光纤传输技术和2.5Gb/s光纤通信技术分别被华为以40万元和50万元买走,模拟电视光纤传输系统第一年销量就突破2000万元,2.5Gb/s光纤通信技术成为华为公司光纤通信部门的第一项起步技术。

  作为传输系统研发专家,杨知行感到光纤通信的发展取决于光电器件,系统搭建不是核心技术。“遥感卫星功成名就,光纤通信挑战不够。”他渴望一个新的研究方向。他一直认为工程学科的科研应该选择重大产业领域,才会拥有太平洋一般广阔的市场,同时在这个领域一定要攻占技术最前沿,登上技术的珠穆朗玛峰,才会有动力、有底气。但这个方向究竟在哪里,他一时也没有找到。

  标准是占领市场最有力武器

  1999年,机会来了——有一位在美国工作的清华毕业生带回了蜂窝式地面数字电视传输方案,希望结合欧美标准优点,研制出中国自己的标准。清华将这一任务交给了杨知行。

  “我感觉这就是自己期待已久的点。”杨知行说,“电视机是国家关心、老百姓需要的重点产业,当时占信息产业的比重超过40%,适逢数字电视取代模拟电视的变革时代,如果能制定优于欧美方案的标准,就是掌握了最前沿的技术,让我国企业拥有国际市场竞争最有力的武器”。

  长期以来,中国的彩电制造量和保有量都是世界第一。然而,在数字电视时代前的黑白、彩色电视两个阶段,中国的电视标准都是选用欧洲的标准,没有自主的核心技术知识产权,国内相关产业一直都只能赚取加工费。

  1999年,国家数字电视领导小组成立,提出中国数字电视要自主制定标准。

  接受任务后,杨知行认真比较了欧美标准的优缺点。当时,美国的数字电视标准采用全时域的信号处理方式,欧洲标准则采用全频域的处理方式。研究每一帧传输信息后,杨知行发现美国标准由一个同步信息区域加数据信号区域构成,欧洲标准将同步信息与数据信号穿插在一起构成数字阵列,并在该阵列前方增加了保护间隔以抗多径干扰。

  杨知行想到的方案是,把同步信息放进保护间隔区,以提高传输效率,因为同步信息传输的是已知信号,即使受到干扰也很容易恢复,同时保护间隔又解决了多径干扰问题,这就是DTMB传输方案。同时,杨知行还首次将一种LDPC检验码用于电视传输方案中,形成了一套新的纠错编码方案。

  全新帧结构加上超强纠错码,带来了性能稳定的传输效果。2006年DTMB成为强制性国家标准,第一站就选择在香港测试。

  这是一场硬仗,香港是全世界多径干扰最密集的地方,不光高楼林立、道路狭窄,同时由于临海,海浪也是反射点,对数字电视信号传输极其不利。基本上,能适应香港,全世界其他地方就没有问题了。当时香港已经决定采用欧洲标准,但同意给杨知行一个机会。历经3个多月,针对各种应用场景开展各项测试,DTMB在技术上显示出明显优势。

  “接收信号处理时延仅相当于欧洲标准的二十分之一,在高速行进车上的高清晰度电视接收,欧洲标准要四根天线,美国标准根本无法移动接收,但中国标准只要一根天线。”杨知行特别自豪,“覆盖相同接收范围需要的发射功率,欧洲标准要比中国标准大一倍。”

  2007年,香港宣布放弃欧洲标准采用DTMB标准,团队成员们对DTMB走向国际市场充满了信心。从2007年到2009年,在中关村科技园管委会支持下,以清华大学为首,100多家企业参与组建中关村数字电视产业联盟,开始了在中南美洲的DTMB标准推广。

  向海外推广成为国际标准

  在清华大学FIT楼的数字电视技术研究中心里,有几台装在玻璃柜里的黑色样机,上面写着“DMB—T”字样。还有十几台摞在一起的灰白色机顶盒,已经落上了灰尘。

  “别看他们不起眼,这可是为中国电视产业阻挡欧洲标准立下大功的机器。”杨知行也好久没见这些老伙伴了,一见面还有些激动,“看,那时还叫DMB-T,这是清华内部的代号”。

  那是2004年前后,地面数字电视欧洲标准通过国内电视台,开始在全国11个省市的17个城市推广。当时DMB-T方案刚成型不久,为了“自主制定标准”,杨知行急忙联系相关部门和企业,生产出DMB-T专用芯片、广播发射机和电视机顶盒,在19个省市的31个城市推广。最终,发现欧洲标准的性能技术、成本都不占优势。从此,欧洲标准悻然退出。

  在国内尚且被打了个措手不及,总算是成功守住了阵地,DTMB在国际上的推广就更加坎坷了。

  2008年,在古巴的测试中,DTMB明显优于欧洲标准,但古巴却提出由于带宽不同,不认可这一测试结果,要求中国团队在3个月之内修改带宽。

  当时,这一突发状况让团队极其被动,DTMB标准已在国内强制性实施,接收芯片已经批量生产,怎么修改?考虑到DTMB未来的国际化之路,团队日夜攻关,增补了DTMB标准支持多业务广播和多带宽可选的功能。

  带着新的DTMB增强系统,团队在委内瑞拉、秘鲁等多个国家开展了多轮测试,结果都以显著优势胜过国际同类标准,但让杨知行和团队成员感到意外的是,多数国家最终没有选用DTMB标准。“广播电视标准遴选是国家行为,涉及国家利益,因此我们很难单纯依靠技术优势赢得市场。”杨知行说。

  幸运的是,此后国家开始更加重视DTMB的对外推广,国家发改委等8部门联合组建了DTMB海外推广工作组,推动DTMB成为国际标准的工作也提上日程。2009年,国家发改委批复由清华大学牵头筹建数字电视国家工程实验室,负责数字电视海外推广应用和技术演进研究。

  此后,杨知行团队把精力调整到为标准配套研发相关产品上。他们完成了DTMB系统成套的实现技术和算法代码,并创新实施了一种专利处置与实现技术分离操作的机制,把全部专利贡献国家的同时,推动我国DTMB产业链及专利池建设。

  现在,DTMB演进技术已趋成熟,于2015年成为国际标准。新技术能广泛适应4K高清信号传输,正在产业化,与欧洲二代标准即将展开新一轮竞争。杨知行充满期待,“全世界还有数十亿人口的广阔市场,可以做的事情还多着呢”。(记者 佘颖)

责任编辑:李婧怡
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