日本直播卫星混合电视系统综述

李远东

广播与通信各自的技术环境正在快速地演进，在过去的10年里：电视广播被进行了从模拟式到数字式的转换、宽带通信不断得到普及、Internet技术与文化不断向前发展、各种各样的信息终端不断涌现。尤其地，通信世界正在经历剧烈的变革。

目前，发展并部署综合了广播与通信/宽带各自特征的混合电视的国际竞争非常激烈，包括：美国数字电视的下一代标准（ATSC 3.0）所考虑的3个重点之一就是发展混合型电视；欧洲提出基于中间件平台兼容互联网的双模业务系统HbbTV（Hybrid Broadcast Broadband TV，广播/宽带混合式电视），另外，英国发展了自己的混合电视YouView；Sony提出Media Fusion混合电视；行业标准组织MEPG提出MMT混合电视；在亚洲，韩国采用“数字电视+公共互联网”的OHTV，定位于基于广播的“电视+互联网+内容+应用商店”；2013年7月，ETSI TS 102 809 V1.2.1《广播/宽带混合式环境中DVB、交互式应用与业务的信令及传输》发布，定义了在广播与宽带的混合式网络中交互式应用与业务的信令及传输的框架。全球看来，发展混合电视也是全球下一代地面数字电视广播标准FOBTV重点考虑的方面之一。

日本NHK的2012～2014财年规划也提出要发展并提供集成了广播与通信的电视服务，其旗下科学与技术研究实验室也正在研究和标准化Hybridcast，当时提出的目标是在两年之内部署之。2012年，NHK科学与技术研究实验室推出内置有HTML 5浏览器的Hybridcast原型样机。2013年9月，NHK开始正式部署Hybridcast。Hybridcast的总体目标是最大程度地挖掘并融合广播网络与通信/宽带网络各自的特点，以便捷、安全的方式为数字电视观众提供新型信息通信服务，通过广播网络向所有电视观众高质量地传输电视节目，通过通信/宽带网络向定制了个性化服务的电视观众“点对点”地提供相关业务。

本文主要介绍Hybridcast的提出背景、发展目标、相关融合型业务、系统原型、未来规划等。

Hybridcast的提出背景

数字卫星广播已经开播10多年了。电视广播的数字化使得各种业务的提供成为可能，其中之一就是电子节目指南（EPG）。当有紧急信息需要发布（日本基于广播电视的紧急广播系统很发达。笔者注）或者正在直播的体育赛事将会超时等的时候，EPG在电视屏幕上及时地显示出该电视台电视节目安排的变化情况。

随着人们电视收视方式的多样化，EPG成了录播的电视节目不可或缺的一部分，原因是数字广播标准/规范是由广播业者/广播商与接收机制造商合作制定的，而且广播商以统一的格式为EPG提供业务信息（SI）。

而现如今，广播与通信越来越集成化，EPG逐渐满足不了相关服务需求。NHK认为广播商有责任为电视观众提供高质量的节目与高可靠的信息，而且广播商必须让其所提供的各种业务能够使电视观众很方便的发现和使用。在此背景下，NHK就联合广播商与接收机制造商，发展一个能将广播商的业务准确、可靠地传达给电视观众的系统，以不断增强数字电视广播服务的能力。于是，NHK就确立了在短时间内发展和部署Hybridcast混合电视的目标。

Hybridcast的技术规范

图3所示为Hybridcast通过结合通信网络来提供高级广播服务，其中的模块（1）、模块（2）、模块（3）与模块（4）被用以提供集成了广播与通信的新的业务（社交网络、第二屏、广播节目相关内容推荐、信息服务等）。

为保证Hybridcast系统能够迅速投入实用、及时满足观众随时变化的需求、具有后续演进能力，在制定Hybridcast技术规范的过程中，NHK科学与技术研究实验室遵守了以下原则：

1）尽可能小地改变现有广播格式

为了使部署了Hybridcast系统以后，之前已部署的数字电视广播接收机仍能继续使用，而且不用改动/调整数字电视传输网络，Hybridcast技术规范对于数字电视广播格式的改动要尽可能地少且小。

2）多采用已有的且先进的国际通信标准

电视广播仅能在一定的区域内进行，而通信网络则基本上“无边界”。Hybridcast技术规范的制定，很注重对ICT信息通信业相关国际标准的采用（这一点与欧洲的HbbTV标准的做法相同），比如Hybridcast技术规范草案中就采用了全球Web联盟正在标准化与推广的HTML 5来作为Hybridcast运行各种应用的环境。HTML 5技术是Web前端展现与交互技术的重大发展创新，也是未来Web技术发展的重要方向，其顺应了云计算发展的大势，极大地提升了Web在终端上的语义化、交互、系统能力调用、富媒体等能力，使用户无需安装纷繁的插件而获得更为丰富的Hybridcast应用。

3）使Hybridcast的运营方（广播电视台、网络运营商等）能对服务提供商（SP）及第三方应用开发者所提供的服务/应用进行管理和控制，实现可管可控。

服务提供商（SP）及第三方应用开发者所提供的服务/应用可能包含有不适合在广播网络上发布的内容/信息，考虑到电视广播的公共属性，Hybridcast技术规范的制定，也需要确保Hybridcast平台具有对在其上所发布的服务/应用进行管理和控制的功能。

据笔者了解，相关功能以被称为“Hybridcast应用认证”的技术实现，该技术基于数字签名。

4）使广播内容与宽带内容同步组合与展现

Hybridcast系统的广播节目是由广播通道传送，与广播节目相关的内容/服务（如多语字幕、多视角视频、针对老年人的音频语速调整等）则是由通信/宽带网络传递，而且必须同步进行。

5）随着技术不断进步、电视观众的需求不断改变，Hybridcast系统需要具有不断提供新服务的能力。

为了使其具有不断提供新服务的能力，Hybridcast认为云计算技术在适应电视观众需求的变化与利用最新先进技术方面具有很大潜力（例如，采用云计算技术进行媒体格式转换、内容聚合与转码等，使用Hybridcast服务的用户就可以不用更换接收设备而使用新的服务）。这样，接收设备成本得以减小（对于用户而言），而且很利于将诸如社交网络服务（SNS）等新的服务集成到广播之中。

6）有机地融合广播与通信，并协调二者在文化上的差异。

传统电视是一种“被动式”的媒体，适合于一家人集体观看、共同欣赏。而通信/宽带媒体（如Internet）则是“点对点”的——主要面向个体，使个体的人能够随时随地了解信息、享受数字媒体内容。国际上对于集成广播与通信/宽带的混合型电视的探索已经有一段时间，但是目前还未取得巨大的进展。为了提供相关服务，非常有必要的是，最大程度地协调广播文化与通信/宽带文化二者之间的差异。

在广播文化与通信/宽带文化二者之间的差异方面，正如上述，传统电视是一种“被动式”的媒体，人们可以通过观看电视了解到全球正在发生的重大事件，人们也非常乐于收看体育赛事的实时直播、讨论已播放的电视节目的人物与剧情等。另外，传统电视易于操作，而且无需像PC那样需要不定期的升级与维护。传统的电视机价格便宜，而且人们在购买了之后，使用寿命可长达10多年。此外，传统电视的内容质量完全由广播商控制/把握，这使得电视广播是一种非常安全与绿色的媒体。

另一方面，以PC、智能手机等为应用终端的通信/宽带则是一种“主动式”的媒体，智能化终端的硬件性能与软件能力在不断地提高，人们频繁地更换终端硬件、升级终端软件。此外，虽然互联网可以为人们提供近乎海量的信息，但是内容的质量良莠不齐，而且内容的发布基本上未经过事先审核，需要人们自己去判断相关信息是否可靠/可信。

在上述分析的基础上，Hybridcast努力尝试发展成一种既能保留现有可靠的电视广播，又能同步聚合并呈现Internet上与电视节目相关的、细节化的、有趣的内容的混合型电视系统。负责Hybridcast相关研究工作的日本NHK科学与技术研究实验室将其定位成广播网络与通信/宽带网络二者之间的“和谐”。为了满足可能出现的新形势下的需求、适应人们不断变化的收视环境、适应各个广播商或运营商各自的商业运作模式，Hybridcast的技术规范中定义了一种用于控制两种/类网络间“和谐”的度的机制。例如，在某个正在播出的电视广播节目的画面上叠加上Hybridcast的应用窗口，可能会侵犯该电视节目的版权，这样，Hybridcast的技术规范中就规定了Hybridcast系统必须具有判断是否能在相关节目上叠加Hybridcast应用窗口的能力。

另外，各个终端屏幕大小不同，人们在其上观看电视和使用TV应用的方式也不同，比如，全家人在一起的时候，会通过大屏幕电视机一起看电视，而个性化的、定制化的信息则是发布到用户个人的智能手机或平板电脑中予以应用。在此背景下，Hybridcast的技术规范中定义了一种增强型功能：将传统的电视机（屏幕）与其他视频终端设备（智能手机、平板电脑、PC等）连接起来。笔者认为，这就是实现多屏互动功能，甚至可以逐步实现多屏相互间的融合。

Hybridcast的系统架构/组成

Hybridcast的系统架构/组成如图4所示。

以下简要介绍Hybridcast系统架构中的各个组成部分：

1）广播商（对应国内的广播电视台）

Hybridcast应用的发布信息（包括如何获得该应用、如何启动/使用该应用、如何终止该应用等）及其在电视屏幕上呈现使用该应用的策略/方式信息（需要一些特殊信息来控制内容在电视屏幕上的展现形式，例如：通过发送控制信息，使电视屏幕上正在播出的节目周围呈现L形状的标语条（具体何种形状，应该可以根据电视屏幕上空隙部分的形状而变化。笔者注）以发布滚动新闻或紧急广播公告）与数字电视节目信号一起被广播出去。依据Hybridcast系统中电视节目相关信息与元数据，广播商得以为某个/某些电视观众提供个性化的服务。

2）业务/服务提供商

业务/服务提供商开发并在Hybridcast平台上发布各种应用。Hybridcast认为，业务/服务提供商包含广播商、网络运营商（如有线电视运营商）、第三方企业或开发者等。

3）Hybridcast接收设备

负责Hybridcast相关研究工作的日本NHK科学与技术研究实验室认为，Hybridcast接收设备的主要功能如下：

（1）能运行由业务/服务提供商所发布的HTML 5应用；

（2）能处理需要由通信/宽带网络协同完成的功能（如视频点播（VoD））；

（3）能在电视节目屏幕上同步显示由广播网络及通信/宽带网络所传输/传递的内容；

（4）能与智能手机、平板电脑、PC等连接，实现多屏互动甚至多屏融合；

（5）具有使能控制屏幕显示相关应用的功能。

Hybridcas

t的典型业务示范与原型系统

日本NHK科学与技术研究实验室在其2010年的技术展览上首次展示了Hybridcast的概念/理念，在其2011年的技术展览上展示了由多家设备商生产的Hybridcast原型接收机并演示了相关业务（如图5所示），在其2012年的技术展览上展示了支持HTML 5浏览器运行的Hybridcast原型接收机并演示了各种业务在其上的运行（如图6所示）。

上文图3中模块（1）、模块（2）、模块（3）与模块（4）可提供很多种Hybridcast业务，以下是几个典型业务：

1）社交与个性化服务

（1）社交电视业务

Hybridcast的社交电视业务被命名为teleda，是一种新型的、以电视为中心的通信服务。Hybridcast系统可以通过teleda将正在收看电视广播节目的观众与Internet互联网上的社交网络连接起来。例如，电视观众可通过Hybridcast的社交网络服务（SNS）发布自己对于正在收看的电视广播节目的评论/意见，甚至还可以建立和加入讨论组。又比如，正在观看同一个电视广播节目的几个朋友可以通过平板电脑分享自己的感受、相互间交换意见。另外，观众还可以将电视节目的视频截图发送到Hybridcast的社交网络之中，这可以使得讨论更有乐趣。

teleda社交电视系统具有节目推荐、社交网络服务、节目同时观看、实时聊天等功能，同时还可管理节目元数据、用户资料、用户行为记录，并提供API应用编程接口以使各种业务能在PC、平板电脑、智能手机上面呈现。

（2）节目推荐业务

Hybridcast系统还能实时向电视观众推荐与其正在收看的电视节目相关的节目/内容，这些用于推荐的节目被事先存储于一个容量巨大的视频点播（VoD）库，系统根据某个/某些节目在社交网络服务（SNS）上的热度（受欢迎的程度）、电视观众的个人收视偏好、电视观众的个人收视需求等进行节目推荐。Hybridcast系统的节目推荐业务还具有书签功能，用于“稍后观看”及断点续播。

（3）个性化的节目描述业务

节目描述的目的在于节目推荐或提醒，只不过此处的节目描述/推荐/提醒是个性化的，而不是系统根据目前正在播放的电视节目来向所有正在收看此节目的观众推荐相关的节目。该业务的核心特点是，Hybridcast系统根据某个电视观众的收视历史记录与其他的收视特性来判断其电视收视喜好，然后以“点对点”的方式向其发送节目描述/推荐信息。例如，如图7所示，某位电视观众经常收看体育节目，当有某个新的体育赛事时，Hybridcast系统就可以自动地将该体育赛事的相关信息及收视方式等通过通信/宽带信道“点对点”地发送给这位观众。目前，负责Hybridcast相关研究工作的日本NHK科学与技术研究实验室正在与NTT合作开发相关功能。

2）将电视机与PC、移动终端联动作业的相关服务

（1）终端连接服务

有的时候，把与节目相关的信息叠加于电视机屏幕上，会影响用户收视体验。此时，就将这些关联信息推送到智能手机、平板电脑等移动终端上显示。如图8所示，随着电视节目的播放，用户可以在移动终端上通过输入节目关键词来搜索与节目相关的Web内容，待选定后，相关的Web内容会自动地在移动终端屏幕上播放。图9为具体流程示意图。

Hybridcast的终端连接服务中，移动终端对于电视机的辅助功能可以非常丰富，比如，可以用平板电脑来操控电视机、可以在呈现于电视机屏幕的Hybridcast应用中输入文字（若通过传统的遥控器输入，则费时费力，用户体验很差）。这样，Hybridcast就可以保证优良的用户体验。

（2）个性化业务的用户认证服务

如图10所示，电视观众若要使用Hybridcast的社交网络服务（SNS），可以无需使用传统的遥控器输入账号登录信息，而是使用手中的移动终端输入（交互界面更友好、更便于输入操作）。通过移动终端将登录信息传输给电视机，就可以在避免复杂操作的情况下通过电视机使用各种个性化的Hybridcast业务。

3）将电视广播节目与来自通信/宽带网络的内容进行集成的服务

（1）可定制的个性化服务

该项服务可通过通信/宽带网络将与正在播出的电视广播节目相关的内容“点对点”地发送给定制了相关服务的某个电视观众。电视广播节目与电视观众定制的个性化服务内容同步地在电视机屏幕上显示。相关业务例如，面向国外电视观众群的多语言字幕服务、面向老年电视观众的电视音频语速调整服务等。

（2）多视角视频服务

该项服务可通过通信/宽带网络将与正在播出的电视广播节目相关的若干个（具体个数是可以由服务提供商控制的）视频传送并同步地以“窗口”的形式显示在电视机屏幕之上，电视观众可选择观看。据悉，Hybridcast的多视角视频服务才用了高精确度的同步技术——可精确/准确到单个视频帧。图11所示为将超高清视频的压缩版叠加到电视主画面之上。图12所示为将多个摄像机所拍摄的视频同时同步显示在电视机屏幕上，电视观众可随时自主选择/切换观看某个摄像机随拍摄的直播视频。

另外，Hybridcast系统还具有提供3D高清电视（HDTV）的能力（如上文的图1所示）：用左眼观看的高清电视信号从卫星广播网络发送至电视机，而用右眼观看的高清电视信号则从通信/宽带网络发送至电视机，两者之间进行高精确度的同步。日本NHK科学与技术研究实验室将其命名为3D-HDTV。这样做的好处在于，人们用现有的电视机能收看到从广播网络传输的高清电视节目，而使用支持Hybridcast功能及3D显示的接收设备则可观看很具有沉浸感的3D-HDTV电视节目。目前，负责Hybridcast相关研究工作的日本NHK科学与技术研究实验室正在与NTT合作开发相关系统。

（3）计算机图像/视频/图片合成服务

Hybridcast的计算机图片合成服务将相对应的计算机图像/视频/图片合成并同步地显示到某些电视广播节目的页面之上。如图13所示，为了给患有听力障碍的电视观众提供天气预报服务，可采用电视节目标记语言（TVML）制作/生成手势语的计算机视频，并通过通信/宽带网络“点到点”发送。该项服务中，所发送的也可以是静态的图片（比如足球比赛中的越位线）。

4）提供准确且可靠消息的相关服务

作为一个地震灾害频发的国家，日本自1985年即开始建设紧急警告系统EWS，发展至今已经有了29年的历史。广播电视一直以来都被作为紧急广播信息发布的重要媒介。自1985年以来一直以模拟方式进行传输，2007年开始紧急警告信息通过数字化方式向公众提供告警服务。当有公共安全紧急事件发生时，紧急告警信号通过广播方式进行发布，具有相应解码器的广播接收机和电视机在检测到相应的告警信息后被自动唤醒，并发出人们熟知的告警声音（当发布警报时，全国和地方所有的NHK电视频道都会叠加上报警信息，发出一种独特的报警音，并在屏幕上显示地图，列出可能发生地震的地区）。由于在数字电视信号的TS流格式中加入特定的描述字符，当紧急广播发布时，可使电视机接收到告警信号后自动跳转到相应的紧急警告频道。此外，在日本国内普及配备的应急救生包中就包括内置特殊频点的收音机，并采用手摇发电方式进行紧急条件下对紧急广播信息的接收。

作为一种增强型的数字电视广播服务，Hybridcast也将紧急广播信息发布作为其重要的服务功能：如图14所示，当终端接收到诸如地震信息这一类紧急广播信息时，正在电视机屏幕上显示/运行的Hybridcast应用将被系统强制停用，转而显示紧急广播信息，具体原理如图15所示。

Hybridcast未来

将提供超高清3D电视

目前，卫星直播电视已进入4K/8K超高清电视传输时代，NHK正在积极进行超高清电视的相关研究。据悉，NHK科学与技术研究实验室将继续进行超高清卫星混合电视的研究、标准化及应用工作，方向是4K/8K超高清3D电视，已具有相关可能性：目前已有超高清电视的卫星直播；而超高清电视通过IP网络传输也已在2012年的伦敦奥运实现（图16为其原理架构）。