广播电视的技术革新总是出奇的慢，慢到让人们觉得它已经是不折不扣的夕阳产业。最近，美国高级电视系统委员会(ATSC)正在制定一项当今最为雄心勃勃的计划，他们希望提供这样一种服务：观众可以在任何时间任何地点观看自己喜爱的新闻或娱乐节目。这不是一件容易的事，但却给电视业带来了东山再起的希望。
我们真的还需要电视吗？
像大多数20世纪中叶长大的人一样，周末晚上和家人一起坐在黑白电视机前看节目，对我来说是一段很美好的回忆。曾几何时，广播电视在人们的生活中扮演着重要的角色。
1960年，美国有超过四分之三的家庭拥有电视机。而这仅仅是苏格兰发明家约翰·L·贝尔德(John L. Baird)第一次成功发送活动画面图像后的第35年：在当时的实验中，贝尔德在实验室通过信号将画面发送到了隔壁房间。在20世纪的70至90年代，观众平均每天看3个小时的电视，大部分的节目是通过电波传送的。
进入21世纪以后，广播电视领域发生了巨大的变化，其所受到的影响比其他任何娱乐行业更深刻。
现在，尽管所有的美国家庭都可以接收到广播电视信号，但只有少于20％的家庭把看电视作为主要的娱乐方式。更多的家庭拥有网络连接和移动手机，其数目甚至多于拥有高清电视的家庭数。
很大一部分的电视观众并不满足电视台的节目安排，他们中的部分人会选择购买付费电视节目、卫星电视服务，或上网看电影、玩蓝牙设备，下载游戏到平板电脑和智能手机上，在YouTube上观看视频，并在Facebook上分享和在Twitter上讨论。
随着现代娱乐媒体服务的多样化，难免有人会质疑：我们真的还需要广播电视吗？
电视仍然是一种选择
摆在我们面前的这个问题变得越来越急迫。不管怎么说，全世界数以千计的广播电视台享有使用电磁波段的权利。随着人们对移动数据需求的激增和对广播电视兴趣的减弱，电信公司据此辩称他们可以更好地使用这些被占用的电磁波段，并希望政府收回部分广播信号通道或拍卖相应的波段。
有史以来，美国最大一次信号频谱的重新分配发生在2009年，当时有18个广播信号通道被用于全数字广播，占先前所有广播信号使用频率总量的四分之一。但电信公司仍渴望获得更多的电磁波段，广播电视行业再次成了被攻击的对象。
目前，美国联邦通信委员会正在制定一项收回更多电磁波段的计划，即通过鼓励性拍卖，或电视台选择关闭或降低频段，抑或共享信号通道，以换取政府对其放弃波段使用权的资金补偿。如果这项计划成功推行，欧洲及其他频谱资源紧张的国家也会效而仿之。
广播电视将不会再像从前那样成为无法匹敌的娱乐界巨人。很多时候我们可能已经忘记，或者只是忽略了这样一个事实：广播电视向人们提供了一个极具吸引力，甚至颇受偏爱的服务方式；更不可否认的是，广播电视将信息传播给大量人群时使用的是一种最直接的方式，无论是飓风信息或是奥林匹克运动会开幕式信息。广播信号有着比有线信号、宽带信号或者移动信号更大的覆盖面积，你只需买一台电视机和天线，便可观看免费的基础电视节目。
如果想继续参与竞争，广播电视亟需更新其技术。今天，大部分广播公司仍在使用上世纪90年代首次推出的数字传输标准，对于那时的人们来说，如果想看电视，必需在一个指定的时间和地点。而如今，用户的个人偏好在改变：人们希望可以在任何时间任何地点看到自己喜爱的新闻或娱乐节目。
标准，关键是标准
值得欣慰的是，广播电视领域的工程师们正在制作和完成新一代可以颠覆整个广播电视行业的数字工具。设想一下，我们在观看世界杯的同时，可以实时分享最喜欢球员的个人统计数据；或者在从多伦多出发到墨西哥城的旅行中，随时随地用智能手机查看当地免费的实时新闻。要实现这样的功能，广播电视行业需要作出一定的调整以适应新的标准，最好从现在开始。只有新的标准才能使广播电视节目提供更便宜、更可靠、更耀眼和更具互动性，而且比以往任何时候更具个性化。
时间表：广播电视的第一个世纪
对于广播电视行业来说，改变从来都不是那么容易的。相比于其他高科技产业，计算机或手机产业，广播电视行业中的技术革新是出了名的蜗牛速度。这并非缘于其工程师或执行官的错误，而是缘于其大量繁琐的规定――广播电视工作还必需遵守这些规定。
在全球大部分地区，公众普遍将无线电波段视为一种公共资源，如同是地下水和森林一样，正因于此，美国政府在无线电通信早期与广播公司达成了这样的协议：广播电视可以免费使用部分频谱波段，作为回报，它必须履行一定的公共服务义务。
除了使用文明用语，保证至少有一个免费的电视节目，广播电视行业还得遵守唯一的技术传输标准。通过使所有的电视广播站使用相同的协议来发送和接收信号，管理者可以确保消费者购买的电视机在全国任何一个地方都可以使用，并且短时间内不会被淘汰。但是，不足之处在于需要花费大量时间来达成共识。而当彩色图片、数字影音，或手机等其他创新技术引起消费者关注的时候，广播行业却仍在缓慢地研究或制定新的标准。
例如，美国花了22年的时间完成从模拟信号到数字信号传输标准的转变。在20世纪80年代，这项工作所面临的挑战不仅仅是从多达20余个的系统中选择和建立一个信号标准并将其完善。前期工作花了9年时间，更长时间的拖延则是由于旧的模拟信号接收器与新的数字信号传输之间无法兼容。之后直到2009年的十几年间，广播电视一直在相互独立的无线电频率（ＲＦ）上同时传输模拟信号与数字信号，并期待着最后一位老奶奶更换她的电视机或买一个数模转换器。
广播技术的下一个变革需要更快地推进，当然它已经在向着终点前进。在现有数字标准基础上，全球已有很多标准制定组织在研究和开发新的技术。新技术的引用将使数字广播更灵活，比如可以为智能手机或智能电视提供新的服务和功能，同时保证老的接收器和调协器像往常一样继续接收和转换传输信号。但广播电视也将能够提供针对智能手机和智能电视应用的新特性和新服务。
在参照亚洲和欧洲标准制定组织的类似计划之后，美国高级电视系统委员会（ATSC）在2009年发布了在原有数字电视标准(DTV)基础上的提高版本，建立了广播电视信号的移动接收等相关标准[这正是我们所熟知的移动数字电视标准(MDTV)]，由此开启了由新技术驱动的广播电视变革的序幕，它使得在手机、笔记本、平板电脑及在火车、公交和汽车上收看电视节目成为可能。
除了移动数字电视，ATSC同时在致力于拓展数字电视的新功能，相关工作被称为2.0(ATSC 2.0)。新的标准将使广播电视满足所有现代媒体用户对电视、平板和口袋式媒体播放器所期盼的新用途，甚至还包含一些人们还不知道但他们想要的一些新特性。
最新标准，整装待发
根据ATSC2.0所制定的众多高性能标准，新的接收器可以本地存储和剪辑电视节目，从而在需要的时候回放相应的节目。观众也可以订阅其他免费或付费的电视频道，选择自己喜欢的个性化屏幕、电视节目和广告。至少广播电视有一个让其成功的制胜法宝：ATSC 2.0将利用与网络相连的电视的优势，可以在线整合网上内容，例如，网络投票系统和社交网络服务可以融合入传播中的电视节目中；观众可以实时地给“与星共舞（Dancing with the stars）”一类的比赛游戏类节目投票，或者在观看新闻节目的同时，在电视、平板电脑或者手机上阅读相关的本地新闻。
为了弄清楚ATSC2.0如何实现上述的新功能与新特性，我们需要首先了解现有的数字电视标准的内容。
当ATSC在1995年完成对新标准的制定时，大多数手机只拥有可以显示文字的小屏幕和长长的天线，其重量类似于一罐可乐，想在这样一个设备上看电视的想法，就如同在口袋大小的个人电脑上上网一样不切实际，ATSC为此将重点放在了如何使大型固定电视的收视效果最佳化上，把数字电视高清晰画面――而非稳健的信号修复方案――作为攻坚的首要目标。相对移动接收器来说，固定电视通常会有更少的信号失真和变异。
一个数字电视信号有6兆赫兹的带宽，每秒可以传播略多于19兆比特的信息。未经处理的高清晰视频流每秒大约有一千兆的数据量，这就意味着在传输高清节目之前，其数据至少需要压缩49%，例如50比特需压缩为1比特。
在数据压缩之后，广播电视传输设备的终端调用算法将数据一起打包，其中包括视频数据、音频数据及相关的辅助数据（例如隐藏式字幕和节目收视率等信息）。随后传输方的处理设备将这些独立的数据包组合成单一的数据流，随后使用随机存储、音频视频交错格式以及纠错码对视频进行压缩。
添加纠错位的数据流可保证电视节目有较好的接收效果。广播信号会受到各种各样的干扰：雨水和树叶使信号强度减弱，空气状况使信号变形，高楼建筑使信号反射产生多个原有信号的延迟拷贝。这些破坏和干扰使得接收器很难重新构建原始数据流，最终导致图像被破坏、冻结。而最后添加的纠错码则可以提高从被破坏的数据中重建原始数据的可能性。
然而，要想连续地传输清晰图片，即便是对固定的接收器来说，单一的纠错码也是无法达到要求的。在添加纠错码但未发送数据之前，间隔离散时间段的数据流中会加入训练序列一起打包。训练序列是一段接收器已经知道的随机数据段。通过将这段已知的数据序列和收到信号中的序列相比较，接收器可以估计出无线电通道的环境改变量并调整其算法以便可以更准确地修复信号损伤，例如信号多路径、散射和功率衰减等损伤。
经过这些处理后，为广播信号传输所做的准备就快要完成了。最后，数字比特流被编码为无线电频波而传播出去。美国高级电视系统委员会的数字电视系统通过调制流程完成对数据的编码，该编码流程即为通常所熟知的8电平残留带宽，常被称为8-VSB。此方法将二进制数据映射到有八个不同振幅级别的波段上。
值得注意的是，8-VSB，即8电平残留带宽，和被其他主流数字电视标准所采用的调制方法的工作原理有所不同，其他标准包括中国地面数字电视传输标准(DTMB)、日本综合服务数字电视传输标准(ISDB)和欧洲使用的数字视频传输标准(DVB)。这些标准都以一种被称为正交频分复用(OFDM)的调制技术为基础，使用其不同的变化版本，将比特流变换成几千个在空间邻近但互不相同的频率载波段，每个频率的数据速率则相对较低。复频小带宽载波可以更好地降低由信号变形所产生的影响，而这一正交分频复用特性则可更好地适用于移动电视。
8电平残留带宽8-VSB只使用单一带宽载波，其优势在于可以传输更多的数据。不要忘记，美国高级电视系统委员会曾为实现对固定接收器的高数据速率传输而优化其系统。现在先进的标准，例如移动数字电视和美国高级电视系统委员会2.0，将会在其基础上添加更多值得期待的新特性。
也许对于完善数字标准来说，最大的技术挑战是在有限的频谱波段范围内工作。移动信号的接收、电视节目的点播、网络内容的集成，为实现这些高性能的特性广播信号需要发送比标准数字电视更多的数据信息。在完全没有可能获得更多频率波段的情况下，电视台必须将增强的信号在有限的宽带范围内发送，也就是在已使用的无线电通道内发送。
一个可能的解决方案是使用更好的数据压缩算法，从而减少主程序中要发送的比特数总量。广播信号则可使用这些释放的比特位来存放其他的附加信息。新的接收器也将能够检测并利用这些辅助数据，而旧的接收器只会简单地忽略那些无法识别的信息流。
对于移动广播电视来说，最大的挑战是克服恶劣的接收条件所带来的困难。除了典型的信号干扰之外，传输到移动接收方的信号传输会受到多普勒效应影响，而一个不断变化的无线电环境也会使信号衰变恶化。美国高级电视系统委员会所提出的移动数字电视标准使用稳建的纠错码来解决这个问题。此标准中还添加了一段附加的、空间排列更紧密的训练序列用于帮助接收器调整并适应变化的无线电频率条件，该训练序列为一段已知的数据段。这段额外的更长的序列被用在信号微调修复过程中以保证清晰的图片接收效果。
挑战从来都有，回击已经开始
在美国高级电视系统委员会2.0所制定的标准中，其关键在于对广播电视交互性创新理念的支持，该交互性是指实时电视节目与数据在接收端本地保存或在线检索之间的关系。结合了广播电视与互联网宽带的用户体验将成为广播电视行业在当今互联时代里仍可继续保持竞争性的主要因素。对于新型广播电视的使用会像一键式网上购物一样简单，也会像观看在印第安纳波利斯举行的赛车比赛一样精彩。
根据美国高级电视系统委员会2.0所制定的协议，在广播电视数据流中插入许多被称为触发器的小比特序列就可以实现上文所提到的新特性。触发器可以做很多事情。例如它可以宣布与互动内容相关的可用信息，告诉用户节目内容是来自本地还是网络，并可以提醒用户播出时间。触发器也可以管理更复杂的应用，例如由广播电视数据流中传送或者由因特网上下载的对象。这些脚本对象就像是简单的电脑程序，可以控制时间，显示内容以及获取为建立个性化的互动场景所需要的各种数据。
像美国高级电视系统委员会2.0这样的高级数字标准也许是广播电视行业在未来几十年振兴发展的关键。但是满足像现在的电视观众那样长久地坐在电视机前不动的技术将无法适应新的要求。为了在不久的将来能够提供真正具有革命意义的服务，广播电视需要对其系统做出全面而彻底的分析和完善。随着接收器的智能化，显示器的放大和缩小，以及数据打包、标记和调制技术的提高，现有的数字标准将无法有效地支持这些服务。值得期待的是，美国高级电视系统委员会及其他标准制定组织已经开始研究和制定第三代传输标准，它将与今天的接收器兼容。
除了工程师，对于律师、说客、监管机构和决策者而言在前进的道路上也都面临着具大的挑战。现在我们还没有办法回答由广播电视标准的根本改变所带来的问题。电视台如何执行从旧标准到新标准的过渡，从而避免仍使用旧系统的用户的怨言，成为最关键的问题。广播电视同时使用新旧技术可能并不现实，因为在未来的无线波段问题上广播电视台可能拥有比今天更少的话语权。
尽管困难重重，但制定一个超现实的全新标准仍是一份极具诱惑力的工作。在全球任何地方都可以使用的、既适用于电视机又适用于移动平板电视的单一数字标准已经成为几代电视人的梦想。除了使环球旅行者可以更容易地在移动设备上看电视之外，一个通用的标准可以在很大程度上提高经济效益规模，降低电视及其接收器的价格，其价格甚至有可能比今天还低。
也许这样一个全球范围内的协议在最后被证明过于美好，但世界各地的很多广播电视都在认真地考虑这个想法。
2011年4月，来自欧洲、巴西、加拿大、美国、中国、日本和韩国的13家广播电视机构组建了名为“探索广播电视的未来(FOBTV)”的组织，旨在通过全球范围内的合作共同建立下一代广播系统。目前该组织已经吸引了40多个新成员，既包括产品设备供应商也包括电子产品制造商。
多个群体之间可能还没有一个统一的技术解决方案。但当这些创始人们签定初始谅解备忘录时，至少有一件事是统一的，大家都普遍认为“这是一个对地面广播电视产业有决定性意义的时刻”。
这一文件首次以“传媒巨头的回击”为名出现在印刷品中。
资料来源 IEEE Spectrum
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本文作者：林恩·克劳迪（Lynn Claudy），NBA高级技术副主席。