广播电视的技术创新之路

广播电视是20世纪中最伟大的发明之一，在互联网诞生之前，广播电视是最高效、最重要的传播媒介。从纸质报纸到广播，从广播到电视，技术的不断创新为传播提供了越来越高效和宽广的路径，使得广播电视成为了一门独立的科学。

进入21世纪以后，互联网的发达为人们开辟了更广阔的信息空间，逐步培养了人们追求信息快速反馈与活动的信息消费习惯，也迫使广播电视开始思考自身的技术体系，逐步走上了新的技术创新路径。

今天，我们已经非常习惯“地球村”的概念，也习惯于能够第一时间看到世界上任何一个角落的高质量实时图像。然而，从第一缕无线电波被捕捉到广播电台林立，从硒的光电效应被意外发现到电视里重大事件的“零时差”直播，广播电视产业沿着广播事业和电视工业两条技术脉络持续发展了近200年，在此过程中逐步交织，经历了从声音到图像，从机械黑白电视到电子黑白电视，从电子黑白电视到电子彩色电视等的数次变革。

（1）从电磁感应到广播电台

19世纪初，以机械革命为主的工业化浪潮逐步兴起，以商业情报为主的信息流通与传播的重要性逐步显现，正是在这样的背景下，广播技术应运而生。1831年，法拉第发现了电磁感应现象；1864年，麦克斯韦尔发现了电磁学基本原理；1894年，波波夫和马可尼同时发明了无线电通信技术，由此打开了远距离传送信息的大门。1895年，波波夫在彼得堡俄国物理化学会的物理分会上第一次展示了无线电接收机，第二年，他向同事表演了无线电收发过程，以“亨利希·赫兹”为内容，拍出了世界上第一份有明确内容的无线电报。此后，人们对信息快速传播的需求被唤醒了，广播技术也进入了快速发展的轨道。

图5-1　马可尼与波波夫

1904年，电子管被发明，广播接收机取得了突破性的进步。而广播从专业领域走向大众应用的另一个重要因素是调制技术的诞生，这是广播由信号向有声、可见演化的关键步骤，也是广播技术能够在日后大放异彩的必备条件。美国人费森登的这一发明，使得声波能够借助无线电波信号的搭载，在接收台站被再次还原。1906年平安夜，费森登在马萨诸塞州的国家电器公司无线电塔上进行了首次传声实验。当时，只有太平洋上的往来船只配备了无线电接收机，但是一段《圣经故事》和小提琴演奏曲还是让为数不多的听众大为兴奋，这也被公认为无线电声音广播诞生的标志。

一战以后，无线电广播由军事应用逐步向民用开放，无线电业余爱好者开始尝试制作广播节目并对外播放。几乎同时，匹兹堡的报纸上出现了正版广告，出售最低价格为10美元的业余无线电设备，西屋电气制造公司的负责人嗅到了其中的商机，希望能够刺激设备销售，于是他们决定在1920年11月2日播出新总统当选的消息，那天宾夕法尼亚、俄亥俄和西弗吉尼亚州的人们都收听到了这一广播，也正式宣告了世界上第一座广播电台KDKA诞生。相比1893年布达佩斯通过电话线将内容新闻传送至700多户的规模，无线广播成本更低，效率更高，因此发展迅速，包括BBC、CBN、NHK等广播电台如雨后春笋般涌现出来。

（2）电视机的发展

与此同时，针对电视机的发明也层出不穷。1873年英国人约瑟夫·梅发现了硒的光电效应，提出了用电讯号传播图像的设想。到1884年，尼普科夫为一种广电机械扫描圆盘申请了专利，这种被后人称为“尼普科夫圆盘”的装置是在一个圆盘的周边，按螺旋形开若干小孔，圆盘转动时便对图像进行顺序扫描，并通过硒光电管进行电转换，实现了画像的电传分解与扫描，这也是电视机的基本原理。1897年，在英国人克鲁克丝发明阴极射线管之后，德国物理学习家卡尔·费迪南德·布劳恩制造了第一个阴极射线管示波器，其原理是用阴极电子枪发射电子，在阳极高压作用下电子射向荧光屏，根据电子速度的不同，能够使荧光粉发出不同亮度的光。1925年苏格兰人贝尔德发明了一个“神奇魔盒”，这是在尼普科夫圆盘基础上发展的机电扫描黑白电视机，虽然只是在另一个房间中收看到了自己的玩偶“比尔”的脸，图像模糊，噪音巨大，但这仍然被认为是电视诞生的标志。1936年，英国广播公司BBC在伦敦郊区的亚历山大宫建成了世界第一座正规的电视台，这也宣告着广播电视作为一个新兴产业正式迈入了快速发展的时代。然而，机械扫描技术在画质方面仍然有所欠缺，因此，继贝尔德之后，俄罗斯人斯福罗金和美国人法恩斯沃斯都陆续推出了自己的电视设想，他们不约而同地采用了电子模式，取得了电子电视摄像管（光电摄像管）、全电子彩色电视系统等一系列专利，第二次世界大战后，电子电视全面取代了机械式电视，成为我们所熟悉的第一代电视：CRT（阴极射线管）电视机的原型。

（3）广播电视商业化

从电磁感应现象被发现到第一座广播电台的诞生用了 89年，从硒的光电效应被发现到世界第一座正规电视台的建立用了63年，技术创新始于漫长的探索，而一旦产品的形态逐步被确定，围绕产品进行的商业探索则开辟了更加多彩的新世界。

广播电视诞生之初，大多依附于各家电气公司，因此盈利的主要关注点都在基础的产品销售——大量推销收音机、电视机，靠销售设备赚钱，这属于工业范畴。但是随着广播和电视节目的不断丰富，广播电视运营者和商人们都发现了新的商机——广播电视节目的影响力带出了巨大的广告商业利润。从20世纪30年代起，广播的相关产业不再局限于工业。它们的商业触角逐步迈向第三产业，广播也出现了公共和商营的分化。

公共广播的主要出发点是促进文化发展、不同地区的文化交流，不以盈利为目的，经费主要来源于税收、政府拨款、公共基金，社会捐款以及收视费等。目前知名的英国广播公司BBC、日本放送协会NHK都是很有代表性的公共广播公司。他们制作出了大量独立的高品位的节目，以优秀的纪录片著称。因为他们的主要目标不是追逐利润，运营的费用主要依靠用户付费，政府的特别拨款，例如BBC面向全球的服务所需的部分经费就来自于英国外交部，同时公共电台也会出售已播出的节目，获得版权费。

但是目前在西方公共广播电视的数量远不及商营广播。自1928年美国联邦无线电委员会（FCC）在频谱分配中将决策向美国全国广播公司NBC和哥伦比亚广播公司CBS倾斜后，美国的商营广播快速发展，广播行业的利润十分可观，当时个别大公司投放一次全国性的广告所花费的金额已经高达数千万美元。1941年，经过FCC批准，广告登陆了正在试验中的电视播出平台，在此后的50年间，广告都成为商营广播的主要收入来源。直至90年代前后，面向观众收取的收视费收入才首次超过了电视广告，成为大部分商营广播的重要收入来源。此后，西方尤其是美国的电视产业结构向收费型转变，为优秀的内容支付费用逐渐成为大部分地区的共识。

广播电视从关联技术的诞生，到真正形成巨大的广播电视产业，并步入大众市场，经过了百余年的时间，在这百余年间，微弱的电信号通过模拟调制的方式成为稳定连贯的图像，进入千家万户，在此过程中，技术经过了数次更替，电视的功能与形态逐步成型，传统的一对多的单向广播格局逐步稳固下来。

技术更替有自身的节奏与步伐，有时甚至会超越使用者本身所以意识到的需求，当然，也只有那些真正符合消费者需求的新技术，才能够长期发展。20世纪40年代，在广播电视刚刚进入快速发展期，就有人开始了对电视信号数字化的探索。

（1）数字化的优点

模拟电视的原理是采用时间轴取样，每帧在垂直方向取样，以幅度调制方式传送电视图象信号。同时，为了降低频带，尽量避免频闪现象，每一帧图像又被分成了奇数场和偶数场分别扫描。在模拟时代，电视信号受干扰的情况很常见，画面闪烁模糊、清晰度降低、色彩变异等情况比比揭示。信号不够稳定，传输带宽要求高，对于观众和广播电台、技术人员来说，模拟技术还远未能达到完善的使用需求。因此从广播电视播出之初，研究人员就没有放弃对新技术的探索，1948年视频数字化的概念被提出。

由模拟向数字过渡，意味着从演播室的录制到电台发射、传输，以及终端的接收，所有环节的信号传播都是由0和1构成的二进制数字流。与模拟电视相比，数字电视的优点非常明显：它具有很强的抗干扰能力，即使经过远距离传输和反复记录，也能很快无损复原，画面闪烁、变异的问题将不再出现；数字化的节目更易于存储，并能够多种方式进行加工、处理，节目制作的数字化能够大大提高节目的质量；由于数字压缩技术能够更好地节约带宽，因此频道资源能够被更充分地利用起来，频道数目可以增加至原来的 6~8倍，这也为进一步提升节目的清晰度提供了可能。

更让服务提供者兴奋的是，数字电视信号具有共同的格式，数字化后的广播将能够接入公共数据、通信网，开展各种综合业务、交互业务，实现广播网、通信网、互联网的 “三网融合”。

因此，在数字化概念提出后，相关技术不断进步，从德国ITT公司的第一枚数字处理芯片到90年代具备“画中画”等功能的改进型模拟数字电视，从日本NHK的MUSE系统到欧洲的HD-MAC制式高清晰度数字电视，真正的突破出现在1990年，美国通用仪器公司（GI）成功将高清晰度电视广播频带压缩在6MHz带宽以内，这宣告了美国全数字式高清电视（HDTV）的研究初步成功。1993年，欧共体委员会最终确认数字电视是未来技术发展的方向。此后，包括美国ATSC、欧洲DVB-T、日本ISDB-T以及中国的DTMB在内的广播数字电视标准陆续问世，并开始了全球范围内的标准竞争，电视也终于开始了由模拟时代走向数字时代的进程。

（2）模数转换的曲折历程

虽然工程量大、周期长，需要花费巨大的人力和物力，但是各个国家都积极地开始了模数转换的安排，究其原因，并不仅仅是为了推出更好的广播电视服务，丰富用户的精神文化生活，更是出于经济目的。广播电视产业在数字化后，能够拓展出更为丰富的业务，发展空间巨大。同时，模数转换过程中，能够产生大量的“数字红利”。所谓“数字红利”是指模数转换中，因为数字方式对频率的高效利用，可能被释放出的那部分频率。频率作为稀缺资源，原本一直被广播商以低廉的成本占据，但是一经拍卖，就能够成为巨额的财富，让政府获得不菲的收入，同时带动移动通信等行业的快速发展。

从技术环节上来说，广播电视由模拟向数字的过渡包括两个方面，一方面是播出端的数字化，即播出机构从节目采集、制作、存储、编辑、播出、传输等环节，所以的技术设备都实现数字化；另一个方面则是终端的数字化，主要是指用户拥有能够接收数字信号的设备。

虽然技术改造涉及到的设备、流程众多，但是模数转换最大的障碍，仍然来自于用户端。传统广播电视单向、一对多的模式决定了数量庞大的终端用户对于发端来说只是一个模糊的数据总量，用户个体的信息从来都是一个迷，多年来的收视率统计也只是圈定小范围样本的抽样调查。但是模数转换意味着一旦发端切换到了数字信号，那些没有了解到相关信息、未来得及更换设备的用户，将完全无法收看电视。广播电视本身兼具了商业和公益的属性，在丰富大众文化的同时，更兼具了宣传理念的作用，其信息传播的意义和能够达到的规模，使得任何国家和地区都希望能够实现平稳过度，避免因为看电视的问题引发社会骚乱。

在全球化的背景下，各国采取的模数转换策略大同小异，均出台了一揽子政策，在全国范围内推行改革。美国、英国、日本等国家均设立了专门的监管机构，如美国的“联邦通信委员会”、英国的“通讯办公室”及日本的“广播协会”等。这些机构担负了连接政府与民众之间的桥梁功能，直接把控模数转换的进程，同时起到对市场的监管作用。例如美国的联邦通信委员会对销售市场进行了严格的查核管制，在监控数字设备质量的同时，还对盗版付费内容进行严厉打击，规范数字电视市场。

由于彩电生产主要集中在日本、美国、韩国、中国，所以各国政府都对电视机制造商提出了强制性要求，责令指定期限后的电视机必须配置数字电视转换装置，确保产品能够无缝衔接。并且为了避免产生大批量的废旧电视，日本政府还要求厂商生产价格相对低廉的数字电视机顶盒，以降低用户的收视成本。

针对消费者，大部分国家都实施了针对用户的补贴政策，一种由国家承担费用，缓解模数转换给贫困人群带来的额外负担。例如自2008年1月1日起，美国每个家庭都可以申请到最多两张面额40美元的购物券，用于购买数字机顶盒。另一种，则以运营商为主，英国BSkyB公司就花费了约10亿英镑为消费者免费发放机顶盒，这一举措推动消费者快速接受了数字电视，接受了新的技术和新的服务，因为BSkyB借这一机会一举成为英国最大的数字电视运营商。

数字化后的广播电视进入了新一轮的高速发展，整个广播电视行业迎来了多个层面上的技术变革，一方面传统广播电视向着更高的压缩效率、更高的传输效率方向进一步发展，另一方面，在网络融合的背景之下，围绕广播、通信、互联网融合的技术也开始逐步受到重视，开拓了新的领域。这一发展不仅使广播电视节目极大地丰富，更多的节目形态、使用方式出现，同时，随着三个网络之间的界限逐渐被打破，更多的融合业务形态出现，产业发展迎来了全新的机遇。