本文簡單介紹了新一代便攜式移動電視接收標準DVB-H及移動電視的信源壓縮編碼標準,重點介紹了DVB-H系統(tǒng)的構(gòu)成、時間分片技術(shù)、MPE-FEC、4K傳輸模式及使得能適應移動電視接收的幾個主要技術(shù)特點。
DVB-H、
使用便攜式通訊工具比如手機,隨時隨地的收看電視以前是一個夢想,隨著信源編碼技術(shù)、信道傳輸和新一代基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡的建立,使便攜式移動接收子系統(tǒng)也從單一的文字、圖片形式的接收轉(zhuǎn)向更豐富多彩的視音頻形式接收。電視行業(yè)為了適應這種趨勢,也對相關(guān)技術(shù)進行了標準的制定和技術(shù)研發(fā)。現(xiàn)在就相關(guān)技術(shù)做以下的論述。
要在手機上看電視,技術(shù)上需要處理好三個環(huán)節(jié):信號源、傳播途徑和接收終端。信號源方面,需要有高壓縮比的信源壓縮編碼標準;傳播途徑方面,有無線微波和網(wǎng)絡傳輸。為了實現(xiàn)移動接收,需要抗干擾能力強的數(shù)字調(diào)制和信道處理技術(shù)。接收終端方面,必須開發(fā)高集成度、體積小、重量輕、耗電小的芯片,以及體積小、高容量的充電電池。
目前,該服務的實現(xiàn)主要有三條途徑:
1. 利用移動網(wǎng)絡實現(xiàn)的方式
目前美國和我國移動運營商推出的手機電視業(yè)務主要是依靠現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡來實現(xiàn)的。中國移動的手機電視業(yè)務是基于其GPRS網(wǎng)絡,中國聯(lián)通則是依靠其CDMA網(wǎng)絡。不管是GPRS手機還是CDMA手機,都需要在裝有操作系統(tǒng)的手機終端(一般是PDA手機等高檔產(chǎn)品)上安裝相應的播放軟件,而相應的電視節(jié)目源則由移動通信公司或者通過相應的服務提供商來組織和提供。
2. 利用衛(wèi)星網(wǎng)絡實現(xiàn)的方式
利用手機來接收衛(wèi)星播發(fā)的電視節(jié)目信號是一個非常新的想法。目前只有韓國在力推手機電視廣播(DMB)。這種DMB接收機能提供高質(zhì)量的圖像,使用該接收機模塊能使用戶同時接收地面無線電視廣播和衛(wèi)星電視廣播的信號。
3. 手機中安裝數(shù)字電視接收模塊的方式
目前最被看好的手機電視技術(shù)方式是通過整合數(shù)字電視和移動電話的方式。這種方式需要在手機終端上安裝微波數(shù)字電視接收模塊,可以不通過移動通信網(wǎng)絡的鏈路,直接獲得數(shù)字電視信號。目前,手機數(shù)字電視標準只有歐洲的DVB-H和日本的單頻段轉(zhuǎn)播標準。
在國內(nèi),只有中央電視臺和少數(shù)的幾家移動公司相繼推出了手機電視業(yè)務。以中央電視臺為例,由于目前國內(nèi)還沒有DVB-H的數(shù)字廣播網(wǎng)絡,他們是通過2.5G或2.75G網(wǎng)絡傳輸技術(shù)來播放“手機電視”節(jié)目的,即利用中國移動GPRS/EDGE網(wǎng)絡或中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡,通過WAP門戶網(wǎng)站為用戶提供在線直播或點播的流媒體音視頻節(jié)目的服務。
以下討論關(guān)于手機電視的傳輸標準和編碼標準:
一、手機電視的傳輸標準——DVB-H
DVB-H(早期為DVB-X)標準全稱為Digital Video Broadcasting Handheld,它是DVB組織為通過地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡向便攜/手持終端提供多媒體業(yè)務所制定的傳輸標準。DVB-H植基于DVB-T,是一種以IP封包(datagrams)來傳送資料(主要為數(shù)字多媒體資料)的系統(tǒng)。該標準被認為是DVB-T標準的擴展應用,但是和DVB-T相比,DVB-H終端具有更低的功耗,移動接收和抗干擾性能更為優(yōu)越,因此該標準適用于移動電話、手持計算機等小型便攜設(shè)備通過地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡接收信號。事實上,由于DVB-H是一種支持多媒體業(yè)務的標準,除了電視業(yè)務外它還可以開展電子報紙、電子拍賣、旅游向?qū)А⒂螒颉?a href="http://www.1cnz.cn/v/" target="_blank">視頻點播和交互等多種綜合性業(yè)務。總之,DVB-H標準就是依托目前DVB-T傳輸系統(tǒng),通過增加一定的附加功能和改進技術(shù)使手機等便攜設(shè)備能夠穩(wěn)定的接收廣播電視信號。
為了減低小型手持式設(shè)備的功耗,DVB-H采用了一種叫做“時間切片”(time-slicing)的技術(shù),把IP封包在切割成很短的時段(time slots)內(nèi)以數(shù)據(jù)突發(fā)Data Burst方式傳送。接受器的前端電路(front end)只有在所選定服務Data Burst的時段才會開啟,在這個極短暫的時段之中,資料被高速地接收下來,并可以儲存在設(shè)備具有的緩沖區(qū)內(nèi),此緩沖區(qū)可以儲存下載的內(nèi)容,也可以直接播放現(xiàn)場直播的資料文件。
1、DVB-H系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
DVB-H支持的是手機等小型移動終端設(shè)備,是手機數(shù)字電視傳輸?shù)臉藴省VB-H是建立在DVB數(shù)據(jù)廣播和DVB-T傳輸之上的標準,更注重于協(xié)議的實現(xiàn)。系統(tǒng)前端由DVB-H封裝機和DVB-H調(diào)制器構(gòu)成,DVB-H封裝機負責將IP數(shù)據(jù)封裝成MPEG-2系統(tǒng)傳輸流,DVB-H調(diào)制器負責信道編碼和調(diào)制;系統(tǒng)終端由DVB-H解調(diào)器和DVB-H終端構(gòu)成,DVB-H解調(diào)器負責信道解調(diào)、解碼,DVB-H終端負責相關(guān)業(yè)務顯示、處理。
DVB-H傳輸系統(tǒng)還具有以下特殊要求:
(1)為延長電池的使用時間,終端周期地關(guān)掉一部分接收電路以節(jié)省功耗;
(2)能漫游,漫游時仍能非常順利地接收DVB-H業(yè)務;
(3)傳輸系統(tǒng)能保證在各種移動速率下順利接收DVB-H業(yè)務;
(4)系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力;
(5)系統(tǒng)具有相當?shù)撵`活性,以適應不同傳輸帶寬和信道帶寬應用。
2、協(xié)議層次劃分
DVB-H標準將實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。
(1)數(shù)據(jù)鏈路層——采用時間分片技術(shù),用于降低平均功耗,便于進行平穩(wěn)、無縫的業(yè)務交換;采用MPE(多協(xié)議封裝)前向糾錯技術(shù),提高移動使用中的C/N門限和多普勒性能,增強抗脈沖干擾能力。
(2)物理層——與DVB-T相比,增加了4k傳輸模式和深度符號交織等內(nèi)容。
其它技術(shù)特點包括:在傳輸參數(shù)信令(Transmission Parameter Signaling,TPS)比特中增加DVB-H信令,用于提高業(yè)務發(fā)展速度;蜂窩標識(在TPS中)用于支持移動接收時快速信號掃描和頻率交換;增加4k模式以適應移動接收和單頻蜂窩網(wǎng),提高網(wǎng)絡設(shè)計、規(guī)劃的靈活性;2k和4k模式進行深度符號交織,進一步提高移動環(huán)境和沖擊噪聲環(huán)境下的魯棒性。
3、關(guān)鍵新技術(shù)
(1)功耗:DVB-H要求射頻接收和信道解調(diào)、解碼部分的功耗小于100mW。
(2)網(wǎng)絡設(shè)計
由于DVB-H終端在網(wǎng)絡內(nèi)移動時接收天線小巧且單一,必須優(yōu)化設(shè)計單頻網(wǎng)。為此,DVB-H增加了新的技術(shù)模塊,主要包括:
①時間分片——基于時分復用的技術(shù),節(jié)省接收終端功耗和便于網(wǎng)絡交換;
②MPE-FEC——基于RS糾錯編碼技術(shù),增加額外的前向糾錯編碼,提高系統(tǒng)的移動和抗脈沖干擾能力;
③4k模式——用于提高網(wǎng)絡設(shè)計的靈活性;
④DVB-H TPS——為DVB-H專用的傳輸參數(shù)信令,用于提高系統(tǒng)同步和業(yè)務訪問速度。
下面對時間分片、MPE-FEC、4k模式及DVB-H TPS進行詳細的介紹:
① 時間分片
時間分片技術(shù)是DVB-H中最為重要的新技術(shù)模塊,采用突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù),每個突發(fā)時間片傳送一個業(yè)務,在業(yè)務傳送時間片內(nèi)該業(yè)務將單獨占有全部數(shù)據(jù)帶寬,并指出下一個相同業(yè)務時間片產(chǎn)生的時刻,這樣手持終端能夠在指定的時刻接收選定的業(yè)務,在業(yè)務空閑時間做節(jié)能處理,從而降低總的平均功耗。這期間前端放射機是一直工作的,在相同業(yè)務的兩個時間片之間將會傳送其他業(yè)務數(shù)據(jù),DVB-H信號就是由許多這樣的時間片組成的。從接收機的角度而言,接收到的業(yè)務數(shù)據(jù)并非如傳統(tǒng)恒定速率的連續(xù)輸入方式,數(shù)據(jù)以離散的方式間隔到達,稱之為突發(fā)傳送,如果解碼終端要求數(shù)據(jù)速率較低但必須是恒定碼率,接收機可以對接收到的突發(fā)數(shù)據(jù)先進行緩沖,然后生成速率不變的數(shù)據(jù)流。它不但能夠有效降低手持終端的平均功耗,并且還是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間平穩(wěn)、無縫的業(yè)務交換基礎(chǔ)。
a、時間分片與功耗
時間分片技術(shù)采用突發(fā)式傳送數(shù)據(jù),與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流業(yè)務相比具有更高的瞬時速率。為了達到節(jié)省功耗的要求,突發(fā)帶寬一般為固定帶寬的10倍左右。例如一個恒定速率為350kbit/s的業(yè)務流,它意味著要求一個4Mbit/s左右的突發(fā)帶寬。突發(fā)帶寬在固定帶寬兩倍的情況下功耗就可以節(jié)省50%,因此如果帶寬為10倍,可以節(jié)省90%。
b、時間分片與PSI/SI
DVB-H標準規(guī)定PSI/SI(節(jié)目特定信息Program Specific Information, PSI /業(yè)務信息Service Information, SI)信息不進行時間分片處理,它們將被分配一個固定帶寬進行傳送,這主要是因為目前使用的PSI/SI信息并不支持時間分片傳送,如果進行改動將難以和目前數(shù)據(jù)表兼容。PSI信息使用4個表來定義碼流的結(jié)構(gòu):節(jié)目關(guān)聯(lián)表(Program Association Table,PAT)、節(jié)目映射表(Program Map Table,PMT)、網(wǎng)絡信息表(Network Information Table ,NIT)、條件訪問表(Conditional Access Table,CAT)。
手持終端在DVB-H系統(tǒng)中需訪問SI中的NIT(Network Information Table,NIT網(wǎng)絡信息表)、和中間代碼INT表。NIT表的目的是提供有關(guān)物理網(wǎng)絡的信息,其內(nèi)容是固定的,當手持終端加入到一個新網(wǎng)絡中時首先要接收該表,確定網(wǎng)絡參數(shù)。當在不同的傳輸流之間切換時,手持終端需讀取INT表,除非以后INT表發(fā)生了變更,則終端將不再接收INT表,INT表變更信息在PSI的PMT (Program Map Table,PMT節(jié)目映射表)表中進行標識。PMT表指出了組成節(jié)目業(yè)務(Service)的各個碼流的PID號,并對各路碼流進行描述
由于DVB標準規(guī)定PSI信息必須每隔100ms重傳一次,如果突發(fā)脈沖的業(yè)務傳送時間比100ms時間長,則手持終端能在接收業(yè)務的同時訪問所有PSI信息;如果業(yè)務傳送時間小于100ms,手持終端需在業(yè)務接收完畢后繼續(xù)保持一段工作時間,以確保完成所請求PSI表的接收。
c、時間分片與業(yè)務交換
采用時間分片技術(shù)使手持終端能在業(yè)務傳送的空閑周期對相鄰的蜂窩進行監(jiān)視,掃描其他的頻率信號、測試信號的強度,但并不中斷本業(yè)務的接收。當用戶進入新的網(wǎng)絡時,根據(jù)監(jiān)視結(jié)果在空閑周期切換到具有相同業(yè)務的不同傳輸流上,以實現(xiàn)較好的無縫隙業(yè)務交換。如果在前端對業(yè)務同步精確編排,能夠使相同業(yè)務及時出現(xiàn)在相鄰峰窩的不同時隙上,而用戶不會察覺這種變化。
d、時間片和條件接收
DVB-H可采用兩種方式實現(xiàn)條件接收,一種是基于IP的條件接收系統(tǒng)(IP-CAS ,IP數(shù)據(jù)廣播加密)。所有的CAS(條件接收系統(tǒng))相關(guān)信息都在IP數(shù)據(jù)中,并可以支持時間分片技術(shù),確保節(jié)省功耗。但DVB-H標準不須支持CAS和接收機間的雙向傳送,IP-CAS的只須支持廣播環(huán)境。
另一種方式是采用DVB通用加擾算法的條件接受系統(tǒng)(DVB-CAS,電視加密系統(tǒng)),此時在DVB-H系統(tǒng)通中傳送CAS信息將面臨一些問題。由于DVB-CAS使用電子干擾ECM(Electronic Counter Measure)傳送解擾密鑰,因此ECM不能進行時間分片,另外DVB-CAS還使用管理信息EMM (EMM-Entitlement Management Message),用于傳送授權(quán)管理信息,由于EMM的時間間隔是隨機的,終端必須一直工作以確保不會丟失EMM,并且直接使用DVB-CAS將影響網(wǎng)絡漫游業(yè)務。
為確保解擾工作的進行,接收機必須完成ECM接收,系統(tǒng)通過ECM重復率描述符標識ECM最小重復周期。如果手持終端在開始接收業(yè)務數(shù)據(jù)前至少完成了一個ECM最小周期接收,則至少能收到一個ECM,從而獲取解擾密鑰。通常解擾密鑰的有效時間為10s,為此接收機必須確保在業(yè)務數(shù)據(jù)到達前10s完成解擾密鑰接收。
EMM將采用時間片方式傳送。首先將EMM封裝為IP數(shù)據(jù)報形式,封裝后EMM-IP 數(shù)據(jù)的時間分片方式與其他的IP數(shù)據(jù)相同,并采用MPE-FEC以減少數(shù)據(jù)丟失。從接收終端的角度來看,載有EMM的IP數(shù)據(jù)是一個附加業(yè)務,它是必須被接收的,恢復出的EMM-IP數(shù)據(jù)將被傳送到DVB-CAS特定的模塊對EMM信息處理。
通過上述方式處理后,DVB-CAS不會對用戶漫游造成任何影響。
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