便攜式移動電視接收系統(tǒng)淺析（上）
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本文簡單介紹了新一代便攜式移動電視接收標(biāo)準(zhǔn)DVB-H及移動電視的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)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(luò)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(yīng)這種趨勢，也對相關(guān)技術(shù)進行了標(biāo)準(zhǔn)的制定和技術(shù)研發(fā)?，F(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(biāo)準(zhǔn)；傳播途徑方面，有無線微波和網(wǎng)絡(luò)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(wù)的實現(xiàn)主要有三條途徑：
1. 利用移動網(wǎng)絡(luò)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(wù)主要是依靠現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。中國移動的手機電視業(yè)務(wù)是基于其GPRS網(wǎng)絡(luò)，中國聯(lián)通則是依靠其CDMA網(wǎng)絡(luò)。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(yīng)的播放軟件，而相應(yīng)的電視節(jié)目源則由移動通信公司或者通過相應(yīng)的服務(wù)提供商來組織和提供。
2. 利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)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(luò)的鏈路，直接獲得數(shù)字電視信號。目前，手機數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)只有歐洲的DVB－H和日本的單頻段轉(zhuǎn)播標(biāo)準(zhǔn)。
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(wù)。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(luò)，他們是通過2.5G或2.75G網(wǎng)絡(luò)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(luò)或中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)，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(wù)。
以下討論關(guān)于手機電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和編碼標(biāo)準(zhǔn)：
一、手機電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)——DVB-H
DVB-H（早期為DVB-X）標(biāo)準(zhǔn)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(luò)向便攜/手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所制定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的擴展應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(luò)接收信號。事實上，由于DVB-H是一種支持多媒體業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，除了電視業(yè)務(wù)外它還可以開展電子報紙、電子拍賣、旅游向?qū)?、游戲、視頻點播和交互等多種綜合性業(yè)務(wù)?？傊珼VB-H標(biāo)準(zhǔn)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(wù)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?biāo)準(zhǔn)。DVB-H是建立在DVB數(shù)據(jù)廣播和DVB-T傳輸之上的標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)封裝成MPEG-2系統(tǒng)傳輸流，DVB-H調(diào)制器負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)信道解調(diào)、解碼，DVB-H終端負(fù)責(zé)相關(guān)業(yè)務(wù)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(wù)；
(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(wù)；
(4)系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力；
(5)系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)撵`活性，以適應(yīng)不同傳輸帶寬和信道帶寬應(yīng)用。
2、協(xié)議層次劃分
DVB-H標(biāo)準(zhǔn)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(wù)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(wù)發(fā)展速度；蜂窩標(biāo)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(yīng)移動接收和單頻蜂窩網(wǎng)，提高網(wǎng)絡(luò)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。
下一頁：3、關(guān)鍵新技術(shù)
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(luò)設(shè)計
由于DVB-H終端在網(wǎng)絡(luò)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(fù)用的技術(shù)，節(jié)省接收終端功耗和便于網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(wù)訪問速度。
下面對時間分片、MPE-FEC、4k模式及DVB-H TPS進行詳細(xì)的介紹：
?、?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(wù)，在業(yè)務(wù)傳送時間片內(nèi)該業(yè)務(wù)將單獨占有全部數(shù)據(jù)帶寬，并指出下一個相同業(yè)務(wù)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(wù)，在業(yè)務(wù)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(wù)的兩個時間片之間將會傳送其他業(yè)務(wù)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(wù)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(luò)間平穩(wěn)、無縫的業(yè)務(wù)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(wù)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(wù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSI/SI(節(jié)目特定信息Program Specific Information， PSI /業(yè)務(wù)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(luò)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(luò)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(luò)的信息，其內(nèi)容是固定的，當(dāng)手持終端加入到一個新網(wǎng)絡(luò)中時首先要接收該表，確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。當(dāng)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(biāo)識。PMT表指出了組成節(jié)目業(yè)務(wù)(Service)的各個碼流的PID號，并對各路碼流進行描述
由于DVB標(biāo)準(zhǔn)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(wù)傳送時間比100ms時間長，則手持終端能在接收業(yè)務(wù)的同時訪問所有PSI信息；如果業(yè)務(wù)傳送時間小于100ms，手持終端需在業(yè)務(wù)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(wù)交換
采用時間分片技術(shù)使手持終端能在業(yè)務(wù)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(wù)的接收。當(dāng)用戶進入新的網(wǎng)絡(luò)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(wù)的不同傳輸流上，以實現(xiàn)較好的無縫隙業(yè)務(wù)交換。如果在前端對業(yè)務(wù)同步精確編排，能夠使相同業(yè)務(wù)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(biāo)準(zhǔn)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(luò)漫游業(yè)務(wù)。
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(fù)率描述符標(biāo)識ECM最小重復(fù)周期。如果手持終端在開始接收業(yè)務(wù)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(wù)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(wù)，它是必須被接收的，恢復(fù)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。
?、贛PE-FEC
DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)鏈路層為IP數(shù)據(jù)報增加了RS（Reed-Solomon）糾錯編碼，作為MPE的前向糾錯編碼，校驗信息將在指定的FEC段中傳送，我們稱之為MPE-FEC。MPE-FEC的目標(biāo)是提高移動信道中的C/N、多普勒性能以及抗脈沖干擾能力。
實驗證明即使在非常糟糕的接收環(huán)境中，適當(dāng)?shù)氖褂肕PE-FEC仍可以準(zhǔn)確無誤恢復(fù)出IP數(shù)據(jù)。MPE-FEC的數(shù)據(jù)開銷分配非常靈活，在其它傳輸參數(shù)不變的情況下，如果校驗開銷提高到25%，則MPE-FEC能夠使手持終端達到和使用天線分集接收時相同的C/N。實際上，我們可以通過選定一個高配置的傳輸參數(shù)提高傳輸碼率來補償MPE-FEC的開銷，而它將提供比DVB-T（沒有MPE-FEC）好得多的性能，例如在高速、單一天線的情況下，采用MPE-FEC的手持終端能夠在DVB-T環(huán)境下接收8K/16-QAM甚至是8K/64-QAM信號，此外MPE-FEC提供非常好的抗脈沖干擾能力?！?
③4k模式和深度符號交織
DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在DVB-T原有的2K（2048）和8K（8192）模式下增加了4K（4096）模式，通過協(xié)調(diào)移動接收性能和單頻網(wǎng)規(guī)模進一步提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的靈活性。同時，為進一步提高移動時2K和4K模式的抗脈沖干性能，DVB-H標(biāo)準(zhǔn)特別引入了深度符號交織（in-depth interleaving）技術(shù)。
在DVB-T系統(tǒng)中，2K模式比8K模式提供更好的移動接收性能，但是2K模式的符號周期和保護間隔非常短，使得2K模式僅僅適用于小型單頻網(wǎng)。新增加的4K模式符號具有較長的周期和保護間隔，能夠建造中型單頻網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者能夠更好地進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提高頻譜效率，雖然這種優(yōu)化不如8K模式的效率高，但是4K模式比8K模式的符號周期短，能夠更頻繁的進行信道估計，提供一個比8K更好的移動性能。總之，4K模式的性能介于2K和8K之間，為覆蓋范圍、頻譜效率和移動接收性能的權(quán)衡提供了一個額外的選項。
DVB-H中3種模式關(guān)于單頻網(wǎng)峰窩規(guī)模和移動接收性能的特點可總結(jié)如下：
a、8K模式適用于單個發(fā)射機和大、中、小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進行高速的移動接收。
b、4K模式適用于單個放射機和中、小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進行更高速的移動接收。
c、2K模式適用于單個放射機和小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進行超高速的移動接收。
在脈沖噪聲干擾條件下，由于8K模式的符號周期較長，噪聲功率被平均分配到8192個子載波上，因此比2K和4K具有更好的抗干擾性能。DVB-H標(biāo)準(zhǔn)為克服這一缺點，利用8K符號的交織器對2K和4K進行深度符號交織，使二者能夠具有接近8K模式的抗脈沖干擾性能。
?、蹹VB-H的傳輸參數(shù)信令TPS
DVB-H的TPS能夠為系統(tǒng)提供一個魯棒、易訪問的信令機制，能使接收機更快地發(fā)現(xiàn)DVB-H業(yè)務(wù)。TPS是一個具有良好魯棒性的信號，即使在低C/N的條件下，解調(diào)器仍能快速將其鎖定。DVB-H系統(tǒng)使用兩個新TPS比特標(biāo)識時間片和可選的MPE-FEC是否存在，另外用DVB-T中已存在的一些共享比特表示4K模式、符號交織深度和峰窩標(biāo)識。
DVB-H標(biāo)準(zhǔn)適用于移動通信和多媒體業(yè)務(wù)，為電視廣播做準(zhǔn)備，因此視頻壓縮技術(shù)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-2顯然不能滿足DVB-H的要求，為此針對DVB-H考查了多種視頻壓縮格式，其中最為令人矚目的是。
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