手機(jī)電視-CMMB系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用淺談

引言

　　手機(jī)電視是融合移動(dòng)通信和廣播電視特點(diǎn)的新業(yè)務(wù)。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)向高速網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，手機(jī)電視率先以流媒體的形式出現(xiàn)，通過(guò)廣播電視覆蓋網(wǎng)提供實(shí)時(shí)移動(dòng)多媒體廣播業(yè)務(wù)成為當(dāng)代信息科學(xué)發(fā)展最快的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)多媒體廣播(CMMB)及手機(jī)電視應(yīng)用在技術(shù)上必須解決三個(gè)要點(diǎn)：一是高壓縮率的信源編碼；二是高可靠，抗干擾性能強(qiáng)的信道處理技術(shù)，高頻譜利用率的數(shù)字調(diào)制技術(shù)；三是高集成、體積小、重量輕、耗電省的手機(jī)芯片。CMMB以自主創(chuàng)新的技術(shù)為支撐，適應(yīng)接收終端低功耗，低碼率的要求，具備優(yōu)良的移動(dòng)接收性能，具有區(qū)別于傳統(tǒng)電視廣播的嶄新業(yè)務(wù)特性，能夠?yàn)橐苿?dòng)人群提供高質(zhì)量的服務(wù)。

　　1 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　廣電系統(tǒng)2006年提出了基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)移動(dòng)多媒廣播(CMMB：China Mobile Multimedia BroADCasting)系統(tǒng)其特點(diǎn)是采用“天地一體”的技術(shù)體系，即利用大功率S波段衛(wèi)星通過(guò)廣播信道和分發(fā)信道實(shí)現(xiàn)覆蓋全國(guó)100％國(guó)土的移動(dòng)多媒體廣播信號(hào)覆蓋，采用s波段地面增補(bǔ)網(wǎng)進(jìn)行S波段衛(wèi)星覆蓋陰影區(qū)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)覆蓋，采用U波段地面覆蓋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行城市人口密集區(qū)域有效覆蓋；利用無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建回傳通道實(shí)現(xiàn)交互，形成單向廣播和雙向互動(dòng)相結(jié)合，中央和地方相結(jié)合的無(wú)縫覆蓋系統(tǒng)如圖l所示。

　　其主要技術(shù)特點(diǎn)可以概括為：

1)適用于30Mg～3000Hg的頻率范圍，支持8Hg和2Mg兩種寬帶，應(yīng)用靈活；
2)采用了高度結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低的先進(jìn)信道編碼技術(shù)低密奇偶校驗(yàn)碼(Lopc)，使信號(hào)接收門(mén)限降低。
3)采用基于時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)和正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)，為終端省電提供了良好的機(jī)制。
4)采用邏輯信道技術(shù)，可以靈活配置，適用于施實(shí)時(shí)廣播電視，數(shù)據(jù)廣播等多種業(yè)務(wù)。
5)采用控制參數(shù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分離傳輸?shù)姆绞剑瑢㈥P(guān)鍵的業(yè)務(wù)輔助信息和信道調(diào)度控制信息放置在專用的高保護(hù)率信道中傳輸，能夠很好適應(yīng)無(wú)線傳輸惡劣環(huán)境。
6)采用信標(biāo)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的無(wú)線信道的快速同步。

　　與其它現(xiàn)有的移動(dòng)多媒體廣播技術(shù)相比較，CMMB這種“天地一體”的技術(shù)有著天然的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)。我們知道，目前移動(dòng)媒體廣播技術(shù)一種是在已有地面數(shù)字電視／聲音廣播傳輸?shù)幕A(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展而來(lái)，例如在DVB—T基礎(chǔ)上發(fā)展的DVB-H以及在DVB基礎(chǔ)上改而來(lái)的T-DMB、 TMMB等。

　　它們?yōu)榱擞谠械膫鬏敿夹g(shù)體制保持一致或者兼容，在技術(shù)先進(jìn)性上不可避免的受到了制約，另一種就是采用了全新的技術(shù)體制，如MediaFLO。但是注意上述這些標(biāo)準(zhǔn)都采用單一地面?zhèn)鬏旙w制進(jìn)行信號(hào)覆蓋，存在以下幾種約束：

1)覆蓋成本：采用單一的地面發(fā)射進(jìn)行覆蓋時(shí)，為解決近郊及遠(yuǎn)郊覆蓋需要大量的基站建設(shè)，同時(shí)基站間的連接又需要利用光纖鏈接如圖2，因此建設(shè)維護(hù)成本大。
2)覆蓋盲區(qū)：正如同地面電視的移動(dòng)通信一樣，由于受地理?xiàng)l件的制約，在荒漠，海洋，內(nèi)陸縱深地區(qū)，山區(qū)、等難以架設(shè)基站的地方，信號(hào)無(wú)法有效覆蓋，形成業(yè)務(wù)盲區(qū)。
3)漫游和業(yè)務(wù)連續(xù)性：采用單一地面組網(wǎng)方式，一方面受覆蓋范圍的限制而造成的業(yè)務(wù)的間斷，另一方面漫游用戶的本地入網(wǎng)(各地發(fā)射頻率不同)管理，計(jì)算等將是一個(gè)非常復(fù)雜的工作，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將全國(guó)各地的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一聯(lián)接和管理。
4)抗災(zāi)害能力：當(dāng)發(fā)生不同自然災(zāi)害時(shí)，有可能造成地面通信損壞或由于電力系統(tǒng)損壞而無(wú)法正常工作，從而使業(yè)務(wù)被迫中斷。

　　相比較而言，CMMB采用“天地一體”的技術(shù)體系，基本可以彌補(bǔ)上述不足。

　　2 信源壓縮技術(shù)

　　移動(dòng)多媒體廣播要求低碼率，高效率的視頻、音頻壓縮編碼，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)AVS、PRA，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H．264、AAC標(biāo)準(zhǔn)都是適合移動(dòng)多媒體廣播的信源壓縮標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際使用中需要配置合適的編碼參數(shù)，達(dá)到合適的壓縮效率與算法復(fù)雜度，以適應(yīng)系統(tǒng)要求。

　　如圖3所示，信源壓縮部分接收音視頻源的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)壓縮編碼處理輸出到復(fù)用部分。移動(dòng)多媒體廣播(MMB)系統(tǒng)音視頻業(yè)務(wù)分為電視廣播業(yè)務(wù)和聲音廣播業(yè)務(wù)，移動(dòng)多媒體廣播系統(tǒng)信源視頻，音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)用為：

1)電視廣播業(yè)務(wù)中，視頻壓縮編碼采用AVS標(biāo)準(zhǔn)、H．264標(biāo)準(zhǔn)。
2)聲音廣播業(yè)務(wù)中，音頻壓縮編碼采用DRA標(biāo)準(zhǔn)，AAC標(biāo)準(zhǔn)。

　　2．1 視頻壓縮編碼

　　CMMB視頻壓縮編碼采用AVS、H．264標(biāo)準(zhǔn)在其變換、量化、預(yù)測(cè)、熵編碼等方面采用先進(jìn)的壓縮技術(shù)和關(guān)鍵算法，使其視頻的幀率至少支持25幀／秒，圖像分辯率支持QVGA(320×240)、QCIF(176×144)，視頻壓縮碼率支持 64kbps～768kbps。

　　2．2 音頻壓縮編碼

　　CMMB音頻壓縮編碼采用DRA與AAC的關(guān)鍵算法，使其音頻聲道數(shù)支持單聲道、立體聲。音頻壓縮碼率支持32kbps～128kbps。音頻采樣率支持48khz、44．1khz、32khz。

3 復(fù)用

　　復(fù)用是CMMB系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它主要完成音頻、視頻、數(shù)據(jù)、電子業(yè)務(wù)指南等信息封裝和排列，使其能夠在移動(dòng)多媒體廣播信道上傳送，如圖4所示。

　　CMMB復(fù)用協(xié)議的組成單元包括復(fù)用幀、復(fù)用子幀、視頻段、音頻段和數(shù)據(jù)段。每個(gè)物理傳輸?shù)膹V播信道幀由復(fù)用幀構(gòu)成，多個(gè)復(fù)用子幀或者控制信息表組成復(fù)用幀。復(fù)用子幀包括音頻、視頻和數(shù)據(jù)段。在一個(gè)CMMB廣播信道幀中最多可以有40個(gè)復(fù)用幀，根據(jù)其承載內(nèi)容不同，可分為兩種類型的復(fù)用幀，其中第一個(gè)復(fù)用幀(幀標(biāo)識(shí)=0)，稱為控制幀，其它復(fù)用幀稱為業(yè)務(wù)幀。控制幀的凈荷為各類控制信息表，包括網(wǎng)絡(luò)信息表、持續(xù)業(yè)務(wù)復(fù)用配置表、持續(xù)業(yè)務(wù)配置表、短時(shí)間業(yè)務(wù)復(fù)用配置表、短時(shí)間業(yè)務(wù)配置表，ESG基本描述表，緊急廣播，為終端提供各種相應(yīng)的控制信息。業(yè)務(wù)幀的凈荷為一個(gè)或多個(gè)復(fù)用子幀(最多15個(gè))，每個(gè)復(fù)用子幀承載視音頻或數(shù)據(jù)信息，稱之為業(yè)務(wù)，即每個(gè)復(fù)用子幀是一種業(yè)務(wù)應(yīng)用，同一業(yè)務(wù)的音頻基本流，視頻基本流和數(shù)據(jù)流封裝在同一復(fù)用子幀中，業(yè)務(wù)復(fù)用幀就是多個(gè)業(yè)務(wù)的集合。綜上所述，CMMB復(fù)用作為系統(tǒng)中的基礎(chǔ)性關(guān)鍵協(xié)議，能夠高效、靈活的對(duì)視音頻等多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行封閉將為我國(guó)移動(dòng)多媒體廣播產(chǎn)業(yè)的順利展開(kāi)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　4 電子業(yè)務(wù)指南

　　在CMMB中，電子業(yè)務(wù)指南(ESG)是一種多媒體廣播信息導(dǎo)航業(yè)務(wù)。主要用來(lái)為用戶提供所有業(yè)務(wù)的信息。它是由基本描述信息、數(shù)據(jù)信息和節(jié)目提示信息構(gòu)成如圖5。

　　基本描述信息描述了數(shù)據(jù)信息在ESG業(yè)務(wù)的分配情況、更新?tīng)顟B(tài)等，在控制邏輯信道中傳輸，即在復(fù)用控制幀中進(jìn)行傳輸。

　　數(shù)據(jù)信息采用XML方式表示，主要描述了與移動(dòng)多媒體廣播業(yè)務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)信息、業(yè)務(wù)擴(kuò)展信息、編排信息、內(nèi)容信息和業(yè)務(wù)參數(shù)信息，在CMMB系統(tǒng)中采用XML方式描述ESG數(shù)據(jù)信息作為一個(gè)特殊的移動(dòng)多媒體廣播業(yè)務(wù)傳輸。業(yè)務(wù)信息由若干業(yè)務(wù)元素構(gòu)成，每個(gè)元素描述了業(yè)務(wù)的屬性，如業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)、名稱、語(yǔ)種等；業(yè)務(wù)擴(kuò)展信息由若干業(yè)務(wù)擴(kuò)展元素構(gòu)成，每個(gè)元素描述了業(yè)務(wù)詳細(xì)的屬性；編排信息由若干編排元素組成，每個(gè)元素描述了節(jié)目的起始時(shí)間、節(jié)目名稱等信息；內(nèi)容信息由若干內(nèi)容元素構(gòu)成，每個(gè)元素描述了節(jié)目的屬性，如持續(xù)時(shí)間、節(jié)目介紹、關(guān)鍵詞等；業(yè)務(wù)參數(shù)信息由若干業(yè)務(wù)參數(shù)元素構(gòu)成，每個(gè)元素描述了訪問(wèn)業(yè)務(wù)所需的參數(shù)，如視、音頻碼率、幀頻等。

　　節(jié)目提示信息描述了業(yè)務(wù)當(dāng)前時(shí)間段和下一時(shí)間段播放節(jié)目的概要信息，隨移動(dòng)多媒體廣播視、音頻業(yè)務(wù)一起傳輸。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　不同種類的標(biāo)準(zhǔn)都有基于該種標(biāo)準(zhǔn)芯片的手機(jī)電視。通過(guò)電信網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信號(hào)的3G類手機(jī)優(yōu)勢(shì)是可實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，能輕松提供點(diǎn)播等互動(dòng)服務(wù)，缺點(diǎn)是存在寬帶頸勁，且費(fèi)用與流量密切的相關(guān)，通過(guò)廣播通道傳輸電視信號(hào)的手機(jī)電視優(yōu)點(diǎn)是無(wú)帶寬限制，費(fèi)用與流量無(wú)關(guān)，缺點(diǎn)是必須通過(guò)電信網(wǎng)絡(luò)回傳信號(hào)，才能實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。從資費(fèi)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來(lái)考慮，目前廣播式手機(jī)電視更容易普及。值得注意的是，奧運(yùn)期間廣電CMMB的出色表現(xiàn)讓我們感到了CMMB的前景已經(jīng)日漸清晰，經(jīng)過(guò)北京奧運(yùn)和殘奧會(huì)期間的順利試運(yùn)營(yíng)，廣電系統(tǒng)主導(dǎo)的CMMB移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)在全國(guó)37個(gè)城市投資運(yùn)營(yíng)，不久的將來(lái)，一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一建設(shè)，統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)，全國(guó)漫游的CMMB系統(tǒng)的移動(dòng)多媒體模式將展現(xiàn)在世人面前。