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移动多媒体技术

发布时间: 2006-11-29  来源: 联通网站
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随着无线通讯技术、音视频编码技术和大规模集成电路技术的高度发展,广播电视技术应用已达到了日新月异的地步,去年我们还在讨论IPTV,2006年广播电视和通讯界人士更多的目光已经聚焦到了手持电视业务。不管是2005年10月3-21日在瑞士日内瓦召开的国际电联ITU-R第六研究组(SG6广播业务)会议中对其激烈的专题讨论,还是其登上了今年2月13-16日西班牙的巴塞罗那3GSM展览会主题,或者是刚刚闭幕的中国CCBN展览会上的又一个新亮点,都充分表明了移动多媒体广播技术已成为技术和市场的双重热点,反映了广播运营商和移动通讯运营商对移动多媒体广播技术的高度重视。目前以各种技术手段实现的移动多媒体广播系统已经在欧洲、亚洲和美洲等多个国家进行了实验播出。

一、移动多媒体广播系统的技术特点

  移动多媒体广播技术是指面向移动设备,如手机、车载接收机、PDA等高速移动或者便携电子设备广播传送实时音视频内容、多媒体以及数据等增值业务广播电视新技术。业界之所以对移动多媒体广播技术高度重视,是因为该项新技术的应用已突破了原有的看电视必须在固定地点的局限,广播电视通讯界都认为是各自的又一个业务增长点,是带动广电和通讯产业发展的一个新链条,是今后几年广播电视技术发展的一个必然趋势。

  在2005年ITU-R WP 6M会议上,各国专家对移动多媒体广播系统的技术特点提出了如下要求:移动多媒体广播应该能够同时满足室内接收机固定接收、各种室外便携接收机和车载接收机高速移动接收(但在目前的试验中,运营主体更注重室外接收,因为室内有更适合的方式);在广播内容方面,移动多媒体广播的内容应该能够尽量同时满足多种不同显示终端的显示需要,同时它应该在使用IT领域近年来各种新兴技术的基础上,满足内容交互、交换、内容保护、条件接收等各方面的需要;在接收机方面,应该在显示格式、节目切换时间、功耗方面进行大量优化,以延长播放时间和交互业务的需要。

二、主要技术方案

  目前已经提出能够实现手持移动多媒体广播的技术和方案主要有以下七种,即DVB-H技术、T-DMB技术、S-DMB技术、MediaFLO技术、ISDB-T技术、阿尔卡特手机电视方案和基于高速下行分组接入(High-Speed Downlink Packet Access HSDPA)技术上的MBMS(Multimedia Broadcasting/Multicast Service)方案,其中DVB-H技术、T-DMB技术、MediaFLO和ISDB-T技术是基于地面广播网的手持电视技术,S-DMB技术和阿尔卡特手机电视方案是基于卫星传输方案的手持电视技术,MBMS是基于移动通信网络的手持电视技术。如何选择、使用或者制定移动多媒体广播的标准,是我国专家最关注的问题。下面将对这几种技术分别进行介绍。

  1.DVB-H技术

  DVB-H系统是基于原有的欧洲地面数字电视标准DVB-T系统(ETSI标准EN300744)提出的手机移动多媒体方案,目前已经成为ETSI标准(标准号ETSI EN302304)。DVB-H系统仅规定了信道传输部分,采用开放的IP分层结构,音视频数据经过IP封装打包到MPEG TS流中。信道调制是COFDM方式,信道编码为RS编码+卷积编码。DVB-H没有明确指定应该采用哪种音视频编码器,但是目前试验系统中用的较多的是H.264(视频)和AAC Plus(音频)。根据业务需要,可以采用不同的音视频编码率,可选250-512kb/s多种编码率方案,一个6MHz或者8MHz带宽中可以传输6-20路不同的移动电视节目,典型的是传输9路视频节目,每路330kb/s。使用的广播频段为III、IV、V或L波段,占用带宽5、6、7和8MHz模拟带宽。

  与DVB-T相比,考虑到手持移动接收条件,DVB-H系统在DVB-T的基础上进行了改进,增加了三大关键技术(如图1所示):(1)IP包封装(MPE-FEC)技术,以提高其移动接收质量。就封装方案本身是原DVB协议中就有的部分,但DVB-H在其中又加入了一次RS编码,以改善数据包在移动环境下的传输性能。(2)时间分片(Time-Slicing)技术,用于省电。在时间上划分为若干200ms的时间片,不同的业务可以使用不同数量的时间片传输,以满足带宽的要求,终端在无业务的时间片内休眠,从而有效地降低了接收机的功耗,更适合移动手机用户。(3)4 K模式、OFDM调制,是考虑了移动和大范围组网的折中。  

图1 DVB-H与DVB-T比较图

  2.T-DMB技术

  T-DMB系统是韩国在Eureka147 DAB系统(ETSI标准EN300401)基础上增加了新的音视频编码方案和附加信道保护而形成的,2005年已成为欧洲ETSI标准,并作为标准草案提交ITU,已经进入商业试运营阶段。

  T-DMB系统在视频信源编码部分采用MPEG-4 AVC/H.264技术,在音频信源编码部分采用MPEG-4 BSAC技术,数据广播采用MPEG-4 BIFS标准,多路复用采用MPEG-4 SL和MPEG-2 TS标准的组合应用,并有针对性地增加了RS编码(RS(204,188))作为附加信道保护,其传输标准采用DAB系统传输标准,信道调制采用COFDM方式,信道编码为RS+卷积码,信道模拟带宽1.536MHz,一般移动接收情况下其主业务通道MSC的可用净码率为1.152Mb/s(卷积编码率为1/2时)。  

图2 S-DMB系统工作原理

  T-DMB系统使用的频率是III波段和L波段。按照中国模拟电视标准,一个模拟8Mb/s带宽划分中可以传输4组T-DMB节目。T-DMB采用的视频编码码率为384kb/s或者512kb/s。如果采用384kb/的视频编码率,在每一组1.536MHz模拟带宽中可以传输两路视频节目和两路音频节目及一路数据业务,如果采用更高的512kb/s视频编码率的话,只能传输一路视频节目、三路音频节目(64kb/s,CD音质)和一路数据业务。

  T-DMB系统传输部分和DAB标准完全一致,因此系统的净码率和复用结构都可以不变。由于DAB一开始就是专门针对移动接收的,采用了独有的时间交织技术,更适合车载接收机或者高速移动接收,相同条件下,与DVB-H相比,覆盖范围更大,移动接收效果更好。我国广东省、上海、北京都已开始T-DMB的试验。

  3.S-DMB技术

  S-DMB工作原理如图2所示。和T-DMB系统类似,S-DMB系统也是在S—DAB系统的基础之上添加了音视频编码方案改进而来。选择了国际电联(ITU)推荐的五种卫星数字音频广播标准之一的System E方式。

  与T-DMB系统相同,S-DMB系统在视频信源编码部分采用MPEG-4 AVC/H.264技术,在音频信源编码部分采用MPEG-4 AAC Plus技术,复用结构采用码分复用,信道编码采用的RS编码和卷积码相结合,调制方式是基于QPSK的CDM调制,信道编码为RS+卷积码,利用同步轨道卫星转发DMB节目,上行频率为Ku波段,13.824-13.883GHz,下行频率为S波段和Ku波段,S波段从2.630-2.655GHz,带宽为25MHz,30个频道,可用净码率为7.078Mb/s(卷积编码率为1/2时),用于地面移动目标直接接收卫星信号。Ku波段卫星信号被接收后,通过转发器变成S波段后再发射,用于覆盖卫星直播信号接收不好的地区。

  S-DMB系统采用卫星传输方式,可以覆盖较大的范围和地区,但对城市闹市区等卫星信号覆盖不好的地方需要增加补点发射机以全方位地覆盖。

  4.MediaFLO

  MediaFLO系统是由美国高通公司专门为手机终端接收广播式多媒体节目而设计的全新移动多媒体广播系统。该系统的研发工作自2003年开始,2005年3月份正式对外公布。具有低功耗、高移动性能、快速频道切换、高频谱效率(8MHz提供高达15Mb/s的物理层速率)支持更多的节目频道。与蜂窝移动网络相比,显著降低了单位比特成本,每个发射塔覆盖更广泛的区域,频谱效率更高,标准已提交到ITU。

  MediaFLO系统主要有两大关键部分:单向推送(Forward Link Only,FLO)技术和媒体分配系统(MediaDistribution System,MDS)部分。

  FLO部分用于向手机发送实时和非实时的视频信号,在音视频源编码方面,FLO系统分别采用H.264和AAC Plus等先进的音视频源编码技术,信道编码采用的是Turbo码(内码)+RS码(外码),在编码效率上就比以上几个系统高出了几个dB增益,业务复接采用自定义协议栈。具有独特的复用结构和交织模式,系统同时采用了时分复用和频分复用,但接收机可以很容易地定位任意一小段未交织的无线发射信号,从而轻松实现其特有的本地业务地域切换功能,同时也可以更有效地降低接收机的功耗,延长手机电池的连续工作时间。射频部分FLO系统采用了和DVB-H系统类似的4 K COFDM调制方式,每个载波可以使用QPSK或者分层16QAM调制。在6Mb/s带宽中可以达到5.6Mb/s(信道编码率1/2时),可以最多支持十余路实时视频节目以及其他多路非实时音视频节目(视频格式可以是QVGA或者QCIF)。

  MDS部分用于整合内容资源,其独特的复用结构可以通过互联网将分布于各地的内容提供商制作的节目整合起来,并且将业务划分成全国性业务和地区性业务,通过FLO技术建立全国范围内的单频网,其与众不同之处在于其统一频点单频网中的业务可以是相同的全国性业务,也可以是不同的地区性业务,在信号重叠区域,接收机可以根据接收到的信号区分开两种业务,内容相同的全国性业务可以保持相当好的接收质量,而内容不同的地区性业务则在一定距离范围内实现屏蔽,不会造成相互干扰和冲突。

  MediaFLO系统网络结构结合单向广播网和3G移动通信网,单向广播网用于节目广播,3G移动通信网用于用户管理、授权和计费。可以工作在450MHz-2GHz的频率范围之内,带宽5/6/7/8MHz,最佳工作频段为UHF频段的上半段,一个8MHz频点,典型的业务组合是将:(1)实时的视频节目(QVGA.30 fps.H.264),20个频道;(2)实时的音频节目(AAC+Parametric Stereo),12个频道;(3)准点播类节目,50频道:20分钟/天/频道;(4)基于IP的数据业务。组合成各种“节目包”,以简化节目订制。

  5.ISDB-T技术

  ISDB-T系统是日本在欧洲DVB-T系统的基础上发展起来的数字地面广播系统。在调制方式上和DVB-T系统非常相似,同样有2K、4K和8K模式,只是在频谱使用上划分得更细,它利用OFDM技术的先天优势将日本国内规划的6Mb/s模拟带宽划分成了13个子频带,子带间提供保护,每个子频带可以传输不同的节目内容,也可以灵活组合利用几个子频带一起共同传输一个业务,日本计划利用一个或者三个子频段实现移动多媒体广播(ISDB-T/ISDB-TSB)。

  ISDB-T系统在视频信源编码部分采用MPEG-4 AVC/H.264技术,在音频信源编码部分采用MPEG-4 AAC技术(SBR为可选项)和AIFF-C编码技术以及文件传输方式,复用结构采用MPEG-2 TS流复用,信道编码采用的RS编码和卷积码相结合,调制方式为QPSK/16/64QAM调制。节电方案没有时域上的节电考虑,主要依靠终端通过只接收部分子带降低功耗和复杂度,节电效率有限;计划播出频段为UHF频段。已成为日本国标和ITU BT.1306标准。

  这是一个“真正的民族品牌”,但愿它不要像也被国际认可的“独家享用”PDC格式,根本不能全球漫游,闹得日本商人十分尴尬,带着两个手机出国谈生意。

  6.阿尔卡特手机电视方案

  阿尔卡特手机电视系统和S-DMB类似,由卫星/地面直放站混合组网系统广域覆盖。在音视频源编码方面,分别采用H.264和AAC Plus等先进的音视频源编码技术。模拟带宽5MHz,工作在2.2GHz S波段(2170-2200MHz),调制方式为QPSK或16QAM,2K(最好用1K)模式,信道编码为Turbo code 1/3,采用了增强的内交织。有多种载波调制技术,但对应不同的系统容量——

  WCDMA:13个电视频道(每频道256kb/s);

  OFDM:21个频道;

  TDM/OFDM:27个频道。

  阿尔卡特初期的方案采用OFDM针对卫星链路特性,对DVB-H方案进行了增强,卫星和地面系统频率复用初期考虑使用15MHz的频率,根据业务发展需要可拓展到30MHz。

  7.MBMS方案

  MBMS由WCDMA/GSM全球标准化组织3GPP提出,可以进行组播和广播业务。在移动网络中提供一个数据源向多个用户发送数据的点到点业务,实现网络资源共享,提高网络资源利用率,MBMS不仅能实现纯文本低速率的消息组播和广播,而且还能实现高速率多媒体的组播和广播。信道传输为WCDMA。

  前面提到的六种都是基于广播电视网络的,而MBMS则是基于移动通信网络,还很稚嫩,需要一定的发展期。

三、目前存在的问题

  (1)标准确定

  没有标准盼望标准,标准多了使人眼花缭乱。每一个标准都有特点、有背景,而且新的标准还在推出,要在众多的标准中正确地选择一个标准,面对的情况太复杂,很难把握。因此移动多媒体广播国际、国内标准之争将是一个长期的过程,必将影响运营。

  (2)运营主体太多

  我国大陆有31个省市自治区,还有330多个地市,每一个都是运营主体,即使选定了一个标准,要做到全国漫游也谈何容易,除非不要加密。但手持电视没有加密,很难开展增值业务,一旦加密,要在如此之多的运营主体中漫游绝非易事。

  (3)手持电视内容

  我们现在的节目都为大屏幕制作的,难以适应小屏幕,节目内容不丰富,储备量少,将影响手持电视的发展。而且至今观众对手持电视内容的需求尚不清楚。

  (4)收入分成

  收入如何分成?运营单位之间的分成,及如果需要上行通道,怎样与电信部门的分成,这些都会影响手持电视的发展。

  (5)产业化的情况

  历史经验告诉我们,技术最先进的产品在市场推广上并不一定就能成功,因为最终决定权在很大程度上取决于几种方案在今后几年内业务开发、市场推广情况和接收机功耗、价格瓶颈的突破。目前实现产业化的系统只有T-DMB和S-DMB。

  (6)估计乐观

  在大家都为手持电视叫好的同时也出现了一种非主体的声音,值得我们重视:消费者对音乐和电视的需求在规模和感受上是完全不同的。看看上个世纪八十年代,由索尼创造的巨大的便携式播放音乐市场,和同期卡西欧微不足道的便携式电视市场,就能明白一些道理了。

四、总结

  总的来看,在集成了广播、通讯、编码等各领域最新技术成果的基础上的手持电视方案都基本能够满足前面所提到的移动多媒体广播的要求。

  在视频业务的信源编码方面,七种系统都采用了最新的MPEG-4 AVC/H.264视频压缩技术,稍有不同的是针对不同的接收终端和实际业务需要定义的图像格式略有差别。同样在音频业务方面也都采用了最新的MPEG-4压缩技术,只是在具体实现上有些差异,但算法的编码效率和实现的复杂度相差不多,因此,在这方面几种技术方案可以说大致相当。

  在调制方式方面,除采用卫星广播的S-DMB系统采用时分复用方式之外,MBMS选择了WCDMA,其余五种方案都采用的是OFDM+QAM/QPSK调制技术,不同的是根据各自的频率划分情况在频谱占用和使用效率、载波数、载波间隔上面略有差别,但是最终在同一发射频段上选用的具体参数并没有太大差别。

  信道编码方面,几种方案中只有MediaFLO和阿尔卡特手机电视方案采用了较新的Turbo码作为内码,MBMS不详,其余四种采用的卷积码。在节电、节目切换时间方面,由于考虑问题的出发点不一样,几种方案有明显差别。


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