手机电视一CMMB系统技术浅谈

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0 引言    手机电视是融合移动通信和广播电视特点的新业务。随着移动通信网向高速网络演进，手机电视率先以流媒体的形式出现，通过广播电视覆盖网提供实时移动多媒体广播业务成为当代信息科学发展最快的热点领域之一。要实现移动多媒体广播(CMMb)及手机电视应用在技术上必须解决三个要点：一是高压缩率的信源编码；二是高可靠，抗干扰性能强的信道处理技术，高频谱利用率的数字调制技术；三是高集成、体积小、重量轻、耗电省的手机芯片。CMMb以自主创新的技术为支撑，适应接收终端低功耗，低码率的要求，具备优良的移动接收性能，具有区别于传统电视广播的崭新业务特性，能够为移动人群提供高质量的服务。1 系统特点    广电系统2006年提出了基于自主知识产权的中国移动多媒广播(CMMb：China Mobile Multimedia broadcasting)系统其特点是采用“天地一体”的技术体系，即利用大功率S波段卫星通过广播信道和分发信道实现覆盖全国100％国土的移动多媒体广播信号覆盖，采用s波段地面增补网进行S波段卫星覆盖阴影区信号转发覆盖，采用U波段地面覆盖网络进行城市人口密集区域有效覆盖；利用无线移动通信网络构建回传通道实现交互，形成单向广播和双向互动相结合，中央和地方相结合的无缝覆盖系统如图l所示。

    其主要技术特点可以概括为：    1)适用于30Mg～3000Hg的频率范围，支持8Hg和2Mg两种宽带，应用灵活；    2)采用了高度结构化，实现复杂度低的先进信道编码技术低密奇偶校验码(Lopc)，使信号接收门限降低。    3)采用基于时隙的帧结构和正交频分复用(OFDM)调制技术，为终端省电提供了良好的机制。    4)采用逻辑信道技术，可以灵活配置，适用于施实时广播电视，数据广播等多种业务。    5)采用控制参数和业务数据的分离传输的方式，将关键的业务辅助信息和信道调度控制信息放置在专用的高保护率信道中传输，能够很好适应无线传输恶劣环境。    6)采用信标技术，实现复杂多变的无线信道的快速同步。    与其它现有的移动多媒体广播技术相比较，CMMb这种“天地一体”的技术有着天然的系统级优势。我们知道，目前移动媒体广播技术一种是在已有地面数字电视／声音广播传输的基础上改进发展而来，例如在DVb—T基础上发展的DVb-H以及在DVb基础上改而来的T-DMb、TMMb等。    它们为了于原有的传输技术体制保持一致或者兼容，在技术先进性上不可避免的受到了制约，另一种就是采用了全新的技术体制，如MediaFLO。但是注意上述这些标准都采用单一地面传输体制进行信号覆盖，存在以下几种约束：    1)覆盖成本：采用单一的地面发射进行覆盖时，为解决近郊及远郊覆盖需要大量的基站建设，同时基站间的连接又需要利用光纤链接如图2，因此建设维护成本大。    2)覆盖盲区：正如同地面电视的移动通信一样，由于受地理条件的制约，在荒漠，海洋，内陆纵深地区，山区、等难以架设基站的地方，信号无法有效覆盖，形成业务盲区。    3)漫游和业务连续性：采用单一地面组网方式，一方面受覆盖范围的限制而造成的业务的间断，另一方面漫游用户的本地入网(各地发射频率不同)管理，计算等将是一个非常复杂的工作，需要通过网络将全国各地的运营平台进行统一联接和管理。    4)抗灾害能力：当发生不同自然灾害时，有可能造成地面通信损坏或由于电力系统损坏而无法正常工作，从而使业务被迫中断。    相比较而言，CMMb采用“天地一体”的技术体系，基本可以弥补上述不足。2 信源压缩技术    移动多媒体广播要求低码率，高效率的视频、音频压缩编码，我国的标准AVS、PRA，国际标准H．264、AAC标准都是适合移动多媒体广播的信源压缩标准，实际使用中需要配置合适的编码参数，达到合适的压缩效率与算法复杂度，以适应系统要求。


                          
                       
                          
                                    如图3所示，信源压缩部分接收音视频源的数据，经过压缩编码处理输出到复用部分。移动多媒体广播(MMb)系统音视频业务分为电视广播业务和声音广播业务，移动多媒体广播系统信源视频，音频压缩编码标准用为：    1)电视广播业务中，视频压缩编码采用AVS标准、H．264标准。    2)声音广播业务中，音频压缩编码采用DRA标准，AAC标准。

2．1 视频压缩编码    CMMb视频压缩编码采用AVS、H．264标准在其变换、量化、预测、熵编码等方面采用先进的压缩技术和关键算法，使其视频的帧率至少支持25帧／秒，图像分辩率支持QVGA(320×240)、QCIF(176×144)，视频压缩码率支持64kbps～768kbps。2．2 音频压缩编码    CMMb音频压缩编码采用DRA与AAC的关键算法，使其音频声道数支持单声道、立体声。音频压缩码率支持32kbps～128kbps。音频采样率支持48khz、44．1khz、32khz。3 复用    复用是CMMb系统的一个重要组成部分，它主要完成音频、视频、数据、电子业务指南等信息封装和排列，使其能够在移动多媒体广播信道上传送，如图4所示。

    CMMb复用协议的组成单元包括复用帧、复用子帧、视频段、音频段和数据段。每个物理传输的广播信道帧由复用帧构成，多个复用子帧或者控制信息表组成复用帧。复用子帧包括音频、视频和数据段。在一个CMMb广播信道帧中最多可以有40个复用帧，根据其承载内容不同，可分为两种类型的复用帧，其中第一个复用帧(帧标识=0)，称为控制帧，其它复用帧称为业务帧。控制帧的净荷为各类控制信息表，包括网络信息表、持续业务复用配置表、持续业务配置表、短时间业务复用配置表、短时间业务配置表，ESG基本描述表，紧急广播，为终端提供各种相应的控制信息。业务帧的净荷为一个或多个复用子帧(最多15个)，每个复用子帧承载视音频或数据信息，称之为业务，即每个复用子帧是一种业务应用，同一业务的音频基本流，视频基本流和数据流封装在同一复用子帧中，业务复用帧就是多个业务的集合。综上所述，CMMb复用作为系统中的基础性关键协议，能够高效、灵活的对视音频等多媒体数据进行封闭将为我国移动多媒体广播产业的顺利展开奠定坚实的基础。4 电子业务指南    在CMMb中，电子业务指南(ESG)是一种多媒体广播信息导航业务。主要用来为用户提供所有业务的信息。它是由基本描述信息、数据信息和节目提示信息构成如图5。

    基本描述信息描述了数据信息在ESG业务的分配情况、更新状态等，在控制逻辑信道中传输，即在复用控制帧中进行传输。    数据信息采用XML方式表示，主要描述了与移动多媒体广播业务相关的业务信息、业务扩展信息、编排信息、内容信息和业务参数信息，在CMMb系统中采用XML方式描述ESG数据信息作为一个特殊的移动多媒体广播业务传输。业务信息由若干业务元素构成，每个元素描述了业务的属性，如业务标识、名称、语种等；业务扩展信息由若干业务扩展元素构成，每个元素描述了业务详细的属性；编排信息由若干编排元素组成，每个元素描述了节目的起始时间、节目名称等信息；内容信息由若干内容元素构成，每个元素描述了节目的属性，如持续时间、节目介绍、关键词等；业务参数信息由若干业务参数元素构成，每个元素描述了访问业务所需的参数，如视、音频码率、帧频等。    节目提示信息描述了业务当前时间段和下一时间段播放节目的概要信息，随移动多媒体广播视、音频业务一起传输。5 结束语    不同种类的标准都有基于该种标准芯片的手机电视。通过电信网络传输视频信号的3G类手机优势是可实现双向传输，能轻松提供点播等互动服务，缺点是存在宽带颈劲，且费用与流量密切的相关，通过广播通道传输电视信号的手机电视优点是无带宽限制，费用与流量无关，缺点是必须通过电信网络回传信号，才能实现双向互动。从资费及网络环境来考虑，目前广播式手机电视更容易普及。值得注意的是，奥运期间广电CMMb的出色表现让我们感到了CMMb的前景已经日渐清晰，经过北京奥运和残奥会期间的顺利试运营，广电系统主导的CMMb移动多媒体业务已经在全国37个城市投资运营，不久的将来，一个统一标准，统一规划，统一建设，统一运营，全国漫游的CMMb系统的移动多媒体模式将展现在世人面前。