


23456789MBMS 广播多播技术是指通过共享一条传输链路,把多媒体数据广播或多播到移动终端 根据当前小区中订阅MBMS业务的移动终端数目和可用的无线资源,选择合适的无线承载方式,即PTP(Point-to-Point)和PTM(Point-to-Multipoint)两种方式10MBMS 2006年4月,爱立信在瑞典宣布,首次进行了基于移动网络的手机电视广播技术,即MBMS技术的测试简单地说,这一技术可将同一个电视信号传送给多家接收用户,而且只占用一个通信频段,不会给有限的网络资源带来负担 MBMS虽然提供的频道数量比DVB-H少,但最大的优势是只需对现有2G网络进行升级,不需要建设新的基础设施 11E-MBMS 增强型MBMS(E-MBMS)技术必将是以3GPP为基础的移动通信技术:GSM-GPRS-HSPA(High Speed Packet Access)-LTE(Long Term Evolution)与DVB-H、S-DMB、WiMAX等下一代移动通信技术相抗衡的杀手锏 12BCMCS BCMCS技术是基于cdma2000网络提供音视频广播业务的技术该技术可以根据用户的需求提供组播组播(一对多提供相同的内容)和单播单播(一对一提供个性化内容)混合服务。
BCMCS的发展是首先从单播到黄金组播(Gold Muhicast),然后从黄金组播演进到白金组播(Platinum Multicast)的过程其网络结构见下图 13BCMCS14基于移动网络的手机电视基于移动网络的手机电视 基于移动网络技术的实现方式继承了移动网所固有的诸多能力例如:用户的业务鉴权以及用户管理、业务的计费和控制、业务的个性化定制和点播、互动应用的实现、与位置相关的业务提供等等,这些对于手机电视业务的发展都是十分必要的但此类实现技术需要占用3G系统的核心频率,这对于本来频率资源已经比较紧张的移动运营商来说无疑是一个需要考虑的问题,即所谓的频率使用的经济性频率使用的经济性问题15基于移动网络的手机电视基于移动网络的手机电视 基于移动网络的手机电视的优点优点是实施方便,成本低,手机硬件平台不需要更改;但其缺缺点点是节目源需要第三方支持,图像的分辨率低且图像质量受网络带宽的影响此外,还有一个最大的问题是互通性,目前来看,都是针对不同的手机开发不同的视频流软件,各手机之间不兼容,这大大制约了该业务的发展16 从中国移动、中国联通等运营商目前的移动上网效果来看,CDMA网络优于GSM网络,但网络传输速率仅能稳定在40Kbps-100Kbps左右。
上网速率与视频分辨率对比表如下: 17移动网传输速率与视频分辨率18移动流媒体 深圳的互联天下公司推出的移动流媒体方案,依托现有GSM/GPRS、CDMA1X/EDGE (2.5G、2.75G)网络条件实现其高清晰、低码流的RIVC视频编码技术能使每秒传输速率达15帧,从而在25kbps30kbps网络条件下就能实现流畅的QCIF(176144)播放 19EDGE/GPRS EDGE的速度是GPRS的3倍左右,下行速度更接近10倍差异,所带来的进步是非常明显的,虽然不及UMTS 3G网络惊人的2M速率,但作为3G时代来临之前取代GPRS的产物,EDGE确实有其实用价值在试用期间,EDGE只覆盖到广东省的广州、深圳以及东莞地区,以后将会逐步扩大覆盖区域 20EDGE 与与GPRS比较比较类型速率(kbps)稳定性理论值上行下行EDGE384473.680200相当好GPRS171.220-3020-30一般21基于地面数字广播网的手机电视基于地面数字广播网的手机电视1.DVB-H技术 ,2.ISDB-T技术 ,3.T-DMB技术 ,4.FLO技术 22基于地面数字广播网的手机电视基于地面数字广播网的手机电视 该技术源自地面数字广播电视传输技术,使用的频率一般为广播电视频段。
为适应移动终端的特点,有些技术在原有技术基础上加以改进成为手机电视技术,而另一些技术则同时针对地面数字广播电视系统和手机电视系统而设计此类技术是现在国际上关注较多、方案最多的一类技术,典型的技术有欧洲的DVB-H、美国高通的MEDIAFLO、韩国的T-DMB、日本的ISDB-T等其中欧美的两种技术是专门针对移动终端设计的,日韩的两种技术则既可以应用到移动终端也可以应用到数字电视清华大学和上海交大分别在其数字电视标准DMB-TH和ADTB-T的基础上研究了国内的技术新岸线公司也在欧洲DAB技术的基础上研究出地面移动多媒体广播技术T-MMB 23基于地面数字广播网的手机电视基于地面数字广播网的手机电视 基于数字广播网技术的实现方式由于所采用的技术多是由地面数字广播电视技术发展而来,因此在音视频的下行传输方面相对比较完善,目前在韩国已有商用的案例,很多国家和地区正在试商用和进行实验但由于传统的广播电视网络通常都没有上行链路没有上行链路,因此,该实现方式在实现上行传输时一般都考虑依靠移动通信网络的协助来完成,这样才能够提供手机电视业务所需的用户业务认证、用户管理以及互动应用等能力 24基于地面数字广播网的手机电视基于地面数字广播网的手机电视 在所有基于地面广播技术的手机电视中,目前最被看好的是DVB-H(Digital Video Broadcasting Handheld) 。
DVB-H需要建设一个新的移动电视网络,虽然基站的密度远远小于移动网络像北京这样规模的城市只需要20个左右的基站,不过这对于运营商来说的确需要另外一笔建网的投资 25DVB-H 欧洲移动电视标准DVB-H(手持数字视频广播)在DVB-T基础上,结合移动电话应用的需要,改良了功耗和移动接收效果,通过灵活利用频率带宽能够承载多达50套节目,可以支持GSM、GPRS、WCDMA网络,并完全兼容于DVB-T目前DVB-H已在法国、英国、芬兰等欧洲国家,以及美国、澳洲、中国台湾和新加坡等地进行试播26DVB-H 欧洲DVB组织在推出数字电视传输的系列标准以后,又制定了DVB-H标准DVB-H标准支持的是手机等小型移动终端设备,可成为手机数字电视传输标准DVB-H是建立在DVB(数据广播)和DVB-T(传输)两个标准之上的标准,虽然它是一个传输标准,事实上注重于协议实现系统前端前端由DVB-H封装机封装机和DVB-H调制器调制器构成,DVB-H封装机负责将IP数据封装成MPEG-2系统传输流,DVB-H调制器负责信道编码和调制;系统终端终端由DVB-H解调器解调器和DVB-H终端终端构成,DVB-H解调器负责信道解调、解码,DVB-H终端负责相关业务显示、处理。
27DVB-H DVB-H系统并不是简单的将数据广播和DVB-T融合在一起,这主要是因为DVB-H标准支持的是手机等小型终端设备,它们的天线更小巧,移动更为灵活 为了满足手机电视的业务要求, DVB-H传输系统具有以下的技术特点: 28DVB-H的特点(1)为提高电池的使用时间,采用了时间分片(Time Slicing)的技术,利用数据突发传输和缓冲的方法,终端周期地关掉一部分接收电路,可以节省多达90%的功耗, (2)支持漫游,漫游时仍能非常顺利地接收DVB-H业务; (3)使用了多负荷封装和前向纠错编码的技术,使系统具有很强的抗干扰能力; (4)除了2K和8K模式,增加了4K模式,在移动接收和建网成本之间进行平衡; (5)系统能提供足够的灵活性以满足不同传输带宽和信道带宽应用6)传输系统能保证在各种移动速率下顺利接收DVB-H业务;29DVB-H DVB-H保有部分与DVB-T接收电路的兼容性,同时为了满足手持式装置接收的特性,如低功耗、高移动性、共通平台与网络切换服务不中断等要求,以保证在室内、户外、在步行或行驶中的汽车上都能正常收看,做了不少技术改进例如,为了降低功耗,DVB-H在耗电上的目标是将天线、电视调谐器和OFDM译码电路等的总耗电量控制在100mW以内;为提高电池的使用时间,终端周期性地关掉一部分接收电路以节省功耗;为了满足便携的需求,DVB终端的天线更小巧,移动更为灵活;传输系统能保证在各种移动速率下顺利接收DVB-H业务;系统具有很强的抗干扰能力,能提供足够的灵活性以满足不同传输带宽和信道带宽应用等。
30DVB-H网络结构示意图 31韩国的韩国的T-DMBT-DMB标准标准 T-DMB是在欧洲DAB(数字音频广播)的基础上发展起来的在技术上作了一些修改,以便向手机、PDA和其它便携设备播送空中数字电视节目从严格意义上讲,该标准仍然是欧洲的国家标准 2002年12月,韩国将Eureka-147的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)传输技术作为T-DMB的底层技术 T-DMB系统包括1个DMB监视系统、2个视频编码器、视频网关和多路复用器,可以提供灵活的服务,包括视音频广播、单独的交通新闻天气频道T-DMB利用ITU-T H.264对视频进行编码,利用MPEG-4 BSAC对音频进行编码,然后利用MPEG-4同步层和MPEG-2传输流对视频、音频以及数据进行处理,某些基本的模块,比如前向纠错编码和调制等,与DVB-H相似 32T-DMB的网络架构 33ISDB-T ISDB-T(Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting)堪称“日本特色”的标准采用ISDB-T技术,可以把一个6MHz频道切割成13个频段,利用其中12个频段播放家用数字电视节目。
由于ISDB-T移动接收效果良好,车载电视可直接接收与家用电视相同的内容ISDB-T剩余的1个频段则用于以手持设备为接收终端的节目的广播由于日本数字音频广播也采用了该标准,ISDB-T同时满足了家用数字电视、数字音频广播、车载数字电视及手持设备移动电视四种数字广播服务的需要 34ISDB-T网络架构与业务模式 35高通的高通的MediaFLOMediaFLO标准标准 高通公司于2005年推出了MediaFLO标准,这是手机电视标准中唯一的私有标准从纯技术角度看,MediaFLO是专门为手机电视开发的系统,在系统和终端表现上都优于T-DMB和DVB-H,比如频道切换时间和相同频带可容纳的频道数但T-DMB和DVB-H现在的商用成熟度领先于MediaFLO,MediaFLO还缺乏成熟的产品,加之T-DMB和DVB-H是开放的标准,支持的厂商众多,而专利费等因素有可能会制约MediaFLO产业链的发展 3637基于卫星传输技术的手机电视基于卫星传输技术的手机电视 通过卫星提供下行传输实现广播方式的手机电视业务,而用户通过在手机终端上集成直接接收卫星信号的模块,就可以实现多媒体数据的接收典型的技术包括欧洲的S-DMB和日韩的S-DMB等。
据称,这种DMB接收机能提供高质量的图像,使用该接收机模块能使用户能够同时接收地面无线电视广播和卫星电视广播的信号 38具备接收移动电视广播功能的手机框图 39基于卫星传输技术的手机电视基于卫星传输技术的手机电视 基于卫星传输技术的实现方式目前在韩国已有商用的案例,此类技术与所要覆盖的范围关系密切当覆盖范围比较小,用户比较集中时,使用卫星开展手机电视业务效率较高,也比较经济但当覆盖范围较大时则成本较高,特别是在我国,以目前的技术仅靠一颗卫星覆盖全国范围难度很大而且由于卫星传输存在室内覆盖问题,这在城市中尤为突出,因此需要建设大量的地面直放站另外,安全问题也是卫星实现方式需要考虑的一个重要问题 40基于卫星传输技术的手机电视基于卫星传输技术的手机电视 在技术方面,卫星DMB业务的实现并不复杂,具体的网络构成包括以下几个部分:卫星DMB广播中心、DMB通信卫星、直放站、接收终端 卫星DMB业务的实现方式如下: *节目供应商将数字多媒体内容传输给卫星DMB广播中心; *广播中心通过Ku波段将内容上传至DMB卫星; * DMB卫星将Ku波段转换成S波段并放大; * DMB卫星将内容通过S波段和Ku波段在全国范围内广播; *手机或车载终端等可以直接接收到S波段的内容; *在有屏蔽的区域,由直放站接收卫星Ku波段广播并转换成S波段,转播给在屏蔽区的终端。
41卫星卫星DMB业务的商用进程业务的商用进程 1998年5月,日本移动广播公司成立,这是世界上第一家为移动用户提供卫星数字多媒体广播服务的公司目前提供覆盖日本全国的70多套音频、视频和数据节目2004年9月,该公司实现卫星DMB业务的正式商用; 42卫星卫星DMB业务的商用进程业务的商用进程 2000年,韩国发布新的广播法,韩国最大移动运营商SK电讯通过开展卫星DMB业务进入广播领域,成为首家进入卫星广播领域的电信公司2001年,韩国SK电讯开始卫星DMB系统的可行性研究,当年9月份注册了国际电联的卫星轨道;2004年2月,SK电讯完成了世界第一个DMB卫星-“韩星”的制作工作,同年3月13日,成功发射升空2005年1月,SK电讯开始向网内的移动用户推出通过手机收听/收看数字立体声、高清晰电视节目的免费试用卫星DMB服务,5月1日,7个视频频道及20个音频频道正式开播,实现商用 43基于卫星基于卫星/地面混合地面混合DMB技术技术的手机电视的手机电视 2006年10月,国家广播电视总局正式颁布了中国移动多媒体广播标准CMMBCMMB全称China Mobile Multimedia Broadcasting,即:中国移动多媒体广播。
CMMB是移动多媒体广播电视系统,主要面向手机、PDA等小屏幕便携手持终端以及车载电视等终端提供广播电视服务 44CMMB的主要特点 (1)可提供数字广播电视节目、综合信息和紧急广播服务,实现卫星传输与地面网络相结合的无缝协同覆盖,支持公共服务 (2)支持手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑以及在汽车、火车、轮船、飞机上的小型接收终端,接收视频、音频、数据等多媒体业务 (3)采用具有自主知识产权的移动多媒体广播电视技术,系统可运营、可维护、可管理,具备广播式、双向式服务功能,可根据运营要求逐步扩展 (4)支持中央和地方相结合的运营体系,具备加密授权控制管理体系,支持统一标准和统一运营,支持用户全国漫游 (5)系统安全可靠,具有安全防范能力,具有良好的可扩展性,能够适应移动多媒体广播电视技术和业务的发展要求 45STiMi技术 CMMB物理信道传输采用了广电系统研发的STiMi技术STiMi是英文Satellite-Terrestrial Interactive Multi-service Infrastructure的缩略语简称,意为卫卫星地面交互式多业务体系星地面交互式多业务体系,是一种基于卫星和地面信道的调制技术和信道编码技术的统称。
STiMi传输技术,针对我国幅员辽阔、地貌复杂、各地发展不平衡的情况,采用卫星和地面网络相结合的“天地一体、星网结合、统一标准、全国漫游”方式,实现全国范围移动多媒体广播电视信号覆盖46STiMi STiMi是完全自主知识产权的技术体系,它采用卫星加上地面补点网络,形成一个覆盖全国的移动多媒体广播网络STiMi网络利用卫星进行覆盖,采用转化器形成波段目前,STiMi已经有17项发明专利,支持S波段和UHF/VHF波段该标准适用于在30MHz到3000MHz频率范围内的广播业务频率,通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统,可以实现全国漫游 该标准拥有灵活的接口设计,支持TS/IP流,物理层透明传输,有先进的空口技术、稳定可靠的同步技术,可以支持单频网和多频网47STiMi 目前,STiMi的技术体系可以支持8MHz宽带,占用带宽是7.5MHz,数据率从2.7M至12MSTiMi的一个重要特点是,不需要对每一个节目进行重复加密STiMi在信道编码和解调方面有明显改善性能的自主专利,可以避开国际专利STiMi专利体系还涵盖了移动多媒体广播、信道编码、解调、连续导频处理,以及信道估计、信道均衡、保护间隔、随机序列等等。
48STiMi系统框图 49CMMB的系统 CMMB利用大功率S波段卫星覆盖全国100%国土、利用S/U波段增补转发器覆盖卫星信号盲区、利用无线通信网络构建回传信道,实现交互,形成单向广播与双向互动结合、中央和地方结合的全程全网、无缝覆盖系统 505152CMMB与其它标准相比具有下列优势 (1)CMMB借助卫星通信,能极好地解决移动终端(手机电视)信号流畅的问题; (2)CMMB由国家广电总局管理,其负责的电影、电视、广播载体,具有丰富的电视内容资源,CMMB也是2008年奥运会新媒体的直播载体 (3)收费低廉,CMMB兼顾国家媒体信息发布功能 53CMMB可提供的服务 根据移动多媒体广播电视的特点和业务发展需要,CMMB业务平台主要由公共服务平台、基本业务平台、扩展业务平台等三个平台构成 (1)公共服务平台公共服务平台是向用户提供公益服务的移动多媒体广播电视业务平台,主要由公益类广播电视节目和政务信息、紧急广播信息构成CMMB公共服务平台播出的内容和开展的业务,为向合法用户提供的无偿服务 (2)基本业务平台基本业务平台是向用户提供基本数字音视频广播服务和数据服务的业务平台,包括卫星平台和地方平台传送的数字音视频广播服务和数据服务。
CMMB基本业务平台向合法用户提供的服务,为有偿服务 54CMMB可提供的服务(3)扩展业务平台扩展业务平台是根据用户不同消费需求向用户提供扩展广播电视节目服务和综合信息服务的业务平台提供的服务主要由四方面构成,一一是经营类的广播电视付费节目;二二是经营类的音视频点播推送服务,利用系统闲置时间将用户订制的广播电视节目推送到用户终端;三三是综合数据信息服务,主要有股票信息、交通导航、天气预报、医疗信息等;四四是双向交互业务,主要有音视频点播、移动娱乐、商务服务等目前,CMMB主要以音视频服务为主,扩展服务中综合信息、双向交互等服务将随着业务的发展逐渐推广应用CMMB扩展业务平台向合法用户提供的服务,为有偿服务 55 电信的移动网络也已明确被纳入国家广电总局的CMMB技术体系移动网将用于构建回传通道,并形成“卫星大面积覆盖为主、地面增补网络为辅无线覆盖的、单向广播和双向交互相结合的移动数字多媒体广播网络”56移动多媒体通信的特点移动多媒体通信的特点 手机电视是移动多媒体通信的典型业务,与传统电视业务相比,其最大优势在于移动性移动性和互动性互动性;与移动通信的其它增值业务相比,其多媒体多媒体整合更加完备,内容更加生动。
它兼备了移动通信与多媒体通信的特点: 恶劣的无线传输条件 多媒体数据量大 手机的屏幕小、功耗受到限制 多种标准、多个频段并存 57恶劣的无线传输条件恶劣的无线传输条件 移动信道属于无线信道,它既不同于固定式有线信道,也与一般具有可移动功能的无线接入的无线信道有所区别 有线信道是静态的、封闭的、人造的优质传输线,传输条件稳定优良 移动信道是动态的、开放的,是基于电磁波在空间的传播来传输信息,传输条件恶劣58 频 率 范 围 波 长名 称典 型 应 用3-30Hz108-107m极低频(ELF)远程导航,水下通信 30-300Hz107-106m超低频(SLF)水下通信 300-3000Hz106-105m特低频( ULF )远程导航 3-30kHz105-104m甚低频( VLF )远程导航,水下通信,声纳 30-300kHz104-103m 低频( LF )导航,水下通信,无线电信标300-3000kHz103-102m 中频( MF )AM广播,海事通信,定向,遇险求救 3-30MHz102-10m 高频( HF )远程广播,短波通信,业余无线电 30-300MHz10-1m甚高频( VHF )电视,FM广播,飞机通信,车辆通信,导航 0.3-3GHz1-0.1m特高频( UHF )电视,蜂窝/微波/卫星通信,导航,雷达,GPS 3-30GHz10-1cm超高频( SHF )陆地移动/微波/卫星通信,雷达 30-300GHz1-0.1cm极高频( EHF )移动/卫星通信,雷达,铁路业务 0.3-3THz1-0.1mm顶高频( THF )实验 43-430THz7-0.7m红外线光通信430-750THz0.7-0.4m可见光光通信750-3000THz0.4-0.1m紫外线光通信59电磁波传播特性符号 频 带 名 称传 播 特 性VLFVery Low FrequencySurface/ground waveLFLow FrequencyMFMedium FrequencyHFHigh FrequencySky waveVHFVery High FrequencySpace waveLOS (line-of-sight ) PropagationUHFUltra HighSHFSuper HighEHFExtremely HighTHFTremendously High60微波频段的划分频率范围(GHz)代表字母频率范围(GHz)代表字母频率范围(GHz)代表字母1.02.0L18.026.5K60.090.0E2.04.0S26.540.0Ka75.0110.0W4.08.0C33.050.0Q90.0140.0F8.012.0X40.060.0U110.0170.0D12.018.0Ku50.075.0V140.0220.0G61天波:对流层(012km)(60600)km:2M H z(以下)30M H z(以上)30M H z:(2)(36000)km62电磁波传播途径 直射(Directing):电磁波在自由空间无遮挡的、直接传播到接收点。
反射(Reflection):电磁波在传播途中遇到大(与其波长相比)障碍物被反射到接收点 绕(衍)射(Diffraction):电磁波在传播途中遇到大建筑物、山丘或带有尖锐、不规则边沿的障碍物而绕行 散射(Scattering):电磁波在传播途中遇到小于其波长的障碍物(如路灯杆、广告牌、流星余迹等)时,输入信号会被散射成若干个较弱的输出信号 穿透障碍物的传播63电磁波传播途径64同步卫星覆盖65接收信号中的三类损耗 路径传播损耗:电波在空间传播所产生的损耗,与传播距离及气象条件有关反映在宏观大范围(千米量级)的空间距离上接收信号电平均值的变化趁势 慢衰落损耗:电磁波在传播途中受到障碍物的阻挡所产生的阴影效应阴影效应而引起的损耗,反映在中等范围(数百波长量级)内接收信号电平均值的起伏变化趁势 快衰落损耗:空间选择性衰落,时间选择性衰落,频率选择性衰落反映在微观小范围(数十波长以下量级)内接收信号电平均值的起伏变化趁势66四种效应 阴影效应阴影效应:由于大型障碍物的阻挡,在电磁波传播的接收区域中产生的传播半盲区 远近效应远近效应:移动终端离基站距离随机变化,接收信号有强有弱,信号太弱会导致通信中断。
多径效应多径效应:接收信号是来自不同路径的发射信号的矢量叠加不同的路径引入了不同的延迟和相位,如果信道的延迟扩展大于发送信号的符号周期,信号将产生频率选择性衰落频率选择性衰落并引起符号间干符号间干扰扰,导致系统的性能下降 67四种效应 多普勒多普勒效应效应:移动站高速(大于70km/h)运动时,收到的电波频率会发生变化,称之为多普勒频移此频移与相对运动的速度成正比,它会导致相邻载波的干扰,影响载波之间的正交性 cosvfvqllqD=:运动速度, :载波波长,:运动方向与指向基站的直线所成的夹角角度68无线信道中的噪声与干扰 噪声:一切不需要的、损害信息信号传输的电信号 按与信号的相关性分: 加性噪声:与信号独立,叠加在信号上无信号时,噪声也存在 乘性噪声:与信号相关,有信号时才出现噪声69加性噪声的分类 按产生源:1)人为:邻台信号,电器产生的电磁波辐射,开关产生的电火花等2)自然:闪电,大气电磁暴,宇宙噪声等3)内部:热噪声,散弹噪声,电源干扰等 按性质:1)窄带噪声:单频或已调正弦波,如邻台干扰,频率集中在某载频附近,持续时间长、连续变化70加性干扰的分类(续)2)脉冲噪声:持续时间短(突发性),脉冲幅度高,频带宽。
如电火花3)起伏噪声:热噪声,散弹噪声,宇宙噪声等频带非常宽(010THz),平坦的功率谱密度,0均值常用高斯白噪声作为其数学模型 脉冲噪声是突发性的,窄带噪声只存在于特定频率、特定时间与特定地点,二者的影响有限只有起伏噪声,特别是热噪声的影响是时时处处存在71手机的屏幕小、功耗受到限制手机的屏幕小、功耗受到限制 收看移动电视的习惯很可能与我们熟悉的收看习惯大不相同移动电视收视率可能在早晚两个时段的上下班高峰时达到最高移动电视观众可能更欢迎章节短的节目,而不喜欢看漫长的电影或其他需要较长时间收看的节目最后,大多数手机会在移动电视节目关闭时提供因特网接入功能,这一点极为重要手机将为互动电视提供互动性最强、最便捷的平台在广播内容和因特网之间轻松流畅的切换,这很可能会呈现令人兴奋的新型服务和营销前景 72手机的功耗问题 移动电视业务的引入不能以过多地牺牲待机时间为代价,用户希望一次充电能连续观看4个小时以上的电视节目以往的地面数字广播标准,比如DVB-T,虽然在高速运动下有不错的接收性能,但并没有为移动接收的功耗作特别的设计和优化,目前较省电的DVB-T前端也要消耗约300-500mW的功耗,这对手机电池而言,还是不够经济。
在移动电视业务给手机引入的功耗中,接收前端大约要占到80%的比例因此,设计低功耗的调谐器和解调器,是芯片设计者需要面对和解决的问题 73第五媒体 报刊、广播、电视、网络 、第五媒体 手机电视已成为继电影、电视、PC之后的“第四屏幕”放眼全球,手机电视“第五媒体”的身份已初见端倪 第五媒体应该是具备接入互联网、通信和广播电视网的功能的移动媒介真正成熟的第五媒体的出现和使用,应该是在三网功能融合的条件下 第五媒体是一种新的以大众传播信息为主、兼具个人通信、互联网传播等职能的融合创新性的大众传播媒体 移动媒体(手机短信、手机电视等)可以称之为第五媒体 74移动媒体的特点 传播主体的交互性作为第五媒体信息的传播者和接受者,他们具有互动性、参与性和自主性等特点通过第五媒体,使用者可以最大限度地参与到信息传播的过程之中,并体现其手机信息传播的主动性和自主性 传播媒介的移动性传播媒介的移动性是未来新媒体的一个普遍特征笔记本电脑的微型化,作为通信工具的手机的微型化和作为广播电视接受装置的微型化,为第五媒体提供了可移动的、便携式多种传播媒介 75移动媒体的特点 传播网络的融合性通信网、互联网和广播电视网未来将相互融合,相互支持。
而三网融合的实现则可使每一个单独的网络系统的接入终端可以平滑地接入其他网络之中 传播内容的丰富性在三网融合基础之上,对于第五媒体而言,它所面对的信息是来自三个网络上的信息,这就极大丰富了第五媒体的传播内容 76移动媒体的特点 传输条件的宽带化作为具有丰富的传播内容的新的媒体形态,将面对的对于海量信息的处理和传输而对于海量信息的传播则要求传输环境的宽带化这个条件对于移动媒体来说,更是至关重要 媒体容量的充足性既然作为移动媒体,就没有办法像要求固定大众传播终端一样要求其具有极大的内容存储空间,但是,满足应有的通信、互联网、广播、电视等内容的服务要求,还是必须的 77移动媒体的特点 总体来说,移动媒体不仅仅是单一的通信工具、互联网媒体或者广播电视媒体的延伸和发展,而是各种大众传播方式的融合和渗透另外,移动媒体也不仅仅是一种媒介形式,而是一个族群,它应该包括移动电视、移动电话(手机)以及可无线上网的可移动的电脑,或者是其他集成了以上各种职能的新传播媒介 78多种标准、多个频段多种标准、多个频段 目前,UHF频段主要由模拟电视和数字电视所使用在很多国家,一些专家认为应该将模拟电视的频段拿出来用于发展数字电视。
在大多数国家,L波段用于DAB和卫星传输但是,DAB在很多国家并没有取得成功,发射装置通常被关掉了因此,在L波段有多达24MHz的频率可以马上投入手机电视的使用例如,在美国,Crown Castle公司用1670-1675MHz的频段来开展DVB-H的手机电视业务 79多种标准、多个频段多种标准、多个频段 在频谱方面,主要涉及到四个频段:VHF III(174-240MHz)、UHF(470-862MHz)和L1(1452-1492MHz)、L2(1660-1685MHz)各国对手机电视的频谱规划也并不统一 卫星传输还使用S和Ku波段80多种标准、多个频段多种标准、多个频段 一般会认为,L波段的频率较高,因此信号的衰减也较大由此得出的结论是L波段的网络成本较高,因为发射器之间的距离需要更近,所以需要更多的发射器然而,这并没有考虑到接收器的实现问题 UHF的主要问题是接收天线的尺寸好的UHF天线需要10-20cm长,但是绝大多数的手机电视接收天线只有几厘米长,与最优尺寸的UHF天线相比,这会带来7-10dB的损失 81多种标准、多个频段多种标准、多个频段 一般来说,空中的信号衰减可以用20log(f)来表示,这意味着在给定距离的条件下,L波段相比UHF波段大概有8dB的损失,这跟由于UHF天线尺寸的限制而造成的损失基本相互抵消了。
从这个意义上,用L波段来开展手机电视业务,与UHF波段相比,整个系统的信号传输性能并没有明显的下降 加之UHF V(598-862MHz)接近GSM 900频段,会对GSM的无线接收造成影响因此,在手机电视的接收端,需要设计一个GSM滤波器,除去这方面的影响,这会对调谐器的设计带来一定的难度82多种标准、多个频段多种标准、多个频段 根据以上的分析,用L波段来开展手机电视业务,无论从频率规划,还是从接收技术而言,都是可行性较高的方案83多种标准、多个频段多种标准、多个频段 多标准、多频段会带来全球漫游的问题,中国的用户到了美国就可能无法享受到手机电视的服务要解决这个问题,移动接收的调谐器和解调器,乃至应用处理器必须具备灵活性,支持多种标准和多个频段,这为芯片厂商带来了技术上的挑战 84移动多媒体通信的关键技术移动多媒体通信的关键技术 手机电视必须解决如下几项技术难题: 高压缩率的信源编码; 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; 高集成、体积小、重量轻、耗电省的手机芯片; 高容量、体积小、寿命长的手机充电电池85高压缩率的信源编码高压缩率的信源编码 MPEG-X H.26X AVS86高压缩率的信源编码视频编码发展简史87MPEG信源编码国际标准 VCD: MPEG-1(ISO/IEC 11172:1991) DVD: MPEG-2(ISO/IEC 13818:1994) SDTV: MPEG-2 MP ML HDTV: MPEG-2 MP HL 新应用: MPEG-4 (ISO/IEC 14496:1998) SP: Simple Profile ASP: Advanced SP Enhanced profile:很多增强功能 AVC ( MPEG-4 Part 10 / H.264) 多媒体检索: MPEG-7 (ISO/IEC 15938) 多媒体平台: MPEG-21 (ISO/IEC 18034)88H.264 H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(JVT,joint video team)开发的一个新的数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。
2002年6月,JVT第5次会议通过了H.264的FCD版H.264的压缩率比MPEG-2高出23倍,1Mbit/s速率的图像数据接近MPEG-2中DVD的图像质量,因此,目前是手机电视中最为理想的信源压缩编码标准 89H.264 H.264是DPCM加变换编码的混合编码模式它不用众多的选项,获得比H.263+好得多的压缩性能;加强了对各种信道的适应能力,采用“网络友好”的结构和语法,有利于对误码和丢包的处理;应用范围较宽,以满足不同速率、不同解析度以及不同传输(存储)场合的需求;它的基本系统是开放的 90H.264 在技术上,H.264标准中有多个闪光之处,如统一的VLC符号编码,高精度、多模式的位移估计,基于44块的整数变换、分层的编码语法等这些措施使得H.264算法具有很高编码效率,在相同的重建图像质量下,能够比H.263节约50%左右的码率H.264的码流结构网络适应性强,增加了差错恢复能力,能够很好地适应IP和无线网络的应用 91AVS: Audio and Video coding Standard 数字音视频编解码技术标准 中国牵头的新一代音视频压缩标准92AVS高清视频( AVS-P2)的特点 AVS视频标准 高效 与H.264/AVC编码效率相当 比MPEG-2编码效率高2倍 复杂度低 2个参考图像 最小的运动补偿块为8x8 没有许多在HD-TV和HD-VD应用中不需要的编码工具 系统级兼容现有MPEG-2系统 现有的电视台的基于MPEG-2编辑和传输系统不需要改变 许可费低 20元,MPEG-2 1元,AVS93AVS视频( AVS-P2)的编码效率199119942003203015025050压缩倍数AVS-1/MPEG-4 AVCMPEG-1AVS-?/MPEG-?MPEG-2MPEG-4 SP&ASP94主要技术对比列表 编码工具编码工具AVSH.264MPEG-2帧内预测帧内预测基于基于8x8块,块,5种亮度种亮度预测模式,预测模式,4种色度种色度预测模式预测模式基于基于4x4块,块,9种亮度预种亮度预测模式,测模式,4种色度预测种色度预测模式模式只在频域内进行只在频域内进行DC系数差分预测系数差分预测多参考帧预测多参考帧预测最多最多2帧帧最多最多16帧帧只有只有1帧帧变块大小运动变块大小运动补偿补偿16x16, 16x8, 8x168x816x16, 16x8, 8x168x8,8x4,4x8,4x416x16, 16x8(场编码场编码)B帧宏块直接帧宏块直接编码模式编码模式时域空域相结合,当时域空域相结合,当时域内后向参考帧中时域内后向参考帧中用于导出运动矢量的用于导出运动矢量的块为帧内编码时,使块为帧内编码时,使用空域相邻块的运动用空域相邻块的运动矢量进行预测矢量进行预测独立的空域或时域预测独立的空域或时域预测模式,若后向参考帧中模式,若后向参考帧中用于导出运动矢量的块用于导出运动矢量的块为帧内编码时只是视其为帧内编码时只是视其运动矢量为运动矢量为0,依然用,依然用于预测于预测无无B帧宏块双向帧宏块双向预测模式预测模式称为对称预测模式,称为对称预测模式,只编码一个前向运动只编码一个前向运动矢量,后向运动矢量矢量,后向运动矢量由前向导出由前向导出编码前后两个运动矢量编码前后两个运动矢量编码前后两个运动编码前后两个运动矢量矢量95主要技术对比列表-续编码工具编码工具AVSH.264MPEG-2像素运动补像素运动补偿偿像素位置采用像素位置采用4拍滤波拍滤波 像素位置采用像素位置采用4拍滤波、拍滤波、线性插值线性插值像素位置采用像素位置采用6拍滤波拍滤波 像素位置线性插值像素位置线性插值仅在半像素位置进行仅在半像素位置进行双线性插值双线性插值变换与量化变换与量化8x8整数变换,编码端进行整数变换,编码端进行变换归一化,量化与变换变换归一化,量化与变换归一化相结合,通过乘法、归一化相结合,通过乘法、移位实现移位实现4x4整数变换,编解码端都整数变换,编解码端都需要归一化,量化与变换需要归一化,量化与变换归一化相结合,通过乘法、归一化相结合,通过乘法、移位实现移位实现8x8浮点浮点DCT变换,变换,除法量化除法量化熵编码熵编码适应性适应性2D VLC,编码块系编码块系数过程中进行多码表切换数过程中进行多码表切换CAVLC:与周围块相关性:与周围块相关性高,实现较复杂高,实现较复杂CABAC:计算较复杂:计算较复杂单一单一VLC表,适应表,适应性差性差环路滤波环路滤波基于基于8x8块边缘进行,简单块边缘进行,简单的滤波强度分类,滤波较的滤波强度分类,滤波较少的像素,计算复杂度低少的像素,计算复杂度低基于基于8x8块边缘进行,滤波块边缘进行,滤波强度分类繁多,计算复杂强度分类繁多,计算复杂无无容错编码容错编码简单的简单的Slice划分机制足以划分机制足以满足广播应用中的错误隐满足广播应用中的错误隐藏、恢复需求藏、恢复需求数据分割、复杂的数据分割、复杂的FMO/ASO等宏块、条带等宏块、条带组织机制、强制组织机制、强制Intra块刷块刷新编码新编码(Intra refresh)、约、约束性帧内预测等束性帧内预测等简单的简单的Slice划分划分96AVS的重大应用 卫星电视产业链 (2/3问题) 地面广播产业链 (焦点) 移动多媒体通讯 (新增长点) 互联网宽带媒体 (热点) 便携播放机 (DVD之后) 数字微波分发网 (到西部去) 北京奥运2008高清晰度电视播出97高清视频复杂度:AVS vs. H.264 最小8x8块的变块大小运动补偿,节省30-40%运算量,性能降低2-4%,约为0.1dB 低复杂度1/4像素精度运动补偿,由6拍减为4拍,降低1/3存储器的访问量 B帧采用了一种新型的对称预测模式,由前向运动向量可直接预测后向运动向量 B帧采用了时域/空域直接预测模式相结合的直接预测模式,对直接模式的运动矢量导出过程中进行舍入控制,信噪比提高0.2-0.3dB,或性能提高5%左右 8x8整数变换/量化,比4x4变换的去相关性能力较强,实际编码效率提高在2%(约0.1dB)左右98高清视频复杂度:AVS vs. H.264 基于上下文的适应性熵编码2DVLC,编码效率比CABAC要低10-15%左右,约为0.5dB。
但CABAC在硬件实现时特别复杂 低复杂度环路滤波,滤波边数降为1/4,强度也低,降低了计算量 图像级帧场自适应选择,由MBAFF降为PAFF,节省30%计算量,性能降低0.2-0.3dB,或性能降低5%左右 低复杂度帧内预测,基于8x8块进行,只用了5种模式,相对于9种模式,复杂度几乎降低一半 缓冲区管理,H.264有一套特别复杂的缓冲区管理机制,使用5个参考帧来提高编码效率,对此AVS限定至多两个参考帧,在缓冲区管理上十分简单、有效 结论:编码性能基本相当,实现复杂度明显降低 AVS编码复杂度,相当于H.264的30% AVS解码复杂度,相当于H.264的70%99AVS的技术优势 技术性能先进 压缩效率与对应的新国际标准相当 是当前使用的国际标准(MPEG-2)的两倍或更高 实现复杂度低 AVS vs. H.264/MPEG-4 AVC 计算复杂度:解码器复杂度降低到70%,编码器复杂度降低到30%100AVS的应用优势 知识产权清晰 融合了公共知识和新技术(包括专利) 必要专利数量不到相应国际标准的一半 绝大多数专利由中国会员贡献 (国际会员的贡献正在增加) 真正“合理的”许可价格 一个解码器一元人民币 不对运营商收费101高可靠、抗干扰性能强的信道高可靠、抗干扰性能强的信道处理技术处理技术 信道编码技术 交织技术 分集接收 扩频多径分离 自适应信道均衡 智能天线技术 102信道编码信道编码 信道编码是在无线传播环境下提高信号传输的可靠性的有效措施。
信道编码是在通信系统的发送端按一定规律在信息码元中加入一些冗余码元(称为监督或校验码元),接收端通过译码可以发现并纠正由于信道干扰而产生的误码,从而降低误码率按监督码元和信息码元之间的约束方式,分为分组码和卷积码二大类 为了对抗无线信道产生的随机错误和突发错误,前向纠错编码通常采用级联码级联码由外码和内码链接而成,内码常用卷积码,外码则采用分组码,如RS码、BCH码等我国数字电视地面广播传输标准采用LDPC码为内码,BCH码为外码CMMB也采用LDPC码为内码,外码则采用RS码103信道编码 RS码、BCH码和LDPC码都属线性分组码BCH码是二元线性循环码RS码是里德-索洛蒙(Reed-Solomon)码的简称,它是一种特殊的非二进制BCH码LDPC是英文Low Density Parity Check的缩略语简称,意为低密度奇偶校验低密度奇偶校验(LDPC) 码与Turbo码都是基于随机编码和迭代译码思想的新一代高效信道编码技术LDPC码是采用稀疏(奇偶)校验矩阵的线性分组码 104智能天线技术智能天线技术 智能天线技术是TD-SCDMA采用的关键技术,已由大唐电信申请了专利智能天线是一种安装在基站现场的双向天线,通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性,并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。
TDSCDMA智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性(无线环境和传输条件相同)而获得的智能天线还可以减少小区间及小区减少小区间及小区内的干扰内的干扰智能天线的这些特性可显著提高移动通显著提高移动通信系统的频谱效率信系统的频谱效率 105高频谱利用率的数字调制技术高频谱利用率的数字调制技术 数字调制是提高通信有效性与可靠性的有力措施CMMB调制器包括卫星广播信道调制器、卫星分发信道调制器和地面覆盖调制器从编码比特流到符号流的星座映射方式,卫星信道采用BPSK、QPSK,地面广播信道采用BPSK、QPSK、16QAM106高频谱利用率的数字调制技术 CMMB系统的输入数据流经前向纠错编码、交织和星座映射后,与离散导频和连续导频复接在一起进行OFDM调制OFDM是英文Orthogonal Frequency Division Multiplex的缩略语简称,意为正交频分复用,是一种多载波调制技术107高频谱利用率的数字调制技术 欧洲数字电视标准DVB:DVB-S采用QPSK调制,DVB-T采用COFDM(编码正交频分多路调制)、8M带宽, DVB-C采用QAM调制美国数字电视标准ATSC (Advanced Television Systems Committee):HDTV地面广播频道的带宽为6MHZ,调制采用8VSB。
卫星广播电视采用QPSK调制,电缆电视采用QAM或VSB调制 108109110111112113114 在手机电视领域,广电和电信两大阵营并不存在任何对立和冲突广电广电主要负责节目制作和广播方式的信号传输,包括广播网络建设和运营、节目制作和发射,目标群不仅包括手机,还包括PDA、数码相机等小屏幕消费电子设备;电信电信主要负责用户管理和回传网络信号,还负责协调管理手持设备终端、网络设备等产业方面的事情,以及手机电视的计费等用户管理问题,此外,还有GSM、2.5G、3G等网络的流媒体方式的手机电视节目传输 115 手机电视是实现三网融合的重要机遇,而与之相关的标准化工作将直接影响到我国三网融合的进程目前国际上还没有形成统一的手机电视标准,正处于大规模应用的前期 手机电视的运营,首先要实现广播信号的覆盖,解决一定范围内信号的无缝覆盖,能够自由切换、漫游,进而实现全国覆盖;在已经取得的产业化基础之上,开展三网融合的技术体制实现;推动管理体制变革,最终实现我国在手机电视领域的信道传输、信源编码、信道传输、信源编码、技术体制、覆盖体制、管理体制技术体制、覆盖体制、管理体制等的完全自主创新,实现我国三网融合的良好示范。
116结语结语 当前,全球移动通信网络正从25G向3G过渡,移动数据业务正朝着多媒体方向发展,全球手机电视高潮即将到来从国内的情况来看,2009年1月,工业和信息化部为三大通信公司发放了3张3G牌照,这标志着我国正式进入3G时代;最近又为CMMB+MBMS的TD终端颁发的入网许可证国家广电总局已与中国移动正式宣布合作,共同推进具有CMMB功能的TD-SCDMA手机发展拥有国家自主知识产权的两大技术标准、TD-SCDMA和CMMB的相互合作,必将推动以手机电视为代表的移动多媒体通信技术和业务的高速发展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。