手機電視-CMMB系統技術應用淺談

引言

　　手機電視是融合移動通信和廣播電視特點的新業務。隨著移動通信網向高速網絡演進，手機電視率先以流媒體的形式出現，通過廣播電視覆蓋網提供實時移動多媒體廣播業務成為當代信息科學發展最快的熱點領域之一。要實現移動多媒體廣播(CMMB)及手機電視應用在技術上必須解決三個要點：一是高壓縮率的信源編碼；二是高可靠，抗干擾性能強的信道處理技術，高頻譜利用率的數字調制技術；三是高集成、體積小、重量輕、耗電省的手機芯片。CMMB以自主創新的技術為支撐，適應接收終端低功耗，低碼率的要求，具備優良的移動接收性能，具有區別于傳統電視廣播的嶄新業務特性，能夠為移動人群提供高質量的服務。

　　1 系統特點

　　廣電系統2006年提出了基于自主知識產權的中國移動多媒廣播(CMMB：China Mobile Multimedia BroADCasting)系統其特點是采用“天地一體”的技術體系，即利用大功率S波段衛星通過廣播信道和分發信道實現覆蓋全國100％國土的移動多媒體廣播信號覆蓋，采用s波段地面增補網進行S波段衛星覆蓋陰影區信號轉發覆蓋，采用U波段地面覆蓋網絡進行城市人口密集區域有效覆蓋；利用無線移動通信網絡構建回傳通道實現交互，形成單向廣播和雙向互動相結合，中央和地方相結合的無縫覆蓋系統如圖l所示。

　　其主要技術特點可以概括為：

1)適用于30Mg～3000Hg的頻率范圍，支持8Hg和2Mg兩種寬帶，應用靈活；
2)采用了高度結構化，實現復雜度低的先進信道編碼技術低密奇偶校驗碼(Lopc)，使信號接收門限降低。
3)采用基于時隙的幀結構和正交頻分復用(OFDM)調制技術，為終端省電提供了良好的機制。
4)采用邏輯信道技術，可以靈活配置，適用于施實時廣播電視，數據廣播等多種業務。
5)采用控制參數和業務數據的分離傳輸的方式，將關鍵的業務輔助信息和信道調度控制信息放置在專用的高保護率信道中傳輸，能夠很好適應無線傳輸惡劣環境。
6)采用信標技術，實現復雜多變的無線信道的快速同步。

　　與其它現有的移動多媒體廣播技術相比較，CMMB這種“天地一體”的技術有著天然的系統級優勢。我們知道，目前移動媒體廣播技術一種是在已有地面數字電視／聲音廣播傳輸的基礎上改進發展而來，例如在DVB—T基礎上發展的DVB-H以及在DVB基礎上改而來的T-DMB、 TMMB等。

　　它們為了于原有的傳輸技術體制保持一致或者兼容，在技術先進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體制，如MediaFLO。但是注意上述這些標準都采用單一地面傳輸體制進行信號覆蓋，存在以下幾種約束：

1)覆蓋成本：采用單一的地面發射進行覆蓋時，為解決近郊及遠郊覆蓋需要大量的基站建設，同時基站間的連接又需要利用光纖鏈接如圖2，因此建設維護成本大。
2)覆蓋盲區：正如同地面電視的移動通信一樣，由于受地理條件的制約，在荒漠，海洋，內陸縱深地區，山區、等難以架設基站的地方，信號無法有效覆蓋，形成業務盲區。
3)漫游和業務連續性：采用單一地面組網方式，一方面受覆蓋范圍的限制而造成的業務的間斷，另一方面漫游用戶的本地入網(各地發射頻率不同)管理，計算等將是一個非常復雜的工作，需要通過網絡將全國各地的運營平臺進行統一聯接和管理。
4)抗災害能力：當發生不同自然災害時，有可能造成地面通信損壞或由于電力系統損壞而無法正常工作，從而使業務被迫中斷。

　　相比較而言，CMMB采用“天地一體”的技術體系，基本可以彌補上述不足。

　　2 信源壓縮技術

　　移動多媒體廣播要求低碼率，高效率的視頻、音頻壓縮編碼，我國的標準AVS、PRA，國際標準H．264、AAC標準都是適合移動多媒體廣播的信源壓縮標準，實際使用中需要配置合適的編碼參數，達到合適的壓縮效率與算法復雜度，以適應系統要求。

　　如圖3所示，信源壓縮部分接收音視頻源的數據，經過壓縮編碼處理輸出到復用部分。移動多媒體廣播(MMB)系統音視頻業務分為電視廣播業務和聲音廣播業務，移動多媒體廣播系統信源視頻，音頻壓縮編碼標準用為：

1)電視廣播業務中，視頻壓縮編碼采用AVS標準、H．264標準。
2)聲音廣播業務中，音頻壓縮編碼采用DRA標準，AAC標準。

　　2．1 視頻壓縮編碼

　　CMMB視頻壓縮編碼采用AVS、H．264標準在其變換、量化、預測、熵編碼等方面采用先進的壓縮技術和關鍵算法，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的關鍵算法，使其音頻聲道數支持單聲道、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 復用

　　復用是CMMB系統的一個重要組成部分，它主要完成音頻、視頻、數據、電子業務指南等信息封裝和排列，使其能夠在移動多媒體廣播信道上傳送，如圖4所示。

　　CMMB復用協議的組成單元包括復用幀、復用子幀、視頻段、音頻段和數據段。每個物理傳輸的廣播信道幀由復用幀構成，多個復用子幀或者控制信息表組成復用幀。復用子幀包括音頻、視頻和數據段。在一個CMMB廣播信道幀中最多可以有40個復用幀，根據其承載內容不同，可分為兩種類型的復用幀，其中第一個復用幀(幀標識=0)，稱為控制幀，其它復用幀稱為業務幀。控制幀的凈荷為各類控制信息表，包括網絡信息表、持續業務復用配置表、持續業務配置表、短時間業務復用配置表、短時間業務配置表，ESG基本描述表，緊急廣播，為終端提供各種相應的控制信息。業務幀的凈荷為一個或多個復用子幀(最多15個)，每個復用子幀承載視音頻或數據信息，稱之為業務，即每個復用子幀是一種業務應用，同一業務的音頻基本流，視頻基本流和數據流封裝在同一復用子幀中，業務復用幀就是多個業務的集合。綜上所述，CMMB復用作為系統中的基礎性關鍵協議，能夠高效、靈活的對視音頻等多媒體數據進行封閉將為我國移動多媒體廣播產業的順利展開奠定堅實的基礎。

　　4 電子業務指南

　　在CMMB中，電子業務指南(ESG)是一種多媒體廣播信息導航業務。主要用來為用戶提供所有業務的信息。它是由基本描述信息、數據信息和節目提示信息構成如圖5。

　　基本描述信息描述了數據信息在ESG業務的分配情況、更新狀態等，在控制邏輯信道中傳輸，即在復用控制幀中進行傳輸。

　　數據信息采用XML方式表示，主要描述了與移動多媒體廣播業務相關的業務信息、業務擴展信息、編排信息、內容信息和業務參數信息，在CMMB系統中采用XML方式描述ESG數據信息作為一個特殊的移動多媒體廣播業務傳輸。業務信息由若干業務元素構成，每個元素描述了業務的屬性，如業務標識、名稱、語種等；業務擴展信息由若干業務擴展元素構成，每個元素描述了業務詳細的屬性；編排信息由若干編排元素組成，每個元素描述了節目的起始時間、節目名稱等信息；內容信息由若干內容元素構成，每個元素描述了節目的屬性，如持續時間、節目介紹、關鍵詞等；業務參數信息由若干業務參數元素構成，每個元素描述了訪問業務所需的參數，如視、音頻碼率、幀頻等。

　　節目提示信息描述了業務當前時間段和下一時間段播放節目的概要信息，隨移動多媒體廣播視、音頻業務一起傳輸。

　　5 結束語

　　不同種類的標準都有基于該種標準芯片的手機電視。通過電信網絡傳輸視頻信號的3G類手機優勢是可實現雙向傳輸，能輕松提供點播等互動服務，缺點是存在寬帶頸勁，且費用與流量密切的相關，通過廣播通道傳輸電視信號的手機電視優點是無帶寬限制，費用與流量無關，缺點是必須通過電信網絡回傳信號，才能實現雙向互動。從資費及網絡環境來考慮，目前廣播式手機電視更容易普及。值得注意的是，奧運期間廣電CMMB的出色表現讓我們感到了CMMB的前景已經日漸清晰，經過北京奧運和殘奧會期間的順利試運營，廣電系統主導的CMMB移動多媒體業務已經在全國37個城市投資運營，不久的將來，一個統一標準，統一規劃，統一建設，統一運營，全國漫游的CMMB系統的移動多媒體模式將展現在世人面前。