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便携式移动电视接收体系浅析(上)

本文简单介绍了新一代便携式移动电视接收标准DVB-H及移动电视的信源压缩编码标准,重点介绍了DVB-H系统的构成、时间分片技术、MPE-FEC、4K传输模式及使得能适应移动电视接收的几个主要技术特点。

  本文简略介绍了新一代便携式移动电视接纳规范DVB-H及移动电视的信源紧缩编码规范,要点介绍了DVB-H体系的构成、时刻分片技能、MPE-FEC、4K传输方法及使得能习惯移动电视接纳的几个首要技能特色。

  DVB-H

  运用便携式通讯东西比方手机,随时随地的收看电视曾经是一个愿望,跟着信源编码技能、信道传输和新一代根底通讯网络的树立,使便携式移动接纳子体系也从单一的文字、图片方法的接纳转向更五光十色的视音频方法接纳。电视职业为了习惯这种趋势,也对相关技能进行了规范的拟定和技能研制。现在就相关技能做以下的论说。

  要在手机上看电视,技能上需求处理好三个环节:信号源、传达途径和接纳终端。信号源方面,需求有高紧缩比的信源紧缩编码规范;传达途径方面,有无线微波和网络传输。为了完结移动接纳,需求抗搅扰才能强的数字调制和信道处理技能。接纳终端方面,有必要开发高集成度、体积小、重量轻、耗电小的芯片,以及体积小、高容量的充电电池。

  现在,该服务的完结首要有三条途径:

  1. 运用移动网络完结的方法
  
  现在美国和我国移动运营商推出的手机电视事务首要是依托现有的移动网络来完结的。中国移动的手机电视事务是依据其GPRS网络,中国联通则是依托其CDMA网络。不管是GPRS手机仍是CDMA手机,都需求在装有操作体系的手机终端(一般是PDA手机等高级产品)上装置相应的播映软件,而相应的电视节目源则由移动通讯公司或许经过相应的服务供给商来安排和供给。

  2. 运用卫星网络完结的方法
  
  运用手机来接纳卫星播发的电视节目信号是一个十分新的主意。现在只要韩国在力推手机电视播送(DMB)。这种DMB接纳机能供给高质量的图画,运用该接纳机模块能运用户一起接纳地上无线电视播送和卫星电视播送的信号。

  3. 手机中装置数字电视接纳模块的方法
  
  现在最被看好的手机电视技能方法是经过整合数字电视和移动电话的方法。这种方法需求在手机终端上装置微波数字电视接纳模块,可以不经过移动通讯网络的链路,直接取得数字电视信号。现在,手机数字电视规范只要欧洲的DVB-H和日本的单频段转播规范。

  在国内,只要中央电视台和少量的几家移动公司相继推出了手机电视事务。以中央电视台为例,因为现在国内还没有DVB-H的数字播送网络,他们是经过2.5G或2.75G网络传输技能来播映“手机电视”节意图,即运用中国移动GPRS/EDGE网络或中国联通CDMA网络,经过WAP门户网站为用户供给在线直播或点播的流媒体音视频节意图服务。

  以下评论关于手机电视的传输规范和编码规范:

  一、手机电视的传输规范——DVB-H

  DVB-H(前期为DVB-X)规范全称为Digital Video Broadcasting Handheld,它是DVB安排为经过地上数字播送网络向便携/手持终端供给多媒体事务所拟定的传输规范。DVB-H植依据DVB-T,是一种以IP封包(datagrams)来传送材料(首要为数字多媒体材料)的体系。该规范被认为是DVB-T规范的扩展运用,可是和DVB-T比较,DVB-H终端具有更低的功耗,移动接纳和抗搅扰功用更为优胜,因而该规范适用于移动电话、手持计算机等小型便携设备经过地上数字电视播送网络接纳信号。事实上,因为DVB-H是一种支撑多媒体事务的规范,除了电视事务外它还可以展开电子报纸、电子拍卖、旅行导游、游戏、视频点播和交互等多种综合性事务。总归,DVB-H规范便是依托现在DVB-T传输体系,经过添加必定的附加功用和改善技能使手机等便携设备可以安稳的接纳播送电视信号。

  为了减低小型手持式设备的功耗,DVB-H选用了一种叫做“时刻切片”(time-slicing)的技能,把IP封包在切割成很短的时段(time slots)内以数据突发Data Burst方法传送。承受器的前端电路(front end)只要在所选定服务Data Burst的时段才会敞开,在这个极时刻短的时段之中,材料被高速地接纳下来,并可以贮存在设备具有的缓冲区内,此缓冲区可以贮存下载的内容,也可以直接播映现场直播的材料文件。

  1、DVB-H体系结构
  
  DVB-H支撑的是手机等小型移动终端设备,是手机数字电视传输的规范。DVB-H是树立在DVB数据播送和DVB-T传输之上的规范,更注重于协议的完结。体系前端由DVB-H封装机和DVB-H调制器构成,DVB-H封装机担任将IP数据封装成MPEG-2体系传输流,DVB-H调制器担任信道编码和调制;体系终端由DVB-H解调器和DVB-H终端构成,DVB-H解调器担任信道解调、解码,DVB-H终端担任相关事务显现、处理。

  DVB-H传输体系还具有以下特殊要求:
  
  (1)为延伸电池的运用时刻,终端周期地关掉一部分接纳电路以节约功耗;
  (2)能周游,周游时仍能十分顺畅地接纳DVB-H事务;
  (3)传输体系能保证在各种移动速率下顺畅接纳DVB-H事务;
  (4)体系具有很强的抗搅扰才能;
  (5)体系具有恰当的灵敏性,以习惯不同传输带宽和信道带宽运用。

  2、协议层次区分
  
  DVB-H规范将完结数据链路层和物理层。
  
  (1)数据链路层——选用时刻分片技能,用于下降均匀功耗,便于进行平稳、无缝的事务交流;选用MPE(多协议封装)前向纠错技能,进步移动运用中的C/N门限和多普勒功用,增强抗脉冲搅扰才能。
  
  (2)物理层——与DVB-T比较,添加了4k传输方法和深度符号交错等内容。
  
  其它技能特色包含:在传输参数信令(Transmission Parameter Signaling,TPS)比特中添加DVB-H信令,用于进步事务发展速度;蜂窝标识(在TPS中)用于支撑移动接纳时快速信号扫描和频率交流;添加4k方法以习惯移动接纳和单频蜂窝网,进步网络规划、规划的灵敏性;2k和4k方法进行深度符号交错,进一步进步移动环境和冲击噪声环境下的鲁棒性。
下一页3、要害新技能

  3、要害新技能
 
  (1)功耗:DVB-H要求射频接纳和信道解调、解码部分的功耗小于100mW。

  (2)网络规划
  
  因为DVB-H终端在网络内移动时接纳天线细巧且单一,有必要优化规划单频网。为此,DVB-H添加了新的技能模块,首要包含:

  ①时刻分片——依据时分复用的技能,节约接纳终端功耗和便于网络交流;
  ②MPE-FEC——依据RS纠错编码技能,添加额定的前向纠错编码,进步体系的移动和抗脉冲搅扰才能;
  ③4k方法——用于进步网络规划的灵敏性;
  ④DVB-H TPS——为DVB-H专用的传输参数信令,用于进步体系同步和事务拜访速度。
  下面对时刻分片、MPE-FEC、4k方法及DVB-H TPS进行具体的介绍:

  ① 时刻分片
  时刻分片技能是DVB-H中最为重要的新技能模块,选用突发方法传送数据,每个突发时刻片传送一个事务,在事务传送时刻片内该事务将独自占有悉数数据带宽,并指出下一个相同事务时刻片发生的时刻,这样手持终端可以在指定的时刻接纳选定的事务,在事务闲暇时刻做节能处理,然后下降总的均匀功耗。这期间前端放射机是一向作业的,在相同事务的两个时刻片之间将会传送其他事务数据,DVB-H信号便是由许多这样的时刻片组成的。从接纳机的视点而言,接纳到的事务数据并非如传统稳定速率的接连输入方法,数据以离散的方法距离抵达,称之为突发传送,假如解码终端要求数据速率较低但有必要是稳定码率,接纳机可以对接纳到的突发数据先进行缓冲,然后生成速率不变的数据流。它不但可以有用下降手持终端的均匀功耗,而且仍是完结不同网络间平稳、无缝的事务交流根底。

  a、 时刻分片与功耗

  时刻分片技能选用突发式传送数据,与传统数据流事务比较具有更高的瞬时速率。为了抵达节约功耗的要求,突发带宽一般为固定带宽的10倍左右。例如一个稳定速率为350kbit/s的事务流,它意味着要求一个4Mbit/s左右的突发带宽。突发带宽在固定带宽两倍的情况下功耗就可以节约50%,因而假如带宽为10倍,可以节约90%。

  b、时刻分片与PSI/SI
  
  DVB-H规范规则PSI/SI(节目特定信息Program Specific Information, PSI /事务信息Service Information, SI)信息不进行时刻分片处理,它们将被分配一个固定带宽进行传送,这首要是因为现在运用的PSI/SI信息并不支撑时刻分片传送,假如进行改动将难以和现在数据表兼容。PSI信息运用4个表来界说码流的结构:节目相关表(Program Association Table,PAT)、节目映射表(Program Map Table,PMT)、网络信息表(Network Information Table ,NIT)、条件拜访表(Conditional Access Table,CAT)。
  
  手持终端在DVB-H体系中需拜访SI中的NIT(Network Information Table,NIT网络信息表)、和中间代码INT表。NIT表的意图是供给有关物理网络的信息,其内容是固定的,当手持终端加入到一个新网络中时首先要接纳该表,确认网络参数。当在不同的传输流之间切换时,手持终端需读取INT表,除非今后INT表发生了改变,则终端将不再接纳INT表,INT表改变信息在PSI的PMT (Program Map Table,PMT节目映射表)表中进行标识。PMT表指出了组成节目事务(Service)的各个码流的PID号,并对各路码流进行描绘
  
  因为DVB规范规则PSI信息有必要每隔100ms重传一次,假如突发脉冲的事务传送时刻比100ms时刻长,则手持终端能在接纳事务的一起拜访一切PSI信息;假如事务传送时刻小于100ms,手持终端需在事务接纳结束后继续坚持一段作业时刻,以保证完结所恳求PSI表的接纳。

  c、时刻分片与事务交流
  
  选用时刻分片技能使手持终端能在事务传送的闲暇周期对相邻的蜂窝进行监督,扫描其他的频率信号、测验信号的强度,但并不中止本事务的接纳。当用户进入新的网络时,依据监督结果在闲暇周期切换到具有相同事务的不同传输流上,以完结较好的无缝隙事务交流。假如在前端对事务同步准确编列,可以使相同事务及时出现在相邻峰窝的不一起隙上,而用户不会发觉这种改变。
  
  d、时刻片和条件接纳
  
  DVB-H可选用两种方法完结条件接纳,一种是依据IP的条件接纳体系(IP-CAS ,IP数据播送加密)。一切的CAS(条件接纳体系)相关信息都在IP数据中,并可以支撑时刻分片技能,保证节约功耗。但DVB-H规范不须支撑CAS和接纳机间的双向传送,IP-CAS的只须支撑播送环境。

  另一种方法是选用DVB通用加扰算法的条件承受体系(DVB-CAS,电视加密体系),此刻在DVB-H体系通中传送CAS信息将面对一些问题。因为DVB-CAS运用电子搅扰ECM(Electronic Counter Measure)传送解扰密钥,因而ECM不能进行时刻分片,别的DVB-CAS还运用办理信息EMM (EMM-Entitlement Management Message),用于传送授权办理信息,因为EMM的时刻距离是随机的,终端有必要一向作业以保证不会丢掉EMM,而且直接运用DVB-CAS将影响网络周游事务。
  
  为保证解扰作业的进行,接纳机有必要完结ECM接纳,体系经过ECM重复率描绘符标识ECM最小重复周期。假如手持终端在开端接纳事务数据前至少完结了一个ECM最小周期接纳,则至少能收到一个ECM,然后获取解扰密钥。一般解扰密钥的有用时刻为10s,为此接纳机有必要保证在事务数据抵达前10s完结解扰密钥接纳。
  
  EMM将选用时刻片方法传送。首先将EMM封装为IP数据报方法,封装后EMM-IP 数据的时刻分片方法与其他的IP数据相同,并选用MPE-FEC以削减量据丢掉。从接纳终端的视点来看,载有EMM的IP数据是一个附加事务,它是有必要被接纳的,恢复出的EMM-IP数据将被传送到DVB-CAS特定的模块对EMM信息处理。
  
  经过上述方法处理后,DVB-CAS不会对用户周游形成任何影响。
 
  ②MPE-FEC
  
  DVB-H规范在数据链路层为IP数据报添加了RS(Reed-Solomon)纠错编码,作为MPE的前向纠错编码,校验信息将在指定的FEC段中传送,咱们称之为MPE-FEC。MPE-FEC的方针是进步移动信道中的C/N、多普勒功用以及抗脉冲搅扰才能。
  
  试验证明即便在十分糟糕的接纳环境中,恰当的运用MPE-FEC仍可以准确无误恢复出IP数据。MPE-FEC的数据开支分配十分灵敏,在其它传输参数不变的情况下,假如校验开支进步到25%,则MPE-FEC可以使手持终端抵达和运用天线分集接纳时相同的C/N。实际上,咱们可以经过选定一个高装备的传输参数进步传输码率来补偿MPE-FEC的开支,而它将供给比DVB-T(没有MPE-FEC)好得多的功用,例如在高速、单一天线的情况下,选用MPE-FEC的手持终端可以在DVB-T环境下接纳8K/16-QAM乃至是8K/64-QAM信号,此外MPE-FEC供给十分好的抗脉冲搅扰才能。 
 
  ③4k方法和深度符号交错
  
  DVB-H规范在DVB-T原有的2K(2048)和8K(8192)方法下添加了4K(4096)方法,经过和谐移动接纳功用和单频网规划进一步进步网络规划的灵敏性。一起,为进一步进步移动时2K和4K方法的抗脉冲干功用,DVB-H规范特别引入了深度符号交错(in-depth interleaving)技能。
  
  在DVB-T体系中,2K方法比8K方法供给更好的移动接纳功用,可是2K方法的符号周期和维护距离十分短,使得2K方法只是适用于小型单频网。新添加的4K方法符号具有较长的周期和维护距离,可以制作中型单频网,网络规划者可以更好地进行网络优化,进步频谱功率,尽管这种优化不如8K方法的功率高,可是4K方法比8K方法的符号周期短,可以更频频的进行信道估量,供给一个比8K更好的移动功用。总归,4K方法的功用介于2K和8K之间,为掩盖规划、频谱功率和移动接纳功用的权衡供给了一个额定的选项。
  
  DVB-H中3种方法关于单频网峰窝规划和移动接纳功用的特色可总结如下:
 
  a、8K方法适用于单个发射机和大、中、小型单频网,它的多普勒功用答应进行高速的移动接纳。
  b、4K方法适用于单个放射机和中、小型单频网,它的多普勒功用答应进行更高速的移动接纳。
  c、2K方法适用于单个放射机和小型单频网,它的多普勒功用答应进行超高速的移动接纳。
  
  在脉冲噪声搅扰条件下,因为8K方法的符号周期较长,噪声功率被均匀分配到8192个子载波上,因而比2K和4K具有更好的抗搅扰功用。DVB-H规范为战胜这一缺陷,运用8K符号的交错器对2K和4K进行深度符号交错,使二者可以具有挨近8K方法的抗脉冲搅扰功用。
  
  ④DVB-H的传输参数信令TPS
  
  DVB-H的TPS可以为体系供给一个鲁棒、易拜访的信令机制,能使接纳机更快地发现DVB-H事务。TPS是一个具有杰出鲁棒性的信号,即便在低C/N的条件下,解调器仍能快速将其确定。DVB-H体系运用两个新TPS比特标识时刻片和可选的MPE-FEC是否存在,别的用DVB-T中已存在的一些同享比特表明4K方法、符号交错深度和峰窝标识。

  DVB-H规范适用于移动通讯和多媒体事务,为电视播送做准备,因而视频紧缩技能至关重要。传统的视频紧缩规范如MPEG-2明显不能满意DVB-H的要求,为此针对DVB-H考察了多种视频紧缩格局,其间最为令人瞩意图是。

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