手机电视技术分析及实现研究

手机电视技术分析及实现研究2007-09-24梁鹏李乐前言现在用户已经越来越不满足手机所提供的文字、图片、声音和低质量的视频信息，希望能用手机收看各类电视节目。通常可采用无线流媒体方式和数字广播方式实现手机电视业务。相比流媒体技术，数字广播方式的手机电视不仅可以给用户提供一个广播质量的电视频道收视体验，而且在网络建设和运营成本上有很大的优势，因而引起了电信运营商和广播电视从业者的广泛关注。1、广播电视技术1.1广播电视技术的优势目前电信运营商提供的手机电视业务是基于VOD技术来实现的，这是一种实时流媒体技术。这项技术在手机电视的商业推广上有着难以逾越的问题。与VOD技术比较，数字多媒体广播（DMB）技术具有下列优势。1.1.1不占用无线通信资源流媒体的视频信息量非常巨大，需占用无线资源和带宽。DMB技术使用地面广播通道来实现节目的下发，这样就不再占用无线通信通道，从而节约了大量的无线通信资源。1.1.2使用成本较低因为DMB是一种纯接收的视频技术，用户在观看节目的时候并没有占用任何资源，用户只需要为所观看的节目付费，而不必为流量等无线资源付费。而基于连接的VOD业务，接收对视频信息时，需要占用话务通道，这样用户就需要为他的连接支付昂贵的流量费用，这也是为什么目前VOD业务发展不理想的根本原因。1.1.3视频效果佳因为DMB不存在资源利用率低的问题，使得DMB的视频带宽得到了保证，能够提供高质量的视频业务，在7英寸LCD显示屏上，达到了显示VCD画质的水平。1.2数字广播技术标准及发展当前各种手机电视的技术并存，应用较为成熟的有S-DMB、T-DMB、DVB-H和高通推出的Media-FLO技术。目前，国内广播科学院的STimi技术标准也日渐成熟。1.2.1S-DMB卫星数字多媒体广播系统（S-DMB）是一个卫星与移动网络相融合的系统。卫星提供广播信道，移动网络提供交互通道，完成业务导航、订购及激活。从技术实现看，S-DMB最大程度地重用了移动技术，如3GPPMBMS已有的网络架构和功能接口，增加了卫星相关的功能模块，同时对BM-SC和UE有少量的功能增加。S-DMB工作在IMT2000下行卫星频段（2170~2200MHz），从全球的频谱划分来看，绝大多数地区和国家的卫星频段都是可用的，这也为全球漫游提供了基础。S-DMB利用了3GPP定义的UTRAWCDMAFDD空口技术，也利用了3GPPR6MBMS的业务特征，S-DMB的架构是在ETSI里进行定义的。一个卫星最多支持6个波束，覆盖直径达到700~1000km。全域性的覆盖特性是移动通信系统具有高投资回报率的重要保证。高功率的地球同步轨道静止卫星能够覆盖大部分地区，在密集城区增加一定的地面直放站可以保证卫星在城区具有良好的覆盖。当需要同时考虑运营成本和大覆盖（室内和室外）因素时，卫星和地面直放站的混合覆盖应该是非常适合进行全国范围覆盖的方案。这种渐进式的投资方式同时也降低了系统运营风险，对终端的架构和成本影响较小。只需要对现有3GPP标准的3G终端进行较少的修改，增加S-DMB接收功能，便可支持S-DMB业务，大大降低了由于手机补贴带来的投资风险。S-DMB系统结构图如图1所示。图1S－DMB系统结构韩国最大的电信运营商SK电讯在2003年底成立了TUMedia公司，专门负责S-DMB的项目。TUMedia与日本MBCO公司于2004年3月合作发射了DMB卫星，专为日本和韩国地区的手持设备和车载设备进行广播服务。韩国的手机电视服务能够提供11个视频频道、25个音频频道、3个数据频道，其中包括新闻、电影、体育等专业频道，收费采用包月制，每月的费用大约为11~13美元。TUMedia公司到2006年已拥有220万用户，希望到2008年用户数可以达到60万。1.2.2T-DMBT-DMB派生自欧洲的DAB技术，DAB是ETSI的标准，T-DMB修改后用于提供音频和视频服务（韩国），采用的调制和编码主要是OFDM、卷积码、Reed-Solomon码等。T-DMB系统结构如图2所示。图2T－DMB系统结构韩国的T-DMB于2005年7月在首都圈开始提供商用服务，全国性服务也已在调整地方频率资源后的2006年底推出。在终端方面，2004年底，三星和LG分别推出了一款支持T-DMB的手机。2005年下半年，三星推出了2款支持T-DMB的手机。目前韩国的T-DMB业务选定3家无线广播运营商、3家非无线广播运营商。每个运营商有1个视频、3个音频、1个数据信道。无线广播运营商以电视剧、新闻等原有节目为主；非无线广播运营商以求职信息、新闻等个性化的节目为主。在节目的播出方式上，是通过广播发射塔将广播中心传送过来的信号发送到终端，信号差的阴影地区通过GapFiller转送。KBC、MBC、SBS3家公司分别拥有广播发射塔，非无线运营商计划借用无线运营商的发射塔。1.2.3DVB－H数字视频广播－手持式接收（DVB－H）系列标准最早由DVB项目组在20世纪90年代初提出。DVB-H通过时间分片来降低接收设备的功率消耗，通过增加小区标识来支持信号的快速扫描和频率切换，并提高了移动环境中接收信号的强度，能实现对室内、室外、步行和移动等多种环境的支持。该标准是DVB-T的扩展应用。与DVB-T相比，DVB-H终端具有功耗更低、移动接收和抗干扰性能更强的特点，因此该标准适于用电池供电的手持设备，如移动电话、PDA等，通过地面数字电视广播网络接收信号。也可以说，DVB-H就是依托目前DVB-T传输系统，通过增加一定的附加功能和技术改进使手机等便携设备能够稳定地接收广播电视信号的一种技术。DVB-H标准已在2004年经ETSI批准成为欧洲的移动电视标准。目前在全球20多个地方已经建立DVB-H网络，并已开展商业运营测试。由于DVB－H可以最大限度地利用已有的数字地面网络的复用器、调制器、发射机等，所以DVB－H的部署只需额外增加IP打包机（IPE）、业务系统（主要用于产生SI/PSI、ESG和授权密钥OMADRMRO等）、电子业务系统（主要用于授权密钥的分发）等系统设备，另外，为了达到信号的室内覆盖，在信号覆盖不好的地区需要增加补点器/转发器等设施。同时，移动网络也需要提供业务平台来完成计费、账单处理、客户服务、客户管理等功能。DVB-H系统结构如图3所示。图3DVB－H系统结构在欧洲，芬兰、英国、德国、法国、瑞士、荷兰、西班牙等国家正式进行了DVB-H手机电视运营测试，其他一些国家如意大利，瑞典等正在进行相关测试的准备工作。在北美洲，美国的运营商也正在进行DVB-H手机电视运营测试。另外，在大洋洲，澳大利亚也宣布将进行DVB-H的手机电视运营测试。1.2.4Media-FLOMedia-FLO系统由4个子系统组成，即网络运营中心（由一个国家级运营中心和一个或多个本地运营中心组成）、FLO发射机、3G网络和支持FLO的终端。Media-FLO系统结构如图4所示。网络运营中心由FLO网络中心设备组成，包括国家运营中心和一个或多个本地运营中心。NOC可包括网络计费、分发以及内容管理等基础设备。NOC负责管理各类网络元素，同时又是全国性和本地内容提供商向移动终端发送广域内容和节目指南信息的接入点。它还负责管理用户业务订购、提供接入和加密密钥、以及向运营商提供计费信息。网络运营中心可包括一个或多个LOC，以作为本地内容提供商向相关市场区域中的移动终端发送地方性内容的接入点。a）FLO发射机。每个发射机通过发射FLO波形向移动终端发送内容。b）3G网络。3G网络属于（一个或多个）无线运营商，它支持互动业务，允许移动终端与NOC通信，从而方便了业务订购和接入密钥分发。c）支持FLO的终端。支持FLO的终端可以接收包含所订购的内容业务和节目指南信息的FLO波形。支持FLO的终端以手机为主，这种手机既可以通电话，又具有地址簿、互联网端口、游戏机等多种功能。1.2.5STimi标准2006年4月27日，广电总局下发了《关于规范移动数字多媒体广播技术试验的通知》，特别强调要加强移动多媒体广播技术管理，必须统一技术标准、支持全国漫游、方便用户接收。强调要按照自主创新的原则，制定数字多媒技术标准。2006年5月30日，下达标准起草任务书，依据已有的TiMi成果，起草中国手机电视基础标准《移动数字多媒体广播系统——广播信道编码、调制和帧结构标准研究》，2006年底前形成标准草案。STimi技术采用卫星—地面交互多媒体（业务）系统，通过“卫星移动多媒体广播系统+地面补点网络”建立覆盖全国的移动多媒体广播网络，以及可供发展区域性频道的补充网络。STiMi主网络采用卫星广播实现全国覆盖，它是针对我国幅员辽阔、传播环境复杂、区域发展不平衡的国情而设计的卫星与地面覆盖相结合的移动多媒体广播信道传输技术。STiMi补充网络采用地面广播方式，采用大塔单频网广播，实现地区覆盖，提供区域性业务。利用大功率S波段卫星信号覆盖全国范围，同时利用地面增补转发器同频同时同内容转发卫星信号补点，覆盖卫星信号盲区，利用无线移动通信网络构建回传通道，统一标准、全程全网，形成卫星大面积覆盖为主、地面增补网络为辅，无缝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，25MHz带宽，支持25套电视节目，30套广播节目及数据业务。采用广播式、双向式、预付费式相结合的授权方式，分级式用户管理和计费体系。它具有完全自主知识产权（17项发明专利），专利结构涵盖了移动多媒体广播信道编码、调制、帧结构，涉及到STiMi传输系统、OFDM、LDPC、离散导频处理、连续导频处理、信道估计、信道均衡、保护间隔、随机序列、频偏跟踪、数据流分配、无线信号覆盖技术、扩频信标等各个方面。2003年初，开始STiMi核心技术开发；2003～2005年，通过仿真、样机及核心技术的芯片验证；2006年4月,STiMi卫星和地面试验系统样机；2006年6月,试验系统开通；2006年底，提供手持终端STiMi芯片样片。图5和图6分别示出的是STiMi系统结构和STiMi系统组成图。图5STimi系统结构图6STimi业务子系统结构2、存在的问题当前存在的主要问题是标准问题、商业模式的确定和价值链的培育。2.1标准问题标准问题涉及到国家政策许可和标准的选择，现在国际上除了韩国、日本和芬兰这些已经确立了最终标准的国家，大多数国家的运营商都必须面临这一复杂的抉择。未来我国移动多媒体国标的出台是必然的，也是不可阻挡的。在这个前提下，欧洲DVB-H、日韩T-DMB和北美Media-FLO除了部分市场圈地行为外，显然不足以对我国移动多媒体国家标准的政策出台构成任何影响，因此，对运营商来说，未来要考虑的是何种制式的国家标准，也就必然要对上述的几大阵营进行重新划分。从自主知识产权的角度出发，国标体系同样可以划分为三大阵营：以华为CMB为代表的3G蜂窝网络技术架构，以新岸线的T-MMB、广电总局规划院的T-TIMI为代表的DAB技术架构，以清华、上海交大为代表的DMB-TH的地面电视架构。广电总局要融合3种标准之长，创造自主知识产权的标准。标准的确定是很重要的一步，与之相关的系统厂商和终端提供商才能供应设备，降低使用成本，为用户提供服务。2.2商业模式手机电视具有广阔的市场前景，未来的需求也是巨大的，移动产业和广播产业的融合是未来手机电视的发展趋势。目前，广电系统主导的DAB标准的手机电视正在北京地区试推，为扩大用户量，形成规模效应和一定的消费市场，所有播出的电视、广播节目均暂时免费向用户提供。由于DAB多媒体数字广播业务利用广播电视塔直接向手机发射电视、广播频道信号，其技术上的先天局限性，不通过运营商不太可能实现收费点播业务。用户如果要实现互动点播等视频业务，就必须通过电信的传输通道，DAB标准的手机电视其发展绕不开移动运营商。广电系统已经意识到未来与电信系统既竞争又合作的关系。移动运营商将移动网络与广电网络融合，将手机电视业务完整包装后呈现给用户。通过移动网络交互信息，用户直接从移动运营商处订购手