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手机电视中DVB_H和T_DMB关键技术比较

jackyhwei 发布于 2011-12-07 10:03 点击:次 
手机电视业务是一种全新的业务,它改变了人们固定在某个位置看电视的传统方式,可以随时随地观看精彩的电视内容,随着技术的成熟和商业化的推进,相信手机电视在不久的将来就会像手机一样变成一种普遍服务。
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手机电视,简单讲就是在手机上看电视,专业的说法是指用户在具有操作系统和视频功能的智能移动终端上以频道或信道的形式接收数字音视频内容(例如电视等)的业务,它是移动通信和电视广播技术融合的产物。

随着技术和业务的发展,手机电视正逐渐被广大用户理解和接受。除了日韩早已商用的基于S-DMB技术的手机电视外,2006年的德国足球世界杯更加速了手机电视的商业化进程。在此期间,意大利电信运营商推出了基于DVB-H的手机电视,东道主德国正式商用了基于T-DMB的手机电视。S-DMB是基于卫星的广播技术,DVB-H和T-DMB都是基于地面的广播技术,也是目前进行测试或者试点最多的两种手机电视技术,下面就对这两种技术进行一下比较分析。

1 DVB-H和T-DMB的标准化进程及业务开展情况

1.1 DVB-H

DVB系列标准最早由DVB项目组在20世纪90年代初提出,其地面广播版本DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 是在90年代中期开发的,并于1997年2月获得欧洲电信标准委员会(ETSI,European Telecommunications Standards Institute)的认可,成为欧洲地面数字电视广播标准。

图1 DVB-H协议栈

目前,除意大利已经正式商用DVB-H手机电视业务外,芬兰、英国、德国、西班牙、法国、瑞士、美国、澳大利亚、中国台湾、荷兰、意大利、瑞典、捷 克、葡萄牙、丹麦、奥地利、南非、马来西亚、巴西等地已经开始了基于DVB-H的手机电视业务测试,其中芬兰的手机电视业务已进入商业试运营阶段。

1.2 T-DMB

T-DMB(Terrestrial-Digital Multimedia Broadcast)由数字音频广播标准Eureka-147 Digital Audio Broadcast(DAB)演进而来,并在DAB的基础上增加了适应视频业务广播的、新的音视频编码方案并附加了外层信道保护机制(如图2所示),是一个专门为广播电视和移动视频设计的多媒体应用标准。由于T-DMB以DAB的基础,可以与现存的DAB业务平行发展,也可以与已有的DAB基础设施方便地集成。

图2 T-DMB帧结构图

1997年,韩国开始关注DAB标准,2000年成立了DAB工作组,2003年10月发布了移动、便携式和固定接收机的米波DMB标准,2004 年8月发布了移动、便携式和固定接收机米波DMB视频业务规范,2005年5月欧洲电信标准协会(ESTI)接受了韩国提出的上述两个标准,与此同时韩国 还将这两个标准提交到ITU,并开始商用T-DMB手机电视业务。

目前除了韩国和德国正式商用了T-DMB手机电视业务外,西班牙、法国、挪威、意大利、荷兰、英国、中国等国家已经完成或正在开展DMB测试和试点。

2 关键技术比较

从前面的介绍可以看出,DVB-H 和T-DMB都有商用案例,它们都由一种数字广播标准演进而来,都针对移动多媒体广播的特性进行了改进,都可以与基于原有技术的网络基础设施共同组网或单独组网。尽管二者有很多共同之处,但毕竟是两种不同的技术,自然存在很多差别。

2.1 系统结构

2.1.1 DVB-H

系统前端由DVB-H IP封装机和DVB-H调制器构成,DVB-H调制器实际上就是一个DVB-T调制器,只是在其中增加了DVB-H特有的部分,如4k模式、DVB-H TPS。DVB-H封装机负责将IP数据封装成MPEG-2系统传输流,通过复用器形成TS流输入DVB-H调制器,DVB-H调制器负责信道编码和调制。

系统终端由DVB-H解调器和DVB-H终端构成,DVB-H解调器负责信道解调、解码,DVB-H IP解封机负责把IP数据包从解码后的TS流中拆分出来,DVB-H终端负责相关业务显示、处理。

图3 DVB-H 系统架构

DVB-H能够提供视频、音频和数据3类业务,在一个8Mbit/s带宽内可提供高达12Mbit/s的传输速度,如果一个频道占用200~300kbit/s,则可传送多于40~50个广播质量的电视频道。

2.1.2 T-DMB

T-DMB系统也是由发射机和接收机组成,系统结构图如图4所示。

图4 T-DMB系统架构

T-DMB提供3种业务:视频业务、音频业务和数据业务。

(1)视频业务的视频编码部分采用H.264,音频编码部分采用MPEG-4比特切片算术编码(BSAC),与视频内容有关的交互场景描述二进制格式(BIFS),多路复用采用MPEG-4 SL和MPEG-2 TS的组合,并有针对性地增加了RS编码和卷积交织作为附加信道保护措施,以流模式传输;

(2)音频业务采用DAB标准引用的MUSICAM编码,以音频帧流模式传输;

(3)数据业务一般采用数据包模式传输。

如果采用384kbit/s的视频码率,在每1路1.536MHz信道带宽内可以传输两路视频节目;如果采用更高的512kbit/s的视频码率,则可以传输1路视频节目和3路音频节目(64kbit/s,CD音质)以及1路数据业务。

2.2 时间分片

(1)DVB-H引入了时间分片,耗电量只占原来的10%左右。DVB-H的接收终端只需要在指定的时间段内接收信号,其它时间关闭(如图3所 示),而不必像DVB-T的终端那样一直处于接收状态。具体实现上,DVB-H发送数据时采用突发的方式,即一种业务在一个几毫秒到几秒的时隙内,单独占 用系统的全部带宽来传送数据,后面接着再传送下一种业务。由于每一个时隙的持续时间都很短,接收端大部分时间可处于睡眠(sleep)或关闭(off)状 态,这样可以降低接收端的耗电量,最大可节省90%的功率消耗;

图5 DVB-H 中的时间分片

(2)T-DMB在发送数据时也采用了突发的方式,区别于DVB-H,DAB中一个时隙持续24 ms。

从上面的分析可以看出,DVB-H的时隙依据每个业务需要传送的时间确定,相对于T-DMB的固定时隙来讲,DVB-H更省电。

2.3 差错保护

DVB-H主要采用了3种方式:分别是卷积码、RS FEC和MPE-FEC;T-DMB同样也主要采用了3种方式:卷积码、RS FEC和UEP。由于前两种方式原理一致,下面只分析MPE-FEC和UEP。

(1)多协议封装-前向纠错(MPE-FEC,Multi-Protocol Encapsulation-Forward Error Correction)技术是将IP数据包依次写入记忆装置中,对每一“列”个别执行RS编码,再以“行”为顺序,依次输出IP数据包位元组,并封装成 MPE段,而RS位元组则被封装成FEC段,彼此形成字元(codeword),再将字元的各个位元组在时间轴上分散传输,实现虚拟时间交织。也就是 说,DVB-H并没有真正实现时间交织,因为它源于DVB-T,而DVB-T没有针对高速移动环境下的接收提供时间交织的解决方案;

图6 DVB-H 中的MPE-FEC 技术

(2)不等差错保护(UEP,Unequal Error Protection)是指在解码过程中高比特位比低比特位受到的保护较多。

T-DMB 支持UEP,就是说在解码过程中根据比特位的重要性进行保护。对于移动环境下可持终端的接收来讲,这是一个很重要的特性,因为移动环境下不可避免会遇到恶劣的接收条件。有了UEP,就可以根据业务的QoS确定不同的错误保护等级,对产生错误的字节进行优化,达到纠错的目的。

DVB-H 没有提供UEP,就是说当发生错误时,DVB-H对所有的比特位都采用相同的保护机制,不会因为某些比特位重要(如控制信息位)而进行区别对待。如果不重要的比特位发生错误可能不会影响用户收看,但是如果同步信息位发生了错误,就会影响用户的接收。

从上面的分析中可以看到,尽管DVB-H使用了MPE-FEC技术,但是FEC只对单个时隙的错误进行纠正。而在移动环境中,出现单个“数据突发” 错误的几率较小,通常以多个连续数据突发错误出现。如果多个时隙受到干扰,那么受影响的就不止是一个业务,也会波及接下来的业务传输。另外T-DMB在视 频传输码流中加入的RS编码的同时,也加入了循环字节交织作为信道外编码和外交织,形成级联信道编码结构,重点解决突发误码问题。因此从这个意义上说,理 论上T-DMB 的抗干扰性能更强。

2.4 FFT

(1)DVB-H 采用正交频分多路复用(OFDM) 调制方法,并引入了4k模式。DVB-H标准包含3种OFDM模式:2k、4k和8k,这些数字代表OFDM的载波数。2k和8k模式在DVB-T中常 见,其中8k模式可提供较大的覆盖范围,但其对移动性的支持较差,而2k模式的特征则刚好相反。4k模式对于DVB-H来说是一种折衷的新模式,和8k模 式相比,4k模式对移动性的支持加倍;和2k模式相比,4k模式所支持的单频网覆盖范围加倍。另外,新增的深度交织使得在4k和2k模式中可以使用8k交 织器,提高抗脉冲干扰的能力;

(2)T-DMB 采用的也是OFDM调制方法,沿用了DAB的4种模式:0.25k、0.5k、1k、和2k。

从FFT的模式可以看出,T-DMB比DVB-H更适合移动环境下的多媒体广播。

2.5 其它参数比较(如表1所示)

技术参数
DVB-H
T-DMB
信道带宽(MHz)
5、6、7、8
1.536
工作频段
470~862MHz
174~248MHz
调制方式
QPSK、16QAM、64QAM
DQPSK
协议栈
IP
Raw MPEG-4
频道切换时间(s)
1~2
1.5
帧速率(帧/s)
15
30
理论速率
12Mbit/s@8MHz带宽
2.432Mbit/s@1.536MHz带宽

3 总结

从前面的比较可以看出,DVB-H和T-DMB各具优势,需要注意的是前面的分析都是理论分析,不能完全作为运营商在方案选择时的技术依据,实际的性能会受当地自然条件的约束。目前除了DVB-H和T-DMB外,手机电视技术还有韩国的S-DMB、欧洲的S-DMB、高通的Media-FLO、日本的ISDB-T、我国的DMB-T、3GPP的MBMS等, 虽然这些技术都已进入测试或试点阶段,但运营商最终选择哪种技术还要考虑国家政策、频率资源、知识产权、用户需求、产品成熟度等多个因素。不过从目前的应 用案例来看,未来的组网架构会是一个融合的网络,即广播网络下行+移动网络上行,以满足用户要求数据高速下行和参与互动业务的需求。

手机电视业务是一种全新的业务,它改变了人们固定在某个位置看电视的传统方式,可以随时随地观看精彩的电视内容,随着技术的成熟和商业化的推进,相信手机电视在不久的将来就会像手机一样变成一种普遍服务。

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(王雅辉 马华兴 姚硕)
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本文出处:电子工程技术与标准化  作者:王雅辉 马华兴 姚硕 原文
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