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手机电视技术与标准发展探讨
 
( 2008/5/8 16:53 )
本文关键字: 移动通信(5), 3G(6), 手机电视(28), 移动视频(1), 电信网(1), 智能手机(1), 手机(11), 互联网(1), 网络(35), 3GPP(3), MBMS(9), 多媒体(12), 3GPP2(2), 流媒体(2), DMB(20), 数字电视(10), CMMB(4), 中国移动(2), OMA(1), 运营商(4), 接入网(1), UMTS(1), SGSN(1), GPRS(1), 基站(3), CDMA2000(1), EV-DO(4), OFDM(4), IP(3), 诺基亚(1), 爱立信(1), 西门子(1), 电信(3), 视频点播(2), SNMP(1), 高通(5), MediaFLO(4), 频谱利用率(1), MPEG(3), GPS(1), 移动电视(1), 漫游(2), 直放站(1), 融合(1), H.264(1), 电池(2)

1、引言

随着移动通信技术的发展以及3G的临近,手机电视业务吸引了越来越多的人的注意。手机电视属于移动视频的范畴,主要是通过移动电信网络实现的,在点对点或点对多点情况下传送语音、图像、数据文件的实时性交互业务。而手机电视业务,就是利用具有操作系统和视频功能的智能手机观看电视节目的业务。

目前国内高端手机用户已达8 000万,手机电视业务对于这部分人群是很具吸引力的。随着3G商用化时代的到来,手机电视业务也逐渐出现了新的发展机遇。2006年国内使用手机电视的用户数量已有90万,预计2007年将达到410万。而受奥运会的积极推动,预计2008年的用户数量将达到1200万。与此相应,2008年的手机电视市场规模将达到23亿元,并在2010年突破59亿元。另一方面,截至2007年4月,中国手机用户已经超过4.7亿,并且仍以每月600万以上的速度递增。手机电视还可能被应用到MP3、MP4、PDA等产品上,因此其潜在用户数量十分庞大,有望成为继报纸、广播、电视、互联网之后的“第五媒体”。

2、手机电视的实现方式

手机电视的实现方式主要可分为4种。第一种是基于移动网络的方式,包括3GPP MBMS(Multimedia Broadcast/Multicast Service,多媒体广播/多播服务)技术、3GPP2 BCMCS(Broadcast and Multicast Service,广播和多播业务)技术和流媒体技术。第二种是基于地面广播的方式,包括欧洲的DVB-H(Digital Video Broadcasting Handheld,手持数字视频广播)技术、韩国的T-DMB(Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting,地面数字多媒体广播)技术、美国Qualcomm推出的Media FLO(Forward Link Only,单向传送)技术,中国国内的标准有清华大学的DMB-T(Terrestrial Digital Multimedia/TV Broadcasting,地面数字多媒体/电视广播)技术、上海交通大学的ADTB-T(Advanced Digital Television for Broadcast Terrestrial,先进数字电视地面广播)技术和国家广电总局的CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting,中国移动多媒体广播)技术等。第三种则是基于卫星传播的方式,包括韩国和日本的S-DMB(Satellite Digital Multimedia Broadcasting,卫星数字多媒体广播)以及欧洲的S-DMB技术。此外,还有一种很重要的技术是与承载网络无关的OMA BCAST(Open Mobile Alliance Mobile Broadcast Services)标准。

2.1 基于移动网络的实现方式

这一方式是采用移动流媒体的方式实现的。它继承了移动网的诸多能力,可以实现用户的业务鉴权以及用户管理、计费、业务的个性化定制和点播、互动应用等功能。目前运营商已经推出了此类相关业务,其主要面临要占用系统的核心频率,从而导致移动网络带宽受限、播放效果不够稳定、并发用户数有限以及收费较高等问题。

基于移动网络的手机电视技术具有广泛的应用基础。但是,由于目前移动通信网络带宽有限,所以这种手机的电视接收效果很不理想,播放速率只有15帧。因此,这种方式要推广开来,还必须等到3G网络的应用普及。这种方式的主要标准技术有2种。

(1)MBMS

MBMS是3GPP R6中定义的多媒体广播/多播功能,指一个数据源向多个用户发送数据的点到多点业务,实现网络资源共享,包括移动核心网和接入网资源共享,尤其是空中接口资源。不仅能实现纯文本低速率的消息类多播和广播,而且能实现高速率的多媒体业务多播和广播。为了支持MBMS业务,原UMTS结构中增加了新的实体BM-SC。BM-SC实现对业务的提供和控制,在多播业务时实现对移动终端的接入控制和计费。另外,GGSN、SGSN、UTRAN、UE也增加了新的功能。

这个方案具有不影响接收机结构的明显优势。然而,它面临着为不确定的商业模型使用昂贵频率资源的缺点,而且与GPRS网络不兼容。MBMS解决方案影响核心基站的网络结构,导致潜在的复杂交换和服务质量问题。

(2)BCMCS

BCMCS是在3GPP2中定义的基于cdma2000 EV-DO网络的多播功能。其多播业务分为黄金多播和白金多播。

黄金多播基于EV-DO release 0,具有如下特点:在每个单载波扇区最大容量为409.6 kbit/s;在相同的1.25 MHz载波中,动态分配单播和多播服务;只有前向链路;适应在任何环境下操作。其标准已经制定完毕。白金多播基于EV-DO release A,具有如下特点:在每个单载波扇区最大容量为1.2 Mbit/s;OFDM技术结合EV-DO时分前向链路;只有前向链路;适应在任何环境下操作。其空中接口技术规范已经基本完成。

2.2 基于数字广播网的实现方式

这一方式通过广播电视网络直接接收数字电视信号,使用的频率一般为广播电视频段,需要在手机终端上安装数字电视接收模块。此方式的优点是音视频流的传输与无线网络的带宽无关,不仅可以为用户提供一个广播质量的电视频道收视体验,而且在网络建设成本和运营成本上有巨大的优势。缺点是由于传统的广播电视网络通常都没有上行链路,因此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。这种方式的主要标准技术介绍如下。

(1)欧洲DVB-H

DVB-H是欧洲目前主推的手机电视标准,是1997年发布的数字电视地面广播标准DVB-T的升级版。由于标准的继承性,对于采用DVB-T标准的国家(主要集中在欧洲)来说,推广DVB-H的成本相对就会比较低。在DVB-H标准下,通过将DVB-H资料传输技术与广泛应用的IP相结合,任何数码内容都可封装成IP数据包进行传送,用户与内容供应商之间更容易互动交流。通过DVB-H技术,所有电视频道或特定事件直播频道的节目,都能以现场直播的形式提供给手机用户,而不需考虑接收用户的数量。对于用户而言,通过手机收看电视频道提供的节目就跟通过传统的电视机一样。该标准的主要推动者是诺基亚公司,爱立信西门子等传统的电信设备商也对该标准表现出了很大的兴趣。

DVB-H标准的应用层技术主要通过IPDC(IP Datacast)解决方案来实现。利用数字地面网络进行手机电视内容的下行传输,与用户的互动信息以及视频点播、下载、网页浏览等业务通过现有的移动网络或未来的3G网络来实现。IPDC解决方案提供标准的SNMP网管接口,可以和运营商现有的网管系统实现互联。

(2)韩国T-DMB

T-DMB是在欧洲数字音频广播(DAB)系统的基础上发展起来的。韩国目前提供的手机电视业务主要是基于该标准的。因为该标准采用的是地面广播系统,所以T-DMB的组网相对比较灵活,可以满足运营商逐步投入的投资需求。

T-DMB采用的关键技术有OFDM、频率/时间交织、卷积编码、里德-所罗门(Reed-Solomon)编码、卷积交织和单频网络(SFN)等。

(3)高通MediaFLO

高通公司在2005年宣布推出MediaFLO,并公开了高达8亿美元的投资计划。该计划的内容包含建设一个覆盖全美的网络,并与CNN、NBC这类美国著名的节目提供公司进行合作等。

MediaFLO网络以单一前向链路广播的方式向用户提供实时视频、音频及其他内容。FLO技术摆脱了传统地面或卫星传输格式的束缚,为移动用户量身定做,实现了以最小的功耗提供更好的移动性和更高的频谱利用率。一个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。建成后的网络每秒可以传送30帧的QVGA视频和AC-3立体声音频,所传送内容的质量远远超越目前移动多媒体传送内容的质量。高通公司认为此标准的最大优势在于标准基于现有的移动通信网络,实施起来“最经济”。但是,由于高通公司的标准缺乏可作为模板的成熟商用网络,再加上高通公司一贯坚持的专利策略,因此MediaFLO在市场上仍然具有很大障碍。

(4)日本ISDB-T

ISDB-T系统是日本无线电工商业协会(ARIB)于20世纪90年代末开发的,是日本的地面广播数字电视标准。其技术特色是强调了面向未来的多业务承载能力,将系统定位于满足各种传输需求的新型多媒体综合业务平台。

ISDB-T系统采用的地面传输制式不限于传输数字电视业务,也可以传输独立的语音和数据广播业务,这些业务可以单独存在或任意地组合,构成在带宽6 MHz内的一路节目或多路节目。ISDB-T在信源编码中,图像信号采用MPEG-2的压缩标准进行压缩。对于SDTV,图像源格式应是720(704)×480像素数,取样频率为4:2:0模式。其语音信号的信源编码采用基于MPEG-4的AAC(高级AC)压缩方式。

为了满足不同服务要求,系统采用了频带分段传输(BST)OFDM的多载波方案。整个频带由13个相同的基本频率段组成,这些频率段可以根据不同业务的需要灵活地组合成多达3个业务层,在每一层中可以采用不同的内码码率、交织方案和调制星座类型。这样,不同的业务层可以用来支持不同的传输需求,实现了分级传输,大大节省了部署的开销,降低了部署的难度,同时能更有效地利用带宽。

(5)清华大学DMB-T

DMB-T方案采用了时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术,每个频道有效净荷的信息传输码率在8 MHz的带宽下可高达33 Mbit/s。它具有如下特点:支持同频网,可用低发射功率覆盖大范围;接收灵敏度高,有利于在汽车等移动状态下接收信号;采用了扩频技术,大大提高了时域信号同步性能;具有自主知识产权(目前已有19个专利);同步恢复快(小于5 ms),信道估计准确,抗干扰能力强,克服数字电视的悬崖效应,支持数据广播;与欧洲方式相比,灵敏度提高了10%左右,信噪比也可以降低到-20 dB,同时信号的传输效率也提高了10%。

(6)上海交大ADTB-T

ADTB-T首次实现了单载波OQAM调制系统高速移动接收高清晰度电视,采用4位、16位和32位QAM变调方式,并在其中融入了独特的平均化技术,使用8 MHz带宽,拥有5 Mbit/s、10 Mbit/s和20 Mbit/s三种传输模式。它具有如下特点:采用效率较高的Turbo Product Code(TPC)编码;利用最大能量合并的动态信道估计和均衡方法,可以抗强多径干扰,并支持高速移动接收;ADTB-T单载波单频组网方案实现了技术上的突破,可以完全不依赖于外部时钟信息(包括GPS及其替代物),实现大范围的单频网组建。

(7)国家广电总局CMMB

2006年10月,国家广电总局颁布了中国移动多媒体广播(CMMB)行业标准,确定采用我国自主研发的移动电视接收标准STiMi,该标准从2006年11月1日起实施。它是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、MP3/4、笔记本电脑等多种移动终端的系统,利用S波段卫星信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游,支持25套电视节目和30套广播节目。

CMMB规定了在广播业务频率范围内,广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制方式,该标准适用于30~3 000 MHz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,可以实现全国漫游。

2.3 基于卫星的实现方式

这种方式是将数字视频或音频信息通过DMB卫星进行广播的,由集成了接收卫星信号模块的移动电话或其他终端来实现移动接收,可以满足高速移动环境下接收广播电视节目的要求。这种方式与所要覆盖的范围关系密切。当范围较小时,效率较高而且经济。但当覆盖范围较大时则成本较高,例如在中国,仅靠一颗卫星覆盖全国范围的难度很大。由于卫星无法对室内形成覆盖,需要建设大量的地面直放站,导致成本增大。这种方式的主要标准技术介绍如下。

(1)欧洲S-DMB

欧洲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、定购及激活。从技术实现的角度看,S-DMB最大程度地重用了移动技术,利用3GPP MBMS已有的网络架构和功能接口,增加了与卫星相关的功能模块,同时对BM-SC和UE有少量的功能增加。因此,S-DMB可以看作是MBMS的扩展(也可以称为S-MBMS),它与MBMS同属于一个规范体系。

(2)韩日S-DMB方案

韩国与日本的S-DMB方案是通过卫星方式实现的DMB系统。S-DMB的前端技术主要来自DAB,图像编码方式采用H.264/MPEG-4 AVC标准,传输速率为32~512 kbit/s。韩国移动运营商SK电信从2005年5月1日起正式采用S-DMB提供手机电视服务。

3、手机电视面临的问题以及建议

手机电视是一种新兴的业务,在发展过程中可能会面临4个方面的问题。

(1)标准和技术的成熟度

目前业界还没有统一的标准,而标准的选取要考虑到技术实现以及专利费收取等问题。手机电视业务还需要解决一系列的技术问题,如网络传输速率低、电池寿命短、终端小型化等,同时还要与内容服务商协调发展。应该建立足够多的发射基站,从而提供足够大的网络来覆盖手机电视用户群体;发展可内置于手机的低功耗微型数字电视接收芯片技术;健全与移动电话功能相互通信的开放软件协议和架构等技术,以及提高手机电池的使用寿命。

(2)手机电视的价格和资费

目前的数字电视手机价格较高、种类较少,并且其业务使用资费昂贵。首先,建立相应基站就要花费大量资金;其次,手机电视的技术含量高,维护费用也较高。所以,应该深入研究既让用户接受又能获得收益的收费方式。

(3)管制政策

各国管制的主要内容包含频率分配、许可证发放、行业补贴、行业规划和运营管理以及模拟转数字的国家政策等。由于各国的广播和通信领域一般由各自的政府部门来管理,因此也分别有不同的限制政策。目前,我国尚无相关政策出台。建议将手机电视的标准化活动与频率规划工作结合在一起,从而避免出现标准化的技术无频率可用的局面。

(4)适合市场运作的运营模式

由于广电和电信行业都出台了相应的管制政策,所以双方如何采取有效的方法进行合作、运营甚至利润分成是解决手机电视商业化的首要问题。

4、结束语

从目前形势看,各种手机电视技术将长期并存,但是通过广播网络进行数字电视频道的下行传输,通过移动网络进行个性化的视频点播、业务管理、用户管理和服务预计将是今后手机电视技术的发展方向。

随着3G的来临,手机电视等多媒体业务的发展将是大势所趋。尽管手机电视在发展过程中还面临着种种问题,但是随着移动通信网络带宽的加大、技术和标准的成熟、业务资费水平的下降和具有此类功能的手机终端的普及,这些问题会在发展的进程中逐步被化解。手机电视业务将会获得快速发展,并逐渐成为移动业务新的增长点。


   来源:中国联通网站
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