基于T-DMB標準的手機電視解決方案

一. 引言

    隨著人們生活水平的不斷提高，人們對信息消費多元化的趨勢亦趨明顯。傳統(tǒng)的固定地面電視廣播已難以滿足人們的消費需求，人們不僅希望可以隨時隨地的收看高清晰畫面的視頻廣播，還希望可實時的接收一些諸如數(shù)據(jù)、圖片、聲音、股市財經(jīng)等信息。在韓國，由于他們使用了美國數(shù)字電視標準ATSC對其國內(nèi)地面電視廣播業(yè)務進行數(shù)字化，而這種標準無法支持移動電視業(yè)務。在人們對移動電視業(yè)務需求日趨增長的情況之下，韓國人在經(jīng)過兩年多時間對目前現(xiàn)有可用的地面廣播技術標準進行一番精心比較分析后，最終選擇了DAB Eureka-147歐洲標準作為韓國開展地面手機電視業(yè)務的傳輸標準，并由此確立了韓國的地面手機電視國家標準T-DMB。

    T-DMB作為對DAB標準的繼承與發(fā)展，除了采用DAB標準原先所使用的相關技術外，為了進行視頻廣播，還使用了一序列新技術。包括在視頻壓縮上采用了適合低比特速率視頻業(yè)務的視頻編碼標準MPEG-4 AVC/H.264，節(jié)目伴音壓縮則采用BSAC，數(shù)據(jù)交互使用BIFS。DAB與MPEG-4技術的成功結合有效地解決了人們對數(shù)字移動電視業(yè)務的需求。DAB Eureka-147作為第一個為對地面聲音廣播進行數(shù)字化開發(fā)的標準，完成于1994年，發(fā)展至今已成為一個非常成熟的技術標準，目前已被歐洲和其它一些國家和地區(qū)，包括中國、韓國、加拿大、臺灣、澳大利亞等采納作為實施本國地面聲音廣播數(shù)字化的獲選方案。目前，在歐洲國家尤其是英國，DAB的芯片和接收機在市場上隨處可見，種類也非常齊全，價格也比較合理。由于從標準設計開發(fā)一開始，DAB標準就是為向固定、可持及移動設備廣播聲音業(yè)務而開發(fā)的，所以非常適合于移動電視業(yè)務。DAB系統(tǒng)可提供高達1.824Mb/s的比特率用于聲音廣播跟數(shù)據(jù)業(yè)務。時至今日，DAB系統(tǒng)已經(jīng)能夠提供包括動態(tài)文本、幻燈片、廣播Web站點和其它一些與聲音相關或無關的業(yè)務。尤其是在復用方面，DAB允許在其獨立的數(shù)據(jù)子信道中進行流模式運用，這一特點成為韓國人發(fā)展T-DMB的突破口。

DAB到DMB的發(fā)展

二.

    從目前的DAB系統(tǒng)過渡到DMB，無需對現(xiàn)存的DAB廣播前端進行任何改動，只要在前端設備上引入一個DMB視頻編碼器。就可以實現(xiàn)從DAB到DMB的過渡。圖1所示為韓國T-DMB的結構層次圖。從圖中可以看出，DMB系統(tǒng)中仍延用了DAB的整個系統(tǒng)，只是在DAB的MSC（主業(yè)務信道）中劃分出一個獨立的子信道用于視頻業(yè)務。而像原先DAB中所固有的聲音業(yè)務，數(shù)據(jù)業(yè)務都保持不變，這也使得DMB的部署相對較為容易。而新增的視頻業(yè)務則主要通過前端的DMB視頻編碼器來實現(xiàn)，視頻編碼器編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，以ETI（復合群傳輸接口）信號形式通過DAB的復用器以流模式方式復用到子信道中去，與來自其它路的音頻或數(shù)據(jù)復用成高達2.048Mb/s的ETI傳輸數(shù)據(jù)流，然后將ETI數(shù)據(jù)流分配給DAB同步網(wǎng)中的各個發(fā)射臺進行發(fā)射。

圖1 T-DMB結構圖  

    1.音視頻編碼處理

    韓國T-DMB標準采用了在限定帶寬內(nèi)仍能提供高效壓縮性能的壓縮標準MPEG-4 AVC視頻壓縮標準。而在視頻伴音壓縮標準的選擇上，則采用專利使用費相對較低的MPEG-4 BSAC音頻壓縮標準而非AAC+。對于視頻播放中伴隨的一些數(shù)據(jù)業(yè)務或需要提供一些交互應用的場合，則使用了MPEG-4 BIFS編碼。為了便于商用接收機的開發(fā)，T-DMB使用MPEG-4壓縮標準中所需解碼處理能力相對較容易的架構。圖2示出了DMB對視頻業(yè)務的處理流程。

圖2 DMB視頻業(yè)務處理流程圖

從該框圖可以看出：在DMB視頻編碼器中，使用了MPEG-4 system部分的標準對分別采用H.264編碼的視頻，BSAC編碼的伴音以及BIFS編碼的交互數(shù)據(jù)內(nèi)容進行同步。首先使用MPEG-4 SL（同步層）數(shù)據(jù)包格式對視頻、伴音以及交互數(shù)據(jù)進行封裝，進而把同步包復用到MPEG-2 TS傳輸流中。然后再進行前向糾錯，最后以流模式方式復用到DAB系統(tǒng)中。使用的前向糾錯技術包括RS編碼，卷積交織技術。采用前向糾錯技術的主要原因就是提高數(shù)據(jù)流的抗誤碼性能。因為DAB獲得好的聲音質(zhì)量要求的比特錯誤率（BER）是不大于。然而在DMB中，要實現(xiàn)接收端對視頻業(yè)務的穩(wěn)定可靠接收，比特錯誤率(BER)的要求高達。為了滿足這一要求，韓國T-DMB標準使用了在DVB-T標準中也使用的前向糾錯技術（FEC）。即使用RS（204，188）對MPEG-2 TS打包流進行編碼然后再進行卷積交織。每188字節(jié)的TS包經(jīng)過RS編碼變成204字節(jié)的包，其中有16字節(jié)是糾錯編碼。經(jīng)過編碼之后，每隔11個RS編碼的數(shù)據(jù)包作一次卷積循環(huán)，這樣就可以把在時間域中突發(fā)的錯誤分散在各個部分，減少了連續(xù)錯誤出現(xiàn)的概率。通過使用前向糾錯技術，可以有效地保證視頻流的BER低于。

    2.DMB網(wǎng)絡結構

    一種比較常見的DMB應用情況是在一個1.534M帶寬的DAB頻率塊中，同時廣播兩套音頻包括與音頻相關的數(shù)據(jù)和一套手機電視視頻業(yè)務。DMB的網(wǎng)絡結構層次圖如圖3所示。DMB的視頻業(yè)務以流模式方式進入DAB系統(tǒng)的第一級復用器并打包形成ETI信號，再與其它路的音頻或數(shù)據(jù)業(yè)務經(jīng)二級復用形成發(fā)射所需的ETI信號，送到各發(fā)射站點的激勵器進行放大發(fā)射。或者是不需使用第一級復用器，而直接把信號送到第二級復用器或稱為總成復用器中，該種使用情況是在DMB視頻編碼器中已集成了一級復用模塊在編碼器中。在圖3中，還列出了DMB所使用的編碼標準及復用的標準。

圖3 T-DMB網(wǎng)絡結構

DMB前端編碼器的設計實現(xiàn)

三.

    DMB系統(tǒng)作為對DAB系統(tǒng)的發(fā)展，其最大的不同就是增加了視頻業(yè)務。這一業(yè)務的實現(xiàn)所帶來的改變是在發(fā)射前端部分增加了DMB視頻編碼器。該視頻編碼器完成的功能是對視頻、伴音及交互數(shù)據(jù)進行編碼、各種碼流之間的同步、RS編碼、卷積交織功能。目前這種編碼器韓國OTT公司跟PIXTREE公司已有可商用的產(chǎn)品出來，并且是基于硬件實現(xiàn)的實時編碼器。其音頻跟視頻的壓縮通過兩塊DSP實現(xiàn)，數(shù)據(jù)流的輸入輸出控制則由一塊CPU負責。該編碼器目前已達到商用水平，而在我國目前還沒有國產(chǎn)的同類產(chǎn)品出現(xiàn)。該編碼器所實現(xiàn)功能的詳細處理過程如圖4及圖5所

圖4 視頻業(yè)務復用層次結構圖

圖5 視頻業(yè)務編碼輸出打包流程
 

示。它的工作原理是：通過sl打包模塊把經(jīng)過壓縮的各種視頻、音頻及交互數(shù)據(jù)基本碼流打包成同步包，主要是加入一些時間標簽及參考時基用于接收端播放時各碼流的同步。打包完成后的SL打包流再經(jīng)過MPEG-2 PES打包形成PES流，最后再打包成TS包。之后完成對TS傳輸包的RS編碼及卷積交織，增強其抗誤碼性能。在編碼器設計過程中，我們使用了一種純軟件方式的外層打包解決方式。就是以MPEG－4 IM1工程組提供的參考軟件為基礎，在VC++環(huán)境下開發(fā)SL Packetizer軟件模塊，該模塊負責對由DSP壓縮編碼輸出的音視頻基本流（Elementary Stream）進行封裝，主要目的是加上各自所對應的時間標簽用于播放器端碼流間的同步。之后再經(jīng)過PES Packetizer模塊進行PES的封裝及后續(xù)的各項處理。該軟件實現(xiàn)基本上可以完成DMB編碼器所需實現(xiàn)的功能，但不足之處在于實時性效果不好，跟韓國的硬件編碼器編碼輸出比較存在較大的延遲現(xiàn)象，穩(wěn)定性方面也需改進。

DMB在國內(nèi)的發(fā)展

四.

    在國內(nèi)，目前已有北京、上海及廣東的佛山等地在試播DMB業(yè)務，佛山的DMB系統(tǒng)主要是由1996國家在廣東建立的DAB先導網(wǎng)發(fā)展而來，并由幾家廣東省廣電系統(tǒng)企業(yè)合資組成粵廣數(shù)字多媒體有限公司。該公司原先使用的是采用微軟公司W(wǎng)ME9進行編碼的DMB，后來由于H.264技術的不斷發(fā)展成熟以及韓國DMB產(chǎn)業(yè)進程相對比較快而改用了韓國基于H.264編碼的T-DMB方案。此兩種不同編碼方式的DMB最顯著區(qū)別就是在視頻編碼的壓縮率上有比較大的不同。WME9作為微軟公司自己所擁有知識產(chǎn)權的標準，其在DMB方面的應用都是基于軟件編碼的，通過Windows 2000 Server自帶的多播站來完成整個前端的編碼處理，壓縮率較小但系統(tǒng)兼容性方面相對較好。而基于H.264編碼的T-DMB標準，主要應用于小屏幕低碼率的場合，因此被推薦為手機電視的標準之一，與3G所推出的手機業(yè)務的顯著區(qū)別就是其價格優(yōu)勢。3G中所提供的手機電視業(yè)務要同時占用上下行信道，在帶寬昂貴的今天，用戶所需要承擔的費用就十分龐大，而基于T-DMB標準的手機電視則是一種雙網(wǎng)合一的模式。既有移動運營商的網(wǎng)絡又有廣電系統(tǒng)的網(wǎng)絡，這種廣播式的手機電視業(yè)務不會占用有限的信道資源，相比之下，業(yè)務價格就可以顯著降低；再者在業(yè)務的交互性方面，可以利用電信網(wǎng)的良好交互性能，實現(xiàn)用戶與服務器之間的交互。所以相對來講，這種基于廣播式的手機電視的應用前景更為明朗，而作為DVB組織所推出的手機電視標準DVB-H目前仍處于研發(fā)階段，至今仍沒有成熟的產(chǎn)品推向市場。不同的是，T-DMB目前已有從前端到終端的整套產(chǎn)品，并且是由成熟的DAB系統(tǒng)發(fā)展而來的，技術可靠性更有保障。像韓國的三星及LG公司已相繼推出自己的基于T-DMB方案的手機電視終端，該類產(chǎn)品可以同時具有手機的一切功能，又可以收看電視節(jié)目，極大了滿足了用戶的需求。據(jù)上海文廣集團下屬企業(yè)東方明珠預計，未來5年內(nèi)國內(nèi)DMB業(yè)務帶來的產(chǎn)值就可達到2000億元左右。

五. 結束語

在現(xiàn)代社會，隨著技術的不斷發(fā)展，廣播業(yè)務與移動通信的聯(lián)系日益緊密。T-DMB最為一種兩種平臺共用的成功案例，不僅從技術上和商業(yè)上實現(xiàn)從DAB向DMB的過渡進而找到市場新賣點，還為開展新的廣播應用提供了媒介平臺。DMB以技術成熟的DAB系統(tǒng)作為依托，無論在系統(tǒng)的可靠性或穩(wěn)定性方面都有可靠保證，并且DAB在歐洲已商用多年，具有成功商用的經(jīng)驗可以借鑒。同時DMB還繼承了DAB的許多優(yōu)點包括可組成單頻網(wǎng)節(jié)省頻帶、節(jié)約能量、降低費用，除此之外還能夠提供諸如智能交通引導、電子報紙雜志、金融股市信息、互聯(lián)網(wǎng)信息、城市綜合信息等可視數(shù)據(jù)業(yè)務，而最突出優(yōu)勢的是由于發(fā)射功率小的特點，使得其對使用者的電磁輻射降到最低，稱得上是一種不可多得的綠色廣播方式。目前，國內(nèi)最急需解決的問題，就是加快DMB產(chǎn)品的國產(chǎn)化，形成擁有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品，以及通過中國的DAB聯(lián)盟加速整個產(chǎn)業(yè)的進程，起草中國自己的DMB國家標準。由于DMB所具有的強大技術優(yōu)勢，DMB手機電視廣播的市場前景必將越趨廣闊。

【參考文獻】

[1] ETSI EN 300 401 v1.3.3,Radio broadcasting systems；Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile,portable and fixed receivers,May.2001.

[2] Gwangsoon Lee,Sammo Cho，Ku-Tae Yang,Young Kwon Hahm,and Soo In Lee,“Development of Terrestrial DMB Transmission System based on Eureka-147 DAB System,”IEEE Trans.Consumer Electronics,vol.51,no.1,February 2005,pp:63-68.

[3] 李棟編著.數(shù)字聲音廣播(第一版).北京：北京廣播學院出版社,2001.7:p155～183