作者:朱志实 制作中心技术设备部工程师

     手机电视被很多人认为是3G时代最有希望的多媒体业务之一。 国外的一项预测显示,到2010年全世界将有1.2亿手机电视用户,我国的用户数也将接近4000万。毫无疑问手机电视将成为新兴的传播媒体,由于其终端的特殊性,既可以播放音视频,又可以显示文本信息;既可以实时播放,又可以有一定的存储功能,并且具备交互的功能。可以说,它集成了迄今为止所有媒体的特征。更重要的是终端轻巧可以移动,不论何时何地,用户都可以方便地获得服务。

  由于业界的广泛关注,目前国际上对这项业务的研究十分有热情,与之相关的传输技术已有十余种,概括起来可以分为三种类型,即地面广播、卫星广播和移动通信,如表1所示。

表1 手机承载技术分类

  下面将对这三种技术进行简要的介绍。

(1)基于移动网络的实现技术

  通过移动网络传送电视节目最初是采用移动流媒体的方式实现的。在我国,早在一两年前,中国移动和中国联通都已分别基于其GPRS网络和CDMA 1X网络,利用移动流媒体技术推出了手机电视业务。事实上,两者都是将其作为一种移动数据业务推出来的,其实现的方式也大体相同。这种通过传统移动流媒体方式实现的手机电视业务虽然在一定程度上很好地满足了人们的需求,但还有很多方面不尽如人意,例如:移动网络带宽受限、播放效果不很稳定、并发用户数有限、收费较高等。

  3G性能价格比优良,与2.5G技术相比具有更高速率、更高频谱效率、和更强的业务支撑能力,3G乃至超3G技术的发展将使目前GSM网数据业务应用的带宽瓶颈获得全面突破。3G技术商用,将给移动通信带来进一步的发展机遇,3G网络能够承载多媒体类的业务,主要是流媒体业务,也就是给移动用户提供在线不间断的声音、影像或动画等多媒体播放,无须用户事先下载到本地。流媒体业务支持多种媒体格式,可以播放音频、视频以及混合媒体格式。这也为发展手机电视业务提供了网络平台。

  由于传统移动流媒体实现方式存在诸多的限制,国际上开始研究如何在移动网络上实现多媒体(包括视频、音频、数据等)的广播,MBMS和BCMCS等技术应运而生。

  MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service)是3GPP R6中定义的多媒体广播组播功能。MBMS标准工作于2002年启动,并预计在2005年9月冻结,实际网络实施预计在2007年。2008年前3G网络可以推广MBMS业务。

  MBMS对原有WCDMA网络主要的改动是:增加BM-SC网元,对现有PS域相关网元进行MBMS功能升级,以支持MBMS特有接口功能(如Gmb)、特有信道(如MICH 、MTCH/MCCH/MSCH)、特有物理层过程(FACH信道选择性合并、PTM与PTP切换)和特有业务流程(如订阅)。

  在终端方面,MBMS仍然最大限度地继承了已有的3GPP标准,在终端耗电、存储、多媒体处理、显示等技术得到改善的同时,仅仅是原有基代处理功能的增强。因此,承载宽带多媒体业务的MBMS终端与现有终端保持了很好的统一性。

  在带宽方面,MBMS可以最大使用256kbps的速率进行下载和流媒体的传送,而只要128kbps就可以支持15fps QCIF 176*144图像和12.2Kbps语音组合的体育类节目的收看需求。

  在互动方面,MBMS本身没有定义特别的上行信道,但可以利用已有上行控制信道进行业务订阅、业务加入等业务控制流程,同时利用上行业务信道实现与下行广播/组播配合的一些交互类业务的实现。

  在容量方面,MBMS提供点到多点传送多媒体的发送机制,提供所谓“Send Once ,Charge Many times”的业务模式,资源消耗与用户数的增长无关,从而为节省3G网络非常紧张的空口资源和Iub口传输资源、规避移动网络容量劣势寻找到了根本解决途径。用户数越多,MBMS在容量和成本方面的优势发挥就越明显;在组播用户数少或者没有组播业务用户的时候,网络可以灵活地为用户分配专用信道或者关闭组播业务信道,这些移动网络特有的高效资源管理技术更让MBMS技术在容量方面锦上添花。

  基于移动网络的实现技术继承了移动网所固有的诸多能力,例如用户的业务鉴权以及用户管理、业务的计费和控制、业务的个性化定制和点播、互动应用的实现、与位置相关的业务的提供等。这些对于手机电视业务的发展都是十分必要的。但此类实现技术要占用3G系统的核心频率,这对于本来频率资源已经比较紧张的移动运营商来说无疑是一个较大的障碍。换句话说,利用此类技术在开展手机电视业务时,要考虑频率使用的经济性。

(2)基于地面数字广播网的实现技术

  此类实现技术主要是针对地面数字广播电视产生的,使用的频率一般为广播电视频段。为适应移动终端的特点,有些技术在原有为地面数字广播电视设计的技术基础上加以改进,成为移动视频广播技术,而另一些技术目前还只是针对地面数字广播电视系统设计的,若要应用到移动视频广播业务中,可能还要作一些改进。此类技术是现在国际上关注较多的一类技术,也是方案最多的一类技术,典型的技术包括欧洲的DVB-H、美国高通的MediaFLO、韩国的T-DMB、日本的ISDB-T等。我国清华大学和上海交大也分别在其数字电视标准DMB-T和ADTB-T的基础上研究国内的技术。

  目前业内关注比较多的DMB标准是欧洲标准DVB-H和韩国标准T-DMB

  DVB-H标准全称为Digital Video Broadcasting Handheld,是欧洲DVB组织在推出数字电视传输的系列标准以后,为通过地面数字广播网络向便携/手持终端提供多媒体业务所制定的传输标准。

  DVB-H是建立在DVB(数据广播)和DVB-T(传输)两个标准之上的标准,被认为是DVB-T标准的扩展应用,虽然它是一个传输标准,事实上注重于协议实现。系统前端由DVB-H封装机和DVB-H调制器构成,DVB-H封装机负责将IP数据封装成MPEG-2系统传输流,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终端负责相关业务显示、处理。

  DVB-H保有部分与DVB-T接收电路的兼容性,同时为了满足手持式装置接收的特性,如低功耗、高移动性、共通平台与网络切换服务不中断等要求,以保证在室内、户外、在步行或行驶中的汽车上都能正常收看,做了不少技术改进。例如,为了降低功耗,DVB-H在耗电上的目标是将天线、电视调谐器和OFDM译码电路等的总耗电量控制在100mW以内;为提高电池的使用时间,终端周期性地关掉一部分接收电路以节省功耗;为了满足便携的需求,DVB终端的天线更小巧,移动更为灵活;传输系统能保证在各种移动速率下顺利接收DVB-H业务;系统具有很强的抗干扰能力,能提供足够的灵活性以满足不同传输带宽和信道带宽应用等。

  T-DMB是韩国推出的地面数字多媒体广播系统,从严格意义上讲,仍算是欧洲的国际标准。该标准建立在欧洲厂商开发的尤里卡147数字音频广播(DAB)系统的基础上,做了一些修改,以便向手机、PDA和便携电视等手持设备播送空中数字电视节目。

  T-DMB系统,包括1个DMB监视系统、2个视频编码器、视频网关和多路复用器,可以提供灵活的服务,包括视频广播、音频广播、单独的交通/新闻/天气频道。T-DMB利用ITU-TH.264对视频进行编码,利用MPEG-4BSAC对音频进行编码。然后利用MPEG-4同步层和MPEG-2传输流对视频、音频及额外的数据进行处理,有些基本模块与DVB-H相似。

  T-DMB在韩国已经步入商用阶段。今年3月,韩国已向T-DMB广播运营商发放新的许可证。同期,欧洲开发出来的移动数字电视广播系统DVB-H刚刚开始试验工作。

  近期美国高通公司(Qualcomm Corp.)也向市场推出了FLO (Forward Link Only)技术。该技术是为了同时向大量的无线终端用户群高效、经济的传送多媒体信息而专门设计的。其目标是降低成本、增强用户体验,用户可通过传统手机在各种节目频道上自如浏览。

  通过基于FLOTM技术的媒体流系统(MediaFLO ),运营商能够在一个8MHz频带内用每秒30帧QVGA 视频,配以AC3 立体声,提供20 个全国范围和5 个本地专用的实时视频频道。同时还可提供十余个高品质立体声广播频道以及30 至50 个非实时(内容预先录制)频道。非实时频道的内容选择在网络空闲时播出,每天提供多达20 分钟的内容,终端接收下来后就可以按照预定时间播出了。非实时频道让用户可以及时收看诸如音乐、天气、新闻提要等按主题分类的内容,而实时的服务则支持实况直播,例如体育赛事等。不同地域的内容之间的分配是灵活的,可以在编排节目时设置。

  FLO技术支持快速切换频道的能力,其设计连续收看时间约4 小时,这可与目前的常规终端相比拟,而不会影响移动设备的整体性能。通过提供类似于节目表的用户界面,媒体FLO业务将提供与收看有线电视类似的体验。用户可以选择一套节目,如同在电视上预订一个频道,选择并预订后,就可以在任何时候收看其中的节目。除欣赏高质量的视频、音频内容及IP 数据外,用户还能使用一些交互业务,例如可以在欣赏音乐节目时选择购买唱片、铃声,或下载其中的歌曲。用户也可点播普通节目表以外的视频节目。

  作为全新开发的专门面向移动环境下手持终端多媒体广播接收的无线技术,FLO能够提供在大容量、低成本的条件下向广大手机用户同时传送高质量音视频内容,从而为广电内容运营商提供了一种全新的多媒体业务解决方案。

  高通负责MediaFLO技术的工程技术及市场开发副总裁罗勃.钱德霍克日前在北京指出,衍生自欧洲数字广播标准的手机电视标准T-DMB在频谱效率上有相当的限制,支持的节目频道数量有限,节目频道切换速度慢。

  高通的MediaFLO技术一直被视为专门为手机设计开发的移动电视标准,具有高频率利用率、低手机功耗、快速频道切换时间等优势。不过,由于这项技术起步较晚,整体产化力量还落后于其他两大标准体系。

  在FLO论坛成员约20家,其中包括中国的中兴、华为、夏新三家公司。高通中国负责MediaFLO技术的高级业务发展经理陈岗告诉CNET,夏新是目前参与最多厂商之一,计划在今年下半年就能推出MediaFLO手机。目前,三星、LG分别推出了具有MediaFLO功能的手机。

  基于数字广播网的实现技术多是由地面数字广播电视技术发展而来的,因此在音视频的下行传输方面相对比较完善。目前已有多个国家和地区开始进行实验或试商用,但由于传统的广播电视网络通常都没有上行链路,因此基于数字广播网的实现技术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。这样才能够提供手机电视业务所需的用户业务认证、用户的管理以及互动应用等能力。

(3)基于卫星的实现技术

  这一类技术的本质就是通过卫星提供下行传输,实现广播方式的手机电视业务,而用户通过在手机终端上集成直接接收卫星信号的模块,就可以实现多媒体数据的接收。典型的技术包括欧洲的S-DVB和日韩的S-DMB等。

  简单地讲,卫星DMB业务是将数字视频或音频信息通过DMB卫星进行广播,由移动电话或其他专门的终端实现移动接收,是一种可以在很宽广的地区充分满足在移动环境中视听广播电视这一个性化要求的极具竞争力的解决方案。

  卫星传输也属于无线传输方式,适合应用于手机电视业务。卫星数字电视直播到户是指将电视信号经过模拟、数字转换和压缩后发送到卫星上,然后由卫星转发,用户通过接入特定的解码设备和碟型天线,直接接收卫星节目和数据内容。与地面微波传输和有线网络相比,可以适应更大范围的覆盖要求,不受地面网络的限制,具有传输节目量大、节目画质、音质更佳的特点,是一种高效、廉价的传输方式。

  在技术方面,卫星DMB业务的实现并不复杂,具体的网络构成包括以下几个部分:卫星DMB广播中心、DMB通信卫星、直放站接收终端。

  卫星DMB业务具有以下特点:

  1)收范围广泛。地面上的大部分地方都可以直接接收卫星信号,地铁、隧道、建筑物内等屏蔽地带直接接收信号会有困难,通过使用多种形式的GapFiller转发器,可以扩大接收范围;

  2)频道资源和业务内容丰富。可以同时容纳视频、音频和数据频道,提供新闻、电影、体育、教育、音乐等专业内容和无线电视频道,以及节目提供商提供的其他节目,还可以享受各种信息服务;

  3)适合移动状态下接收。卫星DMB克服了现有广播与电视在空间方面的局限,频宽可以不受ITU功率限制,可以提供大功率,使小型便携式接收终端接收到信号;使用最适合移动接收的频宽,不会有因降雨衰减带来的信号减弱现象;采用与移动电话一致的CDM(Code Division Multiplexing)技术,能够更好地应对移动接收环境中信号质量下降的多路径干扰问题;

  4)接收终端多种多样,适应消费者的个性化需求。终端厂商将会推出车载用、便携专用、手机结合用等多种终端机,成为掌中媒体。开发Patch型、Helical型等多种天线,实现卫星DMB专用手机核心芯片的单芯片化,使消费者使用起来更加方便,可同时享用广播电视与通信业务。

  对于移动通信而言,卫星DMB业务可作为一项增值业务,移动用户不须增加设备,只需通过具备DMB接收芯片的手机即能收听/收看数字广播。卫星DMB业务除了给电信运营商带来有形的收入,还可以提高用户忠诚度,增强企业竞争力。

  基于卫星的实现技术目前在韩国已有商用的案例,此类技术与所要覆盖的范围关系密切。当覆盖范围比较小、用户比较集中时,使用卫星开展移动视频广播业务效率较高,也比较经济。但当覆盖范围较大时则成本较高,特别是在我国,仅靠一颗卫星覆盖全国范围的难度很大。另一方面,由于卫星无法对室内形成覆盖,因此要建设大量的地面直放站,这部分成本也相当可观。从终端角度出发,若使用其他的卫星频段,则要增加一套新的射频,终端成本将有较大增加。

  理想的手机电视应该是便捷的、便宜的、标准的、高质量的,而要实现这些基本需求,关键要素有终端、网络速率、业务互动、容量、管制政策等。

  终端的成本和性能会影响受众的接受程度,地面广播和卫星广播采用了与移动通信不同的频段和调制技术,因此要实现手机看电视,就必须在原有手机基础上增加电视接收的射频和基带模块。比较而言,移动通信技术在终端方面具有天然的优势。

  网络速率直接决定着业务质量,卫星广播和地面广播明显具有高业务带宽的优势,而移动通信技术从最初的2.5G支持个位帧频到现在的3G已经可以支持与电视几乎一样的帧频。

  互动功能的支持既方便了用户的管理和计费,同时也为用户提供除了看还能玩的可能性,比如直播投票、下载等。卫星电视和地面电视技术由于其广覆盖的特点在反向必须与移动网络配合才能实现互动。同样原因会导致卫星电视和地面电视广播与移动通信技术融合在政策管制方面的风险。

  网络容量间接决定用户成本,进而决定用户资费。所有的广播(组播)技术在多用户同时接收宽带多媒体时具有明显的成本优势,这也是目前单播移动通信技术的手机电视以培养用户习惯而非盈利为目标的主要原因。

  三类主要技术在手机电视承载方面的比较汇总如表2。

表2 手机承载技术比较

  基于移动网络的手机电视其优点是实施方便、成本低、手机硬件平台不需要更改,但其缺点是节目源需要第三方支持、图像的分辨率低且图像质量受网络带宽的影响,此外,还有一个最大的问题是互通性,目前来看,都是针对不同的手机开发不同的视频流软件,各手机之间不兼容,这大大制约了该业务的发展。

  而另一方基于DVB-T的手机电视最大的优点是节目源丰富、传输带宽大、分辨率高、服务质量可靠,但最大的缺点是需要DVB网络的配合。