關鍵詞：手機電視 DVB-H 信源編碼 信道編碼 數據壓縮 GPRS H.264
概述
“手機電視”可謂時下最熱門的話題。2003年Sony開發成功手機微波數字電視調諧器模塊，功耗不到150mW，能夠收看VHF頻帶7個頻道和UHF頻帶13～62個頻道數字電視節目。中國移動、聯通公司分別試驗了各自的“手機電視”業務。運營商通過2.5GHz或2.75GHz網絡傳輸技術來播放“手機電視”節目。采用通用無線分組業務(GPRS)技術，目前GPRS平均速率在40kb/s左右。或通過CDMA1X開展手機電視傳輸試驗，平均速率在100kb/s左右。
從我國目前幾款手機電視情況來看，不管采用什么樣的技術，播放的圖像幀速率有兩種：(1)1～2幀/秒；(2)12～15幀/秒。由于幀速率太慢，圖像象素數太少，達不到電視實時傳輸的效果，而且收看時間也就一小時左右。
要在手機上看電視，技術上需要處理好三個環節：信號源、傳播途徑和接收終端。信號源方面，需要高壓縮比的信源壓縮編碼標準；傳播途徑方面，不外乎無線微波和網絡傳輸兩種技術。為了實現移動接收，需要抗干擾能力強的數字調制和信道處理技術。接收終端方面，必須開發高集成度、體積小、重量輕、耗電小的芯片，以及體積小、高容量的充電電池。下面就這些技術問題作進一步探討。
移動通信的傳輸速率
任何一種通信工具，不管承擔什么樣的信號傳送功能，與它采用的技術、所載信息的傳輸速率密切相關。目前廣泛使用的2G手機傳輸信息的速率大約為19.2kb/s，由于速率低，只能用來傳話音，不能傳圖像。2.5G移動通信采用GPRS技術，理論上傳輸速率最高能夠達到171.2kb/s，可傳輸較高幀速(12～15幀/秒)的可視電話圖像，但目前普遍采用40kb/s速率，可用來傳輸1～2幀/秒的低速人頭圖像。3G移動通信最高傳輸速率可達1.92Mb/s，可用來傳送MPEG-1/-2/-4壓縮標準的圖像和聲音，能達到電視實時傳輸的效果。就目前已掌握的技術而言，要用手機看電視，必須使用3G移動手機。
2.5G中的GPRS技術
GPRS是在GSM基礎上發展起來的一種分組交換的數據承載和傳輸網絡，與原有的GSM相比，具有許多優勢：只要激活GPRS應用，將永遠保持在線，不存在掉線問題，而且不必擔心費用問題，因為只有產生通信流量時才計費；類似于一種無線專線網絡；全新的分組服務，無需以往長時間的撥號建立連接過程；話音和數據業務可以切換使用。
GPRS業務及其特點
GPRS為用戶提供端到端分組交換和傳輸方式數據業務，能有效地利用網絡資源。GPRS應用業務有以下特點：
(1)適用于突發(非周期)的數據業務；
(2)頻繁傳送少量數據，適用于每分鐘傳送幾次小于500B的短數據業務；
(3)非頻繁傳送大量數據，適用于每小時內傳送幾次幾kB的長數據業務。
GPRS網為移動數據用戶主要提供突發數據業務，并能快速建立連接,無時延。提供的數據業務種類包括：點對點數據業務(PTP)、一點對多點數據業務(PTM)、補充業務、短消息業務等。還能提供以GPRS承載業務為基礎的各種電信數據業務，即網絡應用業務。
GPRS網絡的特點
(1)靈活使用無線資源。多個GPRS用戶可共享一個時隙，或者一個用戶最多可使用8個時隙，即可以按需分配無線資源和傳輸容量，在沒有數據時可釋放容量。這樣，有限的無線資源將可以容納更多的用戶。而且上下行鏈路可不對稱，數據速率可變，系統可以動態地分配信道資源給分組數據用戶和話音用戶，從而大大提高無線信道的利用率。
(2)更高的數據速率。GPRS以可變的速率提供數據連接，根據無線環境，分別采用CS1(9.05kb/s)、CS2(13.4kb/s)、CS3(15.6kb/s)、CS4(21.4kb/s)四種編碼方案來提供業務，當占用８個時隙時，速率最高可達171.2kb/s。考慮各種開銷和信道編碼因素，實際的最高速率為115kb/s。目前較多GPRS系統僅支持CS1和CS2。
(3)始終在線。GPRS用戶一旦接通后，即成為網絡的服務對象，且只在收發數據時才利用網絡資源，并且當資源釋放后再次接入網絡時，無需重新發起業務，接入延遲非常短。
(4)計費方式。按流量計費，計費方式更趨合理。
(5)靈活選擇使用模式。根據網絡和MS的工作模式，用戶可以分別／交替／同時進行話音和分組數據業務。
(6)ＰＣ通過3+1 GPRS手機上網瀏覽，峰值速率可達40kb/s；利用FTP傳輸文件的平均速率可達30kb/s。
(7)WAP與GPRS已實現對接，可用WAP手機直接訪問WAP網關。
可用于手機電視的傳輸標準——DVB-H
DVB-H系統結構
DVB-H支持的是手機等小型移動終端設備，可望成為手機數字電視傳輸標準。DVB-H是建立在DVB數據廣播和DVB-T傳輸之上的標準，更注重于協議實現。系統前端由DVB-H封裝機和調制器構成，前者負責將IP數據封裝成MPEG-2傳輸流，后者負責信道編碼和調制。系統終端由DVB-H解調器和終端構成，前者負責信道解調、解碼；后者負責相關業務顯示、處理。DVB-H傳輸系統還具有以下特殊要求：
(1)為延長電池的使用時間，終端周期地關掉一部分接收電路以節省功耗；
(2)能漫游，漫游時仍能非常順利地接收DVB-H業務；
(3)傳輸系統能保證在各種移動速率下順利接收DVB-H業務；
(4)系統具有很強的抗干擾能力；
(5)系統具有相當的靈活性，以適應不同傳輸帶寬和信道帶寬應用。
協議層次劃分
DVB-H標準將實現數據鏈路層和物理層。
(1)數據鏈路層——采用時間分片技術，用于降低平均功耗，便于進行平穩、無縫的業務交換；采用MPE前向糾錯技術，提高移動使用中的C/N門限和多普勒性能，增強抗脈沖干擾能力。
(2)物理層——與DVB-T相比，增加了4k傳輸模式和深度符號交織等內容。
其它技術特點包括：在傳輸參數信令(Transmission Parameter Signaling，TPS)比特中增加DVB-H信令，用于提高業務發展速度；蜂窩標識(在TPS中)用于支持移動接收時快速信號掃描和頻率交換；增加4k模式以適應移動接收和單頻蜂窩網，提高網絡設計、規劃的靈活性；2k和4k模式進行深度符號交織，進一步提高移動環境和沖擊噪聲環境下的魯棒性。
關鍵新技術
功耗
DVB-H要求射頻接收和信道解調、解碼部分的功耗小于100mW。
網絡設計
由于DVB-H終端在網絡內移動時接收天線小巧且單一，必須優化設計單頻網。為此，DVB-H增加了新的技術模塊，主要包括：
時間分片——基于時分復用技術，節省接收終端功耗和便于網絡交換；
MPE-FEC——基于RS糾錯編碼技術，增加額外的前向糾錯編碼，提高系統的移動和抗脈沖干擾能力；
4k模式——用于提高網絡設計的靈活性；
DVB-H TPS——為DVB-H專用的傳輸參數信令，用于提高系統同步和業務訪問速度。
時間分片
DVB-H信號由許多時間片組成，時間分片采用突發方式傳送數據，每個突發時間片傳送一個業務，單獨占有全部數據帶寬，并指出下一個相同業務時間片產生的時刻，能夠在指定的時刻接收選定的業務；空閑時間節能，降低平均功耗。在相同業務的兩個時間片之間，將會傳送其他業務數據。接收到的數據并非恒定速率，它以離散的方式間隔到達，稱之為突發傳送。如果解碼終端要求恒定碼率，可以先進行緩沖，生成速率不變的數據流。
(1)時間分片與功耗
時間分片、突發傳送數據，具有更高的瞬時速率。為節省功耗，突發帶寬一般為固定帶寬的10倍左右。例如一個恒定速率為350kb/s的業務流，要求4Mb/s左右的突發帶寬。突發帶寬為固定帶寬的兩倍時，功耗可節省50%，如果為10倍，則功耗可以節省90%。
(2)時間分片與PSI/SI DVB-H標準規定PSI/SI信息不進行時間分片處理，分配一個固定帶寬。
手持終端需訪問SI中的NIT和INT表。NIT表的內容是恒定的，當手持終端加入一個新網絡中時，首先要接收該表，確定網絡參數。當在不同的傳輸流之間切換時，手持終端須讀取INT表，INT表變更信息在PSI的PMT表中標識。
由于DVB標準規定PSI信息必須每隔100ms重傳一次，如果突發脈沖的業務傳送時間超過100ms，則手持終端能夠在接收業務的同時訪問所有PSI信息；如果業務傳送時間小于100ms，手持終端須在業務接收完畢后繼續工作一段時間，確保完成所請求PSI表的接收。
(3)時間分片與業務交換
采用時間分片技術，使手持終端能夠在業務傳送空閑周期對相鄰蜂窩進行監視，掃描其他頻率信號、測試信號強度，但并不中斷本業務的接收。當用戶進入新的網絡時，根據監視結果在空閑周期切換到具有相同業務的不同傳輸流上，從而實現準最優、無縫業務交換。如果在前端對業務同步精確編排，能夠使相同業務及時出現在相鄰峰窩的不同時隙上，而用戶不會察覺這種變化。
(4)時間片和條件接收
DVB-H可采用兩種條件接收方式。其中一種是基于IP的條件接收系統(IP-CAS)，所有的CAS相關信息都在IP數據中，并可以支持時間分片技術，以減小功耗。
MPE-FEC
DVB-H在數據鏈路層為IP數據報增加了RS糾錯編碼，作為MPE的前向糾錯編碼，校驗信息將在指定的FEC段中傳送，稱之為MPE-FEC。提高移動信道中的C/N、多普勒性能及抗脈沖干擾能力。
4k模式和深度符號交織
為進一步提高移動時4k模式的抗脈沖干擾性能，DVB-H標準特別引入了深度符號交織技術。
4k模式符號具有較長的周期和保護間隔，能夠建造中型單頻網，并能夠更好地進行網絡優化，以提高頻譜效率。雖然這種優化不如8k模式的效率高，但是4k模式比8k模式的符號周期短，能夠更頻繁地進行信道估計，提供比8k更好的移動性能。
DVB-H傳輸參數信令
DVB-H的TPS能夠為系統提供一個魯棒、易訪問的信令機制，能使接收機更快地發現DVB-H業務。TPS是一個具有良好魯棒性的信號，即使在低C/N的條件下，解調器仍能快速將其鎖定。
DVB-H標準適用于移動通信和多媒體業務，為電視廣播做準備，因此視頻壓縮技術至關重要。傳統的視頻壓縮標準如MPEG-2顯然不能滿足DVB-H的要求，為此針對DVB-H考查了多種視頻壓縮格式，其中最為令人矚目的是H.264(即MPEG-4的第10部分)。（待續） Signaling，TPS)比特中增加DVB-H信令，用于提高業務發展速度；蜂窩標識(在TPS中)用于支持移動接收時快速信號掃描和頻率交換；增加4k模式以適應移動接收和單頻蜂窩網，提高網絡設計、規劃的靈活性；2k和4k模式進行深度符號交織，進一步提高移動環境和沖擊噪聲環境下的魯棒性。
