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卫星电视 卫星电视技术论坛 ：http://www.17kws.com DVB-H是为通过地面数字广播网络向手持终端提供多媒体业务所制订的传输标准 DVB-H系统依托DVB-T传输系统，通过增加一定的附加功能和改进技术使手持终端能够稳定地接收广播电视信号 DVB-H可以保证移动终端在移动环境和微功耗条件下接收数字电视节目，从而很好地配合3G网络的应用 数字电视地面广播标准DVB-T于1997年发布。标准的初衷并不面向移动接收，然而，在新加坡和德国试运营中证明DVB-T在高码率传输移动环境中表现非常好 2002年前后开始研究的DVB-H(早期为DVB-X)标准全称为手持数字视频广播，是DVB(欧洲数字电视广播标准化团体，1993年成立，由来自35个国家的300多家企业组成)组织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订的传输标准。DVB-H标准被认为是DVB-T标准的扩展应用。但是和DVB-T相比，DVB-H终端具有更低的功耗，移动接收和抗干扰性能更为优越，因此该标准适用于移动电话、手持计算机等小型便携设备通过地面数字电视广播网络接收数字电视信号，而不占用移动通信网络中宝贵的频带资源。实际上，DVB-H标准就是依托目前DVB-T传输系统，通过增加一定的附加功能和改进技术使手机等便携设备能够稳定地接收广播电视信号的标准。 1 对DVB-H标准的商业需求 1.1 广播电视公司的商业需求 近年来广播电视的普及率越来越高，但是这些业务大都是单向的，不能满足广大用户日益增长的个性化多媒体业务要求，为此有必要引入交互式多媒体业务。目前，虽然用户主要通过电视机来接收每天的电视节目，但电视节目的移动接收也开始有市场，因此广播公司需要采取合适的方式来实现电视节目的移动接收。 使用DVB-T进行下行链路广播以及地面回传信道数字视频广播(DVB-RCT)作为反馈回路实现交互式多媒体业务不失为一种好的解决方案，可以很好地实现固定接收，通过选择合适的系统参数，它也适合于移动接收。但是，消费者更倾向于在他们日常使用的3G终端上观看数字电视节目，因此上述方案不能使广播公司吸引大量的消费者。 消费者要求广播公司提供更多的业务，广播公司需要选择合适的传输方式来实现消费者要求的业务，例如电视广播，以及给移动用户提供个性化的多媒体业务，后者在广播网络中很难实现，但是移动通信系统可以满足后者，这就促进了广播网与蜂窝网的融合。 1.2 移动通信运营商的商业需求 3G可以提供多种多样的交互式多媒体业务，运营商需要确保这些业务能够为他们带来收益。Internet使许多消费者习惯获得免费的资源，因此需要创新业务来鼓励消费者使用付费内容。业务的及时性是非常重要的，3G能给用户提供无论何时何地的快速接入。 从2G角度看，3G的容量似乎非常大，但是从个性化多媒体业务角度看，3G网络[1, 2]很快就会变得拥挤不堪。例如，一个3G基站有能力同时给10个用户传输100 kb/s的视频流，但是相同的带宽可以给100个用户传递话音业务。如果3G基站总是有多余的资源，那么传递视频流不会影响3G网络整体的性能，但是实际情况并非如此。例如，3G用户使用的一种新视频业务，该业务可以使他们接收他们喜欢的足球队比赛进球的精彩回放。然而，如果有100万个用户购买同一球队的进球瞬间即时回放业务，情况就大不相同了。假设100 kb/s的视频流长100 s，并在1 000 s内通过10 000个基站进行传递，这样每一个基站必须在16～17分钟内一直以1 Mb/s的速度进行传递，在这段时间内用户需求将耗尽3G网络的全部资源。同样的视频片断可以通过广播网络传输，只使用该同等频带宽度网络1%的资源就可以为这些移动用户服务，因此是一种更为经济的解决方案。 上面的对比在很多情况下并不极端，它说明了行业发展的需求：广播网络和蜂窝网络的融合。融合后的网络可以提供对称的或非对称的多媒体业务，从而有效利用已有的频谱资源。 2 DVB-H标准 DVB-H标准是建立在DVB和DVB-T两个标准之上的标准。 一个DVB-H系统前端由DVB-H封装器和DVB-H调制器构成，DVB-H封装器负责将IP数据封装成MPEG-2系统传输流(TS)，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。 (1)系统要求 由于移动终端采用电池供电，为提高电池的使用时间，终端应能够周期地关掉一部分接收电路以节省功耗。 对于漫游的用户，当用户进入新区域后应仍能非常顺利地接收DVB-H业务。 对于室内、室外、步行、乘车等不同的接收方式，传输系统应能保证在各种移动速率下顺利接收DVB-H业务。 在充斥大量脉冲干扰的环境中，传输系统应能采取有效的措施减少该类干扰带来的影响。 DVB-H作为手持终端的通用业务规范，系统应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。 (2)协议层次划分 网络层不在DVB-H标准范围内，标准只实现数据链路层和物理层。 数据链路层采用时间分片技术，用于降低手持终端的平均功耗，便于进行平稳、无缝的业务交换。采用多协议封装(MPE)前向纠错技术，可以提高移动使用中的信噪比(C/N)门限和多普勒性能，同时也能增强抗脉冲干扰的能力。 物理层在DVB-T的基础上进行补充，增加了4K传输模式和深度符号交织等内容，除原有DVB-T的技术特点外，在传输参数信令(TPS)比特中增加了DVB-H信令，用于提高业务发展速度。蜂窝标识在TPS中指示，用于支持移动接收时的快速信号扫描和频率交换。增加4K模式可以适应移动接收特性和单频网蜂窝的大小，提高网络设计、规划的灵活性。2K和4K模式进行深度符号交织，可以进一步提高在移动环境和冲击噪声环境下系统的鲁棒性。 3 关键技术 DVB-H技术是DVB和DVB-T两种技术的融合，但是如果仅仅依靠上述两种技术是不能完全解决DVB-H所面临的问题的。例如，虽然DVB-T已经被证明在固定、移动、便携接收等方面具有非常出众的性能，但是对于手持设备而言还需要进行进一步的改进，如功耗、蜂窝移动下的性能、网络设计等方面。为此DVB-H增加了新的技术模块，它们主要包括： (1)时间分片 时间分片技术采用突发方式传送数据，每个突发时间片传送一个业务，在业务传送时间片内该业务将单独占有全部数据带宽，并指出下一个相同业务时间片产生的时刻。这样手持终端能够在指定的时刻接收选定的业务，在业务空闲时间做节能处理，从而降低总的平均功耗。当然，这期间前端发射机是一直工作的，在相同业务的两个时间片之间将会传送其他业务数据，DVB-H信号就是由许多这样的时间片组成的。从接收机的角度而言，接收到的业务数据并非是如传统恒定速率的连续方式，数据以离散的方式间隔到达，因此称之为突发传送。如果解码终端要求数据速率较低但必须是恒定码率，接收机可以对接收到的突发数据首先进行缓冲，然后生成速率不变的数据流。突发带宽一般为固定带宽的10倍左右。突发带宽在固定带宽两倍的情况下功耗就可以节省50%，因此如果带宽为10倍，可以节省90%。 (2)多协议封装-前向纠错 DVB-H标准在数据链路层为IP数据报增加了里德·所罗门(RS)纠错编码，作为MPE的前向纠错编码，校验信息将在指定的前向纠错(FEC)段中传送，我们称之为多协议封装-前向纠错(MPE-FEC)。MPE-FEC的目标是提高移动信道中的C/N、多普勒性能以及抗脉冲干扰能力。 实验证明即使在非常糟糕的接收环境中，适当地使用MPE-FEC仍可以准确无误地恢复出IP数据。MPE-FEC的数据开销分配非常灵活，在其他传输参数不变的情况下，如果校验开销提高到25%，则MPE-FEC能够使手持终端达到和使用天线分集接收时相同的C/N。DVB-H采用基于IP的数据广播方式。 (3)4K模式和深度符号交织 DVB-H标准在DVB-T原有的2K和8K模式下增加了4K模式，通过协调移动接收性能和单频网规模进一步提高网络设计的灵活性。同时，为进一步提高移动时2K和4K模式的抗脉冲干扰性能，DVB-H标准特为两者引入了深度符号交织技术。在DVB-T系统中，2K模式可比8K模式提供更好的移动接收性能，但是2K模式的符号周期和保护间隔非常短，使得2K模式仅仅适用于小型单频网。新增加的4K模式符号具有较长的周期和保护间隔，能够建造中型单频网，网络设计者能够更好地进行网络优化，提高频谱效率。虽然这种优化不如8K模式的效率高，但是4K模式比8K模式的符号周期短，能够更频繁地进行信道估计，提供一个比8K更好的移动性能。总之，4K模式的性能介于2K和8K模式之间，为覆盖范围、频谱效率和移动接收性能的权衡提供一个额外的选项。 (4)传输参数信令 DVB-H的传输参数信令(TPS)能够为系统供一个鲁棒性好、容易访问的信令机制，能使接收机更快地发现DVB-H业务信号。TPS是一个具有良好鲁棒性的信号，即使在低C/N的条件下，解调器仍能快速将其锁定。DVB-H系统使用两个新的TPS比特来标识时间片和判断可选的MPE-FEC是否存在，另外用DVB-T中已存在的一些共享比特表示4K模式、符号交织深度和蜂窝标识。 4 DVB-H标准的发展趋势 DVB-H将对广播和通信领域产生重大影响。DVB-H业务2005年可以投入使用，预计到2007年手机电视用户将达到1亿，而到2009年这个数字将增长到3亿。DVB-H继承于DVB-T，在DVB-T网络上只要做很小的修改就可以发送符合DVB-H标准的数据流。对采用DVB-T的国家(约有50多个国家，主要集中在欧洲)来说，推广DVB-H的代价相对较低，但是对于采用其他地面数字电视传输标准的国家，这个问题就需要做进一步的探讨。在美国，地面数字电视传输标准ATSC采用8-VSB技术，移动性较差，需要引入新的技术或标准来推广数字电视，目前已有公司采用DVB-H技术布网；在日本，考虑到功耗、移动性等因素，DVB-H甚至有取代日本本土ISDB-T标准的趋势。 DVB-H标准主要是为数字电视广播做准备，因此视频压缩技术是其中极其重要的技术，广播中传统的视频压缩标准，如MPEG-2，显然不能满足DVB-H的需求。DVB组织的DVB-H成员考查了多种视频压缩格式，其中最为看重的是H.264(即MPEG-4的第10部分)，见文献[3，4]，目前问题主要集中于H.264的知识产权上；另一个压缩格式是微软的Win Media9，它的性能正在逐步提高。但是过多的选择可能会使移动视频陷于混乱的局面，显然用户不希望面对这些彼此不兼容的平台，预计DVB组织很快将给出最后的答案。在中国，能否在最终确定的数字电视地面传输标准上做微小的改动，推出适合手机等移动便携设备收看数字电视的标准，值得关注。目前在手机等移动便携设备上收看数字电视的实现方案有两种：基于移动通信系统、基于数字地面广播。中国联通和中国移动目前推出的手机电视业务属于前者，实际上是一种移动网络上的流媒体业务。比较而言，后者的优势在于频谱资源丰富，对用户数量敏感度低，视频流传输速度及质量与带宽无关，而前者在这些方面明显处于弱势；后者对突发及应急事件承受能力强，而前者则会争夺资源，一旦用户饱和就不能传送。 DVB-H可以保证移动终端在移动环境和微功耗条件下接收数字电视节目，可以很好地和3G网络配合使用。3G网络除完成它自身的功能外，还充当DVB-H网络的反向控制信道，传输诸如视频点播、电视投票、电视浏览、交互式游戏等业务信令，提供多种个性化的多媒体业务，从而实现两种网络的融合。 参考文献 [1] 邬国扬. CDMA数字蜂窝网[M]. 西安:西安电子科技大学出版社, 2000. [2] 胡悍英, 杨峰义. 第三代移动通信系统[M]. 北京:人民邮电出版社, 2001. [3] 胡国荣. 数字视频压缩及其标准[M]. 北京:北京广播学院出版社, 1999. [4] Thomas Wiegand. Overview of the H.264/****C Video Coding Standard [J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 2003,13(7). 1)。但是由于功耗比较大，不适合靠电池供电的移动终端通过地面数字电视广播网络接收数字电视节目。为此，需要在DVB-T的基础上引入新的技术，形成新的适合于移动终端接收地面广播数字电视节目的传输标准。