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一、前言 在手機業(yè)界有這么一個(gè)說(shuō)法：“去年是拍照年，今年是音樂(lè )年，明年是電視年。 ” 移動(dòng)電視目前已成為手機產(chǎn)業(yè)的熱門(mén)話(huà)題。根據歐洲、美國和日本對下一代通信業(yè)務(wù)的調查顯示，用戶(hù)對手機電視業(yè)務(wù)非常有興趣，有40-60%的用戶(hù)希望可以在手機上收看電視，愿意每個(gè)月支付10歐元。到2008年，全球將有大約2億用戶(hù)使用此項服務(wù)，而亞洲將成為手機電視最流行的地區。 本文將介紹手機電視的相關(guān)技術(shù)，同時(shí)也將探討手機電視的一些解決方案。 二、手機電視面臨的問(wèn)題 1.惡劣的無(wú)線(xiàn)接收環(huán)境 無(wú)線(xiàn)接收環(huán)境帶來(lái)了多徑問(wèn)題，接收信號是來(lái)自不同路徑的發(fā)射信號的矢量疊加。不同的路徑引入了不同的延遲和相位，如圖1所示。 圖1 無(wú)線(xiàn)信道中的多徑傳播 如果信道的延遲擴展大于發(fā)送信號的符號周期，信號將產(chǎn)生頻率選擇性衰落并引起符間干擾，導致系統的性能下降。 手機電視業(yè)務(wù)必須為以不同速率運動(dòng)的移動(dòng)用戶(hù)提供高質(zhì)量和可靠的視頻傳輸，包括基本靜止的室內用戶(hù)，低速跑動(dòng)的移動(dòng)用戶(hù)（小于30km/h）和處于高速運動(dòng)的車(chē)輛中的用戶(hù)（大于100km/ h）。接收方相對于發(fā)送方的運動(dòng)會(huì )產(chǎn)生多普勒頻移。此頻移與相對運動(dòng)的速度成正比，它會(huì )導致相鄰載波的干擾，影響載波之間的正交性。系統設計者希望解調器具有較大的多普勒頻移范圍，它是衡量無(wú)線(xiàn)電信道時(shí)間選擇性的尺度。 2.手機的功耗問(wèn)題 在手機系統設計中，功耗是設計者最為關(guān)心的因素之一。移動(dòng)電視業(yè)務(wù)的引入不能以過(guò)多地犧牲待機時(shí)間為代價(jià)，用戶(hù)希望一次充電能連續觀(guān)看4個(gè)小時(shí)以上的電視節目。以往的地面數字廣播標準，比如DVB-T，雖然在高速運動(dòng)下有不錯的接收性能，但并沒(méi)有為移動(dòng)接收的功耗作特別的設計和優(yōu)化，目前較省電的DVB-T前端也要消耗約300-500mW的功耗，這對手機電池而言，還是不夠經(jīng)濟。在移動(dòng)電視業(yè)務(wù)給手機引入的功耗中，接收前端大約要占到80%的比例，因此，選擇針對功耗專(zhuān)門(mén)設計的移動(dòng)電視標準，設計低功耗的調諧器和解調器，是芯片設計者需要面對和解決的問(wèn)題。 3.多種標準、多個(gè)頻段的問(wèn)題 這是個(gè)較為復雜的問(wèn)題，超越了純粹的技術(shù)范疇，與數字電視演進(jìn)的歷史和各國的政策規劃相關(guān)。在地面數字電視廣播標準方面，美國和韓國是ATSC標準，日本采用了ISDB-T標準，歐洲和澳洲采用了DVB-T，中國的標準至今尚未確定。在制定移動(dòng)電視標準時(shí)，基于經(jīng)濟利益和技術(shù)延續性方面的考慮，各國也采用了不同的路線(xiàn)，大致的分布如圖2所示。 圖2 全球范圍的移動(dòng)電視標準的地理分布示意圖 在頻譜方面，主要涉及到四個(gè)頻段：VHF III（174-240MHz）、UHF（470-862MHz）和L1（1452-1492MHz）、L2（1660-1685MHz）。各國對手機電視的頻譜規劃也并不統一。 多標準、多頻段會(huì )帶來(lái)全球漫游的問(wèn)題，美國的用戶(hù)到了日本就可能無(wú)法享受到手機電視的服務(wù)。要解決這個(gè)問(wèn)題，移動(dòng)接收的調諧器和解調器，乃至應用處理器必須具備靈活性，支持多種標準和多個(gè)頻段，這為芯片廠(chǎng)商帶來(lái)了技術(shù)上的挑戰。 4.高級的音視頻編碼標準 為了充分利用寶貴的頻譜資源，在有限的帶寬下提供盡可能多的節目頻道，服務(wù)提供商必須使用高級的音視頻編碼技術(shù)，比如最新的視頻壓縮標準H.264（MPEG-4 Part 10）和音頻編碼標準AAC，其中H.264的壓縮率比MPEG-2高出2-3倍，1Mb/s的圖像數據接近MPEG-2DVD的圖像質(zhì)量，因此，它是手機電視中最為理想的信源壓縮編碼標準。H.264在結構上還是基于DCT域的運動(dòng)補償架構，不過(guò)相比以往的視頻編碼標準，它采用了更先進(jìn)的技術(shù)，比如具有方向性的幀內預測、基于可變塊的運動(dòng)分割、基于上下文的二進(jìn)制算術(shù)編碼、環(huán)內濾波、基于4×4塊的整數變換、1/4象素精度的運動(dòng)補償、分層的編碼語(yǔ)法等，這些技術(shù)使得H.264具有很高的壓縮效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比MPEG-4/H.263節約50%左右的碼率。H.264的碼流結構網(wǎng)絡(luò )適應性強，增加了差錯恢復能力，能夠很好地適應IP和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的應用。 編碼效率極大提高的代價(jià)是計算復雜度大大增加，基于軟件的解決方案，其CPU或DSP的主頻將大幅上升，導致功耗增加，縮短了電池的使用時(shí)間�；谟布﨟.264解碼的SoC芯片，是一個(gè)低功耗、高集成度的解決方案。 三、手機電視的標準 1.手機電視的兩種方式 從目前全球范圍內手機電視的業(yè)務(wù)開(kāi)展來(lái)看，存在兩種最主要的方式：流媒體和廣播。 為了開(kāi)發(fā)手機電視的市場(chǎng)需求，部分電信系統商已經(jīng)開(kāi)始在手機上提供電視收視的服務(wù)，其中較為知名的有Huchison 3G以及最近的Orange、Vodafone與意大利電信（Telecom ltalia）等。這些服務(wù)和傳統電視并不相同，手機通過(guò)電信網(wǎng)絡(luò )（2.5G/2.75G/3G）連接到媒體服務(wù)器，采用點(diǎn)對點(diǎn)流媒體方式播放，而非多點(diǎn)式的廣播。由于這些服務(wù)相當容易導入，而且商業(yè)模式上比較簡(jiǎn)單，容易運作，目前在市場(chǎng)上也取得了一定的成功。事實(shí)上，這種方式的頻譜利用率并不高，雖然為網(wǎng)絡(luò )營(yíng)運商帶來(lái)不錯的收益，但當3G的使用越來(lái)越普遍后，利用大量頻譜提供廉價(jià)電視內容的播放將會(huì )越來(lái)越不經(jīng)濟，同時(shí)對大規模的商業(yè)運營(yíng)在技術(shù)上也相當不實(shí)際。例如，3G用戶(hù)可以使用手機電視參看足球比賽的進(jìn)球集錦，假設一個(gè)基站有能力同時(shí)給100個(gè)用戶(hù)傳輸100kb/s的視頻流，這個(gè)視頻流在1000s內通過(guò)10000個(gè)基站進(jìn)行傳輸，這時(shí)有100萬(wàn)個(gè)用戶(hù)購買(mǎi)了這段進(jìn)球集錦，這樣每個(gè)基站必須在16-17min內保持10Mb/s的傳輸數據率，在這段時(shí)間內手機電視用戶(hù)的需求將耗盡3G網(wǎng)絡(luò )的全部資源，導致語(yǔ)音和其它數據業(yè)務(wù)無(wú)法開(kāi)展。 更有效地提供手機電視業(yè)務(wù)的方式是通過(guò)衛星或地面數字廣播來(lái)進(jìn)行傳輸。根據手機電視業(yè)務(wù)數據傳送不對稱(chēng)的特點(diǎn)，在反向信道利用蜂窩網(wǎng)絡(luò )可以開(kāi)展交互式業(yè)務(wù)，比如網(wǎng)頁(yè)瀏覽、短信、彩信、電郵等。利用廣播網(wǎng)絡(luò )，避免了點(diǎn)對點(diǎn)單播方式帶來(lái)的頻譜利用率較低的瓶頸，能有效地降低大規模商用的成本。在韓國的商業(yè)運營(yíng)和在歐洲、美國等的試運營(yíng)，都論證了廣播方式在技術(shù)上的可行性和商業(yè)上的經(jīng)濟性。但是，由于廣播方式可能同時(shí)牽涉到電信運營(yíng)商和廣播網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，商業(yè)模式上相對復雜，特別是在管制較嚴的國家受政策因素的影響較大，制約較多，給商用運營(yíng)帶來(lái)一定的難度。 2.廣播方式的幾種標準 a.歐洲的DVB-H標準 DVB-H標準是歐洲的DVB組織推出的面向手機等小型移動(dòng)終端設備的移動(dòng)數字電視傳輸標準。DVB-H是建立在DVB和DVB-T兩個(gè)標準之上的標準。它的系統前端由DVB-H封裝機和DVB-H調制器構成，DVB-H封裝機負責將IP數據封裝成MPEG-2系統傳輸流，DVB-H調制器負責信道編碼和調制；系統終端由DVB-H解調器和DVB-H終端構成，DVB-H解調器負責信道解調、解碼，DVB-H終端負責相關(guān)業(yè)務(wù)顯示、處理。為了滿(mǎn)足手機電視的業(yè)務(wù)要求，DVB-H傳輸系統具有以下的技術(shù)特點(diǎn)： （1）為提高電池的使用時(shí)間，采用了時(shí)間分片（Time Slicing）的技術(shù)，利用數據突發(fā)傳輸和緩沖的方法，終端周期地關(guān)掉一部分接收電路，可以節省多達90%的功耗，DVB-H的數據突發(fā)傳輸和緩沖見(jiàn)圖3： 圖3 DVB-H的數據突發(fā)傳輸和緩沖 （2）支持漫游，漫游時(shí)仍能非常順利地接收DVB-H業(yè)務(wù)； （3）使用了多負荷封裝和前向糾錯編碼的技術(shù)，使系統具有很強的抗干擾能力； （4）除了2K和8K模式，增加了4K模式，在移動(dòng)接收和建網(wǎng)成本之間進(jìn)行平衡； （5）系統能提供足夠的靈活性以滿(mǎn)足不同傳輸帶寬和信道帶寬應用。 b.韓國的T-DMB標準 T-DMB是韓國推出的地面數字多媒體廣播系統，從嚴格意義上講，仍然是歐洲的國家標準。該標準建立在歐洲廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的尤里卡147數字音頻廣播（DAB）系統的基礎上，在技術(shù)上作了一些修改，以便向手機、PDA和其它便攜設備播送空中數字電視節目。 T-DMB系統包括1個(gè)DMB監視系統、2個(gè)視頻編碼器、視頻網(wǎng)關(guān)和多路復用器，可以提供靈活的服務(wù)，包括視／音頻廣播、單獨的交通／新聞／天氣頻道。T-DMB利用ITU-T H.264對視頻進(jìn)行編碼，利用MPEG-4 BSAC對音頻進(jìn)行編碼，然后利用MPEG-4同步層和MPEG-2傳輸流對視頻、音頻以及數據進(jìn)行處理，某些基本的模塊，比如前向糾錯編碼和調制等，與DVB-H相似。 T-DMB在韓國已經(jīng)步入商用階段。2005年3月，韓國已向T-DMB廣播運營(yíng)商發(fā)放了許可證。同期，歐洲的DVB-H標準剛剛開(kāi)始進(jìn)行商用試驗。 c.高通的MediaFLO標準 高通公司于2005年推出了MediaFLO標準，這是手機電視標準中唯一的私有標準。據BDA分析師稱(chēng)，從純技術(shù)角度看，MediaFLO是專(zhuān)門(mén)為手機電視開(kāi)發(fā)的系統，在系統和終端表現上都優(yōu)于T-DMB和DVB-H，比如頻道切換時(shí)間和相同頻帶可容納的頻道數。但T-DMB和DVB-H現在的商用成熟度領(lǐng)先于MediaFLO，MediaFLO還缺乏成熟的產(chǎn)品，加之T-DMB和DVB-H是開(kāi)放的標準，支持的廠(chǎng)商眾多，而專(zhuān)利費等因素有可能會(huì )制約MediaFLO產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。 d.小結 這三種標準的未來(lái)發(fā)展將主要取決于廠(chǎng)商的推廣策略以及各自商用試驗的進(jìn)展。這三種技術(shù)的比較如表所示。 表 三種標準的技術(shù)比較 四、頻譜問(wèn)題 目前，UHF頻段主要由模擬電視和數字電視所使用。在很多國家，一些專(zhuān)家認為應該將模擬電視的頻段拿出來(lái)用于發(fā)展數字電視。 在大多數國家，L波段用于DAB和衛星傳輸。但是，DAB在很多國家并沒(méi)有取得成功，發(fā)射裝置通常被關(guān)掉了。因此，在L波段有多達24MHz的頻率可以馬上投入手機電視的使用。例如，在美國，Crown Castle公司用1670-1675MHz的頻段來(lái)開(kāi)展DVB-H的手機電視業(yè)務(wù)。 一般會(huì )認為，L波段的頻率較高，因此信號的衰減也較大。由此得出的結論是L波段的網(wǎng)絡(luò )成本較高，因為發(fā)射器之間的距離需要更近，所以需要更多的發(fā)射器。然而，這并沒(méi)有考慮到接收器的實(shí)現問(wèn)題。 UHF的主要問(wèn)題是接收天線(xiàn)的尺寸。好的UHF天線(xiàn)需要10-20cm長(cháng)，但是絕大多數的手機電視接收天線(xiàn)只有幾厘米長(cháng)，與最優(yōu)尺寸的UHF天線(xiàn)相比，這會(huì )帶來(lái)7-10dB的損失。 一般來(lái)說(shuō)，空中的信號衰減可以用20log（f）來(lái)表示，這意味著(zhù)在給定距離的條件下，L波段相比UHF波段大概有8dB的損失，這跟由于UHF天線(xiàn)尺寸的限制而造成的損失基本相互抵消了。 從這個(gè)意義上，用L波段來(lái)開(kāi)展手機電視業(yè)務(wù)，與UHF波段相比，整個(gè)系統的信號傳輸性能并沒(méi)有明顯的下降。 加之UHF V（598-862MHz）接近GSM 900頻段，會(huì )對GSM的無(wú)線(xiàn)接收造成影響。因此，在手機電視的接收端，需要設計一個(gè)GSM濾波器，除去這方面的影響，這會(huì )對調諧器的設計帶來(lái)一定的難度。 根據以上的分析，用L波段來(lái)開(kāi)展手機電視業(yè)務(wù)，無(wú)論從頻率規劃，還是從接收技術(shù)而言，都是可行性較高的方案。 五、解決方案 圖4為具有接收移動(dòng)電視廣播功能的手機架構。該架構由三個(gè)主要的子系統構成：通信子系統、應用子系統和移動(dòng)接收子系統。我們將重點(diǎn)討論關(guān)于移動(dòng)接收和應用子系統相關(guān)的解決方案。 圖4 具備接收移動(dòng)電視廣播功能的手機架構 移動(dòng)接收子系統主要由接收天線(xiàn)、調諧器和解調器組成。這里不討論接收天線(xiàn)。調諧和解調有兩種方案：一種是兩者是分離芯片，另一種是單芯片集成。 在早期，為了迅速推出方案，搶占市場(chǎng)，一些廠(chǎng)商選擇了分離方案。Freescale提供射頻調諧器，分別是針對UHF頻段（430～862MHz）的MC44CD0I/02和針對美國L波段（1.67GHz）的MC44CD03，再配上DiBcom公司的DIB7000-H芯片，它是全球首先量產(chǎn)、支持DVB-H移動(dòng)接收規格的解調器。 Microtune公司也推出了分離方案。它的雙波段DVB-H調諧器芯片MT2260，采用集成設計，無(wú)需外部低噪聲放大器（LNA）或平衡/不平衡變壓器，在觀(guān)看模式下的典型功耗為20-40mW。MT2260目前可接收到的頻段為美國的L波段和歐洲的UHF頻段（470-890MHz）。 TI則采用了集成方案。它的Hollywood單芯片解決方案是業(yè)界首款采用標準90nm數字工藝、將移動(dòng)電視調諧器與解調器集成的芯片。其中，DTV1000和DTV1001是Hollywood單芯片系列的首批產(chǎn)品，支持開(kāi)放的業(yè)界標準，包括應用于歐洲、美國及部分亞洲地區的DVB-H及應用于日本的ISDB-T，另外，均具備可連接至TI OMAP系列應用處理器的接口。 以色列公司Siano Mobile的SMS1000屬于集成方案，包括SMS1001調諧器和SMS1002解調器芯片。SMS1000支持多種標準（DVB-H、DVB-T、T-DMB、DAB、EPM-DAB）和多個(gè)波段（VHFIII、UHF、L1、L2），提供了SPI、SDIO、USB 2.0、GSP接口。 Philips采取了折中的SiP方案。Philips的BGT210和BGT211是低功率DVB-H前端芯片，BGT210服務(wù)歐洲市場(chǎng)，BGT211服務(wù)美國市場(chǎng)。芯片包含一片電視調諧器（TDA18281/2）、可編程通道解碼器/解調器（TDA10105）、源解碼器和完整的用于DVB-H傳輸控制、文件傳送和實(shí)時(shí)A/V傳送的軟件包。 Samsung的DVB-H前端芯片組帶有Zero-IF（中頻）CMOS RF調諧器（S5M8600），以及符合DVB-H/T標準的信道解碼器（S3C4F10）、CPU和內置式存儲器，它的應用子系統也比較有特點(diǎn)，采用了SC32442應用處理器加上SA3A480 H.264解碼器的雙芯片方案。 中國大陸的IC公司還沒(méi)有推出手機電視移動(dòng)接收的芯片。在應用處理器方面，上海杰得微電子的Z228芯片已經(jīng)量產(chǎn)，采用TSMC 130納米工藝，包含266MHz的ARM926EJ內核和全硬件全雙工的MPEG-4 VGA編解碼器。杰得也將針對移動(dòng)電視市場(chǎng)，推出支持H.264解碼的應用處理器。 六、結束語(yǔ) 手機電視作為3G的補充，將會(huì )成為運營(yíng)商一個(gè)非常重要的增值業(yè)務(wù)。技術(shù)瓶頸的解決將促進(jìn)手機電視的普及。目前，已有眾多芯片廠(chǎng)商推出支持DVB-H、T-DMB、ISDB-T和MediaFLO等標準的移動(dòng)接收芯片，一些多媒體SoC廠(chǎng)商推出支持高級音視頻格式的應用處理器，這將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，降低終端的成本，為手機電視的大規模商用創(chuàng )造有利條件。 |
