移動多媒體廣播原理介紹與技術(shù)標準

1、移動多媒體廣播原理介紹與技術(shù)標準解讀,廣電總局廣播科學(xué)研究院楊杰2010年7月19日北京,中國移動多媒體廣播,中國移動多媒體廣播系統(tǒng),ChinaMobileMultimediaBroadcasting-CMMB是我國廣播電視的重要組成部分，是廣播電視的補充和延伸廣電總局于2003開始研究新一代移動多媒體廣播技術(shù)，并在2006年正式提出了基于自主知識產(chǎn)權(quán)的,中國移動多媒體廣播,由廣電部門、科研機構(gòu)、技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)制造企業(yè)等組建了CMMB工作組，目前成員單位已達到220余家。,歷史腳印,第一次醞釀（2002年）第一套原型機（2006年初）第一次亮相（2006年8月）第一個標準（2006年10月）第

2、一款芯片（2007年3月）第一個發(fā)射點（2007年5月）第一次較量（2008年4月）第一次大考（2008年8月）第一個商業(yè)運營（2009年2月）,中國移動多媒體廣播,面向七寸以下小屏幕、小尺寸、移動便攜終端諸如手機、PDA、MP3、MP4、數(shù)碼相機、筆記本電腦等以及車載、船載、機載接收機等接收設(shè)備。采用地面無線（或衛(wèi)星）廣播的方式，提供數(shù)字廣播電視節(jié)目和信息服務(wù),移動電視廣播,可能的應(yīng)用？動機和目的？接收終端形式？商務(wù)用戶和旅行者在空閑時間觀看電視節(jié)目商務(wù)用戶和旅行者查看股票、天氣預(yù)報、新聞等PMP、游戲機接收電視節(jié)目片斷或卡通,廣播科學(xué)研究院,動機與目的,需要向手持移動（手持/便攜/車載）終

3、端提供新聞、視頻流等公共服務(wù)和商業(yè)服務(wù)移動視頻設(shè)備種類多、普及率高，如手機、筆記本計算機、PMP、GPS、PDA等可以使用移動通信2.5G或者3G，經(jīng)濟上不可行，技術(shù)上有難度,廣播科學(xué)研究院,接收方式與標準采用,手持接收移動多媒體廣播手機、PDA、筆記本電腦、游戲機等固定接收地面電視廣播電視機、臺式計算機等車載接收移動多媒體廣播/地面電視廣播車載，可能包括手持設(shè)備（按接收設(shè)備的大小和方便性分）地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)在一定條件下能滿足車載接收的要求,廣播科學(xué)研究院,地面數(shù)字廣播系統(tǒng)不能保證,耗電低于100mW較高的數(shù)據(jù)率，達到15Mbit/s在高速下的接收只用一個天線接收單頭端（Front-end

4、）的漫游移動多媒體廣播系統(tǒng)是一種適合移動接收需要的數(shù)字電視系統(tǒng),廣播科學(xué)研究院,移動電視技術(shù)的發(fā)展情況,1、DVB系列（歐洲、亞洲、大洋洲）2、ISDB-T（日本、南美洲）3、T-DMB（韓國）4、S-DMB（日韓）5、MediaFLO（北美洲）6、CMMB（中國）,地面覆蓋,頻段：470-798MHz相鄰發(fā)射臺距離：15.36km,地面單頻網(wǎng)組網(wǎng)示意圖,黃金準則：頻率相同時間相同數(shù)據(jù)相同,電視廣播業(yè)務(wù)聲音廣播業(yè)務(wù)電子業(yè)務(wù)指南緊急廣播數(shù)據(jù)廣播條件接收,電視廣播業(yè)務(wù)參數(shù),視頻壓縮標準：AVS，H.264音頻壓縮標準：MPEG-4AAC幀率：25幀/秒圖像分辨率：QVGA（320 x240）、QC

5、IF(176x144)采樣格式：4:2:0,聲音廣播業(yè)務(wù)參數(shù),音頻壓縮標準：DRA音頻聲道：單聲道、立體聲采樣率：48kHz、44.1kHz、32kHz,第1部分：信道編碼與調(diào)制,信道通常需要解決的一般問題,適用的頻率范圍信道編碼技術(shù)調(diào)制技術(shù)基帶成幀技術(shù),CMMB的信道設(shè)計需求,對接收的要求惡劣環(huán)境下的高質(zhì)量接收（室內(nèi)、室外、高速移動節(jié)電，低功耗接收單一、小尺寸天線滿足接收要求對業(yè)務(wù)的要求多種業(yè)務(wù)靈活組合針對業(yè)務(wù)有效劃分無線資源對網(wǎng)絡(luò)的要求支持單頻組網(wǎng)支持網(wǎng)絡(luò)漫游和切換,主要技術(shù)特點,采用基于時隙的幀結(jié)構(gòu)支持終端省電采用OFDM調(diào)制技術(shù)支持移動接收和單頻組網(wǎng)采用LDPC編碼和深度交織提高接收性

6、能,信道編碼與調(diào)制框圖,糾錯編碼,級聯(lián)碼外碼：RS編碼外交織：基于字節(jié)的塊交織內(nèi)碼：LDPC編碼內(nèi)交織：基于比特的塊交織,字節(jié)交織,列入/列出的方式輸入數(shù)據(jù)由第1列開始，由左向右逐次寫滿字節(jié)交織器的前K列RS編碼器由上向下逐行進行RS編碼所有行的RS編碼完成后，由左向右從字節(jié)交織器中逐列讀出240列編碼后的數(shù)據(jù),字節(jié)交織深度,字節(jié)交織提供跨時隙深度交織字節(jié)交織深度由星座點數(shù)和交織模式?jīng)Q定，可以跨18個時隙結(jié)合時隙分配，可以提供秒級交織深度,LDPC編碼,高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編碼，碼長9216比特包括兩種碼率：1/2和3/4碼字結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，使解碼器可以低復(fù)雜度實現(xiàn)提供接近香農(nóng)限的糾錯性能,

7、LDPC編碼,比特交織器,輸入填充順序,輸出填充順序,360,384,交織深度,幀結(jié)構(gòu),CMMB傳輸幀長度為1秒，劃分為40個時隙每個時隙具有相同的結(jié)構(gòu)，包括信標和53個OFDM符號每個廣播業(yè)務(wù)占用一個或幾個時隙利于時隙開關(guān)支持終端節(jié)電設(shè)計,時隙,TS,0,TS,1,TS,2,TS,3,TS,4,TS,5,TS,6,TS,7,TS,8,TS,9,TS,10,TS,11,TS,35,TS,36,TS,37,TS,38,TS,39,:,控制邏輯信道,Service1,-,Service2,Service3,Service4,ServiceK-1,ServiceK,時隙,同步信號,發(fā)射機標識,同步信

8、號,OFDM符號,OFDM符號,OFDM符號,53OFDM符號,信標,時間分片原理示意,時間分片功耗降低,OFDM符號,子載波,離散導(dǎo)頻：交錯排列，用于時頻域信道估計連續(xù)導(dǎo)頻：左右對稱排列，頻率跟蹤、相位校正，以及承載16比特傳輸指示信息時隙號（5比特）、字節(jié)交織器同步標識（1比特）、配置變更指示（1比特）、保留（8比特）,系統(tǒng)數(shù)據(jù)率,與其它系統(tǒng)對比,第2部分：復(fù)用,復(fù)用基本功能,技術(shù)對比,復(fù)用效率,無線通信的頻率資源寶貴，CMMB重要的特點是窄帶傳輸、低碼率特性，因此數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議設(shè)計應(yīng)具有高效的結(jié)構(gòu)，確保傳輸效率MPEG2TS為例說明由于每個TS包固定長度為188個字節(jié)，每1個圖像幀是一

9、個PES，而2個PES不能在同一個TS包內(nèi)，也就是說每個PES必須占用整數(shù)個TS包，因此需要信息填充碼率越低，PES長度越小，由此效應(yīng)而導(dǎo)致的損耗則越顯著,復(fù)用效率,用于描述業(yè)務(wù)的PSI信息PSI由PAT、PMT、NIT和CAT構(gòu)成，其中PAT和PMT的發(fā)送頻率非常高業(yè)務(wù)更新發(fā)現(xiàn)實時性差。由于每個TS流分配具有的不同的PSI信息，當PAT、PMT等PSI信息改變時，須對每個TS流進行遍歷，為確保更新發(fā)現(xiàn)及時，每次切換TS流時須重新搜索PSI信息PCR等其它信息開銷也形成冗余經(jīng)分析及測試，當多媒體業(yè)務(wù)碼率為500kbps以下時，MPEG2TS傳輸效率為80%85左右,復(fù)用器原理框圖,主要特點,與

10、信道技術(shù)緊密耦合邏輯信道分為控制邏輯信道和業(yè)務(wù)邏輯信道控制邏輯信道傳輸系統(tǒng)控制信息，固定在時隙0業(yè)務(wù)邏輯信道占用其他時隙，適配業(yè)務(wù)對QoS要求,幀結(jié)構(gòu),控制信息表,網(wǎng)絡(luò)信息表提供網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息，例如中心頻率、帶寬復(fù)用配置表（短時間持續(xù)）提供了一個載頻上的每個復(fù)用幀的配置情況，例如時隙位置、信道參數(shù)、承載業(yè)務(wù)數(shù)量等等業(yè)務(wù)配置表（短時間持續(xù)）提供了各載頻上業(yè)務(wù)分配情況,視音頻/數(shù)據(jù),第3部分：電子業(yè)務(wù)指南,基本概念,定義：ESG)(ElectronicServiceGuide)，是一種多媒體廣播信息導(dǎo)航業(yè)務(wù)作用：終端通過解析ESG，能夠獲得多媒體廣播業(yè)務(wù)的相關(guān)信息，如業(yè)務(wù)名稱、播放時間、內(nèi)容梗概等，

11、便于終端用戶快速檢索和訪問相關(guān)概念：業(yè)務(wù)、節(jié)目、內(nèi)容、編排（Service、Event、Content、Schedule）,ESG示例（北京530MHz頻點）,601602603604605606607701702,CCTV-1CCTV-3CCTV-奧運CCTV-9CCTV-新聞CCTV-少兒BTV-1中央人民廣播電臺中國國際廣播電臺,與EPG的區(qū)別,EPG(ElectronicProgramGuide)ESG(ElectronicServiceGuide)相同點從功能上講兩者大同小異不同點從技術(shù)上講兩者實現(xiàn)方式不一樣EPG偏重于電視廣播和聲音廣播的節(jié)目單,ESG除了電視和聲音廣播外，還提供數(shù)

12、據(jù)業(yè)務(wù)的節(jié)目單,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),名詞解釋,ESG數(shù)據(jù)信息（主要信息）:數(shù)據(jù)信息描述與移動多媒體廣播業(yè)務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)信息、業(yè)務(wù)擴展信息、編排信息、內(nèi)容信息和業(yè)務(wù)參數(shù)信息ESG基本描述表（控制信息）:描述ESG數(shù)據(jù)信息的業(yè)務(wù)（時隙）分配情況和更新狀態(tài)等信息的控制信息表ESG節(jié)目提示信息（輔助信息）:描述業(yè)務(wù)當前時間段和下一時間段播放節(jié)目的概要信息，隨移動多媒體廣播視、音頻業(yè)務(wù)一起傳輸,數(shù)據(jù)信息的組成單元及層次關(guān)系,ESG的實現(xiàn)機制,第4部分:緊急廣播,第4部分:緊急廣播,定義：緊急廣播是一種利用移動多媒體系統(tǒng)向公眾通告緊急事件的方式。當發(fā)生自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生和社會安全等突發(fā)事件時，造成或者可能造

13、成重大人員傷亡、財產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境破壞和嚴重社會危害，危及公共安全時，移動多媒體廣播的緊急廣播系統(tǒng)可以提供一種迅速快捷的通告方式。是一種公益性質(zhì)的特殊業(yè)務(wù)。,第4部分:緊急廣播,在出現(xiàn)國家規(guī)定的緊急情況和突發(fā)事件時，可以實現(xiàn)向用戶提供緊急通告服務(wù)緊急廣播以文字信息為基本方式，可擴展支持音頻、圖片、圖像等方式，應(yīng)實現(xiàn)多語種和多編碼，以適應(yīng)少數(shù)民族地區(qū)和在境內(nèi)的境外人員，當前端發(fā)送緊急廣播消息時，接收終端應(yīng)能強行切換接收緊急廣播消息，并能根據(jù)緊急事件的級別和類型采取相應(yīng)的展示方式,第4部分:緊急廣播,全國性的緊急廣播消息通過衛(wèi)星和地面覆蓋網(wǎng)絡(luò)向全國覆蓋，地方廣播網(wǎng)收到全國緊急廣播消息必須立即轉(zhuǎn)發(fā)地

14、方的緊急廣播消息通過本地廣播網(wǎng)覆蓋，地方的緊急廣播消息可以提請全國播出前端發(fā)送觸發(fā)信息系統(tǒng)安全可靠,具有安全防范能力系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可擴展性，能夠適應(yīng)國家在緊急廣播領(lǐng)域發(fā)展的相關(guān)要求,多級運營平臺,緊急信息處理流程,第5部分:數(shù)據(jù)廣播,第5部分:數(shù)據(jù)廣播,數(shù)據(jù)廣播是利用廣播通信系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的信息技術(shù)和業(yè)務(wù)的總稱通過數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)，可以為終端用戶提供各類信息服務(wù)，如股票資訊、交通導(dǎo)航、氣象服務(wù)、網(wǎng)站廣播等數(shù)據(jù)廣播是移動多媒體廣播的一項增值業(yè)務(wù)，擴展并豐富了移動多媒體廣播的業(yè)務(wù)內(nèi)容。制定數(shù)據(jù)廣播標準對于推動移動多媒體廣播業(yè)務(wù)的開展十分重要,第5部分:數(shù)據(jù)廣播,第5部分:數(shù)據(jù)廣播,數(shù)字電視的數(shù)據(jù)封裝格

15、式數(shù)據(jù)管道數(shù)據(jù)流多協(xié)議封裝DSM-CC數(shù)據(jù)輪播對象輪播,第5部分:數(shù)據(jù)廣播,第5部分:數(shù)據(jù)廣播,流模式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),若數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以連續(xù)流的方式展現(xiàn)，通常有時序要求、傳輸有時間標簽指示或數(shù)據(jù)流內(nèi)部有同步要求，采用流模式進行處理。流模式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)直接進行可擴展協(xié)議封裝，適配到復(fù)用子幀的數(shù)據(jù)段中，實現(xiàn)透明傳輸。適用業(yè)務(wù)：音視頻流、股票行情、交通誘導(dǎo)等,流模式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理方式,文件模式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),若數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以離散數(shù)據(jù)文件的方式展現(xiàn)，通常無時序要求、傳輸無時間標簽指示或同步要求，采用文件模式進行處理適用業(yè)務(wù)：音視頻短片、網(wǎng)頁推送、文件下載、電子報刊等,文件模式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理方式,數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的復(fù)用,流模式/文件模式

16、的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過XPE/XPE-FEC封裝后適配到復(fù)用幀不同的數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)應(yīng)采用不同的復(fù)用子幀傳輸，一個復(fù)用子幀傳輸一個數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù),第6部分:條件接收,第6部分:條件接收,本部分規(guī)定移動多媒體廣播條件接收系統(tǒng)（MMB-CAS）功能和技術(shù)要求，MMB-CAS可為移動多媒體廣播業(yè)務(wù)提供傳輸過程中的保護，即針對業(yè)務(wù)的廣播通道保護。移動多媒體廣播運營商通常在播出時針對移動多媒體業(yè)務(wù)加入MMB-CAS條件接收控制機制。采用MMB-CAS，移動多媒體廣播運營商可針對業(yè)務(wù)或業(yè)務(wù)包向指定用戶或用戶組授權(quán)，使得只有授權(quán)用戶或用戶組才能接收相關(guān)業(yè)務(wù)。,第6部分:條件接收,第6部分:條件接收,分為前端子系統(tǒng)和終端子

17、系統(tǒng)兩部分雙向網(wǎng)絡(luò)是可選的，為終端提供交互方式授權(quán)通道在只有單向廣播網(wǎng)絡(luò)（單向終端）時，通過廣播授權(quán)信息方式向用戶授權(quán)，或結(jié)合使用加密授權(quán)與電子錢包功能，通過終端本地交互方式實現(xiàn)用戶自授權(quán)具備雙向網(wǎng)絡(luò)和雙向終端時，通過雙向網(wǎng)絡(luò)對終端進行點對點交互式向用戶授權(quán)只使用雙向網(wǎng)絡(luò)傳輸授權(quán)管理信息、系統(tǒng)信令和用戶訂購消費記錄等,第6部分:條件接收,MMB-CAS技術(shù)體系以四層密鑰模型為基礎(chǔ)，建立密鑰安全管理與授權(quán)控制管理及分發(fā)機制，利用加擾技術(shù)，實現(xiàn)對移動多媒體廣播業(yè)務(wù)的條件接收系統(tǒng)的安全管理主要通過系統(tǒng)信令對CAS終端進行管理?？梢詫AS終端密鑰進行更新、銷毀、生效、失效等控制；對CAS終端的功能進

18、行更新、生效、失效等控制,第6部分:條件接收,第6部分:條件接收,用戶注冊層:實現(xiàn)用戶密鑰（UK）在終端安全模塊中的預(yù)置，或?qū)崿F(xiàn)按雙向注冊方式的用戶密鑰分發(fā)。UK用來對業(yè)務(wù)密鑰（SEK）進行加密/解密。前端利用UK對SEK信息加密，生成授權(quán)管理信息（EMM），通過廣播或雙向信道傳輸給終端，終端進行解密獲得SEK。授權(quán)管理層實現(xiàn)EMM數(shù)據(jù)從前端到終端的安全傳遞。,第6部分:條件接收,安全管理層實現(xiàn)系統(tǒng)信令數(shù)據(jù)從前端到終端的安全傳遞。通常將系統(tǒng)信令利用UK加密后封裝EMM中，通過廣播或雙向信道傳輸給終端，終端進行解密獲得系統(tǒng)信令。利用系統(tǒng)信令進行系統(tǒng)的安全控制、密鑰管理、功能管理等。SEK用來對控

19、制字（CW）進行加密/解密。前端利用SEK對CW進行加密，生成授權(quán)控制信息（ECM），通過廣播信道傳輸給終端，終端進行解密獲得CW。,第6部分:條件接收,授權(quán)控制層:授權(quán)控制層實現(xiàn)ECM數(shù)據(jù)從前端到終端的安全傳遞。CW用來對傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)進行加擾/解擾。前端利用CW對業(yè)務(wù)進行加擾，通過廣播信道傳送給終端，終端利用CW對加擾業(yè)務(wù)進行解擾業(yè)務(wù)加擾層實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從前端到終端的安全傳遞。,第7部分:接收解碼終端技術(shù)要求,第7部分:接收解碼終端技術(shù)要求,第7部分:接收解碼終端技術(shù)要求,CMMB終端是指具備接收、處理和/或顯示CMMB播信號的設(shè)備CMMB終端的邏輯結(jié)構(gòu)分為信號處理模塊、條件接收模塊和應(yīng)用模塊信號處理模塊:射頻接收、解調(diào)制、解復(fù)用及相關(guān)功能條件接收模塊:信號解擾、解密、用戶授權(quán)及相關(guān)功能應(yīng)用模塊:電視廣播、聲音廣播、電子業(yè)務(wù)指南、緊急廣播和數(shù)據(jù)廣播等業(yè)務(wù)的處理,第7部分:接收解碼終端技術(shù)要求,本技術(shù)要求規(guī)定了移動多媒體廣播終端需支持的業(yè)務(wù)類型、功能和物理接口，并對終端的接收靈敏度、載噪比門限、抗干擾能力等關(guān)鍵性能指標進行約定，這些對于規(guī)范終端產(chǎn)品的生產(chǎn)制造具有重要指導(dǎo)意義該技術(shù)要求的頒布和實施