便攜式移動(dòng)電視接收系統(tǒng)探究論文

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1、 便攜式移動(dòng)電視接收系統(tǒng)探究論文 摘要： 本文簡(jiǎn)單介紹了新一代便攜式移動(dòng)電視接收標(biāo)準(zhǔn)DVB-H及移動(dòng)電視的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，重點(diǎn)介紹了DVB-H系統(tǒng)的構(gòu)成、時(shí)間分片技術(shù)、MPE-FEC、4K傳輸模式及使得H.264能適應(yīng)移動(dòng)電視接收的幾個(gè)主要技術(shù)特點(diǎn)。 關(guān)鍵字： DVB-H、H.264 使用便攜式通訊工具比如手機(jī)，隨時(shí)隨地的收看電視以前是一個(gè)夢(mèng)想，隨著信源編碼技術(shù)、信道傳輸和新一代基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)的建立，使便攜式移動(dòng)接收子系統(tǒng)也從單一的文字、圖片形式的接收轉(zhuǎn)向更豐富多彩的視音頻形式接收。電視行業(yè)為了適應(yīng)這種趨勢(shì)，也對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的制定和技

2、術(shù)研發(fā)?，F(xiàn)在就相關(guān)技術(shù)做以下的論述。 要在手機(jī)上看電視，技術(shù)上需要處理好三個(gè)環(huán)節(jié)：信號(hào)源、傳播途徑和接收終端。信號(hào)源方面，需要有高壓縮比的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)；傳播途徑方面，有無(wú)線微波和網(wǎng)絡(luò)傳輸。為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收，需要抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字調(diào)制和信道處理技術(shù)。接收終端方面，必須開(kāi)發(fā)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。 目前，該服務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要有三條途徑： 1.利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的方式 目前美國(guó)和我國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商推出的手機(jī)電視業(yè)務(wù)主要是依靠現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。中國(guó)移動(dòng)的手機(jī)電視業(yè)務(wù)是基于其GPRS網(wǎng)絡(luò)，中國(guó)聯(lián)通則是依靠其CDMA網(wǎng)絡(luò)

3、。不管是GPRS手機(jī)還是CDMA手機(jī)，都需要在裝有操作系統(tǒng)的手機(jī)終端（一般是PDA手機(jī)等高檔產(chǎn)品）上安裝相應(yīng)的播放軟件，而相應(yīng)的電視節(jié)目源則由移動(dòng)通信公司或者通過(guò)相應(yīng)的服務(wù)提供商來(lái)組織和提供。 2.利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的方式 利用手機(jī)來(lái)接收衛(wèi)星播發(fā)的電視節(jié)目信號(hào)是一個(gè)非常新的想法。目前只有韓國(guó)在力推手機(jī)電視廣播（DMB）。這種DMB接收機(jī)能提供高質(zhì)量的圖像，使用該接收機(jī)模塊能使用戶同時(shí)接收地面無(wú)線電視廣播和衛(wèi)星電視廣播的信號(hào)。 3.手機(jī)中安裝數(shù)字電視接收模塊的方式 目前最被看好的手機(jī)電視技術(shù)方式是通過(guò)整合數(shù)字電視和移動(dòng)電話的方式。這種方式需要在手機(jī)終端上安裝

4、微波數(shù)字電視接收模塊，可以不通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路，直接獲得數(shù)字電視信號(hào)。目前，手機(jī)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)只有歐洲的DVB－H和日本的單頻段轉(zhuǎn)播標(biāo)準(zhǔn)。 在國(guó)內(nèi)，只有中央電視臺(tái)和少數(shù)的幾家移動(dòng)公司相繼推出了手機(jī)電視業(yè)務(wù)。以中央電視臺(tái)為例，由于目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有DVB-H的數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)，他們是通過(guò)2.5G或2.75G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)來(lái)播放“手機(jī)電視”節(jié)目的，即利用中國(guó)移動(dòng)GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)或中國(guó)聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)WAP門戶網(wǎng)站為用戶提供在線直播或點(diǎn)播的流媒體音視頻節(jié)目的服務(wù)。 以下討論關(guān)于手機(jī)電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和編碼標(biāo)準(zhǔn)： 一、手機(jī)電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)——DVB-H DVB-H

5、（早期為DVB-X）標(biāo)準(zhǔn)全稱為DigitalVideoBroadcastingHandheld，它是DVB組織為通過(guò)地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向便攜/手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所制定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。DVB-H植基于DVB-T，是一種以IP封包（datagrams）來(lái)傳送資料（主要為數(shù)字多媒體資料）的系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展應(yīng)用，但是和DVB-T相比，DVB-H終端具有更低的功耗，移動(dòng)接收和抗干擾性能更為優(yōu)越，因此該標(biāo)準(zhǔn)適用于移動(dòng)電話、手持計(jì)算機(jī)等小型便攜設(shè)備通過(guò)地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)。事實(shí)上，由于DVB-H是一種支持多媒體業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，除了電視業(yè)務(wù)外它還可以開(kāi)展電子報(bào)紙、電子拍賣、旅游向?qū)А?/p>

6、游戲、視頻點(diǎn)播和交互等多種綜合性業(yè)務(wù)?？傊珼VB-H標(biāo)準(zhǔn)就是依托目前DVB-T傳輸系統(tǒng)，通過(guò)增加一定的附加功能和改進(jìn)技術(shù)使手機(jī)等便攜設(shè)備能夠穩(wěn)定的接收廣播電視信號(hào)。 為了減低小型手持式設(shè)備的功耗，DVB-H采用了一種叫做“時(shí)間切片”（time-slicing）的技術(shù)，把IP封包在切割成很短的時(shí)段（timeslots）內(nèi)以數(shù)據(jù)突發(fā)DataBurst方式傳送。接受器的前端電路（frontend）只有在所選定服務(wù)DataBurst的時(shí)段才會(huì)開(kāi)啟，在這個(gè)極短暫的時(shí)段之中，資料被高速地接收下來(lái)，并可以儲(chǔ)存在設(shè)備具有的緩沖區(qū)內(nèi)，此緩沖區(qū)可以儲(chǔ)存下載的內(nèi)容，也可以直接播放現(xiàn)場(chǎng)直播的資料文件。

7、 1、DVB-H系統(tǒng)結(jié)構(gòu) DVB-H支持的是手機(jī)等小型移動(dòng)終端設(shè)備，是手機(jī)數(shù)字電視傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。DVB-H是建立在DVB數(shù)據(jù)廣播和DVB-T傳輸之上的標(biāo)準(zhǔn)，更注重于協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)前端由DVB-H封裝機(jī)和DVB-H調(diào)制器構(gòu)成，DVB-H封裝機(jī)負(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)封裝成MPEG-2系統(tǒng)傳輸流，DVB-H調(diào)制器負(fù)責(zé)信道編碼和調(diào)制；系統(tǒng)終端由DVB-H解調(diào)器和DVB-H終端構(gòu)成，DVB-H解調(diào)器負(fù)責(zé)信道解調(diào)、解碼，DVB-H終端負(fù)責(zé)相關(guān)業(yè)務(wù)顯示、處理。 DVB-H傳輸系統(tǒng)還具有以下特殊要求： (1)為延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，終端周期地關(guān)掉一部分接收電路以節(jié)省功耗；

8、(2)能漫游，漫游時(shí)仍能非常順利地接收DVB-H業(yè)務(wù)； (3)傳輸系統(tǒng)能保證在各種移動(dòng)速率下順利接收DVB-H業(yè)務(wù)； (4)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力； (5)系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)撵`活性，以適應(yīng)不同傳輸帶寬和信道帶寬應(yīng)用。 2、協(xié)議層次劃分 DVB-H標(biāo)準(zhǔn)將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。 (1)數(shù)據(jù)鏈路層——采用時(shí)間分片技術(shù)，用于降低平均功耗，便于進(jìn)行平穩(wěn)、無(wú)縫的業(yè)務(wù)交換；采用MPE（多協(xié)議封裝）前向糾錯(cuò)技術(shù)，提高移動(dòng)使用中的C/N門限和多普勒性能，增強(qiáng)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(hào)交織等

9、內(nèi)容。 其它技術(shù)特點(diǎn)包括：在傳輸參數(shù)信令(TransmissionParameterSignaling，TPS)比特中增加DVB-H信令，用于提高業(yè)務(wù)發(fā)展速度；蜂窩標(biāo)識(shí)(在TPS中)用于支持移動(dòng)接收時(shí)快速信號(hào)掃描和頻率交換；增加4k模式以適應(yīng)移動(dòng)接收和單頻蜂窩網(wǎng)，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、規(guī)劃的靈活性；2k和4k模式進(jìn)行深度符號(hào)交織，進(jìn)一步提高移動(dòng)環(huán)境和沖擊噪聲環(huán)境下的魯棒性。 3、關(guān)鍵新技術(shù) (1)功耗：DVB-H要求射頻接收和信道解調(diào)、解碼部分的功耗小于100mW。 (2)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 由于DVB-H終端在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)時(shí)接收天線小巧且單一，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)單頻網(wǎng)

10、。為此，DVB-H增加了新的技術(shù)模塊，主要包括： ①時(shí)間分片——基于時(shí)分復(fù)用的技術(shù)，節(jié)省接收終端功耗和便于網(wǎng)絡(luò)交換； ②MPE-FEC——基于RS糾錯(cuò)編碼技術(shù)，增加額外的前向糾錯(cuò)編碼，提高系統(tǒng)的移動(dòng)和抗脈沖干擾能力； ③4k模式——用于提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的靈活性； ④DVB-HTPS——為DVB-H專用的傳輸參數(shù)信令，用于提高系統(tǒng)同步和業(yè)務(wù)訪問(wèn)速度。 下面對(duì)時(shí)間分片、MPE-FEC、4k模式及DVB-HTPS進(jìn)行詳細(xì)的介紹： ①時(shí)間分片 時(shí)間分片技術(shù)是DVB-H中最為重要的新技術(shù)模塊，采用突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù)，每個(gè)突發(fā)時(shí)間片傳送一個(gè)業(yè)

11、務(wù)，在業(yè)務(wù)傳送時(shí)間片內(nèi)該業(yè)務(wù)將單獨(dú)占有全部數(shù)據(jù)帶寬，并指出下一個(gè)相同業(yè)務(wù)時(shí)間片產(chǎn)生的時(shí)刻，這樣手持終端能夠在指定的時(shí)刻接收選定的業(yè)務(wù)，在業(yè)務(wù)空閑時(shí)間做節(jié)能處理，從而降低總的平均功耗。這期間前端放射機(jī)是一直工作的，在相同業(yè)務(wù)的兩個(gè)時(shí)間片之間將會(huì)傳送其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，DVB-H信號(hào)就是由許多這樣的時(shí)間片組成的。從接收機(jī)的角度而言，接收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并非如傳統(tǒng)恒定速率的連續(xù)輸入方式，數(shù)據(jù)以離散的方式間隔到達(dá)，稱之為突發(fā)傳送，如果解碼終端要求數(shù)據(jù)速率較低但必須是恒定碼率，接收機(jī)可以對(duì)接收到的突發(fā)數(shù)據(jù)先進(jìn)行緩沖，然后生成速率不變的數(shù)據(jù)流。它不但能夠有效降低手持終端的平均功耗，并且還是實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間平穩(wěn)、無(wú)縫的

12、業(yè)務(wù)交換基礎(chǔ)。 a、時(shí)間分片與功耗 時(shí)間分片技術(shù)采用突發(fā)式傳送數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)相比具有更高的瞬時(shí)速率。為了達(dá)到節(jié)省功耗的要求，突發(fā)帶寬一般為固定帶寬的10倍左右。例如一個(gè)恒定速率為350kbit/s的業(yè)務(wù)流，它意味著要求一個(gè)4Mbit/s左右的突發(fā)帶寬。突發(fā)帶寬在固定帶寬兩倍的情況下功耗就可以節(jié)省50%，因此如果帶寬為10倍，可以節(jié)省90%。 b、時(shí)間分片與PSI/SI DVB-H標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSI/SI(節(jié)目特定信息ProgramSpecificInformation，PSI/業(yè)務(wù)信息ServiceInformation，SI)信息不進(jìn)行時(shí)間分片處理

13、，它們將被分配一個(gè)固定帶寬進(jìn)行傳送，這主要是因?yàn)槟壳笆褂玫腜SI/SI信息并不支持時(shí)間分片傳送，如果進(jìn)行改動(dòng)將難以和目前數(shù)據(jù)表兼容。PSI信息使用4個(gè)表來(lái)定義碼流的結(jié)構(gòu)：節(jié)目關(guān)聯(lián)表(ProgramAssociationTable，PAT)、節(jié)目映射表(ProgramMapTable，PMT)、網(wǎng)絡(luò)信息表(NetworkInformationTable，NIT)、條件訪問(wèn)表(ConditionalAccessTable，CAT)。 手持終端在DVB-H系統(tǒng)中需訪問(wèn)SI中的NIT(NetworkInformationTable，NIT網(wǎng)絡(luò)信息表)、和中間代碼INT表。NIT表的目的是提供

14、有關(guān)物理網(wǎng)絡(luò)的信息，其內(nèi)容是固定的，當(dāng)手持終端加入到一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)中時(shí)首先要接收該表，確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。當(dāng)在不同的傳輸流之間切換時(shí)，手持終端需讀取INT表，除非以后INT表發(fā)生了變更，則終端將不再接收INT表，INT表變更信息在PSI的PMT(ProgramMapTable，PMT節(jié)目映射表)表中進(jìn)行標(biāo)識(shí)。PMT表指出了組成節(jié)目業(yè)務(wù)(Service)的各個(gè)碼流的PID號(hào)，并對(duì)各路碼流進(jìn)行描述 由于DVB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSI信息必須每隔100ms重傳一次，如果突發(fā)脈沖的業(yè)務(wù)傳送時(shí)間比100ms時(shí)間長(zhǎng)，則手持終端能在接收業(yè)務(wù)的同時(shí)訪問(wèn)所有PSI信息；如果業(yè)務(wù)傳送時(shí)間小于100ms，手持終端需在業(yè)務(wù)接收

15、完畢后繼續(xù)保持一段工作時(shí)間，以確保完成所請(qǐng)求PSI表的接收。 c、時(shí)間分片與業(yè)務(wù)交換 采用時(shí)間分片技術(shù)使手持終端能在業(yè)務(wù)傳送的空閑周期對(duì)相鄰的蜂窩進(jìn)行監(jiān)視，掃描其他的頻率信號(hào)、測(cè)試信號(hào)的強(qiáng)度，但并不中斷本業(yè)務(wù)的接收。當(dāng)用戶進(jìn)入新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，根據(jù)監(jiān)視結(jié)果在空閑周期切換到具有相同業(yè)務(wù)的不同傳輸流上，以實(shí)現(xiàn)較好的無(wú)縫隙業(yè)務(wù)交換。如果在前端對(duì)業(yè)務(wù)同步精確編排，能夠使相同業(yè)務(wù)及時(shí)出現(xiàn)在相鄰峰窩的不同時(shí)隙上，而用戶不會(huì)察覺(jué)這種變化。 d、時(shí)間片和條件接收 DVB-H可采用兩種方式實(shí)現(xiàn)條件接收，一種是基于IP的條件接收系統(tǒng)（IP-CAS，IP數(shù)據(jù)廣播加密）。所有的CAS

16、（條件接收系統(tǒng)）相關(guān)信息都在IP數(shù)據(jù)中，并可以支持時(shí)間分片技術(shù)，確保節(jié)省功耗。但DVB-H標(biāo)準(zhǔn)不須支持CAS和接收機(jī)間的雙向傳送，IP-CAS的只須支持廣播環(huán)境。 ???另一種方式是采用DVB通用加擾算法的條件接受系統(tǒng)（DVB-CAS，電視加密系統(tǒng)），此時(shí)在DVB-H系統(tǒng)通中傳送CAS信息將面臨一些問(wèn)題。由于DVB-CAS使用電子干擾ECM(ElectronicCounterMeasure）傳送解擾密鑰，因此ECM不能進(jìn)行時(shí)間分片，另外DVB-CAS還使用管理信息EMM（EMM-EntitlementManagementMessage），用于傳送授權(quán)管理信息，由于EMM的時(shí)間間隔是隨

17、機(jī)的，終端必須一直工作以確保不會(huì)丟失EMM，并且直接使用DVB-CAS將影響網(wǎng)絡(luò)漫游業(yè)務(wù)。 為確保解擾工作的進(jìn)行，接收機(jī)必須完成ECM接收，系統(tǒng)通過(guò)ECM重復(fù)率描述符標(biāo)識(shí)ECM最小重復(fù)周期。如果手持終端在開(kāi)始接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)前至少完成了一個(gè)ECM最小周期接收，則至少能收到一個(gè)ECM，從而獲取解擾密鑰。通常解擾密鑰的有效時(shí)間為10s，為此接收機(jī)必須確保在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達(dá)前10s完成解擾密鑰接收。 EMM將采用時(shí)間片方式傳送。首先將EMM封裝為IP數(shù)據(jù)報(bào)形式，封裝后EMM-IP數(shù)據(jù)的時(shí)間分片方式與其他的IP數(shù)據(jù)相同，并采用MPE-FEC以減少數(shù)據(jù)丟失。從接收終端的角度來(lái)看，載有EMM的

18、IP數(shù)據(jù)是一個(gè)附加業(yè)務(wù)，它是必須被接收的，恢復(fù)出的EMM-IP數(shù)據(jù)將被傳送到DVB-CAS特定的模塊對(duì)EMM信息處理。 通過(guò)上述方式處理后，DVB-CAS不會(huì)對(duì)用戶漫游造成任何影響。 ?②MPE-FEC DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)鏈路層為IP數(shù)據(jù)報(bào)增加了RS（Reed-Solomon）糾錯(cuò)編碼，作為MPE的前向糾錯(cuò)編碼，校驗(yàn)信息將在指定的FEC段中傳送，我們稱之為MPE-FEC。MPE-FEC的目標(biāo)是提高移動(dòng)信道中的C/N、多普勒性能以及抗脈沖干擾能力。 實(shí)驗(yàn)證明即使在非常糟糕的接收環(huán)境中，適當(dāng)?shù)氖褂肕PE-FEC仍可以準(zhǔn)確無(wú)誤恢復(fù)出IP數(shù)據(jù)。MPE-FEC的

19、數(shù)據(jù)開(kāi)銷分配非常靈活，在其它傳輸參數(shù)不變的情況下，如果校驗(yàn)開(kāi)銷提高到25%，則MPE-FEC能夠使手持終端達(dá)到和使用天線分集接收時(shí)相同的C/N。實(shí)際上，我們可以通過(guò)選定一個(gè)高配置的傳輸參數(shù)提高傳輸碼率來(lái)補(bǔ)償MPE-FEC的開(kāi)銷，而它將提供比DVB-T（沒(méi)有MPE-FEC）好得多的性能，例如在高速、單一天線的情況下，采用MPE-FEC的手持終端能夠在DVB-T環(huán)境下接收8K/16-QAM甚至是8K/64-QAM信號(hào)，此外MPE-FEC提供非常好的抗脈沖干擾能力。 ?③4k模式和深度符號(hào)交織 DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在DVB-T原有的2K（2048）和8K（8192）模式下增加了4K（4

20、096）模式，通過(guò)協(xié)調(diào)移動(dòng)接收性能和單頻網(wǎng)規(guī)模進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)，為進(jìn)一步提高移動(dòng)時(shí)2K和4K模式的抗脈沖干性能，DVB-H標(biāo)準(zhǔn)特別引入了深度符號(hào)交織（in-depthinterleaving）技術(shù)。 在DVB-T系統(tǒng)中，2K模式比8K模式提供更好的移動(dòng)接收性能，但是2K模式的符號(hào)周期和保護(hù)間隔非常短，使得2K模式僅僅適用于小型單頻網(wǎng)。新增加的4K模式符號(hào)具有較長(zhǎng)的周期和保護(hù)間隔，能夠建造中型單頻網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者能夠更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提高頻譜效率，雖然這種優(yōu)化不如8K模式的效率高，但是4K模式比8K模式的符號(hào)周期短，能夠更頻繁的進(jìn)行信道估計(jì)，提供一個(gè)比8K更好的移動(dòng)性能

21、?？傊?K模式的性能介于2K和8K之間，為覆蓋范圍、頻譜效率和移動(dòng)接收性能的權(quán)衡提供了一個(gè)額外的選項(xiàng)。 DVB-H中3種模式關(guān)于單頻網(wǎng)峰窩規(guī)模和移動(dòng)接收性能的特點(diǎn)可總結(jié)如下： a、8K模式適用于單個(gè)發(fā)射機(jī)和大、中、小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進(jìn)行高速的移動(dòng)接收。 b、4K模式適用于單個(gè)放射機(jī)和中、小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進(jìn)行更高速的移動(dòng)接收。 c、2K模式適用于單個(gè)放射機(jī)和小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進(jìn)行超高速的移動(dòng)接收。 在脈沖噪聲干擾條件下，由于8K模式的符號(hào)周期較長(zhǎng)，噪聲功率被平均分配到8192個(gè)子載波上，因此比2K和4K具有

22、更好的抗干擾性能。DVB-H標(biāo)準(zhǔn)為克服這一缺點(diǎn)，利用8K符號(hào)的交織器對(duì)2K和4K進(jìn)行深度符號(hào)交織，使二者能夠具有接近8K模式的抗脈沖干擾性能。 ④DVB-H的傳輸參數(shù)信令TPS DVB-H的TPS能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供一個(gè)魯棒、易訪問(wèn)的信令機(jī)制，能使接收機(jī)更快地發(fā)現(xiàn)DVB-H業(yè)務(wù)。TPS是一個(gè)具有良好魯棒性的信號(hào)，即使在低C/N的條件下，解調(diào)器仍能快速將其鎖定。DVB-H系統(tǒng)使用兩個(gè)新TPS比特標(biāo)識(shí)時(shí)間片和可選的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、符號(hào)交織深度和峰窩標(biāo)識(shí)。 DVB-H標(biāo)準(zhǔn)適用于移動(dòng)通信和多媒體業(yè)務(wù)，為電視廣播做準(zhǔn)備，

23、因此視頻壓縮技術(shù)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-2顯然不能滿足DVB-H的要求，為此針對(duì)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。 二、手機(jī)電視的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)—H.264 H.264是ITU-T視頻編碼專家組(VCEG)和ISO/IEC活動(dòng)圖像編碼專家組(MPEG)的聯(lián)合視頻組(JVT)開(kāi)發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。在技術(shù)上，H.264標(biāo)準(zhǔn)中有多個(gè)亮點(diǎn)，如：統(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼；高精度、多模式的位移估計(jì)；基于44塊的整數(shù)變換；分層的編碼語(yǔ)法等。這些技術(shù)亮點(diǎn)使得它

24、具備更好的壓縮性能，同時(shí)也增強(qiáng)了對(duì)各種信道的適應(yīng)能力，采用“網(wǎng)絡(luò)友好”的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法，有利于對(duì)誤碼和丟包的處理；應(yīng)用范圍較寬，以滿足不同速率、不同解析度及不同傳輸(存儲(chǔ))場(chǎng)合的需求；這些使得H.264算法具有很高的編碼效率，它的壓縮率比MPEG-2高2～3倍，1Mb/s速率的圖像效果接近MPEG-2中DVD的圖像質(zhì)量，同樣，H.264碼流結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性也很強(qiáng)，這增強(qiáng)了它的差錯(cuò)恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。是目前手機(jī)電視中最為理想的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。 1、H.264的技術(shù)特點(diǎn)： (1)H.264就改善圖像質(zhì)量有以下特點(diǎn) H.264運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中的塊大小可變

25、，最小的亮度補(bǔ)償塊可以小到44。 H.264采用了1/4采樣精度的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，大大減少了內(nèi)插處理的復(fù)雜度。 H.264中運(yùn)動(dòng)矢量不再限制在已編碼參考圖像的內(nèi)部。 H.264中使用了高級(jí)圖像選擇技術(shù)，可以用已編過(guò)碼且保留在緩沖區(qū)的圖像進(jìn)行預(yù)測(cè)。 ???H.264消除了參考圖像的順序必須依賴顯示圖像順序的這種相關(guān)性。 H.264消除了參考圖像與圖像表示方式的限制，使B幀圖像在很多情況下也能作為參考幀預(yù)測(cè)圖像。 H.264采用了加權(quán)預(yù)測(cè)，允許一定的加權(quán)補(bǔ)償預(yù)測(cè)和偏移，在淡入淡出中可大大的提高編碼效率。 H.264改變了在以前的標(biāo)準(zhǔn)中

26、，預(yù)測(cè)編碼圖像的“跳過(guò)”區(qū)不能有運(yùn)動(dòng)的限制。對(duì)“跳過(guò)”區(qū)的運(yùn)動(dòng)采用推測(cè)方法。對(duì)雙預(yù)測(cè)的B幀圖像，采用高級(jí)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法，稱為“直接”運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，進(jìn)一步改善編碼效率。 H.264采用幀內(nèi)編碼的直接空間預(yù)測(cè)，將編碼圖像邊沿進(jìn)行外推應(yīng)用到當(dāng)前幀內(nèi)編碼圖像的預(yù)測(cè)。 H.264采用了循環(huán)去塊效應(yīng)濾波器，此消除基于塊的視頻編碼在圖像中存在塊效應(yīng)，改善視頻的主觀和客觀質(zhì)量。 (2)H.264就善預(yù)測(cè)方法來(lái)改善編碼效率有以下特點(diǎn)： ①以前的標(biāo)準(zhǔn)變換的塊都是88，H.264主要使用44塊變換，使編碼器表示信號(hào)局部適應(yīng)性更好，更適合預(yù)測(cè)編碼，減少“鈴”效應(yīng)。另外圖像邊界需要小塊

27、變換。 ②H.264通常使用小塊變換，但有些信號(hào)包含足夠的相關(guān)性，要求以大塊表示，這就是分級(jí)塊變換。H.264有兩種方式實(shí)現(xiàn)。低頻色度信號(hào)可用88，；對(duì)幀內(nèi)編碼，可使用特別的編碼類型，低頻亮度信號(hào)可用1616塊。 ③所有以前標(biāo)準(zhǔn)使用的變換要求32位運(yùn)算，H.264C只使用16位運(yùn)算的短字長(zhǎng)變換。 ④以前標(biāo)準(zhǔn)反變換和變換之間存在一定容限的誤差，每個(gè)解碼器輸出視頻信號(hào)都不相同，產(chǎn)生小的漂移，最終影響圖像的質(zhì)量，H.264實(shí)現(xiàn)了完全匹配。 ⑤H.264使用兩種熵編碼方法，CAVLC（上下文自適應(yīng)的可變長(zhǎng)編碼）和CABAC（上下文自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼），兩種都是

28、基于上下文的熵編碼技術(shù)。 (3)H.264具有強(qiáng)大的糾錯(cuò)功能和各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境操作靈活性，主要特性如下： ①H.264的參數(shù)集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了強(qiáng)大、有效的傳輸頭部信息具有較強(qiáng)的抗誤碼特性，采用了很靈活、特殊的方式，分開(kāi)處理關(guān)鍵信息，可以在各種環(huán)境下可靠傳送。 ②H.264中的每一個(gè)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)放置在稱為NAL網(wǎng)絡(luò)抽象層的單元中，改變了以前標(biāo)準(zhǔn)中都要采用強(qiáng)制性特定位流接口的情況，能適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸，有較好的網(wǎng)絡(luò)親和性。 ③在H.264可采用非常靈活的像條大小。 ④H.264可以將圖像劃分為像條組，每個(gè)像條可以獨(dú)立解碼。靈活宏塊排序（FMO）通過(guò)管理圖像

29、區(qū)之間的關(guān)系，具有很強(qiáng)的抗數(shù)據(jù)丟失能力。 ⑤H.264支持任意的像條排序，每個(gè)像條幾乎可以獨(dú)立解碼，所以像條可以按任意順序發(fā)送和接收。在實(shí)時(shí)應(yīng)用中，可以改善端到端的延時(shí)特性。 ⑥為提高抗數(shù)據(jù)丟失的能力，H.264允許編碼器發(fā)送圖像區(qū)的冗余表示，當(dāng)圖像區(qū)的主表示丟失時(shí)仍可以正確解碼。 ⑦H.264可以根據(jù)每個(gè)像條語(yǔ)法元素的范疇，將像條語(yǔ)法劃分為3部分，分開(kāi)傳送。 下面就H.264的幾個(gè)重要特性進(jìn)行詳細(xì)介紹： 1、幀內(nèi)預(yù)測(cè) 對(duì)I幀的編碼是利用空間相關(guān)性而非時(shí)間相關(guān)性而實(shí)現(xiàn)的。以前的標(biāo)準(zhǔn)只利用了一個(gè)宏塊內(nèi)部的相關(guān)性，而忽視了宏塊之間的相關(guān)性

30、，所以編碼后的數(shù)據(jù)量較大。為了進(jìn)一步利用空間相關(guān)性，H.264引入了幀內(nèi)預(yù)測(cè)以提高壓縮效率。簡(jiǎn)單地說(shuō)，幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼就是用周圍鄰近的象素值來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的象素值，然后對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼。這種預(yù)測(cè)是基于塊的，對(duì)于亮度分量，塊的大小可以在1616和44之間選擇，1616塊有4種預(yù)測(cè)模式1616、168、816和88，44塊有9種預(yù)測(cè)模式；對(duì)于色度分量，預(yù)測(cè)是對(duì)整個(gè)88塊進(jìn)行的，有4種預(yù)測(cè)模式。除了DC預(yù)測(cè)外，其他每種預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)不同方向上的預(yù)測(cè)。 2、幀間預(yù)測(cè) (1)預(yù)測(cè)時(shí)所用塊的大小可變 假設(shè)基于塊的運(yùn)動(dòng)模型塊內(nèi)所有象素都做了相同的平移，在運(yùn)動(dòng)比較劇烈時(shí)或者在運(yùn)動(dòng)物體的邊

31、緣處，這一假設(shè)會(huì)與實(shí)際出入較大，導(dǎo)致較大的預(yù)測(cè)誤差，這時(shí)減小塊的大小可以使假設(shè)在小的塊中依然成立。同時(shí)，小的塊所造成的塊效應(yīng)相對(duì)也小，從而提高預(yù)測(cè)的效果。 H.264一共采用了7種方式對(duì)一個(gè)宏塊進(jìn)行分割，每種方式下塊的大小和形狀都不相同，這就使編碼器可以根據(jù)圖像的內(nèi)容選擇最好的預(yù)測(cè)模式以提高預(yù)測(cè)效果。與僅使用1616塊進(jìn)行預(yù)測(cè)相比，使用不同大小和形狀的塊可以使碼率降低15％以上。 (2)更精細(xì)的預(yù)測(cè)精度 在H.264中，亮度分量的運(yùn)動(dòng)矢量使用1/4象素精度。色度分量的運(yùn)動(dòng)矢量由亮度運(yùn)動(dòng)矢量導(dǎo)出，由于色度分量的分辨率是亮度分量的一半(對(duì)4∶2∶0)，所以其運(yùn)動(dòng)矢量精

32、度將為1/8。既一個(gè)單位的色度分量的運(yùn)動(dòng)矢量所代表的位移僅為色度分量取樣點(diǎn)間距離的1/8。如此精細(xì)的預(yù)測(cè)精度，比整數(shù)精度可使碼率降低20％以上。 (3)多參考幀 H.264支持多參考幀預(yù)測(cè)，即可以有多于一個(gè)(最多5個(gè))在當(dāng)前幀之前的解碼幀作為參考幀，產(chǎn)生對(duì)當(dāng)前幀的預(yù)測(cè)。這適用于視頻序列中含有周期性運(yùn)動(dòng)的情況。這種技術(shù)，可以改善運(yùn)動(dòng)估計(jì)的性能，提高H.264解碼器的錯(cuò)誤恢復(fù)能力；但它也增加了緩存的容量，加大了編解碼器的復(fù)雜性。與只使用一個(gè)參考幀相比，使用5個(gè)參考幀可以使碼率降低5～10％。 (4)去塊效應(yīng)濾波器 它的作用是消除經(jīng)反量化和反變換后重建圖像中由

33、于預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的塊效應(yīng)，即消除塊邊緣處的象素值跳變，從而改善圖像的主觀質(zhì)量，并減小預(yù)測(cè)誤差。H.264中的去塊效應(yīng)濾波器還可以根據(jù)圖像內(nèi)容做出判斷，只對(duì)由于塊效應(yīng)產(chǎn)生的象素值跳變進(jìn)行平滑，而對(duì)圖像中物體邊緣處的象素值不連續(xù)給予保留，以免造成邊緣模糊。與以往的去塊效應(yīng)濾波器同的是，經(jīng)過(guò)濾波后的圖像將根據(jù)需要放在緩存中用于幀間預(yù)測(cè)，而不是僅僅在輸出重建圖像時(shí)用來(lái)改善主觀質(zhì)量。對(duì)于幀內(nèi)預(yù)測(cè)，使用的是未經(jīng)過(guò)濾波的重建圖像。 3、整數(shù)變換 H.264對(duì)幀內(nèi)或幀間預(yù)測(cè)的殘差進(jìn)行DCT編碼。為了避免舍入誤差造成的編碼器和解碼器之間不匹配的問(wèn)題，H.264對(duì)DCT的定義做了修改，使得變換僅

34、用整數(shù)加減法和移位操作即可實(shí)現(xiàn)，這樣在不考慮量化影響的情況下，解碼端的輸出可以準(zhǔn)確地恢復(fù)編碼端的輸入。當(dāng)然，這樣做的代價(jià)是壓縮性能略微下降。此外，該變換是針對(duì)44塊進(jìn)行的，這也有助于減小塊效應(yīng)。 為了進(jìn)一步利用圖像的空間相關(guān)性，在對(duì)色度分量的預(yù)測(cè)殘差和1616幀內(nèi)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)殘差進(jìn)行上述整數(shù)DCT之后，H.264標(biāo)準(zhǔn)還將每個(gè)44變換系數(shù)塊中的DC系數(shù)組成22或44大小的塊，進(jìn)一步做哈達(dá)瑪(Hadamard)變換。 4、熵編碼 對(duì)于Slice層以上的數(shù)據(jù)，H.264采用Exp-Golomb碼，這是一種沒(méi)有自適應(yīng)能力的VLC。而對(duì)于Slice層(含)以下的數(shù)據(jù)，如果是殘

35、差，H.264有兩種熵編碼方式：基于上下文的自適應(yīng)變長(zhǎng)碼(CAVLC)和基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼(CABAC)；如果不是殘差，H.264采用Exp-Golomb碼或CABAC編碼，視編碼器的設(shè)置而定。 (1)CAVLC VLC的基本思想就是對(duì)出現(xiàn)頻率高的符號(hào)使用較短的碼字，而對(duì)出現(xiàn)頻率低的符號(hào)采用較長(zhǎng)的碼字。這樣可以使得平均碼長(zhǎng)最小。 在CAVLC中，H.264采用若干VLC碼表，不同的碼表對(duì)應(yīng)不同的概率模型。編碼器能夠根據(jù)上下文，如周圍塊的非零系數(shù)或系數(shù)的絕對(duì)值大小，在這些碼表中自動(dòng)地選擇，盡可能地與當(dāng)前數(shù)據(jù)的概率模型匹配，從而實(shí)現(xiàn)上下文自適應(yīng)的功能。

36、 (2)CABAC 算術(shù)編碼是一種高效的熵編碼方案，其每個(gè)符號(hào)所對(duì)應(yīng)的碼長(zhǎng)被認(rèn)為是分?jǐn)?shù)。由于對(duì)每一個(gè)符號(hào)的編碼都與以前編碼的結(jié)果有關(guān)，所以它考慮的是信源符號(hào)序列整體的概率特性，而不是單個(gè)符號(hào)的概率特性，從而能夠更大程度地逼近信源的極限熵，降低碼率。 H.264中的CABAC實(shí)現(xiàn)了繞開(kāi)算術(shù)編碼中無(wú)限精度小數(shù)的表示問(wèn)題和對(duì)信源符號(hào)概率進(jìn)行估計(jì)的問(wèn)題。在CABAC中，每編碼一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，編碼器就會(huì)自動(dòng)調(diào)整對(duì)信源概率模型(用一個(gè)“狀態(tài)”來(lái)表示)的估計(jì)，隨后的二進(jìn)制符號(hào)就在這個(gè)新的概率模型基礎(chǔ)上進(jìn)行編碼。這樣的編碼器不需要信源統(tǒng)計(jì)特性的先驗(yàn)知識(shí)，而是在編碼過(guò)程中自適應(yīng)地估計(jì)

37、。這使得CABAC有更大的靈活性，可以獲得更好的編碼性能—碼率降低大約10%。 5、SPSlice SPSlice的主要目的是用于不同碼流的切換，也可用于碼流的隨機(jī)訪問(wèn)、快進(jìn)/快退和錯(cuò)誤恢復(fù)。這里指的不同碼流，是指在不同比特率限制下對(duì)同一信源進(jìn)行編碼所產(chǎn)生的碼流。設(shè)切換前傳輸碼流中最后一幀為Al，切換后的目標(biāo)碼流第一幀為B2(假設(shè)是P幀)，由于B2的參考幀不存在，直接切換顯然會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重失真，而且這種失真會(huì)向后傳遞。簡(jiǎn)單的解決方法就是傳輸幀內(nèi)編碼的B2，但是一般I幀的數(shù)據(jù)量很大，這種方法會(huì)造成傳輸碼率陡然增大。根據(jù)前面的假設(shè)，由于是對(duì)同一信源進(jìn)行編碼，盡管比特率不同，但切換前

38、后的兩幀必然有相當(dāng)大的相關(guān)性，所以編碼器可以將Al作為B2的參考幀，對(duì)B2進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)誤差就是SPSlice，然后通過(guò)傳遞SPSlice完成碼流的切換。與常規(guī)P幀不同的是，生成SPSlice所進(jìn)行的預(yù)測(cè)是在Al和B2的變換域中進(jìn)行的。SPSlice要求切換后B2的圖像和直接傳送目標(biāo)碼流時(shí)一樣。當(dāng)然，如果切換的目標(biāo)是毫不相關(guān)的另一碼流，SPSlice就不適用了。 6、靈活的宏塊排序 靈活的宏塊排序(FMO)，是指將一幅圖像中的宏塊分成幾個(gè)組，分別獨(dú)立編碼，某一個(gè)組中的宏塊不一定是在常規(guī)掃描順序下前后連續(xù)，而可能是隨機(jī)地分散在圖像中各個(gè)不同的位置。這樣，在傳輸時(shí)，如果發(fā)生

39、錯(cuò)誤，某個(gè)組中的某些宏塊不能正確解碼時(shí)，解碼器仍然可以根據(jù)圖像的空間相關(guān)性，依靠其周圍正確譯碼的象素，對(duì)其進(jìn)行恢復(fù)。 H.264的這些特點(diǎn)使得它的應(yīng)用場(chǎng)合相當(dāng)廣泛，包括可視電話(固定或移動(dòng))、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及因特網(wǎng)視頻傳輸、多媒體信息存儲(chǔ)等。 三、小結(jié) 最終，DVB-H標(biāo)準(zhǔn)主要解決了基于DVB數(shù)據(jù)廣播和地面電視標(biāo)準(zhǔn)融合后的兩個(gè)問(wèn)題：它采用的基于時(shí)分復(fù)用的策略，實(shí)現(xiàn)了節(jié)省功耗和業(yè)務(wù)的無(wú)縫交互；使用MPE-FEC技術(shù)，可提供魯棒性更強(qiáng)的信號(hào)，使得在室內(nèi)低速率移動(dòng)和室外高速率移動(dòng)的手持終端（特別是手機(jī)）能進(jìn)行正常的業(yè)務(wù)訪問(wèn)。 H.264以其高效的編碼性能可以適用于多種網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可滿足多種應(yīng)用的需求?？梢詰?yīng)用在基于電纜、衛(wèi)星、調(diào)制解調(diào)器、DST等信道的多種領(lǐng)域；也可應(yīng)用于視頻數(shù)據(jù)在光學(xué)或磁性設(shè)備上的存儲(chǔ)和基于ISDN、以太網(wǎng)、DSL無(wú)線及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的公話服務(wù)、視頻流服務(wù)、彩信服務(wù)等方面。 14