（通信与信息系统专业论文）tdmb手机电视播放器设计.pdf

中文摘要 摘要：随着数字移动多媒体技术的发展，韩国率先于2 0 0 5 年1 2 月推出地面 波手机电视t - d m b ( t e r r e s t r i a l d i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) 标准投入商业应用 并取得成功。韩国手机电视的发展在全球引起了极大的关注，很多国家也开始加 大对手机电视产业发展的投入，因此手机电视开发已经成为嵌入式领域的一个热 点。 本文主要内容是关于t - d m b 系统原理的介绍，t - d m b 手机电视播放器的设计方 法和播放器的开发的要点。在文章的开始首先概括性的介绍了全球现有的手机电 视标准，并对其中两种主要的手机电视标准t - d m b 和d v b h ( d i # t mv i d e o b r o a d c a s t i n g - h a n d h e l d ) 做了对比。接着在第二章探讨了t - d m b 播放器接收终端系 统原理，包括视频和音频采用的编码技术，以及场景描述的方法和本地系统时钟 的恢复方法。在第三章中是关于t - d m b 播放器的软件设计，主要有软件架构，t s 流解复用，实时流d m a 接收溢出控制，b i f s 场景解析，视频和音频解码器的框 架设计和视频音频的同步方法，同时在本章的最后给出所设计的t - d m b 手机电视 播放器在p c 下的运行效果。笫四章主要是关于软件模块在嵌入式操作系统w i n c e 下的移植方法和代码的优化。在本文最后一章对本文的工作进行了总结，并提出 未来要继续的研究工作。 关键词：t - d m b 播放器；t s 流解复用；b i f s 场景；缓冲区溢出控制；视频音 频同步；a v c ；h e - a a cv 2 分类号：口3 7 a b s t r a c t a b s t r a c t ：k o r e af i r s t l yr e l e a s e dt - d m bs t a n d a r da b o u tt e r r e s t r i a lw a v ea n d i m m e d i a t e l yp u tt h i ss t a n d a r di n t op r a c t i c ei nd e e2 0 0 5 m a n yc o u n t r i e sb e g i nt of o c u s o nm o b i l et vp h o n ea n ds h o we x t r e m ei n t e r e s t i n g w i t ht h er a p i di n c r e a s i n g r e q u i r e m e n to fe m b e d d e dd e v i c e s ，m o b i l et vp h o n ew i l lb e c o m eah o tb r a n c ho ft h e e m b e d d e dd e v i c e sd e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r e t h i sa r t i c l ef o c u s e so nt h ep r i n c i p l eo ft - d m bs t a n d a r d ，d e s i g no fat - d m bp l a y e r a n ds o m ek e ym e t h o d si nt - d m bp l a y e rd e v e l o p m e n t f i r s t l y , s o m eg l o b a lm o b i l et v p h o n es t a n d a r d sw i l lb ei n t r o d u c e da n dac o m p a r i s o nb e t w e e nt - d m b a n dd v b - hw i l l b em a d e i nc h a p t e r2 ，t h ep r i n c i p l eo ft h ed m bt e r m i n a lr e c e i v e rw i l lb ei m p l e m e n t e d , i n c l u d i n gt h em e t h o do fv i d e o - a u d i oc o d i n g , s c e n ed e s c r i p t i o na n dt h er e c o v e r yo ft h e s y s t e md o c k c h a p t e r3t a l k sa b o u ts t r u c t u r eo ft h ed m bp l a y e r , d e m u l f i p l e x i n g p r o c e s so ft h et ss t r e a m ，d e c o d i n gb i f ss c e n e ，s y n c h r o n i z a t i o nb e t w e e nv i d e oa n d a u d i o ，f i l t e rs t r u c t u r ed e s i g no fv i d e oa n da u d i od e c o d e ra n dt - d m bp l a y e rr u n n i n g i n f o r m a t i o na n de f f e e tw i l lb ei m p l e m e n t e d i nc h a p t e r4 ，m e t h o d so ft h es o f t w a r e m o d u l e st r a n s p l a n t e do nw i n c ea n da l g o r i t h mo p t i m i z i n gw i l lb ei n t r o d u c e d i nt h e l a s tc h a p t e r , t h ek e yt e c h n i c sw i l lb es u m m a r i z e da n dt h ew o r k si nf u t u r ew i l lb ep u t f o r w a r d k e y w o r d s ：t - d m b p l a y e r ；t ss t r e a md e m u l t i p l e x i n g ：b i f ss t , e r i e ；t h eo v e r f l o w o f d m ab u f f e r ) a u d i oa n dv i d e os y n c h r o n i z a t i o n ：a v c ；h e - a a cv 2 c l a s s n o ：t p 3 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名：菩t f 弄 签字日期：年月日签字日期：沙? 年月f 口e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年 月日 5 9 致谢 本论文的工作是在我的导师荆涛教授的悉心指导下完成的，荆涛教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来荆老 师对我的关心和指导。 荆涛教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予 了我很大的关心和帮助，在此向师荆老师表示衷心的谢意! 他严谨的学术作风， 广博深厚的专业积淀，让我受益无穷。此外还要感谢实验室的李兴华老师，他提 供给我们一个良好的科研工作环境，同时也给我论文提出了许多的宝贵意见。在 此表示诚挚的谢意! 在实验室工作及撰写论文期间，实验室的同学对我论文中的研究写作和给予 了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 还得感谢那些参与开源项目m p l a y e r ，g p a c 的专家们，是他们伟大而又出色 的工作，让我受益匪浅。 另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 最后还要感谢在百忙中审阅我论文的各位专家! 序 目前市场上普及率最高、能被大众最快接收的是t - d m b 标准，d m b 手机 电视普及率大大超过d v b h 。除这些主流欧美半导体厂商外，来自英国的专业 t - d m b d a b 半导体厂商f r o n t i e r s i l i c o n 早已开始在中国市场排名布阵，而韩国的 半导体厂如c e n t r o n i x 、p n pn e t w o r k 、i n t e g r a n t 等也正积极进入中国市场推广 t - d m b 。总之到目前为止，t d m b 不但在一些国家投入商业应用，还被世界上大 多数著名的半导体厂商所支持。 0 6 年的1 2 月份，f r o n t i e r 半导体公司到我实习的公司给我们演示了他们的 t - d m b 系统解决方案，我立刻对t - d m b 系统产生了浓厚的兴趣。同时公司也希 望从事这方面的开发工作，于是让我做一些调研和开发前的一些准备。我查阅了 大量的资料，对t - d m b 系统和播放器有了初步的了解。 当我把开发的一些设想和计划工作在网上发布了之后，立刻就得到了很多人 的支持和响应，许多网友给提供了大量的资料和建议。如e t s i 和i s o i e c 标准文 档，当时特别要感谢的一位网友为我提供了i s o i e c l 4 4 9 6 - 12 0 0 1 年的标准文档。 在作b i f s 解码时，一位网友给我推荐了优秀的开源工程g p a c ( l g p l ) ，这个项 目给了我很大的灵感和帮助，加快的开发的进度。同时还参考了其他的一些开源 工程如m p l a y e r ，f a d d 2 ，这些优秀的项目加快了t - d m b 播放器开发进度。 在开发的过程中得到导师的支持和同学的帮助，他们给我提出了一些很好的 建议。他们的帮助和建议让我受益匪浅。在此也向他们和所有帮助过我的人表示 我最诚挚感谢。 1 引言 随着人们生活水平的不断提高，人们对信息消费多元化的趋势亦趋明显。传 统的固定地面电视广播已难以满足人们的消费需求，人们不仅希望可以随时随地 的收看高清晰画面的视频广播，还希望可实时的接收一些诸如数据、图片、声音、 股市财经等信息。于是各种手机移动多媒体的解决方案就应运而生。这种方案的 目标是使得在各种便携式设备( 如手机，d v ，数码相机，m p 4 上，能够高速 ( 2 0 0 k m h ) 接收视频，音频以及数据信息。 目前市场上有不少关于多媒体无线覆盖的解决办法，如3 g 、欧洲的d a b ( d i s t a la u d i ob r o a d c a s t i n g ) t - d m b 、d v b 和日本的i s d b t ( i n t e g r a t e ds e r v i c e d i s t i lb r o a d c a s t i n gt e r r e s t r i a l ) 等等。有不少专家认为当前在中国炒得很火的3 g ， 其市场前景不是十分乐观，因此不少专家和业内人士将目光转向了3 gb e y o n d 乃 至4 g 【z 6 1 。随之而来的，d v b h ( d i 西t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - h a n d h e l d ) 和 t - d m b ( t e r r e s t r i a l d i 西t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) 也就越来越受至i j 人们的重视。这 两种系统都能解决目前市场上迫切需要的多媒体覆盖业务。在我国目前已有北京、 上海及广东的佛山等地试播t - d m b 业务f 2 引。 i i目前移动电视的发展状况 在韩国，由于使用了美国数字电视标准a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m c o m m i t t e e ) 对其国内地面电视广播业务进行数字化，而这种标准无法支持移动电视 业务。在人们对移动电视业务需求日趋增长的情况之下，韩国人在经过两年多时 间对目前现有可用的地面广播技术标准进行一番精心比较分析后，最终选择了 d a be u r e k a - 1 4 7 欧洲标准作为韩国开展地面手机电视业务的传输标准，并于2 0 0 5 年1 2 月确立了韩国的地面手机电视国家标准t - d m b ，同时也投入了商业应用。目 前在欧洲，t - d m b 的商业应用前景也很看好，如2 0 0 6 年的德国足球世界杯，就用 t - d m b 进行节目的实况转播。 由于移动电视市场被业界看好，因此世界上很多国家和商业组织也都投入大 量的人力和物力进行相应的标准开发。除了韩国的t - d m b 之外，其它如诺基亚公 司主推的d v b h 标准和北美高通公司的m e d i a f l o 标准，还有日本的i s d b t 。 在我国也有相关的标准，如清华的d m b t h ，广电总局的c m m b ( c h i n am o b i l e m u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) ，还有新岸线、中国传媒大学、东南大学共同推出的 t - m m b 。各种标准一夜涌现，但是有国际影响力的只有t - d m b 、d v b h 、m e d i a f l o 三大标准。 t d m b 是韩国推出的地面数字多媒体广播系统，从该标准建立在欧洲厂商开 发的尤里卡1 4 7 数字音频广播系统的基础上，做了一些修改，以便向手机、p d a 和便携电视等手持设备播送空中数字电视节日。d a b 系统业务分为数据服务和主 音频服务，t d m b 在d a b 业务基本不改变的情况下，利用它的数据业务来转送 视频和伴音。数据有两种传送模式，包传送和流传送。t d m b 采用流模式，以保 证视频和音频以一个基本恒定的数据速率来传输。t d m b 系统，包括1 个t d m b 监视系统、2 个视频编码器、视频网关和多路复用器，可以提供灵活的服务，包括 视频广播、音频广播、单独的交通新闻天气频道。t - d m b 利用i t u - th 2 6 4 对视 频进行编码，利用m p e g - 4b s a c 对音频进行编码。然后利用m p e g 4 同步层和 m p e g - 2 传输流对视频、音频及额外的数据进行处理。在后面部分将给出关于 t - d m b 的详细介绍。 欧洲的d v b h ，标准全称为手持数字视频亡搔，派生于d v b t 标准，它特 别针对手机的低功耗和高速移动性能作了修改。d v b h 通过一个被称为时间分片 ( t i m es l i c i n g ) 的功能，解决了许多便携式设备面对的功耗问题。d v b h 是建立在 d v b 和d v b t ( 传输) 两个标准之上的标准，被认为是d v b t 标准的扩展应用，虽 然它是一个传输标准，但注重于协议实现。系统前端由d v b h 封装机和d v b h 调制器构成，d v b h 封装机负责将数据封装成m p e g - 2 系统传输流。d v b h 调 制器负责信道编码和调制，系统终端由d v b h 解调器和d v b h 终端构成，d v b h 解调器负责信道解调、解码，d v b h 终端负责相关业务显示、处理尽管发射机 是连续发射，但接收机接收的是突发数据。仅在希望接收数据时，调谐器的前端 才开启工作。发射的高速数据流被分成多个时分复用“频道”。在l o 个频道情况下， 接收器仅需在十分之一的时间内工作。由于接收器在9 0 的时间里不工作，因此 可以节省大量功率啪】。 美国高通公司提出了m e d i a f l o ”移动电视标准。m e d i a f l o 是m e d i a ( m e d i a d i s t r i b u t i o ns y s t e m ) 和f l o ( f o r w a r dl i n ko n l y ) 构成。就是在手机中嵌入m e d i a f l o 接收电路。视频发送通过m e d i a f l o 广播网来进行，并通过移动电话网取得接收 内容所需的“密钥”数据。收费和申请处理等由移动电话网负责。在美国计划使用 7 0 0 m h z 载频带，开展m e d i a f l o 服务。使用6 m h z 带宽时，m e d i a f l o 支持非常 快的数据速率。最高数据速率可达1 2m b p s 。m e d i a f l o 能提供高达2 0 个视频频 道和1 0 音频频道。实时发送q v g a 格式、3 0 帧秒的视频。技术上采用f l o 空中 接口，支持使用q p s k 、1 6 - q a m 和分层调制技术。4 k 模式和深度符号交织等。 f l o 技术支持分层调制，f l o 数据流在信源编码时被分为基础层和增强层。对于 基础层，所有用户均可进行解码；而对于增强层，只有信噪l = 匕( s n r ) 较高的区域才 2 能进行解码。大多数的目标用户终端可同时接收到两层信号，从而收看不同品质 的视频节目。与有相似总容量但没有分层的模式相比，基础层的覆盖更大。下表 1 1 给出全球主要的三种移动电视标准的概述。 表1 1 几种移动电视技术对比 t a b l ei - ic o m p a r i s o na m o n gs o m em o b i l et vs t a n d a r d s t d 髓d v b h 。 g e d i 籼 带宽：1 5 3 6 j , 任l z ( 6 蛐- i z 分为3 段)带宽：5 、6 、7 、8 加- i z带宽：o , 柱j i z ( 可用于5 、7 、8 删z ) 频道数量：每信道1 个视频和2 - 3 频道数量：最多3 0 个视频和1 5 个频道数量：1 5 个视频和l o 个音频、 个音频频道音频、以及短格式视频片段4 0 个短格式视频片段 频谱：韩国v h f1 7 4 - 2 4 0 蛳- ! z 欧洲频谱：欧洲u h f 美国l - b a n d1 6 g频谱；美国u h f7 1 6 7 2 2 姗z b a n d 32 0 伽l b a n d1 4 g 传送技术：o f 蹦( 4 k 模式)传送技术：o f 蹦( 2 k 4 k 8 k 模式)传送技术：0 f 删( 4 k 模式) 视频编码：h 2 6 4视频编码：欧洲h 2 6 4视频编码：h 2 6 4 ( 增强型) 音频编码：韩国b s a c 欧洲从c + +音频编码：欧洲从c + +音频编码：从c + + 多路传送：g p e g - 2t s m p f _ 肛4s l多路传送：肝e g 一2t s多路传送：| i p e g 一2t s 超帧 播放速率：c i f ( 3 5 22 8 8 ) 3 0 f p s播放速率：q v g a ( 3 2 02 4 0 ) 3 0 f p s播放速率：q v g a ( 3 2 02 4 0 ) 3 0 f p s 我国目前的国标尚未确定，各个标准竞争异常激烈。国家广电总局于0 6 年l o 月颁布了中国移动多媒体广播行业标准，确定采用我国自主研发的移动电视接收 标准s t i m i ，该标准将从0 6 年1 1 月1 日起实施。它是国内自主研发的第一套面向 手机、p d a 、m p 3 、m p 4 、数码相机、笔记本电脑多种移动终端的系统，利用s 波段卫星信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持2 5 套电视节目和3 0 套广播节 目。c m m b 规定了在广播业务频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信 号的帧结构、信道编码和调制，该标准适用于3 0 m h z 到3 0 0 0 m h z 频率范围内的 广播业务频率，通过卫星和或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号 的广播系统，可以实现全国漫游。 我国北京地区目前正在进行数字多媒体广播技术从小范围试验到实际的市场 应用和推广啪1 。北京人民广播电台、广播科学研究院、中国传媒大学共同承担了“数 字多媒体广播技术在i i i 波段应用研究”科技项目任务。项目的总体目标是：进行 d a b 移动多媒体广播技术在i i i 波段的应用研究，跟踪国际地面数字多媒体广播技 术及其发展状况，建设区域性广播试验网。在该系统平台上可对不同的信源编码、 业务及信道编码参数进行组合试验，优化系统配置，对组网技术方案开展研究工 作，并且利用试验得到的数据和结论，最终建成具备初步运营能力的试验示范多 媒体广播网络。当前北京人民广播电台使用v h fi i i 频段电视l l 频道( 2 0 7 m h z 一 3 2 1 5 m h z ) 进行数字多媒体广播t - d m b 的播出。北京地区的d a b 移动多媒体广播 运行现在还未建立s f n 单频网，唯一的发射台位于北京西三环多 b t l 0 的中央广播电 视发射塔，发射机输出端功率9 0 0 瓦，由于d a b 的邻频保护间隔仅有1 7 6 k h z ， 对频谱罩的要求非常高，要求带外2 0 0 k h z 处的电平要衰减7 1 d b 。在发射机后使 用了8 阶滤波器，造成1 5 3 6 m h z 带内功率的衰减很大，滤波器后实际发射功率不 足7 0 0 w ，塔基海拔6 5 米、天线高度3 3 0 米、天线增益1 0 分贝，天线形式8 层4 面四偶极子，水平极化。目前工程师还在测试实验阶段，北京六环以内可以很好 的接收，可以肯定，奥运会可以使用d a b 进行节目的转播f 3 0 】。 1 2t - d m b 和d v b h 技术对比 韩国于2 0 0 5 年1 2 月确立了地面手机电视国家标准t - d m b ，同时也是最早投 入了商业应用的标准。它完全是建立在d a b 功能的基础上并发展了d a b 。d a b 最早发展于1 9 8 8 到1 9 9 2 年之间，并提出了e u r e k a - 1 4 7d a b 标准。但随着d a b 的发展，它目前也适用于数据和多媒体业务的传播。在t - d m b 系统中的许多部分 仍然使用了d a b 的现有设备。t - d m b 发射机只需要在d a b 发射机基础上增加相 应的多媒体编码器部分。因此在亚太，d a b 视频广播的应用还是很大的，如韩国， 中国，印度，澳洲等。 1 2 1协议栈对比 0 8 年3 月18 日欧盟宣布d v b h ( 手持设备数字电视广播规范) 为手机电视标准， 并要求成员国督促运营商采用这一标准。d v b h 的支持者包括诺基亚、摩托罗拉、飞 利浦、萨基姆、索尼、爱立信、三星及沃达丰、0 2 、t - m o b i l e 等欧洲主要运营商。纵 观全球，目前主要是t - d m b 和d v b h 这两个标准在争夺全球市场份额。因此有必要 对这两个标准作个简单的对比。 t - d m b 来源于d a b 协议族，d a b 在开发伊始就非常重视移动接收的功能， 每个载波采用抗干扰能力强的d q p s k 调制，同时，采用了时间交织、非平衡差 错保护( u e p ) 等技术保证在较差的移动接收环境下的性能。之后在它的基础上发 展的其他协议都继承了这个优点，几乎只要加入相应的多媒体业务部分就可以直 接应用，而不必为移动或便携覆盖另外增加传输标准。因此t - d m b 接收机可以兼 容以前的d a b 接收机。目前在这个系统内的多媒体标准比较著名的有韩国的 t d m b 和英国的d a b i p 两种。 d v b h 标准被认为是d v b t 标准的扩展应用。但是和d v b t 相比，d v b h 4 j 墼立交逗太堂殛堂僮途塞互i直 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， 而实不占用移动通信网络中宝贵的频带资源。际上，d v b h 标准就是依托目前 d v b 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。下图1 1 为d v b h 和t - d m b 的协议栈。 i - d v b hp r o t o c o ls h c k i l f l u t e a c f i l ed e l i v e r y t d m bp r o t o c o ls t a c k 匝亟习圈回 臣至亘 回 匝圃叵回 图1 - 1d v b - h 和t o d m b 协议栈 f i g u r e l - 1t h ep r o t o c o ls t a c k so f d v b - ha n dt - d m b 从图1 1 可以看出二者协议上的差别，d v b h 只是利用m p e g 2 的技术标准， 它的视频和音频的同步由m p e g 2p e s 来控制，在t - d m b 标准中是靠m p e g 4 - s l 层来控制，同时t - d m b 标准采用了m p e g 4 的b i f s 机制来组织视频和音频对象。 最大的不同在于d v b h 支持ip 技术( 可配置的协议) ，可以通过移动通信网络 或支持ip 技术的网络进行组播或者广播进行节目的播出，因此d v b h 的网络亲 和性比t - d m b 强大。 1 2 2 ；物理传输参数对比 为了更好地抵抗多径传播对无线通信的影响，t o d m b 与d v b t 都使用了 c o f d m 传输方法。但两者在载波数目、载波间隔占用带宽以及保护间隔等参数上 都有所不同。这些传输参数的不同，直接导致了两者数据率的不同。如果从最高 带宽利用率来看，t d m b 大约是0 7b s h z ，而d v b h 大约是1 7b s h z 。那是因 为根据d a b 标准，t - d m b 每个子载波只能使用q p s k 调制，而d v b h 可以采用 比q p s k 更高的调制方法，比如当d v b h 子载波采用1 6 q a m 时，它的数据率就 5 呈 会比采用q p s k 高一倍。但是采用高阶的调制方法会降低数据的抗干扰性能。因 此，当高速移动接收或接收环境比较复杂时，一般采用q p s k 这种方式，而传输 环境比较好时就可以采用高阶的调制方式，这也是d v b h 数据灵活性所在。这种 灵活性可以通过o f d m 的自适应算法来实现，但是这种算法无疑会增加发射机和 接收机的复杂度，目前还没有真正地实现商业应用。 另外，从工作波段上来看，t - d m b 工作在v h fb a n di i i ( 17 4 m h z 2 4 0 m h z ) 和l 频段( 1 4 5 2 m h z 1 4 7 7 m h z ) ，这些频率基本上都可以使用，也不会对现有的 广播电视造成严重影响。b a n di i i 目前被有线模拟电视占用，但是通过北京的 t - d m b 试验来看，5 0 0 w 发射机对电视信号没有影响，即便将功率提高到9 0 0 w 也 没有什么问题【2 l 】。而d v b h 工作的u h f 频段，大量频率被模拟电视所占用，并 且其上还会受到g s m 9 0 0 蜂窝发射机的干扰，在模拟传输到数字传输的过渡期间， 由于模拟和d v b t 的同播，可用的信道更少了，因此d v b h 选用的频带会对其 目前的发展造成影响。t - d m b 用的物理带宽是1 5 m 的，调制完之后，数据带宽 最大也就是1 m b p s ，而d v b h 的物理带宽是8 m ，调制完之后，最大可以到 1 2 m b p s ，数据的比特率差得比较多。例如，如果每个频道占用3 0 0 k d p s 的话，使 用t - d m b 就只能收看3 到4 个频道，而d v b h 最大可以收看到将近4 0 个频道。 t - d m b 在数据带宽上会受到限制，尤其可承载的频道会受到限制。丽t - d m b 虽 然可通过增加频点的方式获得更多的数据带宽，但每增加一个频点就要增加相应 的发射设备，组网成本随之成倍增加。 移动通信中往往伴随着严重的时间选择性衰落。d a b 在设计之初就是为了能 够解决大范围移动覆盖，因此对时间交织比较重视，因此现有的t - d m b 系统中对 1 6 个长度为2 4 m s 的数据帧进行交织，交织深度为3 8 4 m s 。而d v b t 在这方面考 虑不足，因此在d v b h 中的这方面就不能再沿用d v b t 的标准。d v b h 使用了 多协议封装前向纠错( m p e f e c ) 技术，这一技术相当于对传输的信号提供了一 个虚拟时间交织，可以提高移动使用中的信噪比( c n ) l - j 限和多普勒性能，同时也 能增强抗脉冲干扰的能力。交织深度由m p e f e c 参数选择所决定，典型的应用是 2 0 0 m s - 5 0 0 m s ，理论上可以达到10 0 0 m sf 2 5 1 。 在d v b h 中，数据链路层采用时间分片技术是其一个亮点，它用于降低手持 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( m p e ) 前向纠 错技术，提高了移动使用中的信噪比( s n ) f - 限和多普勒性能，同时也能增强抗脉 冲干扰的能力。时间分片技术，顾名思义，就是时分复用技术。它解决了困扰便 携产品移动接收数字电视发展的高功耗问题。由于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。对于接收端来说，只需要在数据包规 6 定的时刻接收数据即可。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，d v b 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，实现突发传送。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1 0 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5 0 ，因此如果带宽为 1 0 倍，可以节省9 0 。除了降低功耗外，时间分片技术的应用还有利于不同网络 问实现平稳的数据交换。在数据传送的空闲时间段里，移动终端可以对相邻蜂窝 进行监视，扫描其他频率信号、测试信号强度，这样一来当用户进入新的网络时， 移动终端会根据监视结果在空闲时间段里将信号切换到不同的传输流上，达到不 同网络间平稳的数据交换。 d v b h 标准在数据链路层为i p 数据报增加了里德所罗门限s ) 纠错编码，作 为m p e 的前向纠错编码，校验信息将在指定的前向纠错( f e c ) 段中传送，这就是 多协议封装前向纠错( m p e f e q 。m p e f e c 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啪】，适当 地使用m p e f e c 仍可以准确无误地恢复出i p 数据。m p e f e c 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2 5 ，则m p e f e c 能够使手持终端达到和使用天线分集接收时相同的c n 。从而解决了时间选择性衰 落的问题瞄1 。 1 2 3兼容性和复用性对比 d v b h 接收机也完全可以解调传统的d a b 广播。d v b h 的物理层实际上就 是d v b t 的，所以频谱与d v b t 的其它业务完全兼容。因此d v b h 可以占用一 个专有的d v b t 系统也可以和d v b - t 共享现有的d v b - t 复用网络。但是d v b h 为了能适应移动甚至手持接收的环境，在编码和协议方面增加了一些内容，这些 内容使得d v b h 与d v b - t 的信号不兼容【2 m 。 从上面可以看出，d a b 接收机和t - d m b 接收机可以完全兼容。然而单纯的 d a b 接收机对t - d m b 规范的视频业务不予理睬。d v b h 与d v b t 的接收机是 不完全兼容的：一部d v b h 接收机不一定可以用作d v b - t 业务，而一部d v b t 接收机不可能用作d v b h 业务。 d v b h 在使用1 6 q a m 下最多可以复用3 0 个电视节目，即使是在使用强抗干 7 扰模式下也能复用差不多1 5 套节目。这对于那些独立于节目提供商的网络运营商 是十分有利的，因为数量如此众多的复用在很大带宽里支持了垄断的商业模式， 如果应用的只有一个复用，这种情况就更加明显。 t - d m b 在一个复用中最多可以提供4 - 6 套电视节目。其实这个数量与d v b h 相比并不少很多，因为d v b h 的3 0 套节目占用了8 m h z 带宽。而在这个带宽内 可以容下4 个t - d m b 复用，这样同样的带宽下t - d m b 可以提供大约1 6 - - 2 4 套节 目。但是这样的复用在有许多网络运营商和服务提供商一起工作的情况下提供了 很大的灵活性。在t - d m b 中不同的广播者可以更容易地建立起独立的广播网络。 而接入提供商也会面对更加广阔的市场。 虽然这两个标准各有不同优缺点，可是综合来看，在移动视频技术方面， t - d m b 有优于d v b h 的六大亮点，这六个亮点也为t - d m b 赢得了市场的先机【2 5 1 。 1 更低的频道切换时间( t d m b 为1 5 秒；d v b h 为5 秒) 。 2 没有响应时间迟滞。 3 播放视频t d m b 为3 0 f p s ：d v b h 为2 5 f p s 。 4 提供移动服务无需绑定m 地址。 5 仅需2 m h z 的带宽( d v b h 需要8 m h z ) 6 t - d m b 能够提供额外的d a b 音乐服务。 1 3 本文实现目标 本论文主要内容是关于t - d m b 播放器软件开发和设计，预期要达到的目标表 现在下面几个方面： ( 1 ) 深入理解t - d m b 系统的原理，主要集中在节目的复用方式，视频和音频 对象的组织形式b i f s 描述，实时流控制策略，接收端系统时钟的恢复，音频和视 频的同步以及他们所采用的编码技术。 ( 2 ) 规划t d m b 播放器软件的设计方法和步骤。选用的开发工具为 d i r e c t s h o w ，d i r e c t s h o w 工具可以为w i n d o w s 平台( 包括嵌入式w i n c e ) 下的多 媒体应用开发提供强有力的支持。开发的步骤是现在p c 平台下实现t - d m b 接收 端播放器的主要功能，然后再移植到w i n c e 平台下。为了今后的便于软件的升级， 同时减少设计的复杂度和增加软件的可控性，本论文的t - d m b 播放器采用模块化 的设计方法。整个播放器分成5 个模块( 参考图4 _ 1 ) ，5 个模块中最主要的是t s 解复用部分。视频解码器由于最终采用硬件解码，所以只需要进行解码器f i l t e r ( d i r e c t s h o w 组件) 框架的设计。音频解码器模块要设计和实现解码器f i l t e r 框架， 其次是参考f a a d 2 开源工程( g p l ) 进行算法的移植和设计。 ( 3 ) t s 解复用f i l t e r 的开发，主要是关于节目的解析，b i f s 场景的解码，视频 和音频同步的控制，视频和音频解码器框架设计，各个f i l t e r 之间的连接控制，播 放效果测试。 ( 4 ) 播放器软件模块的移植代码优化和移植后模块性能的测试。 1 4本章小结 引言部分主要介绍了国际上各种移动手机电视标准：t - d m b ，d v b h ， m c d i o f l o 的发展与应用情况。为了迎接奥运，同时抓住移动电视的发展契机， 我国( 北京地区) 目前也在进行d m b 业务的试运营。接着对两种主要的标准t - d m b 和d v b h 从物理传输参数兼容性以及节目的复用情况做出了一个详细的对比，从 中可以看到各自的优缺点，t - d m b 有压倒d v b h 的六个亮点，但是其频道数目 少，功耗大于d v b h 也是其美中不足之处。同时在最后给出本文要实现工作目标。 9 2 手机电视t - d m b 接收端原理 t - d m b 系统与d a b 有不解之缘，它来是d a b 与m p e g - 4 技术的成功结合， 有效地解决了人们对数字移动电视业务的需求。d a be u r e k a - 1 4 7 作为第一个为对 地面声音广播进行数字化开发的标准，完成于1 9 9 4 年，发展至今已成为一个非常 成熟的技术标准，目前已被欧洲和其它一些国家和地区，包括中国、韩国、加拿 大、台湾、澳大利亚等采纳作为实施本国地面声音广播数字化的获选方案。t - d m b 系统的部署只需要在原有d a b 系统基础上添加视频服务功能，同时t - d m b 还能 利用现有的d a b 网络较快投入实际运营。因此广电总局也把d a b 视频广播作为 0 8 年奥运会期间进行节目转播的备用方案( 如果广电自己的移动电视标准和系统 没有部署完成) 。 2 1t - d m b 系统概述 前面说过t - d m b 系统中仍延用了d a b 的整个系统，只是在d a b 的m s c ( 主 业务信道) 中划分出一个独立的子信道用于视频业务。而像原先d a b 中所固有的 声音业务，数据业务都保持不变，这也使得t - d m b 的部署相对较为容易。而新增 的视频业务则主要通过前端的t - d m b 视频编码器来实现，视频编码器编码产生的 数据流，以e t i ( 复合群传输接口) 信号形式通过d a b 的复用器以流模式方式复 用到子信道中去，与来自其它路的音频或数据复用成高达2 0 4 8 m b s 的e t i 传输数 据流，然后将e t i 数据流分配给d a b 同步网中的各个发射台进行发射。下图2 1 为d a b 系统和视频服务框图1 7 。 d a b 传输数据所用的两个机制定义如下：快速信息信道( f i cf a s ti n f o r m a t i o n c h a n n e l ) 和主业务信道( m s cm a i ns e r v i c ec h a n n e l ) 。f i c 是由快速信息块( f i b ) 组成，其主要功能是运载解读m s c 配置方式所必需的控制信息。这个控制信息的 核心部分是复用配置信息( m c i ) ，包含了复用结构的信息，在必要时还包含重新 复用配置信息。在f i c 中传输的数据还包括业务信息( s i ) 、c a ( c o n d i t i o n a la c c e s s ) 管理信息和快速信息数据信道( f i d c ) 。为了快速安全地获取m c i 信息，f i c 不 经过时间交织，但是为了防止传输误码采用了较高的保护级别。m s c 由一系列的 c i f 组成。一个c i f 是一个5 5 2 9 6 比特的数据字段，每2 4 m s 传输一帧。c i f 的最 小可寻址单元叫做容量单元( c u ) ，其大小为6 4 比特。整数个c u 连接在一起组 成了m s c 的基本的传输单位，叫做子信道。m s c 由子信道复用而成。针对m s c 内的业务分量，定义了两个不同的传送模式：流模式和包模式。流模式提供了以 1 0 固定的比特率，在指定的子信道内透明地从源到目标传输信息的方式。包模式是 为在单个子信道内运送几个数据业务分量而定义的。每个子信道内可以传输一个 或几个业务分量。 图2 - 1d a b 系统和视频服务模块 f i g u r e2 - 1t h em o d u l e so fd a bs y s t e ma n dv i d e os e r v i c e t - d m b 作为对d a b 标准的继承与发展，除了采用d a b 标准原先所使用的相 关技术外，为了进行视频广播，还使用了一系列新技术。包括在视频压缩上采用 了适合低比特速率视频业务的视频编码标准m p e g - 4a v c h 2 6 4 ，节目伴音压缩则 采用b s a c ( b i t - s l i c e da r i t h m e t i cc o d i n g ) 或者a a c h ( a d v a n c e da u d i