07、地面数字多媒体广播(T-DMB).doc

7、1 地面数字多媒体广播（T-DMB）7、1、1 引言DMB是一种通过卫星（S-DMB）或地面网络（T-DMB）为移动接收设备（例如手机）传送数字的数据与TV的传输系统。DMB是数字信号的传输标准，它不仅可以传输声音、文本和音乐，而且也可以传输固定与活动图像，T-DMB是DAB标准的继续发展。 DAB/DMB规范用不同的模式包含了在30MHz-3GHz频率范围内的应用。因此，DAB/DMB特别合适多媒体业务在不同的传播方式（地面、卫星和电缆）下的传播。对于广播来说，DMB是真正的扩展。DMB使广播成为多媒体广播：广播，除了音频以外，也可以以文字或图像的形式传输信息。广播，使适应听众个人的需要成为可能。广播，交互的并直接为听众提供立即参与的可能性。T-DMB是基于DAB的一种发展，从技术上看DMB是对主要以音频为内容的声音广播标准DAB的扩展。它特别适合于为高速移动的接收机传送活动图像（也可以称为DAB-TV）。视频的信源编码用MPEG4标准，一套数据率在400kb/s以下的视频节目起码在小的显示器上有可以接受的图像质量。一种附加的差错保护用来保证在移动应用时的传输可靠性。根据差错保护程度而定，传送最多1.5Mb/s的净数据率是可能的，按此考虑，一个带宽为1.536MHz的DAB频率块用来传送3套电视节目和1套音频节目与数据业务是足够用的。T-DMB发展了DAB，因此DMB继承了DAB的所有功能。由此可知，将传统的DAB业务和格式，与新的DMB视频业务相结合的混合运行是完全可能的。每个接收机可以辨别出涉及的是什么业务，并且可以决定是否可以应用或不予理睬。这样，在一个多路复用中可以用3套DAB音频节目（MPEG1 Audio layer2 编码）和一套DMB规范的视频业务（MPEG传输流，H.264用于视频编码，AAC+/BSAC用于音频编码）与附加数据业务填满。 如果DMB真正提升为移动TV标准，那么，已经建立起来的DAB发射网就可以继续存在与发展。7、1、2 音频、视频、数据业务传输机理图7-1-1所示是利用DAB系统传输音频、视频、数据业务的机理。图7-1-1 利用DAB系统传输音频、视频、数据业务的机理音频与视频业务的数字形式的信号，首先要按照不同的信源编码方法进行数据率压缩，以提高数据传输的有效性。然后，主要的处理步骤有能量扩散、信道编码（卷积编码）、时间交织。然后，各种业务（包括流模式或包模式的数据业务）的数据，通过主业务复用器构成时间长度为24ms的公共交织帧（CIF）。每个CIF包含55296比特，将其分为864个容量单位（CU），每个容量单位为64比特。根据不同业务的不同数据率，在每个CIF中占用不同数量的CU ，构成大小不同的子信道。例如，某音频业务信源编码后的数据率为192kb/s(立体声节目)，信道编码率按1/2计，信道上传输速率应为384kb/s。24ms应传输9216比特，即由该套节目构成的子信道需要占用9216/64=144个CU，占全部容量的144/864 =16.6%。如果另一个数据率很低的数据业务，数据率为16kb/s,差错保护按良好考虑，也使用1/2的信道编码率，则不难算出24ms期间占用的CU个数为12个，该数据业务占全部容量的1.38%。按照DAB规范要求，最多能分64个子信道。最小的子信道每24ms为64比特，即1个CU。如果一个数据业务的子信道仅使用一个CU，信道编码率如果按1/2计，那么该项业务的净数据率仅有64b/2/24ms= 1.33kb/s 。DAB允许的最大的子信道容量取决于接收机对业务的处理能力。快速信息信道与主业务信道的信息经频率交织处理后与同步信道信息一起，通过OFDM发生器实现多载波的4DPSK调制，输出DAB基带信号，再经频率变换与功率放大，输出大功率的DAB射频信号。7、1、3、从DAB到DMB的 技术升级（1）、加强差错保护能力在传统的DAB中，信道编码采用的是卷积编码。它允许对各个子信道根据要求实施不同的差错保护。这种方式能很好地满足了MPEG-1/2 Layer II Audio子信道的要求。同时DAB原有的基于文件的差错保护机制对数据广播来说，也是非常有效的。但是DAB原有的差错保护对于MPEG-2视频流等的有效范围大大缩小，门限相差约10dB。为了获得无干扰的接收，在DAB的基础上，在确保完全后向兼容的条件下，增加了一个前向纠错（FEC）机制，在不必重新设计射频（RF）网络的情况下，可使DAB的覆盖能力显著增强，误码率可由10-4降低到10-8的数量级。附加的前向纠错应用的是RS码。将RS码与卷积码相级联，可以提高编码效率。第一个编码器（编码率为R1）的称为外编码器，而第二个编码器（编码率为R2）称为内编码器，图7-1-2所示是级联编解码原理方块图。当传输的源数据率为Ru时，那么在信道上传输的总数据率R0为：R0=Ru/（R1 R2） 如果选择外编码器为块码编码器（例如RS编码器），而内编码器是卷积编码器，那么内编码器可以校正单个的比特差错，外编码器可以校正较短的块差错。图7-1-2 级联编解码原理方块图 RS码是以很多符号组成块来工作的，符号一般来说由8比特构成。因此，RS码属于典型的以符号为依据的块码。如果RS码有n个符号，校正在一个块中t个有差错的的符号，就必须附加2t个校验符号。一个有m信息字节（这里1符号=1字节）和2t(=k)校验字节的RS码称为RS（m+k,m）码。例1：RS (255，239)码表示码块长度共239+16=255个符号，其中信息字的长度为239个符号，校验字的长度为16个符号。这个由255个符号组成的码块中，最多可以纠正在这个码块中出现的8个分散的或者8个连续的符号错误，最多识别出16个有差错的符号。例2：一个常用的RS（255，223）码，每个符号8比特。每个码字包含255个码字字节，其中223个数据字节，32个校验字节。对于这种码来说n=m+k=255, m=223, k=32, k/2=16解码器可以消除在码字中的16个符号的所有可能的干扰：也就是说，在所有的码字中最多16个符号中的干扰都可以自动消除。DMB中使用的RS码为RS（204，188），它的数据包长为204字节，其中一个同步字节，187个信息字节，16个奇偶校验字节，如图7-1-3所示。图7-1-3 差错保护包的构成 为了能够校正较长的块差错，可在两个编码器之间接入外交织器。外交织器不是添加新的数据冗余，而是对数据重新整理，使原来一个挨一个的字节相互离开一个交织深度I。图7-1-4所示是交织与解交织原理图。在DMB中交织深度I=12字节，M=17=N/I=204/12=17。交织由12个支路组成，通过输入循环开关连接于输入字节流，每个支路是一个FIFO移位寄存器。同步字节总是通过图7-1-4中的支路0。图7-1-4交织与解交织原理图（2）、为新业务选择高效的信源编码方法由DAB变为DMB，新业务主要是视频业务。由于数字视频信号的数据率很高，使用传统的压缩方法，编码后的数据率对于DAB传输系统来说，仍然是承受不了的。另一方面，DMB为了提高纠错能力，增加了RS编码，付出的代价是降低了数据传输的有效性。基于上述两个原因，且为了传输更多的业务，必须选择现今最先进的高效率的视频和音频编码方法。 视频编码H.264/AVC MPEG(Moving Picture Experts Group)和VCEG(Video Coding Experts Group)联合开发了比早期的MPEG及H.263性能更好的视频压缩编码标准，称为AVC（Advanced Video Coding）,也被称为ITU-T H.264 建议和MPEG4的第10部分（MPEG4 ISO/IEC 14496-10）。该标准已于2003年3月被ITU-T通过并在国际上正式颁布。H.264有更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。H.264是继MPEG4之后的新一代数字视频压缩格式，它即保留了以往压缩技术的优点和精华又具有其他压缩技术无法比拟的许多优点。音频编码 MPEG-4 HE AAC V2对于用原来的DAB接收机接收的声音广播节目来说，音频信源编码仍然使用原有的MPEG-1 Layer II (MUSICAM)方法，而DMB视频节目的伴音，使用最先进的MPEG-4 HE AAC V2。 MPEG-4 HE AAC V2音频编码系列是由三个MPEG技术结合起来的：AAC用作核心编码器，频带恢复（SBR）与参数立体声（PS）两种附加技术使极大提高编码效率成为可能。利用SBR可以恢复音频信号的上部范围的频谱，直到15kHz。SBR与高效型核心编码AAC相结合，被标准化及命名为HE AAC V1。再与参数立体声（PS）相结合就构成MPEG-4 HE AAC V2。在T-DMB中，也可以使用BSAC（bit sliced arithmetic coding-比特分片算术编码）方法。BSAC提供了MPEG-4音频中可分级的一种形式。为了使比特流可分级，BSAC使用了一个可替代AAC无噪声编码模块的方案，尽管其它的编码模块同AAC是相同的。一个AAC编码的比特流可以无噪声地转编成一个BSAC比