移动多媒体广播原理介绍及技术标准课件

移动多媒体广播原理介绍与技术标准解读广电总局广播科学研究院杨杰2010年7月19日北京/移动多媒体广播原理介绍与技术标准解读广电总局广播科学研究院1中国移动多媒体广播中国移动多媒体广播系统,ChinaMobileMultimediaBroadcasting-CMMB是我国广播电视的重要组成部分，是广播电视的补充和延伸广电总局于2003开始研究新一代移动多媒体广播技术，并在2006年正式提出了基于自主知识产权的/中国移动多媒体广播中国移动多媒体广播系统,ChinaMob2中国移动多媒体广播由广电部门、科研机构、技术研发和生产制造企业等组建了CMMB工作组，目前成员单位已达到220余家。/中国移动多媒体广播由广电部门、科研机构、技术研发和生产制造企3//4历史脚印第一次酝酿（2002年）第一套原型机（2006年初）第一次亮相（2006年8月）第一个标准（2006年10月）第一款芯片（2007年3月）第一个发射点（2007年5月）第一次较量（2008年4月）第一次大考（2008年8月）第一个商业运营（2009年2月）/历史脚印第一次酝酿（2002年）/5中国移动多媒体广播面向七寸以下小屏幕、小尺寸、移动便携终端诸如手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等以及车载、船载、机载接收机等接收设备。采用地面无线（或卫星）广播的方式，提供数字广播电视节目和信息服务/中国移动多媒体广播面向七寸以下小屏幕、小尺寸、移动便携终端诸6移动电视广播可能的应用？动机和目的？接收终端形式？商务用户和旅行者在空闲时间观看电视节目商务用户和旅行者查看股票、天气预报、新闻等PMP、游戏机接收电视节目片断或卡通广播科学研究院/移动电视广播可能的应用？广播科学研究院/7动机与目的需要向手持移动（手持/便携/车载）终端提供新闻、视频流等公共服务和商业服务移动视频设备种类多、普及率高，如手机、笔记本计算机、PMP、GPS、PDA等可以使用移动通信2.5G或者3G，经济上不可行，技术上有难度广播科学研究院/动机与目的需要向手持移动（手持/便携/车载）终端提供新闻、视8接收方式与标准采用手持接收移动多媒体广播手机、PDA、笔记本电脑、游戏机等固定接收地面电视广播电视机、台式计算机等车载接收移动多媒体广播/地面电视广播车载，可能包括手持设备（按接收设备的大小和方便性分）地面数字电视广播系统在一定条件下能满足车载接收的要求广播科学研究院/接收方式与标准采用手持接收移动多媒体广播广播科学9地面数字广播系统不能保证耗电低于100mW较高的数据率，达到15Mbit/s在高速下的接收只用一个天线接收单头端（Front-end）的漫游移动多媒体广播系统是一种适合移动接收需要的数字电视系统广播科学研究院/地面数字广播系统不能保证耗电低于100mW广播科学研究院/10移动电视技术的发展情况1、DVB系列（欧洲、亚洲、大洋洲）2、ISDB-T（日本、南美洲）3、T-DMB（韩国）4、S-DMB（日韩）5、MediaFLO（北美洲）6、CMMB（中国）/移动电视技术的发展情况1、DVB系列（欧洲、亚洲、大洋洲）/11地面覆盖频段：470-798MHz相邻发射台距离：≤15.36km/地面覆盖频段：470-798MHz/12地面单频网组网示意图黄金准则：频率相同时间相同数据相同/地面单频网组网示意图黄金准则：/13电视广播业务声音广播业务电子业务指南紧急广播数据广播条件接收/电视广播业务/14电视广播业务参数视频压缩标准：AVS，H.264音频压缩标准：MPEG-4AAC帧率：25帧/秒图像分辨率：QVGA（320x240）、QCIF(176x144)采样格式：4:2:0/电视广播业务参数视频压缩标准：AVS，H.264/15声音广播业务参数音频压缩标准：DRA音频声道：单声道、立体声采样率：48kHz、44.1kHz、32kHz/声音广播业务参数音频压缩标准：DRA/16第1部分：信道编码与调制/第1部分：信道编码与调制/17信道通常需要解决的一般问题适用的频率范围信道编码技术调制技术基带成帧技术/信道通常需要解决的一般问题适用的频率范围/18CMMB的信道设计需求对接收的要求恶劣环境下的高质量接收（室内、室外、高速移动节电，低功耗接收单一、小尺寸天线满足接收要求对业务的要求多种业务灵活组合针对业务有效划分无线资源对网络的要求支持单频组网支持网络漫游和切换/CMMB的信道设计需求对接收的要求/19主要技术特点采用基于时隙的帧结构支持终端省电采用OFDM调制技术支持移动接收和单频组网采用LDPC编码和深度交织提高接收性能/主要技术特点采用基于时隙的帧结构支持终端省电/20信道编码与调制框图/信道编码与调制框图/21纠错编码

级联码外码：RS编码外交织：基于字节的块交织内码：LDPC编码内交织：基于比特的块交织/纠错编码级联码/22字节交织列入/列出的方式输入数据由第1列开始，由左向右逐次写满字节交织器的前K列RS编码器由上向下逐行进行RS编码所有行的RS编码完成后，由左向右从字节交织器中逐列读出240列编码后的数据/字节交织列入/列出的方式/23字节交织深度字节交织提供跨时隙深度交织字节交织深度由星座点数和交织模式决定，可以跨1～8个时隙结合时隙分配，可以提供秒级交织深度/字节交织深度字节交织提供跨时隙深度交织/24LDPC编码高度结构化的LDPC编码，码长9216比特包括两种码率：1/2和3/4码字结构经过优化设计，使解码器可以低复杂度实现提供接近香农限的纠错性能/LDPC编码高度结构化的LDPC编码，码长9216比特/25LDPC编码/LDPC编码/26比特交织器输入填充顺序输出填充顺序360384BPSK25msQPSK12.5ms16QAM6.25ms交织深度/比特交织器输入填充顺序输出填充顺序360384BPSK25m27帧结构CMMB传输帧长度为1秒，划分为40个时隙每个时隙具有相同的结构，包括信标和53个OFDM符号每个广播业务占用一个或几个时隙利于时隙开关支持终端节电设计/帧结构CMMB传输帧长度为1秒，划分为40个时隙/28时隙TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS35TS36TS37TS38TS39:控制逻辑信道Service1-Service2Service3Service4ServiceK-1ServiceK通过时隙分组支持不同业务速率时隙的最小单位速率为64kbpsONOFF终端通过时隙开关实现省电/时隙TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8T29时隙同步信号1个发射机标识信号：用于鉴别信号来源发射机标识同步信号OFDM符号OFDM符号OFDM符号53OFDM符号信标2个同步信号：快速同步和辅助信道估计53个OFDM符号：承载数据/时隙同步1个发射机标识信号：用于鉴别信号来源发射机同步OFD30时间分片原理示意

/时间分片原理示意

/31时间分片－功耗降低/时间分片－功耗降低/32OFDM符号/OFDM符号/33子载波离散导频：交错排列，用于时频域信道估计连续导频：左右对称排列，频率跟踪、相位校正，以及承载16比特传输指示信息时隙号（5比特）、字节交织器同步标识（1比特）、配置变更指示（1比特）、保留（8比特）/子载波离散导频：交错排列，用于时频域信道估计/34系统数据率星座映射LDPCCodeRateDataRateperTS(Kbps)TotalDataRate(Mbps)BPSK1/264.5/13.82.6/0.55BPSK3/496.8/20.73.8/0.82QPSK1/2129.0/27.65.1/1.09QPSK3/4193.5/41.57.6/1.6316QAM1/2258.0/55.310.1/2.1716QAM3/4387.1/82.915.2/3.25/系统数据率星座映射LDPCCodeRateDataRa与其它系统对比DVB-HMediaFLOT-DMBS-DMBCMMB带宽6～8MHz6MHz2MHz25MHz8MHz2MHz调制技术4KOFDM4KOFDM1KOFDMCDMA4KOFDM1KOFDM信道编码RS＋卷积码RS＋TurboRS＋卷积码RS＋卷积码RS+LDPC最大传输速率12Mbps(8MHz)11Mbps1.5Mbps7M16Mbps3Mbps交织深度<0.25s0.75s0.25s3.5s1s物理层频道切换时间5s1～2s1.5s5s1～2s系统理论性能（Eb/No）4.5dB2.0dB4.5dB4.5dB2.0dB/与其它系统对比DVB-HMediaFLOT-DMBS-DMB第2部分：复用/第2部分：复用/37复用基本功能/复用基本功能/38技术对比

制式CMMBDVB-H

T-DMB

FLO

ISDB-T

全称

ChinaMobileMultimediaBroadcasting，中国移动多媒体广播

DigitalVideoBroadcasting-Handheld,手持数字视频广播系统

Terrestrial-DigitalMultimediaBroadcasting,地面数字多媒体广播系统

ForwardLinkOnly前向链路

ServiceDigitalBroadcasting-Terrestrial,地面综合业务数字广播国家中国欧洲韩国美国日本

复用技术高效的复用帧结构（MFS）技术IPoverTSTSMediaFLOLogicChannel（MLC））技术TS/技术对比

制式CMMBDVB-H

T-DMB

FLO

IS复用效率无线通信的频率资源宝贵，CMMB重要的特点是窄带传输、低码率特性，因此数据链路层的协议设计应具有高效的结构，确保传输效率MPEG2TS为例说明由于每个TS包固定长度为188个字节，每1个图像帧是一个PES，而2个PES不能在同一个TS包内，也就是说每个PES必须占用整数个TS包，因此需要信息填充码率越低，PES长度越小，由此效应而导致的损耗则越显著/复用效率无线通信的频率资源宝贵，CMMB重要的特点是窄带传输40复用效率用于描述业务的PSI信息PSI由PAT、PMT、NIT和CAT构成，其中PAT和PMT的发送频率非常高业务更新发现实时性差。由于每个TS流分配具有的不同的PSI信息，当PAT、PMT等PSI信息改变时，须对每个TS流进行遍历，为确保更新发现及时，每次切换TS流时须重新搜索PSI信息PCR等其它信息开销也形成冗余经分析及测试，当多媒体业务码率为500kbps以下时，MPEG2TS传输效率为80%～85％左右/复用效率用于描述业务的PSI信息PSI由PAT、PMT、NI41复用器原理框图/复用器原理框图/42主要特点与信道技术紧密耦合逻辑信道分为控制逻辑信道和业务逻辑信道控制逻辑信道传输系统控制信息，固定在时隙0业务逻辑信道占用其他时隙，适配业务对QoS要求/主要特点与信道技术紧密耦合/43帧结构/帧结构/44控制信息表网络信息表提供网络相关信息，例如中心频率、带宽复用配置表（短时间＋持续）提供了一个载频上的每个复用帧的配置情况，例如时隙位置、信道参数、承载业务数量等等业务配置表（短时间＋持续）提供了各载频上业务分配情况/控制信息表网络信息表/45视音频/数据/视音频/数据/46第3部分：电子业务指南/第3部分：电子业务指南/47基本概念定义：ESG)(ElectronicServiceGuide)，是一种多媒体广播信息导航业务作用：终端通过解析ESG，能够获得多媒体广播业务的相关信息，如业务名称、播放时间、内容梗概等，便于终端用户快速检索和访问相关概念：业务、节目、内容、编排……（Service、Event、Content、Schedule……）/基本概念定义：ESG)(ElectronicService48

9:00-10:00体操（女子）10:10-11:00跳水

…ESG示例（北京530MHz频点）601602603604605606607701702CCTV-1CCTV-3CCTV-奥运CCTV-9CCTV-新闻CCTV-少儿BTV-1中央人民广播电台中国国际广播电台/9:00-10:00体操（女子）ESG示例（北京530M49与EPG的区别EPG(ElectronicProgramGuide)ESG(ElectronicServiceGuide)相同点从功能上讲两者大同小异不同点从技术上讲两者实现方式不一样EPG偏重于电视广播和声音广播的节目单,ESG除了电视和声音广播外，还提供数据业务的节目单

/与EPG的区别EPG(ElectronicProgram50数据结构/数据结构/名词解释ESG数据信息（主要信息）:数据信息描述与移动多媒体广播业务相关的业务信息、业务扩展信息、编排信息、内容信息和业务参数信息ESG基本描述表（控制信息）:描述ESG数据信息的业务（时隙）分配情况和更新状态等信息的控制信息表ESG节目提示信息（辅助信息）:描述业务当前时间段和下一时间段播放节目的概要信息，随移动多媒体广播视、音频业务一起传输/名词解释ESG数据信息（主要信息）:数据信息描述与移动多媒体52数据信息的组成单元及层次关系/数据信息的组成单元及层次关系/53ESG的实现机制/ESG的实现机制/54第4部分:紧急广播/第4部分:紧急广播/55第4部分:紧急广播定义：紧急广播是一种利用移动多媒体系统向公众通告紧急事件的方式。当发生自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全等突发事件时，造成或者可能造成重大人员伤亡、财产损失、生态环境破坏和严重社会危害，危及公共安全时，移动多媒体广播的紧急广播系统可以提供一种迅速快捷的通告方式。是一种公益性质的特殊业务。/第4部分:紧急广播定义：紧急广播是一种利用移动多媒体系统向公56第4部分:紧急广播在出现国家规定的紧急情况和突发事件时，可以实现向用户提供紧急通告服务紧急广播以文字信息为基本方式，可扩展支持音频、图片、图像等方式，应实现多语种和多编码，以适应少数民族地区和在境内的境外人员，当前端发送紧急广播消息时，接收终端应能强行切换接收紧急广播消息，并能根据紧急事件的级别和类型采取相应的展示方式/第4部分:紧急广播在出现国家规定的紧急情况和突发事件时，可以57第4部分:紧急广播全国性的紧急广播消息通过卫星和地面覆盖网络向全国覆盖，地方广播网收到全国紧急广播消息必须立即转发地方的紧急广播消息通过本地广播网覆盖，地方的紧急广播消息可以提请全国播出前端发送触发信息系统安全可靠,具有安全防范能力系统应具有良好的可扩展性，能够适应国家在紧急广播领域发展的相关要求/第4部分:紧急广播全国性的紧急广播消息通过卫星和地面覆盖网络58多级运营平台/多级运营平台/59紧急信息处理流程/紧急信息处理流程/60//61第5部分:数据广播/第5部分:数据广播/62第5部分:数据广播数据广播是利用广播通信系统传送数据的信息技术和业务的总称通过数据广播业务，可以为终端用户提供各类信息服务，如股票资讯、交通导航、气象服务、网站广播等数据广播是移动多媒体广播的一项增值业务，扩展并丰富了移动多媒体广播的业务内容。制定数据广播标准对于推动移动多媒体广播业务的开展十分重要/第5部分:数据广播数据广播是利用广播通信系统传送数据的信息技63第5部分:数据广播/第5部分:数据广播/64第5部分:数据广播数字电视的数据封装格式数据管道数据流多协议封装DSM-CC数据轮播对象轮播/第5部分:数据广播数字电视的数据封装格式/65第5部分:数据广播/第5部分:数据广播/66第5部分:数据广播/第5部分:数据广播/67流模式数据业务若数据业务以连续流的方式展现，通常有时序要求、传输有时间标签指示或数据流内部有同步要求，采用流模式进行处理。流模式数据业务直接进行可扩展协议封装，适配到复用子帧的数据段中，实现透明传输。适用业务：音视频流、股票行情、交通诱导等/流模式数据业务若数据业务以连续流的方式展现，通常有时序要求、68流模式数据业务处理方式

/流模式数据业务处理方式/69文件模式数据业务若数据业务以离散数据文件的方式展现，通常无时序要求、传输无时间标签指示或同步要求，采用文件模式进行处理适用业务：音视频短片、网页推送、文件下载、电子报刊等/文件模式数据业务若数据业务以离散数据文件的方式展现，通常无时70文件模式数据业务处理方式

/文件模式数据业务处理方式/71数据广播业务的复用流模式/文件模式的业务数据经过XPE/XPE-FEC封装后适配到复用帧不同的数据广播业务应采用不同的复用子帧传输，一个复用子帧传输一个数据广播业务/数据广播业务的复用流模式/文件模式的业务数据经过XPE/XP72//73第6部分:条件接收/第6部分:条件接收/74第6部分:条件接收本部分规定移动多媒体广播条件接收系统（MMB-CAS）功能和技术要求，MMB-CAS可为移动多媒体广播业务提供传输过程中的保护，即针对业务的广播通道保护。移动多媒体广播运营商通常在播出时针对移动多媒体业务加入MMB-CAS条件接收控制机制。采用MMB-CAS，移动多媒体广播运营商可针对业务或业务包向指定用户或用户组授权，使得只有授权用户或用户组才能接收相关业务。/第6部分:条件接收本部分规定移动多媒体广播条件接收系统（MM75第6部分:条件接收/第6部分:条件接收/76第6部分:条件接收分为前端子系统和终端子系统两部分双向网络是可选的，为终端提供交互方式授权通道在只有单向广播网络（单向终端）时，通过广播授权信息方式向用户授权，或结合使用加密授权与电子钱包功能，通过终端本地交互方式实现用户自授权具备双向网络和双向终端时，通过双向网络对终端进行点对点交互式向用户授权只使用双向网络传输授权管理信息、系统信令和用户订购消费记录等/第6部分:条件接收分为前端子系统和终端子系统两部分/77第6部分:条件接收MMB-CAS技术体系以四层密钥模型为基础，建立密钥安全管理与授权控制管理及分发机制，利用加扰技术，实现对移动多媒体广播业务的条件接收系统的安全管理主要通过系统信令对CAS终端进行管理。可以对CAS终端密钥进行更新、销毁、生效、失效等控制；对CAS终端的功能进行更新、生效、失效等控制/第6部分:条件接收MMB-CAS技术体系以四层密钥模型为基础78第6部分:条件接收/第6部分:条件接收/79第6部分:条件接收用户注册层:实现用户密钥（UK）在终端安全模块中的预置，或实现按双向注册方式的用户密钥分发。UK用来对业务密钥（SEK）进行加密/解密。前端利用UK对SEK信息加密，生成授权管理信息（EMM），通过广播或双向信道传输给终端，终端进行解密获得SEK。授权管理层实现EMM数据从前端到终端的安全传递。/第6部分:条件接收用户注册层:实现用户密钥（UK）在终端安全80第6部分:条件接收安全管理层实现系统信令数据从前端到终端的安全传递。通常将系统信令利用UK加密后封装EMM中，通过广播或双向信道传输给终端，终端进行解密获得系统信令。利用系统信令进行系统的安全控制、密钥管理、功能管理等。SEK用来对控制字（CW）进行加密/解密。前端利用SEK对CW进行加密，生成授权控制信息（ECM），通过广播信道传输给终端，终端进行解密获得CW。/第6部分:条件接收安全管理层实现系统信令数据从前端到终端的安81第6部分:条件接收授权控制层:授权控制层实现ECM数据从前端到终端的安全传递。CW用来对传输的业务进行加扰/解扰。前端利用CW对业务进行加扰，通过广播信道传送给终端，终端利用CW对加扰业务进行解扰业务加扰层实现业务数据从前端到终端的安全传递。/第6部分:条件接收授权控制层:授权控制层实现ECM数据从前端82第7部分:接收解码终端技术要求/第7部分:接收解码终端技术要求/83第7部分:接收解码终端技术要求/第7部分:接收解码终端技术要求/84第7部分:接收解码终端技术要求CMMB终端是指具备接收、处理和/或显示CMMB播信号的设备CMMB终端的逻辑结构分为信号处理模块、条件接收模块和应用模块信号处理模块:射频接收、解调制、解复用及相关功能条件接收模块:信号解扰、解密、用户授权及相关功能应用模块:电视广播、声音广播、电子业务指南、紧急广播和数据广播等业务的处理/第7部分:接收解码终端技术要求CMMB终端是