浅谈CMMB技术和发展

浅谈CMMB技术和发展CMMB是中国移动数字多媒体广播ChinaMobileMultimediaBroadcasting的简称。国家广电总局于06年10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STiMi，该标准将从2006年11月1日起实施。它是国内自主研发的第一套主要面向手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等多种小屏幕手持式终端设备的系统，利用S波段卫星信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持25套电视节目和30套广播节目。随着人们生活水平的不断提高，广电技术的发展，人们对信息消费的多元化需求日趋明显，人们不再满足于电视画面的固定接收，而模拟电视由于频道少、抗干扰能力较弱、不能漫游等不足，已经越来越不能满足大众的使用需求。作为广播电视的补充和延伸，新兴的中国移动多媒体广播（CMMB）通过卫星及地面覆盖相结合，为各种便携式终端设备提供数字音视频和信息服务，大有替代传统无线广播的趋势。1CMMB发展及现状2002年11月，看到在全球数字化进程中地面数字电视系统的重大意义，广电总局决定组织专项研制一套自己的地面数字电视系统，并专门成立泰美公司，与广科院一起分两个团队展开攻关。可以说，广电总局着手研制自己的地面数字电视系统（CMMB的前身），是广电部门自主创新的开始。现在看来，6年前的这个决定，一方面基于主管领导自身的远见，一方面也是广电领域科研土壤、自主创新氛围逐渐成熟的结果。CMMB走上了产、学、研相结合的自主创新之路，CMMB关键技术拥有自主知识产权。2003年，广科院做出了地面数字电视系统的原型机，也做出了可商用的地面数字电视接收芯片，并参与国家主管部门组织的地面国标的征集工作。但后来由于种种原因，广科院退出了地面国标的评审，下决心追加投资，在广电总局的支持下，着手研究面向手持终端的移动多媒体广播电视。从地面转到手持，表面上看是从大屏幕移到了小屏幕，实际上则是技术难度的大幅提高，这也是国际IT技术的难点。在整个广播技术中，信道编码是最核心的技术，这次创造性地提出了LDPC这一先进的编码方式，拥有自主知识产权。而这一前瞻性的编码方式，在进行面向手持设备的研发过程中体现出巨大的性能优势。要在手持设备上实现长时间观看电视节目的最大难点是手机电池容量有限，对此国际上想了很多办法，广科院和泰美公司也是如此。在LDPC编码方式的基础上，加入了“时隙”技术，灵活的导频技术，在子载波数选取上尽可能合理，这一系列举措使得CMMB原型机刚出来时，就能连续支持3个小时的播放，这在国际上都已经是很高的水平。2006年初，CMMB核心技术取得重大突破，解决了面向移动手持终端的所有技术难题，推出了基于FPGA的原型机，完成了技术研究的各项准备工作。有了自主知识产权的技术做支撑，下面的发展就是“小步快走”了。在规模实验的基础上，2006年10月和11月，广电总局颁布了CMMB的信道和复用两个行业标准，标志着CMMB确立了行业和技术的核心地位。2006年10月，国家广播电视总局正式颁布了中国移动多媒体广播标准CMMB，该标准采用广电系研发的信道解调标准STiMi，主要面向手机、PMP等便携式设备的移动数字电视和音频信号接收。CMMB主要面向小屏幕手持式终端设备，其终端产品种类主要包括MP4、手机、GPS、USB接收棒、独立接收机等，提供数字广播电视节目、综合信息和紧急广播服务，实现卫星传输与地面网络相结合的无缝协同覆盖。CMMB采用具有自主知识产权的移动多媒体广播电视技术，系统可运营、可维护、可管理，具备广播式、双向式服务功能，支持中央和地方相结合的运营体系，具备加密授权控制管理体系，支持统一标准和统一运营，支持用户全国漫游。截至2008年6月，国家广电总局已颁布7项移动多媒体广播电视行业标准，分别为：（1）GY/T220.1-2006移动多媒体广播第1部分：广播信道帧结构、信道编码和调制（2）GY/T220.2-2006移动多媒体广播第2部分：复用（3）GY/T220.3-2007移动多媒体广播第3部分：电子业务指南（4）GY/T220.4-2007移动多媒体广播第4部分：紧急广播（5）GY/T220.5-2008移动多媒体广播第5部分：数据广播（6）GY/T220.6-2008移动多媒体广播第6部分：条件接收（7）GY/T220.7-2008移动多媒体广播第7部分：接收解码终端技术要求2007年3月的CCBN上，广电总局推出了第一颗CMMB商用芯片和基于商用芯片的小规模量产终端，其中包括手机和PMP两大类。2007年底，完成了6个城市的实验网建设。到今年3月的CCBN，则完成了整个产业链的准备，实现了系统的产业化，已经有5家芯片企业可以提供量产芯片，以民族企业为代表的10余家终端企业都可以提供不同类型的CMMB接收终端。到今年7月，已经完成了全国37个城市的布点工作，其中北京完成了多个点单频网的建设，初步具备了为奥运提供服务的条件。现在有舆论提出CMMB将对民族工业产生很大的拉动作用，普遍认为CMMB为国产手机产业创造了巨大的发展机会。其实，从事CMMB研发和产业化的所有人员更多感受到的是民族企业在推进产业化过程中所起到的中坚作用，CMMB与民族工业共成长。目前，CMMB正在北京、天津、上海、广州、杭州等37个城市试验播出，并计划将于明年开始商业运营。计划建设CMMB网络的全国300多个地市级城市中，已有150多个城市正式启动建设工作，频率规划整合工作基本完成。可能在11月底实现在200多个城市开通CMMB信号，年底实现300多个城市的CMMB信号覆盖计划。而对于北京、天津等首批完成CMMB布网的城市，当前主要任务则是增加室内深度覆盖补点工作。事实上，CMMB正在加紧部署一个大规模的网络。目前CMMB在北京已经完成了5个发射点的单频网组网工作。由于一个发射点可以覆盖十几公里，根据估算，完好覆盖北京五环内只需要7个发射点。在同等覆盖范围下，所需要的发射点比目前的移动通信网络需要的发射点大大减少。CMMB在奥运会期间提供中央电视台的1、3、5、9、新闻、少儿六套电视节目，中央人民广播电台和中国国际广播电台的广播节目各一套，另外37个试点城市中，还增加了本地的广播和电视节目各一套。基本能够满足用户的收视需求。据悉，随着CMMB试商用工作的进一步深入和普及，将逐步开通更多的免费频道和其他特色频道，到时候就可以欣赏到更多的电视台了在奥运期间，为充分体现科技奥运理念，扩大CMMB的国际影响力，广科院在奥运村、绿色家园媒体村、汇园公寓媒体村、主新闻中心、北京国际新闻中心和国际广播中心分别设立了六个CMMB体验点，以实现“随时随地看奥运”的目标。短短10天，CMMB体验点已经接待了来自近100个国家的5000多名体验者，使更多的国外记者、运动员和官员了解到了CMMB这一技术的魅力。2CMMB信号覆盖方式CMMB采用“天地一体”的技术体系，即：利用大功率S波段卫星覆盖全国100%国土、卫星遮挡地区可采取地面同频增补方式，利用U段增补地面覆盖网络进行城市人口密集区域有效覆盖、利用双向回传通道实现交互，形成单向广播和双向互动相结合、中央和地方相结合的无缝覆盖的系统。全国节目通过S波段卫星对全国实现覆盖，地方节目采用U波段地面网络实现覆盖。如图1所示，在CMMB的系统构成中，CMMB信号主要由S波段卫星覆盖网络和U波段地面覆盖网络实现信号覆盖。S波段卫星网络广播信道用于直接接收，Ku波段上行，S波段下行；分发信道用于地面增补转发接收，Ku波段上行，Ku波段下行，由地面增补网络转发器转为S波段发送到CMMB终端。为实现城市人口密集区域移动多媒体广播电视信号的有效覆盖，采用U波段地面无线发射构建城市U波段地面覆盖网络。地面增补网与卫星系统同步的关键是确保S波段卫星信号到达接收终端的时间与S波段地面增补设备转发信号到达接收终端的时间一致。CMMB直播卫星已完工，明年信号将实现天地一体覆盖。业内人士指出，此前CMMB采用的是地面U波段对全国360城市的密集区域进行网络覆盖，CMMB直播卫星将采用S波段卫星网络对农村，公路，铁路，海域等区域进行覆盖。届时CMMB信号将可以覆盖到全国城乡各地区。CMMB的U波段地面覆盖网络采用单发射台站覆盖或单频网覆盖两种覆盖方式实现中央节目和地方节目的集成播出。（1）单发射台站对于城区面积较小、楼宇密度较低、地势较平坦的地区，单个发射台站可完成基本覆盖要求的，采用单个发射台站以及同频转发器补充覆盖的建设方式。在单发射台站覆盖方式中，主发射塔发射U波段CMMB信号完成覆盖地区的基本覆盖，各个同频转发器接收到主发射塔的信号放大后以同样的频率发射，完成主发射台阴影区的补充覆盖。（2）单频网对于城区面积较大、单发射台站覆盖方式无法满足基本覆盖要求的地区，采用单频网（SFN）覆盖方式，即基于若干发射台站建成本地区单频网实现基本覆盖，覆盖阴影地区由同频转发器补充覆盖解决。在单频网覆盖方式中，节目传输分配中心通过光缆、微波等传输链路将CMMB信号传输分配到各个发射站，各发射站的发射机采用同一频率在同一时刻发射同一节目，完成单频网的基本覆盖。CMMB单频网络采用GPS接收机、复用器以及调制器实现系统同步。在同步实现过程中，调制器根据复用器提供的广播信道帧的起始发送时间、单频网的最大延时以及GPS接收机为调制器提供的当前时间确定时间同步关系。3CMMB系统参数和指标CMMB主要系统参数和指标是移动多媒体广播电视系统建立过程中的基本要求。CMMB的主要系统参数和指标为：（5）数据广播采用可扩展的多协议封装复用传输，支持流模式、文件模式传输。4CMMB标准对终端产品的要求CMMB的终端设备有必要详细介绍一下，目前分为单向终端和双向终端。单向终端只能接收内容，比如接收电视节目、广播节目、实时股票信息等，主要包括PMP、GPS、PDA、手机、数码相机等；双向终端是除了能接收移动多媒体广播内容外，同时还具备上行传输通道的接收终端，做内容点播和信息交互使用，主要是笔记本电脑（通过USB接收棒实现）和少量手机。另外根据不同的应用场景，终端物理实现形式又可包括一体机和外接模块式两种形态。一体机是将移动多媒体广播电视射频信号的解调、解复用、解密、解码和显示通过单一的终端来实现，外接模块式终端则需要通过SD或USB接口实现。为高质量接收和显示CMMB系统视音频和数据业务信息，CMMB终端至少需具备以下基本功能：（1）稳定可靠接收CMMB系统视音频、数据和紧急广播信息等基本业务码流，终端支持自动频点搜索功能，同时支持手动设置功能。S波段：2.635～2.660GHz；U波段：470～798MHz。（2）视音频压缩编码符合CMMB系统信源视频、音频压缩编码技术要求，视频广播流支持AVS、H.264/AVC视频压缩解码，MPEG-4AAC音频压缩解码；音频广播流支持DRA音频压缩解码。（3）终端支持如下视频参数：1）符合AVS的2.0级，符合H.264基本类，H.264基本类的级2或者以上为可选；2）帧率：25帧/秒，其它帧率可选；3）图像分辨率：QVGA（320x240）、QCIF(176x144)，其它分辨率可选。4）采样格式：YUV采样格式符合4:2:0格式，其它可选。5）视频码率：解码支持的最大码率不低于384kbps。（4）终端支持如下音频参数：1）声道：单声道、立体声；2）采样率：48kHz、44.1kHz、32kHz，其它可选；3）音频码率：解码支持的最大码率不低于128kbps。（5）电子业务指南符合《GY/T220.3-2007移动多媒体广播第3部分：电子业务指南》标准，支持S波段和U波段ESG信息接收，支持ESG自动或手动更新，支持网络和频道搜索。（6）紧急广播符合支持S波段和U波段紧急广播信息接收，支持接收到紧急广播消息后的强制切换，支持紧急广播信息触发；紧急广播功能应包括紧急广播消息提示、显示和存储。（7）终端应支持文件模式和流模式数据广播业务的解析，并实现数据广播业务的展现。（8）满足CMMB条件接收系统