手机电视的技术

一、前言

　　在手机业界有这么一个说法："去年是拍照年，今年是音乐年，明年是电视年"。移动电视目前已成为手机产业的热门话题。根据欧洲、美国和日本对下一代通信业务的调查显示，用户对手机电视业务非常有兴趣，有40-60%的用户希望可以在手机上收看电视，愿意每个月支付10欧元。到2008年，全球将有大约2亿用户使用此项服务，而亚洲将成为手机电视最流行的地区。

　　本文将介绍手机电视的相关技术，同时也将探讨手机电视的一些解决方案。

二、手机电视面临的问题

　　1.恶劣的无线接收环境

　　无线接收环境带来了多径问题，接收信号是来自不同路径的发射信号的矢量叠加。不同的路径引入了不同的延迟和相位，如图1所示。


图1　无线信道中的多径传播

　　如果信道的延迟扩展大于发送信号的符号周期，信号将产生频率选择性衰落并引起符间干扰，导致系统的性能下降。

　　手机电视业务必须为以不同速率运动的移动用户提供高质量和可靠的视频传输，包括基本静止的室内用户，低速跑动的移动用户（小于30km/h）和处于高速运动的车辆中的用户（大于100km/h）。接收方相对于发送方的运动会产生多普勒频移。此频移与相对运动的速度成正比，它会导致相邻载波的干扰，影响载波之间的正交性。系统设计者希望解调器具有较大的多普勒频移范围，它是衡量无线电信道时间选择性的尺度。

　　2.手机的功耗问题

　　在手机系统设计中，功耗是设计者最为关心的因素之一。移动电视业务的引入不能以过多地牺牲待机时间为代价，用户希望一次充电能连续观看4个小时以上的电视节目。以往的地面数字广播标准，比如DVB-T，虽然在高速运动下有不错的接收性能，但并没有为移动接收的功耗作特别的设计和优化，目前较省电的DVB-T前端也要消耗约300-500mW的功耗，这对手机电池而言，还是不够经济。在移动电视业务给手机引入的功耗中，接收前端大约要占到80%的比例，因此，选择针对功耗专门设计的移动电视标准，设计低功耗的调谐器和解调器，是芯片设计者需要面对和解决的问题。

　　3.多种标准、多个频段的问题

　　这是个较为复杂的问题，超越了纯粹的技术范畴，与数字电视演进的历史和各国的政策规划相关。在地面数字电视广播标准方面，美国和韩国是ATSC标准，日本采用了ISDB-T标准，欧洲和澳洲采用了DVB-T，中国的标准至今尚未确定。在制定移动电视标准时，基于经济利益和技术延续性方面的考虑，各国也采用了不同的路线，大致的分布如图2所示。



图2　全球范围的移动电视标准的地理分布示意图

　　在频谱方面，主要涉及到四个频段：VHF III（174-240MHz）、UHF（470-862MHz）和L1（1452-1492MHz）、L2（1660-1685MHz）。各国对手机电视的频谱规划也并不统一。

　　多标准、多频段会带来全球漫游的问题，美国的用户到了日本就可能无法享受到手机电视的服务。要解决这个问题，移动接收的调谐器和解调器，乃至应用处理器必须具备灵活性，支持多种标准和多个频段，这为芯片厂商带来了技术上的挑战。

　　4.高级的音视频编码标准

　　为了充分利用宝贵的频谱资源，在有限的带宽下提供尽可能多的节目频道，服务提供商必须使用高级的音视频编码技术，比如最新的视频压缩标准H.264--<MPEG-4 Part 10>和音频编码标准AAC，其中H.264的压缩率比MPEG-2高出2-3倍，1Mb/s的图像数据接近MPEG-2DVD的图像质量，因此，它是手机电视中最为理想的信源压缩编码标准。H.264在结构上还是基于DCT域的运动补偿架构，不过相比以往的视频编码标准，它采用了更先进的技术，比如具有方向性的帧内预测、基于可变块的运动分割、基于上下文的二进制算术编码、环内滤波、基于4×4块的整数变换、1/4象素精度的运动补偿、分层的编码语法等，这些技术使得H.264具有很高的压缩效率，在相同的重建图像质量下，能够比MPEG-4/H.263节约50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。

　　编码效率极大提高的代价是计算复杂度大大增加，基于软件的解决方案，其CPU或DSP的主频将大幅上升，导致功耗增加，缩短了电池的使用时间。基于硬件H.264解码的SoC芯片，是一个低功耗、高集成度的解决方案。

三、手机电视的标准

　　1.手机电视的两种方式

　　从目前全球范围内手机电视的业务开展来看，存在两种最主要的方式：流媒体和广播。

　　为了开发手机电视的市场需求，部分电信系统商已经开始在手机上提供电视收视的服务，其中较为知名的有Huchison 3G以及最近的Orange、Vodafone与意大利电信（Telecom ltalia）等。这些服务和传统电视并不相同，手机通过电信网络（2.5G/2.75G/3G）连接到媒体服务器，采用点对点流媒体方式播放，而非多点式的广播。由于这些服务相当容易导入，而且商业模式上比较简单，容易运作，目前在市场上也取得了一定的成功。事实上，这种方式的频谱利用率并不高，虽然为网络营运商带来不错的收益，但当3G的使用越来越普遍后，利用大量频谱提供廉价电视内容的播放将会越来越不经济，同时对大规模的商业运营在技术上也相当不实际。例如，3G用户可以使用手机电视参看足球比赛的进球集锦，假设一个基站有能力同时给100个用户传输100kb/s的视频流，这个视频流在1000s内通过10000个基站进行传输，这时有100万个用户购买了这段进球集锦，这样每个基站必须在16-17min内保持10Mb/s的传输数据率，在这段时间内手机电视用户的需求将耗尽3G网络的全部资源，导致语音和其它数据业务无法开展。

　　更有效地提供手机电视业务的方式是通过卫星或地面数字广播来进行传输。根据手机电视业务数据传送不对称的特点，在反向信道利用蜂窝网络可以开展交互式业务，比如网页浏览、短信、彩信、电邮等。利用广播网络，避免了点对点单播方式带来的频谱利用率较低的瓶颈，能有效地降低大规模商用的成本。在韩国的商业运营和在欧洲、美国等的试运营，都论证了广播方式在技术上的可行性和商业上的经济性。但是，由于广播方式可能同时牵涉到电信运营商和广播网络运营商，商业模式上相对复杂，特别是在管制较严的国家受政策因素的影响较大，制约较多，给商用运营带来一定的难度。