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實現手機電視世界的標準規範DVB-H
 

【作者: 羅德史瓦茲】   2005年08月05日 星期五

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早期人類在開車時大多只有音樂服務相伴(例如:FM、AM Radio),隨著科技的日新月異,現今人類在開車時不僅可以透過DVB-T的技術接收數位電視收看,甚至在往後幾年內手機電視世界也將被實現,手機電視的技術是以DVB-H為制定的傳輸標準規範,基本上DVB-H標準是建立在DVB-T技術架構上,但是DVB-H改善DVB-T最大的缺點之一──終端設備的功率消耗。


在DVB-T的技術下具有非常大的功率損耗,但是手機電視無法接受高消耗功率的條件,所以手機電視在DVB-H的標準規範下,引用了時間分片Time-Slicing的技術來降低終端設備的功率消耗,此外DVB-H的移動接收能力與抗干擾性更優於DVB-T,因此DVB-H的標準規範適用於行動電話、筆記型電腦等小型可攜式終端設備透過地面數位電視廣播網來接收收看數位電視節目。


由於DVB-H引進不少新的通訊技術,例如時間分片Time-Slicing、MPE-FEC、OFDM 4K Mode傳輸模式,所以在這些新的通訊技術支持下DVB-H比DVB-T具有更穩定的數位電視廣播訊號的接收能力,根據市場調查的顯示大多數的上班族與學生非常渴望能從手機直接接收電視節目來收看,事實上DVB-H規範除了支援電視節目的傳輸外,也支援一些其它綜合性的業務,例如:遊戲、旅遊導覽、歌曲點播等業務,雖然目前在手機通訊GPRS與WCDMA等標準也都能支援這些業務,但是與DVB-H相較之下費用來的昂貴許多,以下我們將針對DVB-H的基本架構與概念為大家做進一步的介紹:


DVB-H基本架構

DVB-H是由Data Casting和DVB-T兩個標準所組成,在Data Casting部分,將由DVB-H_IP-Encapsulator負責將IP Data封裝成MPEG-2資料串型式,再由另一部份則進行資料訊號的Encoder編碼與Modulator調變,在手機終端由DVB-H的Demodulator解調器將訊號做解調變與Decoder解碼,再由DVB-H的終端進行相關的作業處理,如(圖一)所示。


目前DVB-H在資料廣播Data Casting的部份是以多協定封裝MPE來進行資料的傳送,因為多協定封裝MPE適合資料物件與媒體資料串的資料型式,此外DVB-H要求低功率消耗,所以引進了Time-Slicing技術,所以多協定封裝MPE的資料傳送方式也非常容易實現Time-Slicing技術,而DVB-H是建構在DVB-T的架構上,除了一些新技術的引進之外,其它依舊還是應用到DVB-T原本的技術,接下來將針對這些技術為做一個基本的介紹。


DVB-T基本概念

《圖一 DVB-H資料處裡架構》
《圖一 DVB-H資料處裡架構》

首先將DVB-T分為兩大部份來說明,第一部份為MPEG2資料壓縮與Encode編碼,例如:Reed-Solom Encode、Conv. Interleaver…等等,第二部份為訊號數位調變的部份,DVB-T是採用OFDM的調變型式,依其型態的不同可採取不同的模式,例如:QPSK、16 QMA、64QMA等OFDM調變模式。


DVB-T是藉由陸地發射基站將訊號傳送給使用者來接收,其調變訊號的方式是以OFDM的方式來調變,其OFDM調變依照其不同的需求分為兩種型式,一為2K Mode OFDM的調變型式,另一種為8K Mode OFDM的調變型式,在2K Mode OFDM的調變型式,因為其Carrier Spacing較8K Mode來的寬,所以其2K Mode OFDM較適合進行行動接收,另8K Mode其OFDM Symbol 長度較2K Mood來的長,所以8K Mode較適合於SFN單頻網之建構。


DVB-H新技術之概念

在現實生活中目前DVB-T傳輸技術無論在固定或是移動接收方面都非常出眾,但對於手持電視DVB-H而言,還有些技術有待改善,例如:功率的耗損、對抗脈衝干擾與杜普勒效應之能力、移動時高背景環境之干擾與單頻網SFN設計之移動能力,所以DVB-H引進了一些新的技術解決上述之問題。


DVB-H之新應用技術

時間分時Time-Slicing

Time-Slicing技術類似GSM中的TDMS分時多工一樣是將時間切割成若干等,在同一個頻率下將時間分時成八個時槽分別可以提供給八個使用者來使用,以達到節省有限的頻譜資源,但在DVB-H中的Time-Slicing技術用於節省DVB-H終端設備的功率消耗,如(圖二),可以節省約90%的功率損耗,Time- Slicing時間分片為DVB-H電視手機中最重要的技術之一,它是以Time-Sliced的方式來做資料的傳輸,每一個Time-Sliced傳送不同的業務資料,在每一個Time-Sliced中此業務佔有全部資料的頻寬,這樣DVB-H手機電視有能力在指定的Time-Sliced下接收特定的業務資料。


此外,在業務閒置時以達到節約能源的功能,從而降低平均功率的消耗,一般來說Time-Sliced採用突發方式傳送資料與一般傳送資料的方式具有更高的暫態速率,為了要達到節省功率的要求,其頻寬為一般頻寬的10倍左右,舉例來說?:一般400Kbps的資料串流,在Time-Sliced的技術下意味著要求一個約4Mbps左右的突發頻帶,因此突發頻帶為原有固定頻帶二分之一,所以就可以節省50%的功率消耗,如果頻帶為原有的十分一就可以節省90%的功率消耗。


《圖二 Time-Slicing技術操作模式》
《圖二 Time-Slicing技術操作模式》

MPE-FEC

MPE-FEC的目的為提高終端設備對抗背景雜訊、杜普勒效應、脈衝干擾之能力,在DVB-H的標準中資料傳送在Data Link層為IP資料外還加入了前向錯誤糾正碼FEC,即使在非常差的接收環境下,也可以精確恢復錯誤的IP資料,如果將DVB-H與沒有MPE-FEC之DVB-T相較,其效能表現差異頗大,舉例來說:在高速的環境下,單一天線在有採用MPE-FEC的電視手機之接收能力能夠在DVB-T 8K的環境模式下接收16QAM甚至到64QAM的電視節目訊號,還具有非常好的抗脈衝干擾能力。


4K Mode

在DVB-T傳輸模式下,須依據其不同需求使用不同的傳輸模式,分別為2K Mode和8K Mode的傳輸模式,在2K Mode的傳輸模式下較適合於行動接收對抗杜普勒效應,因為2K Mode的傳輸模式中實際應用到的OFDM子載波有1705個,在8K Mode的傳輸模式所應用到的OFDM的子載波有6817個,在一個6MHz的傳輸頻寬下,2Kmode的Carrier Spacing大於8Kmode的傳輸模式四倍,所以2Kmode具有較高的抗杜普勒效應之能力,另在8Kmode的傳輸模式中,因為其OFDM的Symbol長度為其2K Mode的四倍,所以對於抗脈衝的干擾能力較強,較適合SFN單頻網的建立。


所以DVB-H標準結合2K Mode與8K Mode的優點,採取4K Mode的傳輸模式,一般在無線傳輸時,容易發生Brust ERROR的產生,在DVB-T中的Reed-Solom雖然可以有8Byte的自我更正能力,但這還是不夠,所以在DVB-T的FEC中增加了Interleaver的技術,來對抗Brust ERROR的產生。此外DVB-H標準引進了保護更好的深度符號交換IN-depth interleaving技術,所以更提高了對抗雜訊之能力。


DVB-H TPS

TPS是發射基與終端設備溝通的訊號,一般是以BPSK來做訊號的傳輸,在DVB-T的傳輸模式中,TPS是用來告知終端設備,發射基地台所發射出來的訊號為何種調變型態(QPSK、16QMA、64QMA),為何種保護的CODE RATE與Guard Interval的長度與是否有支援Hierarchical階層式的調變等,此外在DVB-T的標準中有6Bit尚未使用,但是在DVB-H的標準中使用了4Bit其它兩個Bit將在未來時將加入使用,在額外的4Bit中有個Bit用來說明此訊號是否支援DVB-H,其餘三個Bit是專門用在DVB-H的傳輸上。


結論

DVB-H的標準結合了資料廣播與地面電視的標準,但其DVB-H主要還是以電視廣播為主體,所以其視頻的壓縮技術是非常重要的,一般在DVB-T中的影像壓縮技術MPEG-2已經不能滿足DVB-H的需求,因此DVB-H成員採用了MPEG-4壓縮技術,因此在不久的將來DVB-H的世界即將實現在你我面前。(本文由R&S羅德史瓦茲提供 )


延 伸 閱 讀
預見未來行動通訊網路與數位廣播網路走向整合之路上所挾帶的商機,歐洲數位視訊廣播技術發展組織(Digital Video Broadcasting Project;DVB Project)自2002年9月起便開始發展適用於手持式裝置接收的數位廣播標準(DVB-Handheld;DVB-H),2004年2月完成 DVB-H 之規格制定並於11月通過審查成為正式標準,同時於歐洲幾個地區進行實驗性試播研究計畫。相關介紹請見「手持式數位電視DVB-H技術簡介 」一文。
行動電話產業在為手機增加電視功能時,也設定2006年6月世界盃足球賽為期限,但如何將實況發送到用戶手機上則是一個需要深入探索的課題。其中共有三種方案特別值得關注:WLAN、3G和數位電視地面廣播,目前技術供應商正逐步達成共識:採用廣播的建置成本最為低廉。你可在「行動產業爭論以何種技術將電視傳送至手機」一文中得到進一步的介紹。
因應「行動多媒體」的潮流,具有豐富內容的數位電視也從家庭應用走向個人隨身裝置。以目前的廣播數位化進展看來,離「數位內容 - 隨時、隨地」之願景尚有一段距離,而DVB-H邁出了第一步,它提供手持裝置接收數位廣播信號的規範,接下來仍有其它技術問題等待克服。在「DVB-H發展現況與趨勢分析 」一文為你做了相關的評析。
市場動態

德國西門子通信(Siemens Communications)在CeBit2005記者會上公開了支援DVB-H標準的手機,DVB-H是目前歐美正在對其商用化進行驗證的行動電話數位電視標準。該公司為進行展示設置了試驗電視臺,實際接收DVB-H電視信號後播放了電視節目。西門子展示手機播放DVB-H電視信號 播放速度25幅/秒

美國飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)試製出了歐洲行動電話微波數位電視標準——DVB-H規格接收IC,並於2005年國際固體電路會議(ISSCC 2005)上進行了技術發表。通過採用直接轉換型架構、簡化電路結構,把耗電量降到了240mW。可接收頻帶為470MHz~862MHz的UHF頻帶。可支援的單頻段帶寬為6/7/8MHz,支援OFDM的8K模式。與DVB-T區別是?飛思卡爾DVB-H調諧器IC

在新聞局廣電處、交通部電信總局以及經濟部數位視訊推動小組的指導下,中環、Nokia與國內多家無線電視台、廣播電台以及電信代表,共同推動成立『行動電視策略聯盟』,打造手持式數位視訊廣播(DVB-Handheld;DVB-H)無線電視收看平台。中環將讓台灣繼芬蘭之後成為全球第二家開通DVB-H服務的地區,同時讓台灣在全球數位廣播與行動通信的發展上又邁進一大步。中環籌組『行動電視策略聯盟』與Nokia、無線電視台、廣播電台和中華電信攜手打造高感性數位行動娛樂時代

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