移动电视改变生活

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在消费领域，电视机不只是像巨大的壁挂式高清屏那样越来越大，也有的变得越来越小，因为广播公司和运营商正在合作将节目带给笔记本电脑、平板电脑和智能手机等便携式设备以及您的爱车。但不管你在哪里观看电视，您都需要一台无线接收机用于从空中(OTA)广播源或蜂窝电话网络(也是OTA)接收视频输入。
随着视频成为大多数智能手机和平板电脑用户的标配功能，人们对于向这些设备提供标准电视节目以及视频点播(VOD)的兴趣越来越高——而且现在有多种技术和服务可供选择。记住，在业内看来，空中视频和移动视频是有区别的，前者被称为移动电视，后者则是通过蜂窝网络和其它资源提供的。

OTA视频
OTA(空中)视频现在已可使用，并且已经推出有十多年时间了。电视台一般是7天24小时全天候向本地免费广播电视节目。您只需一台电视机和天线即可收看电视。第一台便携式电视机是索尼的Watchman。这种电视机于1982年在日本首次亮相，随后在美国，并于1984年亮相欧洲。这些采用微型黑白屏的电视机曾盛极一时，销量达百万台。如今在易趣(eBay)网站上仍能发现它们的身影。
从那以后新型号层出不穷，Farenheit公司的DTV-MHU就是其中一款。这种黑色的接收盒使用最新的美国高级电视制式委员会(ATSC)移动标准接收电视广播，并能通过现有的汽车导航或视频屏幕播放出来。
目前有许多公司提供笔记本电脑用的电视适配器。这种适配器只需插入USB接口即可从外接天线接收信号。其内部调谐器通过USB端口输出恢复出来的音视频信号。Hauppauge公司的WinTV-Aero-m就是这样一种自带小型天线和遥控器的产品。
回想2009年，高级电视标准委员会(ASTC)数字广播技术取代了模拟电视广播技术。从那时起所有电视机都开始使用ASTC数字标准接收数字广播。虽然大多数消费者通过有线电视或卫星公司收看电视节目，但仍有约20%的观众使用标准OTA广播。
最初的ATSC数字电视(DTV)标准在设计时没有考虑移动服务。虽然接收机可以工作在固定或移动状态，但在高速移动时工作很困难，因为存在不断变化的多径问题，而这些问题会影响到所有VHF、UHF和微波信号。
不过，ATSC已经开发出新版的数字电视标准，起名为A/153或ATSC-M/H(移动/手持)。这个标准增加了许多特性，可以最大限度地减轻多径问题，从而保证了数字电视下行链路的鲁棒性。
普通ATSC数字电视标准(A/53)是唯一一种不使用正交频分复用(OFDM)技术的数字电视标准。事实表明，OFDM特别适合在有噪声的多径链路上传送高速数字信号。基于这些原因和最大化频谱效率的考虑，实际上所有最新无线技术(比如长期演进(LTE)、WiMAX、Wi-Fi)以及所有其它移动电视标准都采用OFDM(参考“全球移动电视标准(Global Mobile TV Standards)”)。
ATSC标准采用带8级残留边带调制(8VSB)技术的单载波系统，还使用188、208里德-所罗门(Reed-Solomon)前向纠错(FEC)过程以及栅格错误编码和交织技术以确保较低的误码率。最终生成的8VSB信号在美国电视系统中的标准6MHz宽信道中传送。
为了尽量减小信号带宽，上边带被部分抑制，同时传送导频信号帮助信号恢复。总的符号率是10.76Msymbol/s。由于是8级残留边带，因此每个符号传送3个比特。再考虑到FEC和其它编码，纯数据速率可达19.39Mbit/s。
视频编码/压缩采用MPEG-2标准，音频编码采用杜比数字标准。ATSC标准支持传送多种视频格式，包括标清电视(480线)以及720线和1080线逐行或隔行高清视频信号。
ATSC-M/H A/153标准于2009年10月获得批准，标准中增加了更多的FEC编码和训练序列以提高接收机性能。该标准还使用更高效的H.264(MPEG-4 AVC)视频压缩和HE AAC v2音频编码技术。视频格式是416像素×240行，宽高比是16:9，这也是大多数移动设备采用的标准。
新格式视频与标准ATSC信号一起传送，不占用更多的带宽。这是通过选择某些MPEG-2传送包并将M/H格式信号作为有效负载实现的。因此标准ATSC和移动ATSC设备都能接收广播电视信号。
通过集成一个可轻松连接的ATSC A/153激励器和一些软件，电视广播台就可以增加移动数字电视功能。成本估计在15万美元左右。据致力于发展美国移动电视业务的开放移动视频联盟(OMVC)透露，有96家美国电视台已经增加数字电视功能，并且正在传送移动电视节目。问题是没有人观看，而且移动电视产品也非常少。ATSC-M/H接收机IC刚刚上市，因此终端产品还在开发之中。

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越顶电视

越顶(OTT)电视指的是使用独立于任何传统广播或有线传送方式传送的任何电视内容，它是通过互联网传送的IPTV，可以是数据流方式传送，也可以是下载方式传送。
Roku公司提供的服务就是一个很好的例子。它的附件盒可以直接或更多的是通过Wi-Fi家庭网络路由器连接互联网。它的输出通常经HDMI连接电视机，并允许您选择各种视频资源，包括Netflix、Hulu等。
其中一些服务是需要付费的，也有一些是免费的。这些服务包括Apple TV、Amazon TV、YouTube、Vudu和Zediva。即便谷歌(Google)公司也有Google TV，不过最近正在打退堂鼓。这些盒子和服务都不贵，无论你什么时候想看都能看上许多电影和较早前的电视节目。
Slingbox则是另外一个例子，这是一种设备，也是一种服务，能够让您在任何设备上远程观看广播电视、有线电视和DVD输出。例如，您可以从有线服务取得输入，并连接到Slingbox，Slingbox转而连入互联网连接。
利用合适的软件，您可以在任何具有互联网连接的地方接入您的有线电视。例如，您可以在任何地方用笔记本电脑、平板电脑或智能手机观看电视。Slingbox部件和软件都非常便宜，当您在旅途中时是一种非常好的资源。

移动电视的未来

让我们回过头看看OTA广播电视。一个大功率电视台无需额外成本就能服务于成千上万的用户，这种情况很难被超越。这是一种最有效率的电视传送方法。
像MediaFLO这样的付费OTA电视模型无以为继的原因是需要特殊的接收机而且节目非常有限。如果是传送标准电视广播节目的免费系统可能会运转良好。这种商业模型是基于传统电视广告。特殊内容也可以付费提供。这也提出了涉及移动广播电视的一个关键课题：条件接入系统(CAS)。
大多数条件接入系统使用加扰和加密手段以确保只有授权用户才能访问内容。这种方法基于付费服务，发送部分和接收机都必须有软硬件用于提供这种接入。这种方法不仅使传送系统变得复杂，而且使得各个接收设备(如蜂窝电话、平板电脑、笔记本电脑和其它终端)必须具有特定的功能。对终端制造商来说这种方法也不切实际，因为制造商们宁愿制造单一型号，也不愿意供应多个不同的版本。
根据Siano Mobile Silicon公司的Itzik Klein编写的白皮书，复杂和可变的条件接入系统是欧洲移动电视计划(DVB-H)失败的根本原因——不同的国家用不同的传送系统、频谱和接入方法，而且要求多种终端版本。最佳方法是简单、开放的条件接入系统以及有助于成功的商业模型。
免费开放的美国系统是一个很好的例子，将具有很大的成功机会。目前有近100个电视台正在通过ATSC-M/H提供免费电视，而且还有更多的电视台在行动，我们也许很快就将看到像日本、巴西、韩国和中国那样的另一个移动电视成功的故事。现在我们所需要的是芯片和终端产品，如智能手机、平板电脑以及带嵌入式接收机的其它设备。我们应该在来年就能看到这样的终端产品。

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非广播式移动电视


通过现有蜂窝网络向蜂窝电话、平板电脑、笔记本电脑或特殊接收机提供视频还有其它一些方式，比如通过Wi-Fi网络和有线电视通道。


AT&T的Live TV服务允许您在某些安卓和黑莓手机上下载该公司的U-Verse互联网协议电视(IPTV)，每个月的费用是9.99美元(图2)。Verizon的V CAST服务也允许您将选中的电视节目下载到您的蜂窝电话上。该服务包括普通的电视节目、体育和新闻类节目，每月费用是10美元。




图2：AT&T公司提供的服务允许LG电子Vu CU920蜂窝电话观看其网络电视节目。


时代华纳有线公司(Time Warner Cable)可以将某些有线电视频道制成数据流并通过Wi-Fi传送到您的iPad。这种服务是免费的，但您需要先下载应用软件。Comcast Cable公司允许利用特定的应用软件在iPad上显示点播节目。这种名为Xfinity的服务允许您通过任何可用的Wi-Fi连接观看电视。


T-Mobile公司为种类广泛的智能手机提供15个有关新闻、体育和少儿节目的实况和点播频道。主要服务提供65个付费标清频道，费用是9.99美元，或高清频道，费用是12.99美元。适合戴尔streak和G-Slate平板电脑使用的服务与之类似，其中有5个免费频道，8个提供点播节目的付费频道，每月费用是4.99美元，如果增加5.95美元还可以观看经典电影频道。


像Cox等有线电视公司也提供蜂窝服务。Cox使用Sprint网络，而Comcast和时代华纳使用的是Clearwire 4G WiMAX网络。通过这些网络可以提供一些有限的移动电视服务。


当然还有其它一些使用方式。没有一种方式已经成为标准，主要原因是每种方法都有其缺点。最主要的是，蜂窝网络仍没有足够的容量适应大规模的电视广播。尽管3G网络非常普及，LTE和4G产品越来越多，回传通道不断升级，但容量仍然有限。


要实现高质量但经压缩的音视频传送，并满足最小QVGA分辨率(240×320像素)和帧速率达每秒30帧(fps)的数据流要求，至少需要500kbit/s的带宽。至今还没有哪个系统可以向许多用户持续保证如此高的数据速率。对大多数蜂窝网络、LTE 4G来说，这样的带宽仍是不堪忍受之重。


尽管如此，通过蜂窝网络传送电视节目仍在以有限的规模展开。这些电视节目对运营商来说是特殊服务，而且都是付费服务，相信还会继续发展。


蜂窝网络传输电视的能力受限的主要原因是系统固有的单播属性，也就是说，单独给每个用户提供服务。即使多个用户在消费(观看)相同的内容，每个用户也是独立连接的。系统没有点到多点(P2M)广播方式。


虽然业界针对这一问题已经开发出了一些系统，如多媒体广播组播服务(MBMS)、改进的MBMS和集成式移动广播(IMB)，但尚未有一个系统被真正采纳。这些系统要么在技术上不能很好地适配当前的系统，要么使用这些系统的商业模型还没有开发出来。


通过Wi-Fi传送电视信号是很有前途的一种方式。Wi-Fi接入点现在已经非常普及，完全可以作为一种传送电视的有效途径。不过即使Wi-Fi网络具有足够用于传送视频的带宽，但诸如不一致的覆盖率和服务质量(QoS)等其它因素也使得它还不是一种理想的方式。


Marvell公司的Bart Giordano指出，在大多数非OTA电视实现方法中，Wi-Fi总是笔记本电脑、平板电脑或蜂窝电话的最后链路。如果不是这样，Wi-Fi也是通过家庭宽带路由器传送电视的一条关键链路。电视节目可以通过Wi-Fi下载到笔记本电脑或平板电脑或蜂窝电话供日后观看。即将在Wi-Fi标准中增加的无线显示技术可以利用流行的点到点直接连接功能(现在已可提供)将移动设备上的电视节目以数据流的方式直接传到大屏幕电视机上。


至于有线电视服务，一些系统已经拥有辅助电视分配系统来竞争普通的有线电视服务。这通常是家中提供的Wi-Fi，不会再有其它技术。

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移动电视面临的设计问题
用蜂窝电话、平板电脑和其它便携式媒体设备观看移动电视时，所感觉到的延时大部分是由于将电视功能设计到另一种设备中引起的。即使现在推出了接收器芯片，但对于成功的移动电视产品来说，仍有其它问题需要考虑。事实上，设计人员面临多个关键问题：
功耗：对任何移动设备来说功耗都是非常关键的考虑因素。智能手机已经集成了多种无线电技术，不仅针对蜂窝服务，而且也面向Wi-Fi、蓝牙、GPS、近场通信(NFC)甚至调频收音机。增加电视接收器显然会增加功耗，从而更快地消耗掉电池电量。芯片设计人员对此非常明白，因此在设计时尽可能地提高设备的功效，但这仍极具挑战性，尤其是考虑到用户都希望能更长时间地观看电视。因此移动电视功能更适合平板电脑或笔记本电脑，而不是蜂窝电话，但有些智能手机显然是冲着这一市场来的。
内存：电视功能需要更多的内存用于缓存视频。目前的内存容量已经相当大了，但还需要增加，这会进一步影响到功耗。
处理能力：处理能力曾经是个问题，但目前大多数智能手机和平板电脑都使用热门的新款双核1GHz处理器，因此在很大程度上可以处理额外的视频负载要求。虽然如此，处理能力也是越强越好。
天线尺寸：由于移动电视的工作频率远低于蜂窝频段，因此需要更长的天线以获得最佳收视效果。没有人希望在蜂窝电话上装一个拉杆天线，或在平板电脑上竖起兔子耳朵，但为了获得最佳收视效果，一副优良的天线是必须的。那么将天线装在哪儿呢？平板电脑和笔记本电脑可以提供最佳解决方案，因为它们的体积都比较大。业界正在开发更小型的天线，最终这个问题将会得到解决。但在早期的移动电视设备中，小型可伸缩式天线将很常见。
发展中的市场

虽然最近的调查表明，88%的成年人喜欢在移动电视上看新闻、天气报告和其它信息，但这种兴趣还没有转换为兴旺的市场，至少在美国是这样。高通(Qualcomm)FLO TV子公司业务MediaFLO的负面经验给想要评估移动电视市场的公司带来了很大的疑问。
MediaFLO是一种OTA服务，遵循高通自己的OFDM电视标准，使用716MHz至722MHz UHF频道，在全美广播电视台网络中得到广泛部署。该服务提供约20个新闻、信息和娱乐频道。接收机是一台灵巧的手持式设备，这种设备可以非常方便地携带并安装在汽车上。MediaFLO服务去年就关闭了，因为签约用户数量太少。虽然这是一种付费电视服务，但美国的OTA传输是免费的，这可能是移动电视市场中成功与失败案例的区别。
随着近100个美国电视台广播ATSC-M/H移动电视信号，移动电视市场即将兴起。在不远的将来我们就能看到终端产品的面世。虽然蜂窝电话接收机不会普及，但平板电脑将提供移动电视功能——这是苹果公司目前还没有增加的功能。据一份预测报告显示，便携式手持设备和汽车接收机以及笔记本电脑适配器都将在2012年底左右推出。每年1月份在拉斯维加斯举行的国际消费电子展是了解这方面进展的一个好去处。
虽然移动电视在日本和韩国非常流行，但欧洲只是做了试点，而且基本上是失败的。不同国家采用不同实现是主要的原因，虽然还有其它一些因素。不过谁能断言移动电视最终不会取得成功？
中国的移动电视发展卓有成效，总有一天会成为最大的移动电视市场。而美国的移动电视市场仍在发展中。我们现已掌握移动电视技术，但有其它因素在阻止移动电视发展或与它形成了激烈的竞争。一个可能的原因就是缺少合适的接收机。另一个原因是来自蜂窝网络和有线电视公司的视频技术的蓬勃发展。这是移动电视面临的另外一个问题。

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　　移动电视芯片
　　目前有多家半导体制造商生产电视调谐器芯片和解调器。大多数制造商的产品用于固定电视机而非移动电视。这些调谐器仅是射频前端产品，主要是低噪声放大器(LNA)、混频器以及用于VHF和UHF电视频段中频道选择的频率合成器。解调器通常是单独的芯片。
　　少数领先厂商正在生产同时集成了调谐器和解调器的移动电视标准接收器IC。其中大多数IC用于比较成熟的日本ISDB-T和欧洲DVB-T市场。MaxLinear公司的Jim Kappes指出，最大的移动电视市场是日本。据他估计，多达30%的日本汽车配置有移动电视，与蜂窝电话的高百分比相当。
　　虽然蜂窝电话一般不带移动电视功能，但使用DVB-T标准的移动电视在欧洲高端汽车中也很流行。MaxLinear公司的MxL101SF是专为DVB-T市场设计的一款包括调谐器和解调器在内的完整CMOS接收器IC(图1)。它覆盖44MHz至885MHz频率范围。输入是一个单端75Ω接口，不需要外部变压器。同时支持串行和并行数字传输流(TS)。
　　图1：MaxLinear公司的MxL101SF是专为DVB-T市场设计的一款包括调谐器和解调器在内的完整CMOS接收器IC，覆盖44MHz至885MHz频率范围。输出的传输流通常是数字音频和视频，可以兼容大部分处理器和显示器(a)。现已提供评估板和参考设计(b)。
　　MxL101SF还提供中频输出，因此可以用在混合器件中，通过外部解调器接收DVB-C和DVB-T2信号。该芯片采用7×7mm的QFN48封装，功耗仅为415mW。使用时不需要外接声表面波(SAW)滤波器。MaxLinear也提供ISDB-T接收器，其中集成了一个ATSC-M/H芯片。
　　LG电子是最早的ASTC-M/H芯片供应商之一，几年前曾推出一款带ASTC-M/H功能的蜂窝电话。虽然现在仍然可以买到，但这种蜂窝电话超前于仍在发展中的市场。
　　Siano Mobile Silicon 公司的SMS1530 ATSC-M/H接收器芯片设计被用于蜂窝电话、平板电脑、笔记本电脑和汽车应用。这种芯片采用7×7mm的球栅阵列(BGA)封装，包含调频收音机和无线电数据系统(RDS)。该调谐器覆盖了北美的54MHz至240MHz和470MHz至806MHz频段。这是一种直接转换接收器，不需要任何外部元件。
　　SMS1530芯片提供串行外设接口(SPI)、安全数字输入/输出(SDIO)和类似I2C的串行接口，并提供串行和并行输出传送流(TS)。Siano公司的Host-API软件包包含用于主流主机处理器和操作系统的驱动程序和库。此外还集成了对ATSC-M/H条件接入(CA)的完整支持，涵盖内容解扰和外部条件接入表贴器件(SMD)的控制功能。
　　Mirics公司为ATSC-M/H视频提供了一种有趣的解决方案：FlexiTV。该解决方案由MSi3101射频调谐器前端和软件解调器组成。调谐器芯片可覆盖全球所有的移动电视频段。输出接至Mirics MSi2500接口芯片，然后由该芯片产生USB 2.0输出。
　　上述USB信号随即传到笔记本电脑或其它x86计算机，并通过软件调制解调器完成解调和其它功能。Mirics解调软件可以处理几乎任何电视标准，可以满足ATSC-M/H、CMMB、DVB-T、DVB-T2、ISDB-T和T-DMB移动标准的要求。
　　亚诺德半导体(ADI)、英飞凌(Infineon)、美信集成产品公司(Maxim)、恩智浦半导体(NXP)和Silicon Labs公司也都生产电视调谐器，但没有解调器。毫无疑问，还有其它接收器芯片正在开发过程中。