CMMB中MFS碼流分析及實現

袁三男，王紹徐

（上海電力學院 計算機與信息工程學院，上海 200090）

責任編輯:孫 卓

1 CMMB簡介

中國移動多媒體廣播（China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB）采用天地一體、星網結合、統一標準、全國漫游的技術體系，通過大功率S波段衛星和地面增補轉發，形成全程全網無縫覆蓋的傳播系統，建成全國統一的移動多媒體廣播電視傳輸網絡,目前支持25套電視節目和30套廣播節目[1]。從2006年起廣電總局陸續頒布了CMMB系統的各個標準，其核心的傳輸技術采用中國自主研發的衛星地面交互式多業務體系（STIMI）標準[2]。基于時隙及復用的幀結構如圖1所示，每1 s為1幀，每幀40個時隙，即40個復用幀，其中第0時隙是控制邏輯信道，其他1～39時隙為業務邏輯信道。目前已有學者對CMMB碼流進行了部分研究[3]。本文針對CMMB的廣泛應用，特別是對于CMMB碼流的解復用播放、CMMB信號監測等領域，按照CMMB標準[4-6]，提出了用嵌入式系統進行CMMB碼流的分析，并實時將監測結果通過網絡傳出。

2 CMMB復用標準及其幀結構

CMMB中沒有采用國際上通用的TS流，而是采用了由中國自主研發的MFS流技術。MFS專門針對窄帶傳輸設計，效率可高達95%以上，這對于帶寬需求敏感的移動電視非常重要。此外，MFS復用協議還能靈活支持各種音/視頻流、數據承載等業務，并且支持多路業務再復用，容錯設計以及具有可擴展性，如支持短時間業務和持續業務的組合。前者可以將多個時隙并在一起，形成高速下載等功能。

在CMMB中，系統主要傳輸音頻、視頻、數據和電子業務指南等信息，這些信息的傳輸通過時分復用來實現（見圖1），每個廣播信道幀分為n個復用幀，每個復用幀又分為若干個復用子幀。復用幀編號從0～39重復，稱為MF_ID，其中第0個復用幀規定用于傳輸控制信息，其他復用幀傳輸業務信息。

復用幀由復用幀頭和凈荷構成，復用幀頭和復用凈荷結構如圖2～4所示。

圖2表示了整個復用幀頭的結構，其中最主要的信息為分隔符或起始碼0x00000001、復用標識（即MF_ID號）、版本信息、網絡信息和有關表序號。圖3表示MF_ID為0的復用凈荷結構，主要為各類控制信息表。圖4表示MF_ID不為0的復用凈荷，實際上為承載業務，即視音頻及數據等。視頻段主要承載視頻業務參數和視頻數據，由視頻段頭和多個視頻單元組成，音頻段主要承載音頻業務參數和音頻數據，由音頻段頭和多個音頻單元組成。數據段主要承載數據業務參數和數據，由數據段頭和多個數據單元組成，具體格式如系統軟件設計流程所述。

3 碼流分析及實現

3.1 系統硬件設計

本系統采用CMMB解調電路及PowerPC平臺實現CMMB碼流的分析，其硬件框圖如圖5所示。CMMB解調電路采用思亞諾公司的SMS1180，該電路專為CMMB標準設計，高度集成了數字調諧器、解調器和各類接口控制器，性價比高，功耗低。對于僅實現移動數字電視而言，也可采用泰合志恒TP30系列芯片、創毅視訊IF系列CMMB芯片等[7]，但是這些電路輸出的MFS流不是完整的，只能選取某個節目的相關復用幀。SMS1180能一次同時輸出40個復用幀的全部數據，對于碼流分析而言是最佳的。PowerPC為AMCC公司的高性能PowerPC處理器PPC440EPX。該芯片采用高性能的RISC處理器，集成了豐富的外圍接口控制器，性價比高于x86，ARM，MIPS，同時該芯片集成了浮點運算單元（FPU），具有內置SRAM，DDR SDRAM，NAND Flash，PCI，DMA，MAL，UART，SPI和I2C等控制器，以及千兆以太網接口，運算速度快。本文使用NOR Flash，容量為64 Mbyte，用于存儲Linux內核、根文件系統、U-Boot引導加載程序和應用程序。天線接收CMMB電視信號后送入SMS1180模塊，經處理后通過SPI接口輸出標準的完整MFS流到后端Pow?erPC，PowerPC在Linux OS下進行MFS碼流的分析解析。

3.2 系統軟件設計

本文在PowerPC平臺上采用Linux操作系統進行CMMB的碼流分析，其軟件框圖如圖6所示。MFS數據流分析為其應用程序，按照碼流復用協議[8]，分析解析流程如圖7所示。從收到的碼流中搜索復用幀起始碼0x00000001，然后按照圖2復用幀頭結構進行復用幀頭解析。如果當前MD_IF為0，則為控制信息幀，否則為業務幀。

復用幀0控制信息的分析如圖8所示，按照表標識進行，其中網絡信息表NIT描述了該網絡的相關信息，為NIT表更新序號4 bit，保留字段4 bit，系統時間40 bit，國家碼24 bit，網絡級別4 bit，網絡號12 bit，網絡名稱長度N1（8 bit），網絡名稱，頻點編號8 bit，中心頻率32 bit，帶寬4 bit，保留4 bit，網絡其他頻點數量N2（4 bit），對應N2個頻率情況（頻點編號8 bit，中心頻率32 bit，帶寬4位，保留4 bit），鄰區網絡數量N3（4 bit），保留4 bit，對應N3個鄰區網絡信息（鄰區網絡級別4 bit，鄰區網絡號12 bit，基本載頻的頻點編號8 bit，中心頻率32 bit，帶寬4 bit，保留字段4 bit）和CRC_32。

持續業務和短時間業務復用配置表除表標識號不同外，其他參數都相同，分別描述了一定時間內的每個持續業務和短時間業務復用幀配置的信息，包括頻點編號8 bit，復用配置表更新序號4 bit，保留6 bit，復用幀數量N1（6 bit），N1個復用幀信息（復用幀標識6 bit，RS 碼速率 2 bit，字節交織模式2 bit，LDPC編碼速率2 bit，調制方式2 bit，保留1 bit，擾碼方式3 bit，時隙個數N2（6 bit），N2個時隙信息（時隙號6 bit，保留2 bit），保留 4 bit，復用子幀數量N3（4 bit），N3個復用子幀信息（復用子幀號4位，保留4 bit，業務標識16 bit））和CRC_32。

持續業務和短時間業務配置表除表標識號不同外，其他參數相同，分別描述了本網絡的所有持續業務和短時間業務與載頻之間的對應關系，具體包括段長度16 bit，段號8 bit，段數量8 bit，業務配置表更新序號4 bit，保留4 bit，業務個數N1（16 bit），N1個業務信息（業務標識16 bit，頻點編號8 bit）以及CRC_32。

電子業務指南（Electronic Service Guide，ESG）是移動多媒體廣播的業務導航系統，其用途是為CMMB終端用戶提供移動多媒體廣播業務的導航信息，如業務名稱、節目播放時間、節目名稱、節目分類和內容介紹等，用戶使用ESG對移動多媒體廣播的播出內容進行快速檢索和訪問，具體信息包括:ESG更新序號4 bit，段長度12 bit，段序號4 bit，段數量 4 bit，網絡級別4 bit，網絡號12 bit，保留2 bit，本地時間偏移6 bit，字符編碼類型4 bit，ESG業務數量N1（4 bit），N1個業務標識（保留4 bit，業務索引標識4 bit，業務標識16 bit），保留4 bit，數據類型個數N2（4 bit），N2個數據信息（數據類型標識4 bit，保留4 bit，數據塊數量N3（8 bit）），N3個數據塊信息（數據塊標識8 bit，數據塊版本號4 bit，業務索引標識4 bit）和CRC_32。

緊急廣播由表頭和緊急廣播數據組成，緊急廣播數據段是一般的文本文檔數據。當MD_IF不等于0時，該幀為業務復用幀，其分析流程如圖9所示。子幀頭提供了該子幀所包含的視音頻和數據段的相關信息，包括頭長度8 bit，起始播放時間指示1 bit，視頻段指示1 bit，音頻段指示1 bit，數據段指示1 bit，擴展區指示1 bit，保留3 bit；若起始播放時間指示為1，則起始播放時間32 bit；若視頻段指示為1，則視頻段長度21 bit，視頻流總數N1（3 bit）；若音頻段指示為1，則音頻段長度21 bit，音頻流總數N2（3 bit）；若數據段指示為1，則數據段長度 21 bit，保留3 bit；若擴展區指示為1，則N1個視頻信息（視頻算法類型3 bit，視頻碼率指示1 bit，圖像顯示指示1 bit，分辨力指示1 bit，幀頻指示 1 bit，保留 1 bit；若圖像顯示指示標記等于1，則增加2 byte（即16 bit），分別是6 bit圖像顯示橫坐標，6 bit圖像顯示縱坐標，3位圖像顯示優先級，保留1 bit；若分辨力指示為1，則保留4 bit，視頻水平分辨力10 bit，視頻垂直分辨力10 bit；若幀頻指示為1，則幀頻4 bit，保留4 bit）。N1個視頻信息后為N2個音頻信息（音頻算法類型4 bit，音頻碼率指示1 bit，音頻采樣率指示1 bit，音頻流描述指示1 bit，保留1 bit；若音頻碼率指示為1，則音頻碼率14 bit，保留2 bit；若音頻采樣率指示為1，則保留4 bit，音頻采樣率4 bit；若音頻流描述指示為1，則音頻流描述24 bit）。最后為CRC_32。

當進行視音頻解碼時，首先根據業務幀中得到的信息，提取視音頻數據，然后進行分解，得到各路不同的節目。視頻段頭是視頻段的核心數據，決定著視頻段的視頻數據，為視頻段里的各個視頻單元都分配了各自的業務參數，以保證視頻內容的正常使用。視頻段頭解碼時，首先得到12 bit的視頻段頭長度，逐字節分析視頻段頭內容。具體信息包括視頻單元長度、數據、圖像幀類型、視頻流編號等信息。音頻段解碼過程同視頻段解碼相似，得到音頻單元長度、數據及音頻流編號等信息。數據段解碼時直接提取數據單元中的有效數據凈荷。至此可以得到CMMB碼流中的全部業務數據及信息（視音頻數據），可送至播放器播放或監測處理。具體的視音頻段頭、數據段頭解復用流程如圖10～12所示。

4 小結

本文按照如上所述的系統硬件方案和軟件結構、碼流分析流程實現了CMMB碼流的分析和監測，客戶端可以從網絡實時得到本系統的分析結果及視音頻數據。本文所述的應用系統軟件即MFS碼流分析程序經過稍微修改也在PC的Windows系統VC環境下針對CMMB的MFS碼流文件進行了分析，測出結果也完全正確。系統在CMMB檢測等領域得到了廣泛應用。

[1]陳得志.發展中的CMMB中國移動多媒體廣播[J].有線電視技術，2009（7）:64-66.

[2]張勝波，潘志文.CMMB體系架構及其核心技術STIMI[J].信息化研究，2009（8）:44-47.

[3]戴光束，陳泳恩.中國移動多媒體廣播電視系統（CMMB）中的控制幀頭解析器實現[J].電子元器件應用，2009（5）:45-47.

[4]GY/T220.1—2006，移動多媒體廣播第一部分:傳輸部分[S].2006.

[5]GY/Z234—2008，移動多媒體廣播復用實施指南[S].2008.

[6]GY/T220.2—2006，移動多媒體廣播第二部分:復用[S].2006.

[7]曾敏，張偉偉，王昊.基于ARM11的移動數字電視的解決方案[J].電視技術，2009，33（S2）:122-123.

[8]袁三男.數字電視碼流的分析轉換[J].電視技術，2010，34（12）:11-14.