CMMB中MFS码流分析及实现

袁三男，王绍徐

（上海电力学院 计算机与信息工程学院，上海 200090）

责任编辑:孙 卓

1 CMMB简介

中国移动多媒体广播（China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB）采用天地一体、星网结合、统一标准、全国漫游的技术体系，通过大功率S波段卫星和地面增补转发，形成全程全网无缝覆盖的传播系统，建成全国统一的移动多媒体广播电视传输网络,目前支持25套电视节目和30套广播节目[1]。从2006年起广电总局陆续颁布了CMMB系统的各个标准，其核心的传输技术采用中国自主研发的卫星地面交互式多业务体系（STIMI）标准[2]。基于时隙及复用的帧结构如图1所示，每1 s为1帧，每帧40个时隙，即40个复用帧，其中第0时隙是控制逻辑信道，其他1～39时隙为业务逻辑信道。目前已有学者对CMMB码流进行了部分研究[3]。本文针对CMMB的广泛应用，特别是对于CMMB码流的解复用播放、CMMB信号监测等领域，按照CMMB标准[4-6]，提出了用嵌入式系统进行CMMB码流的分析，并实时将监测结果通过网络传出。

2 CMMB复用标准及其帧结构

CMMB中没有采用国际上通用的TS流，而是采用了由中国自主研发的MFS流技术。MFS专门针对窄带传输设计，效率可高达95%以上，这对于带宽需求敏感的移动电视非常重要。此外，MFS复用协议还能灵活支持各种音/视频流、数据承载等业务，并且支持多路业务再复用，容错设计以及具有可扩展性，如支持短时间业务和持续业务的组合。前者可以将多个时隙并在一起，形成高速下载等功能。

在CMMB中，系统主要传输音频、视频、数据和电子业务指南等信息，这些信息的传输通过时分复用来实现（见图1），每个广播信道帧分为n个复用帧，每个复用帧又分为若干个复用子帧。复用帧编号从0～39重复，称为MF_ID，其中第0个复用帧规定用于传输控制信息，其他复用帧传输业务信息。

复用帧由复用帧头和净荷构成，复用帧头和复用净荷结构如图2～4所示。

图2表示了整个复用帧头的结构，其中最主要的信息为分隔符或起始码0x00000001、复用标识（即MF_ID号）、版本信息、网络信息和有关表序号。图3表示MF_ID为0的复用净荷结构，主要为各类控制信息表。图4表示MF_ID不为0的复用净荷，实际上为承载业务，即视音频及数据等。视频段主要承载视频业务参数和视频数据，由视频段头和多个视频单元组成，音频段主要承载音频业务参数和音频数据，由音频段头和多个音频单元组成。数据段主要承载数据业务参数和数据，由数据段头和多个数据单元组成，具体格式如系统软件设计流程所述。

3 码流分析及实现

3.1 系统硬件设计

本系统采用CMMB解调电路及PowerPC平台实现CMMB码流的分析，其硬件框图如图5所示。CMMB解调电路采用思亚诺公司的SMS1180，该电路专为CMMB标准设计，高度集成了数字调谐器、解调器和各类接口控制器，性价比高，功耗低。对于仅实现移动数字电视而言，也可采用泰合志恒TP30系列芯片、创毅视讯IF系列CMMB芯片等[7]，但是这些电路输出的MFS流不是完整的，只能选取某个节目的相关复用帧。SMS1180能一次同时输出40个复用帧的全部数据，对于码流分析而言是最佳的。PowerPC为AMCC公司的高性能PowerPC处理器PPC440EPX。该芯片采用高性能的RISC处理器，集成了丰富的外围接口控制器，性价比高于x86，ARM，MIPS，同时该芯片集成了浮点运算单元（FPU），具有内置SRAM，DDR SDRAM，NAND Flash，PCI，DMA，MAL，UART，SPI和I2C等控制器，以及千兆以太网接口，运算速度快。本文使用NOR Flash，容量为64 Mbyte，用于存储Linux内核、根文件系统、U-Boot引导加载程序和应用程序。天线接收CMMB电视信号后送入SMS1180模块，经处理后通过SPI接口输出标准的完整MFS流到后端Pow⁃erPC，PowerPC在Linux OS下进行MFS码流的分析解析。

3.2 系统软件设计

本文在PowerPC平台上采用Linux操作系统进行CMMB的码流分析，其软件框图如图6所示。MFS数据流分析为其应用程序，按照码流复用协议[8]，分析解析流程如图7所示。从收到的码流中搜索复用帧起始码0x00000001，然后按照图2复用帧头结构进行复用帧头解析。如果当前MD_IF为0，则为控制信息帧，否则为业务帧。

复用帧0控制信息的分析如图8所示，按照表标识进行，其中网络信息表NIT描述了该网络的相关信息，为NIT表更新序号4 bit，保留字段4 bit，系统时间40 bit，国家码24 bit，网络级别4 bit，网络号12 bit，网络名称长度N1（8 bit），网络名称，频点编号8 bit，中心频率32 bit，带宽4 bit，保留4 bit，网络其他频点数量N2（4 bit），对应N2个频率情况（频点编号8 bit，中心频率32 bit，带宽4位，保留4 bit），邻区网络数量N3（4 bit），保留4 bit，对应N3个邻区网络信息（邻区网络级别4 bit，邻区网络号12 bit，基本载频的频点编号8 bit，中心频率32 bit，带宽4 bit，保留字段4 bit）和CRC_32。

持续业务和短时间业务复用配置表除表标识号不同外，其他参数都相同，分别描述了一定时间内的每个持续业务和短时间业务复用帧配置的信息，包括频点编号8 bit，复用配置表更新序号4 bit，保留6 bit，复用帧数量N1（6 bit），N1个复用帧信息（复用帧标识6 bit，RS 码速率 2 bit，字节交织模式2 bit，LDPC编码速率2 bit，调制方式2 bit，保留1 bit，扰码方式3 bit，时隙个数N2（6 bit），N2个时隙信息（时隙号6 bit，保留2 bit），保留 4 bit，复用子帧数量N3（4 bit），N3个复用子帧信息（复用子帧号4位，保留4 bit，业务标识16 bit））和CRC_32。

持续业务和短时间业务配置表除表标识号不同外，其他参数相同，分别描述了本网络的所有持续业务和短时间业务与载频之间的对应关系，具体包括段长度16 bit，段号8 bit，段数量8 bit，业务配置表更新序号4 bit，保留4 bit，业务个数N1（16 bit），N1个业务信息（业务标识16 bit，频点编号8 bit）以及CRC_32。

电子业务指南（Electronic Service Guide，ESG）是移动多媒体广播的业务导航系统，其用途是为CMMB终端用户提供移动多媒体广播业务的导航信息，如业务名称、节目播放时间、节目名称、节目分类和内容介绍等，用户使用ESG对移动多媒体广播的播出内容进行快速检索和访问，具体信息包括:ESG更新序号4 bit，段长度12 bit，段序号4 bit，段数量 4 bit，网络级别4 bit，网络号12 bit，保留2 bit，本地时间偏移6 bit，字符编码类型4 bit，ESG业务数量N1（4 bit），N1个业务标识（保留4 bit，业务索引标识4 bit，业务标识16 bit），保留4 bit，数据类型个数N2（4 bit），N2个数据信息（数据类型标识4 bit，保留4 bit，数据块数量N3（8 bit）），N3个数据块信息（数据块标识8 bit，数据块版本号4 bit，业务索引标识4 bit）和CRC_32。

紧急广播由表头和紧急广播数据组成，紧急广播数据段是一般的文本文档数据。当MD_IF不等于0时，该帧为业务复用帧，其分析流程如图9所示。子帧头提供了该子帧所包含的视音频和数据段的相关信息，包括头长度8 bit，起始播放时间指示1 bit，视频段指示1 bit，音频段指示1 bit，数据段指示1 bit，扩展区指示1 bit，保留3 bit；若起始播放时间指示为1，则起始播放时间32 bit；若视频段指示为1，则视频段长度21 bit，视频流总数N1（3 bit）；若音频段指示为1，则音频段长度21 bit，音频流总数N2（3 bit）；若数据段指示为1，则数据段长度 21 bit，保留3 bit；若扩展区指示为1，则N1个视频信息（视频算法类型3 bit，视频码率指示1 bit，图像显示指示1 bit，分辨力指示1 bit，帧频指示 1 bit，保留 1 bit；若图像显示指示标记等于1，则增加2 byte（即16 bit），分别是6 bit图像显示横坐标，6 bit图像显示纵坐标，3位图像显示优先级，保留1 bit；若分辨力指示为1，则保留4 bit，视频水平分辨力10 bit，视频垂直分辨力10 bit；若帧频指示为1，则帧频4 bit，保留4 bit）。N1个视频信息后为N2个音频信息（音频算法类型4 bit，音频码率指示1 bit，音频采样率指示1 bit，音频流描述指示1 bit，保留1 bit；若音频码率指示为1，则音频码率14 bit，保留2 bit；若音频采样率指示为1，则保留4 bit，音频采样率4 bit；若音频流描述指示为1，则音频流描述24 bit）。最后为CRC_32。

当进行视音频解码时，首先根据业务帧中得到的信息，提取视音频数据，然后进行分解，得到各路不同的节目。视频段头是视频段的核心数据，决定着视频段的视频数据，为视频段里的各个视频单元都分配了各自的业务参数，以保证视频内容的正常使用。视频段头解码时，首先得到12 bit的视频段头长度，逐字节分析视频段头内容。具体信息包括视频单元长度、数据、图像帧类型、视频流编号等信息。音频段解码过程同视频段解码相似，得到音频单元长度、数据及音频流编号等信息。数据段解码时直接提取数据单元中的有效数据净荷。至此可以得到CMMB码流中的全部业务数据及信息（视音频数据），可送至播放器播放或监测处理。具体的视音频段头、数据段头解复用流程如图10～12所示。

4 小结

本文按照如上所述的系统硬件方案和软件结构、码流分析流程实现了CMMB码流的分析和监测，客户端可以从网络实时得到本系统的分析结果及视音频数据。本文所述的应用系统软件即MFS码流分析程序经过稍微修改也在PC的Windows系统VC环境下针对CMMB的MFS码流文件进行了分析，测出结果也完全正确。系统在CMMB检测等领域得到了广泛应用。

[1]陈得志.发展中的CMMB中国移动多媒体广播[J].有线电视技术，2009（7）:64-66.

[2]张胜波，潘志文.CMMB体系架构及其核心技术STIMI[J].信息化研究，2009（8）:44-47.

[3]戴光束，陈泳恩.中国移动多媒体广播电视系统（CMMB）中的控制帧头解析器实现[J].电子元器件应用，2009（5）:45-47.

[4]GY/T220.1—2006，移动多媒体广播第一部分:传输部分[S].2006.

[5]GY/Z234—2008，移动多媒体广播复用实施指南[S].2008.

[6]GY/T220.2—2006，移动多媒体广播第二部分:复用[S].2006.

[7]曾敏，张伟伟，王昊.基于ARM11的移动数字电视的解决方案[J].电视技术，2009，33（S2）:122-123.

[8]袁三男.数字电视码流的分析转换[J].电视技术，2010，34（12）:11-14.