硕士论文-DVBC接收机EPG系统及EPG增值业务设计实现.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 dvbc接收机epg系统及epg增值业务设计实现 姓名：杨建 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：王宏远 20060501 i 摘摘 要要 目前，传统模拟电视的数字化平移，已经成为电视产业的热点。在有线电视中， 传统模拟信道中的节目形式，已经不能满足人们日益增长的物质精神文化生活需要。 各种数字电视增值业务成为电视产业新的利益增长点。其中，epg 系统与 epg 增值 业务，已经在某种程度上改变了人们生活的方式。 本文主要讨论了基于 dvb-c 有线电视数字接收机平台上的 epg 系统、nvod 业 务、数据广播业务的接收机端的设计与实现，尤其是对三个业务的核心解复用部 分进行了详细的介绍。文中首先介绍了数字有线电视的发展历史和现状，及将来的发 展趋势。然后论文介绍了 dvb-c 软件解复用模块设计过程中所涉及的相关标准和关 键技术，尤其介绍了与 epg 系统开发有关的 epg 相关标准。 之后详细介绍了基于 dvb-c 平台上的 epg 解复用模块的体系结构、工作流程， 以及 sti5518 芯片方案对解复用模块开发的支持。本文对 sti5518 芯片方案在解复用 方面的缺陷提出了几种改进方案。本文还介绍了 nvod 准视频点播业务和数据广播 业务的设计与开发。 在文章最后，对以解复用模块为基础的数字电视增值业务做出了概括说明，并展 望了各种新形式增值业务的技术和市场前景。 关键词：关键词： 数字电视 机顶盒 嵌入式操作系统 解复用 epg nvod 数据广播 ii abstract at present, development of digital tv becomes the hotpot of the television industry. traditional services in the analog cable system cant meet the increasing demands of consumers. various interactive services become a pillar of the whole industry. especially, epg system and epg increment services have changed peoples life in some respects. the thesis mainly discusses the design and implementation of epg system, nvod system and data broadcasting system based on the dvb-c platform. specially, this thesis pays much attention to the core of dvb-c set-top-box software: demultiplexer. the developing history of cable digital tv and its current situation and developing trend are introduced firstly. then relevant standards and theory technologies are introduced. specially, it introduces relevant standards of epg. then the framework of the demultiplexer and its flow chart of epg system based on dvb-c are introduced in detail, and the supports of sti5518 platform are discussed. this thesis discusses the limition of demultiplexer of sti5518 platform, and it brings forward some methods to solve this problem. in the end of this thesis, this thesis gives a brief explanation of these hot services based on the demultiplexer. and it forecasts the technology development and the market situation of the digital tv market. keywords: dtv, set-top-box, embedded operating system, demultiplexer epg, nvod, data broadcasting 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保密?，在 年解密后适用本授权书。 不保密?。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 1 绪绪 论论 1.1 引言引言 与其说数字电视是一次产业升级，毋宁说数字电视是一场革命。不管是从国外 的产业情况发展来看，还是从国内潜在的用户群体来看，这都是一场触及家电产业 灵魂深处的革命。这场革命，将席卷国内 3.3 亿用户。为上下游产业带来超过万亿 元的巨大商机。目前，数字电视节目在中国很多大中城市已经开播，数字电视的需 求量急剧增大。有数据显示，目前中国大约有 2.1 亿台模拟电视机正要向数字电视 机转化。 从政府推广数字电视的力度来看： 2006 年的元旦钟声成了中国数字电视再一次起跑的“发令枪”。上海文广传媒 集团和中央电视台一南一北同时开播高清数字电视。 2008 年，根据北京奥组委对国际奥委会的承诺，北京奥运会将采用高清数字电 视技术向全世界进行转播。届时我国将全面推广高清数字电视的地面传输。 2015 年，关闭现有的模拟电视广播1。 但是，国内数字电视产业在经历了佛山、青岛、杭州、大连四大模式阶段后， 迫切需要突破瓶颈，进入大规模大面积的推广。几大模式的核心，是由政府协调免 费给用户提供机顶盒，企业靠收取用户使用费来逐渐回收成本，但收费相当低。这 种模式有解决不了的沉重的负担。因为只要不是消费者直接为机顶盒埋单，机顶盒 的市场就永远不会壮大。付费电视是一项专业化、对象化的服务业务，它为观众提 供相对于以往公共电视服务的个性化服务，具有交互性。那么如何吸引用户，体现 数字电视与传统公共电视服务的区别？下面将要介绍的 epg 服务，以及由此扩展出 的各种业务，将是吸引用户的重要而有力的方法。 1.2 epg（electronic program guide 电子节目指南）的发展和现状电子节目指南）的发展和现状 与传统的模拟公共电视服务相比，数字电视的一大特点，就是能够在一个频带 上传送多套数字节目。并且在此频带中，还含有大量附加的信息。如何使用户能够 2 快速的收看到自己理想的节目，而不觉得繁琐，并更进一步享受数字电视带来的快 捷和方便，就成为一个不可缺少的重要环节。实现这一目的，epg 是一个有力的工 具。 在欧美，数字电视发展较早。epg 已得到了广泛的应用，并已经成为数字电视 的业务的基石之一。据统计，在数字电视的各类业务中，epg 的点击率最高。并且， epg 有逐渐成为数字电视中一个发展迅速行业的趋势。美国的 tvguide 等一批专业 的 epg 开发的制作公司应运而生。可以这样说，epg 已成为数字电视的重要标志， 是观众进入数字电视的门户2。 在我国，广播电视网络是一个横向结构3，中央和各省级电视台制作和播出节目， 各级有线电视网络公司传输节目，节目到达用户终端前跨越两个甚至更多平台。我 国已有中央和省级电视频道 215 个，其中覆盖全国的约 50 个。这些节目由分布于 31 个省、自治区、直辖市的 34 家电视台分别制作和播出。不难发现，我国 epg 的特 点是节目预告信息量大、信息来源分散、传播网络众多，特别是彼此之间缺乏统一 的技术规格。笔者在平时实际的开发过程中，经常到各地广电部门，根据各地广电 的具体要求，修改自身机顶盒的 epg 功能。这种没有统一标准的情况，浪费了很多 宝贵的开发时间和精力。因此，笔者也希望能够尽快建立一套适合我国的 epg 采集、 生成、传播和接收的统一体系。 针对我国数字电视 epg 的这种状态，结合笔者的实际经验，对建立统一的 epg 体系有如下建议： 总体上分为三层结构。最底层为 epg 信息的采集，中间层为 epg 信息的统一制 作，最上层为 epg 信息的发送。 epg 信息的采集，目前来说，主要是由有节目制作和播出能力的各级广播电视 台完成。将来，可以由第三方的 epg 内容提供商来完成。epg 采集系统可以非常灵 活的使用本地编辑或远程编辑的方法，并可以通过互联网传送到中间层的 epg 制作 中心。 epg 信息的统一制作，这是 epg 采编传统一体系的核心。它的作用，是接收从 各电视台采集来的数据，以统一的格式建立并维护 epg 数据库，向有线电视网络发 布。这里的格式，笔者建议采用 xml（extensible markup language 可扩展置标语 言）格式。各级电视台传送上来的 epg 信息中，提取重要的信息，如频道、节目、 时间表等，并逐渐包括各类详尽的节目描述，如节目简介、演员信息和节目片断等。 采编传统一体系的核心，是 epg 数据生成。必需按照规定格式建立 epg 数据库， 3 将各类描述信息添加到 epg 中，以改变目前混乱的 epg 格式。在其基础之上，可 以配以节目片段，形成一个内容丰富、格式完整的 epg 数据库。制作完毕之后，可 以以 ts 的方式播出 epg、以 xml 格式 ip 方式将 epg 内容传递给有线电视网络4 等，方式可以灵活多样，以适应不同场合，不同地区的需要。当然，此部分还包含 对 epg 信息编辑系统的支持，应可以方便的实现对 epg 数据的增加、删减、查询 等操作。 epg 信息的发送，要考虑到各地广电已经存在的大量先期投资，即能够适应各 地广电不同的硬件平台。由于 epg 制作部分的统一完成，所以此部分的灵活度，并 不影响方案的广泛适用性。 通常所说的 epg，分为前端 epg 节目信息的采编及终端 epg 信息的解析。本文 探讨的主要是终端对 epg 信息的解析，即如何将 epg 信息呈现给观众。epg 与其 它数字电视业务一样，在技术实现上有一个基本前提，就是要求所在的数字电视系 统是“端到端”的，即平台前端和用户终端要遵循相同的标准和规范，都能保证 epg 正确到达观众。 1.3 epg 扩展增值业务扩展增值业务 这里所说的 epg，是广泛意义上的。数字电视中 nvod（near video on demand 准视频点播）、数据广播等增值业务，其实现与 epg 有密不可分的联系。更重要的 在于，这些增值业务，日益在数字电视的发展过程中，显示了越来越重要的作用。 因此在讨论 epg 实现的时候，就不得不讨论其他的扩展增值业务。 vod（视频点播）是一种受用户控制的视频分配业务。它能够使分布在不同地 理位置上的用户，交互地访问远端服务器所存储的节目5。杭州数字电视 vod 业务 的顺利发展，就充分表明，这类数字电视业务非常符合用户需求的发展趋势。根据 对用户响应的时效性可以将视频点播分为两类：tvod（true vod，简称 tvod） 和准视频点播（near vod，简称 nvod）。tvod 可以让用户实时的点播节目，并 在收视过程中可以控制节目的快进、快退、暂停等。tvod 依靠了双向回传信道， 能够使用户进行交互的活动。但目前的有线电视网络，用户数目巨大，系统的网络 带宽和服务器资源相对短缺，双向回传信道并没有完全建立，完全真实的 vod 业务 实施极其困难。所以目前大多数有线电视网络采用了一种折中的方案，那就是 nvod 技术。 4 nvod 是一组携带了相同事件序列，但这些序列之间的起始时间存在一定偏移 的业务。nvod 是数字电视中的一个亮点，通过 nvod，用户可以在任意时间，通 过选择适当的业务组找到最近的事件起始点开始接收。机顶盒中 nvod 功能的实现 与 epg 系统的性能设计密切相关，因此，本文在 epg 系统设计实现之后，详细介 绍了 nvod 的设计实现过程。 nvod 的原理示意图： p1p1p1p1p1 p1p1p1p1p1 p1p1p1p1p1 p2p2p2p2p2 p2p2p2p2p2 p2p2p2p2p2 12:0013:0014:0015:0016:00 通道1 通道2 通道3 通道4 通道5 通道6 13:50 图 1-1 nvod 原理示意图 数字电视最深刻的本质不仅仅是高清晰度，而还包含提供综合信息服务，其技 术核心是多媒体数据广播和宽带交互业务。欧洲 dvb、美国 atsc 和日本 isdb 都 已从高清晰度竞争转到数字电视综合信息服务。 数据广播是机顶盒的功能之一，它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报 纸、热门网站等各种信息。数据广播是数字电视增值业务的一个重要的组成部分。 目前，大多数数据广播系统是单向的、无交互的。数据广播在数字电视整体平移的 情况下，很多地方电视台都将电子政务以及区域页面广告等应用需求集成到数据广 播系统之中。 目前，国外的研究重心己经从单向的数据广播业务转向了交互式广播业务。数 据广播单向的广告式业务，自然延续到了交互式业务。通过数据广播，配合双向回 传信道，用户就能够向业务提供者上传反馈信息，这就实现了所谓的远程交互。可 以预见，在不远的将来，通过数据广播的网络浏览（internet access）、远程购物 （tele-shopping）、远程医疗（tele-medicine），远程教学（tele-teaching）、视频 会议（video conferencing）、游戏（games）6等增值业务将像雨后春笋一样的逐渐 涌现出来。因此可以看的出，数据广播业务，尤其是今后的双向交互式数据广播业 务，将从根本上改变电视的传统定义。 5 1.4 本文研究的主要内容本文研究的主要内容 在有线电视网上提供 epg 电子节目指南及其他数据增值业务，是有线电视发展 的方向。数据增值业务，将有力的支持广播电视数字化。最终将使我国目前的几亿 台电视机成为一个集公共传播、信息服务、文化娱乐、交流互动于一体的多媒体信 息终端，大大加快我国的信息化进程，极大地促进我国文化产业的发展。而数字电 视产业的发展，又必将带动高技术产业、电子产品制造业、软件业等信息产业和民 族工业的发展，形成上万亿元的产值。 本文主要探索在有线电视网络上提供基于 dvb 的 epg 及 nvod 和数据广播技 术。主要介绍机顶盒接收终端对 epg、nvod 和数据广播的支持。由于 nvod 和数 据广播的实现，是以 epg 系统实现为基础，并与 epg 系统密不可分，因此，讨论 的主要部分仍然是 epg 系统在 dvbc 机顶盒上的设计与实现。 本文的主要结构如下： 一、绪论。一、绪论。介绍研究背景，包括 epg、nvod 和数据广播的发展、现状及将来的发 展趋势。并就我国各地广电 epg 标准不统一而造成的开发过程中的问题，结合自己 的开发经验，提出了几点改进建议。二、相关标准。二、相关标准。将对 dvb 标准予以介绍。尤其 是对 epg、 nvod 和数据广播关系最密切的 dvb-si 标准进行了介绍。 三、 介绍三、 介绍 epg 电子节目指南在有线电视系统终端，即数字电视机顶盒上的设计与实现。电子节目指南在有线电视系统终端，即数字电视机顶盒上的设计与实现。其中，就 开发过程中遇到的典型问题， 提出了分析及解决方案。 四、四、 nvod 准视频点播在准视频点播在 dvbc 机顶盒上的设计与实现。机顶盒上的设计与实现。由于 nvod 在国内目前仍是一项比较新的数字电视增值业 务，考虑到方案比较多，而没有统一标准的情况，着重就一种有代表性的方案作出 介绍。五、数据广播的设计实现。五、数据广播的设计实现。数据广播技术还在不断发展之中，本文也是就一 种比较有代表性的方案，做出了介绍。 6 2 相关标准相关标准 本课题中所设计实现的 epg 系统、nvod 业务和数据广播等增值业务，是在机 顶盒终端完成对信道中复用码流的解析和组织。应用到的相关标准主要有 mpeg-2 标准，dvb-si 标准，以及 nvod、数据广播的各私有规定。其中 epg 系统设计所 涉及的标准范围较广，因此本章中将专门有一节介绍 epg 相关标准。 2.1 mpeg-2 标准标准 运动图像压缩编码组织(mpeg, moving picture expert group)是国际标准化组织于 1986 年成立的。该组织致力于制定运动图像压缩编码标准，1993 年 8 月正式编辑出 版了 mpeg-1 iso/iec 11172，1994 年又编辑出版了 mpeg-2 iso/iec 11818。 mpeg-2 的系统部分强调将一个或者多个音频、视频或其它的基本数据流合成为 单个或多个数据流，以适应于存储和传输。按照该说明中的句法和语法进行系统编 码，可以在一个很宽的恢复和接收条件下进行同步译码。系统编码可以有两种方法： 传输流和节目流，分别适用于不同的应用。mpeg-2 标准中定义的传输流和节目流 提供了必要的和充分的编码语法，保证同步译码和显示音频、视频信息，同时确保 译码缓冲区既不上溢也不下溢。根据译码和显示时使用的编码音频视频数据，以及 数据本身的传送情况，信息在编码中使用不同的时间标签。两种流定义都是面向分 组的多路复用流。 节目流是针对错误相对较小的环境设计的，适用于像交互式多媒体这样一些涉 及软件处理系统信息的应用。节目流分组是可变长度的而且相对较长。传输流将多 个独立时间基点的多路节目合成一个单独的数据流，其中属于同一节目的各个原始 流的 pes 分组具有相同的时间基点。 传输流是针对那些很容易发生错误的环境设计的，譬如在数据易丢失或高噪声 的媒体中存储和传输。传输流分组长度为 188 字节。 节目流和传输流针对不同的应用设计的，他们的定义并不严格地遵循分层模式。 从一种形式转换到另一种形式是可能的、合理的，然而并不存在子集和超集的关系。 尤其是，从传输流中提取一路节目的内容并产生有效的节目流是可能的，只要通过 普通的 pes 分组格式变换就可以了。但并不是节目流需要的所有数据域的值都可以 7 从传输流中直接获得，有一些必须经过推导，在多层模式中，传输流可能跨过几层 范围，为的是更有效地、轻易地实现更高带宽的应用。 传输流是根据 itu-t rec.h.222.0 | iso/iec 13818-2 和 iso/iec 13818-3 协议而 定义的一种数据流，其目的是为了在有可能发生严重错误的情况下进行一路或者多 路节目的编码数据的传输和存储。这种错误表现为比特错误或分组丢失。 传输流的速率是可以变化的和固定不变的。在任何情况下组成的原始流可以是 变化或固定，在这种情况下语法和语义的限制都是相同的。传输流速率由节目参考 时钟（pcr）域的位置和数值决定，通常对于每个节目都有自己的 pcr 域。然而当 传输流中有多路节目时，要构造一个所有节目的比特率都在变化的传输流是很困难 的，因为对每个节目来说传输流速率是分段常数，而且当有复合节目的时候，那些 被检测的拐点不会在同一个地方。 传输流的编码层允许将一路或者多路节目合并成单个流。节目是一些有相同时 间基点的原始流和其它数据流的集合。从每个原始流来的数据被多路复用在一起， 复用后的流带有足够的信息，能够允许一路节目的所有原始流同步显示。传输流是 由一路或者多路程序组成的，每路程序由一个或多个原始流和一些其它的流多路复 用在一起。每个原始流包含访问单元，也就是显示单元的编码表示。视频原始流的 显示单元是一副图像，相应的访问单元包括此图像的所有编码数据。而音频原始流 的显示单元相当于一个音频采样的一些采样的集合。原始流数据加载在 pes 分组中， pes 分组由 pes 分组首部以及其后的分组数据组成。pes 分组是插在传输流分组中 的7。 传输流以 4 个字节的前缀开始，其中包括 13 比特的分组 id（pid）、pid 通过 节目特殊信息（psi）表来识别传输流分组中所带的数据，一个 pid 值的传输流分组 带有来自一个原始流的数据。 psi 表也在传输流中，有以下 4 种 psi 表：节目关联表、节目映射表、网络信息 表和条件访问表8。这些表中包含进行多路解调和显示节目所必要的足够的信息。传 输流分组也可以是空分组。空分组是用来填充传输流的，它们可能再重新多路复用 时被插入或删除。因此，传送到解码器的空分组的有效负载是不确定的。 8 2.2 dvb-si 标准标准 首先提一下，psi 中的几类表，虽然比较重要，但是与 epg 系统设计关系不大， 所以本文不做重点介绍。 dvb service information（si）是 dvb 数据流的一部分，它可提供有关服务和 事件的辅助信息。所有的有用信息都以被称为表的形式从前端系统广播下来，表中 包含了整个广播网络的物理特征和节目信息。所有的这些表在传输时，都将被封装 在大小固定的被称为段（section）的数据块中。 用 si 表可以创建提供给用户选择的服务信息。而且 si 表把这些服务按类别组织 成了另一种新的集合形式bouquet。另外 si 表还提供了关于一个服务中的事件 的信息和网络管理所需的网络信息。 在 dvb 中 si 服务信息最主要的四类表是：nit、bat、sdt、eit9。而其它的 几类服务信息表与这四类表的结构相似，但没有这四类表那么重要。 在 dvb 系统中，每个表都是被分成分段（section）来传送的每个分段都有一 个段头，后面跟着几个循环体。每个分段有按顺序递增的段号，段号是 8 比特的字 段，所以每个表的最大的分段数目是 256 个，除了 eit 表外其余表的段长都是 1024 字节。每个表的循环体包含了关于每个表的具体功能的一些描述子。由前面提到的 ts 流分组的 pid 值和表标识符（table_id）一起标识出了 ts 流分组包所传送的表的 性质和状态。下面将依次介绍 si 信息中的这四类表1011。 2.2.1 网络信息表（nit） 网络信息表 nit 传递了与通过一个给定的网络传输的复用流/ts 流的物理结构 相关的信息。任何构成 nit 表的段，都要由 pid 为 0x0010 的 ts 包传输。与网络自 身特性相关的信息 nit 表的表标识符值是 0x40 或 0x41，用来描述当前的或其它网 络的信息。描述现行网络（即包含 nit 表的 ts 所在的网络）的 nit 表的任何段的 table_id 值应为 0x40，且具有相同的 table_id_extension（network_id）。指向一个现 行网络之外的其它网络的 nit 表的任何段的 table_id 值应取 0x41。 2.2.2 业务群关联表（bat） 业务群定义为一组业务的集合，并可能横跨于不同的网络上。业务群更像是一 种逻辑上按类别组织起来的服务列表。bat 中的任何段都在 ts 包中传输，其 pid 9 值为 0x0011。 bat 表的分段以 bat 表 table_id 来标识， 而每个 bouquet 以 bouquet_id 来标识，如标识关于体育或是关于舞蹈的 bouquet。bouquet 描述了循环体包含了 bouquet 的名字和此 bouquet 的内容所允许播放的国家的列表等信息。而传输流循环 体列举出来传输此 bouquet 的节目的所有传输流，内部的传输流描述子循环体 （transport stream descriptor loop）列举出每个传送流所提供的所有服务（service）。 bat 表是 dvb-si 服务信息表里最有特色的一类表，它可以使 epg 按照某种分类特 征对所提供的所有节目随意地分组。bat 表在设计 epg 时是非常重要的一类工具。 2.2.3 业务描述表（sdt） 在 dvb 中所谓的业务（service）是指要播放的一串节目序列，一个业务是在一 个传输流中传输的。业务描述表 sdt 中的每一个子表，都用来描述包含于一个特定 的传输流中的业务。该业务可能是现行传输流中的一部分，也可能是其他传输流中 的一部分，可以根据 table_id 来确定区分上述两种情况。sdt 表被切分成业务描述 段（service_description_section）。任何构成 sdt 表的段，都要由 pid 为 0x0011 的 ts 包传输。描述现行 ts（即包含 sdt 表的 ts）的 sdt 表的任何段的 table_id 值 应为 0x42，且具有相同的 table_id_extension（tranport_stream_id）以及相同的 original_network_id。 指向一个现行 ts 之外的其它 ts 的 sdt 表的任何段的 table_id 值应取 0x46。业务循环体（service loop）通过 servic_id 标识出了每个服务。 2.2.4 事件信息表（eit） eit 表与 epg 信息的关系最为密切。事件信息表 eit 按时间顺序提供每一个业 务所包含的事件的信息。按照不同 table_id，有四类 eit： 1）现行传输流，当前/后续事件信息= table_id = “0x4e“； 2）其它传输流，当前/后续事件信息= table_id = “0x4f“； 3）现行传输流，事件时间表信息= table_id = “0x50“ 至 “0x5f“； 4）其它传输流，事件时间表信息= table_id = “0x60“ 至 “0x6f“。 除准视频点播（nvod）业务之外，当前/后续表中只包含在现行传输流或其他 传输流中指定业务的当前事件和按时间顺序排列的后续事件的信息，因为 nvod 业 务可能包含两个以上的事件描述。无论是对现行传输流还是其他传输流，事件时间 表都包含了以时间表的形式出现的事件列表，这些事件包括下一个事件之后的一些 事件。eit 时间表是可选的，事件信息按时间顺序排列。 10 2.3 epg 相关规范相关规范 epg 信息主要分基本 epg 部分和扩展 epg 部分。基本 epg 信息是指完全可以 用数字广播业务信息规范（gy/z174-2001）中的网络信息表 nit、业务群关联 表 bat、业务描述表 sdt 和事件信息表 eit 进行描述的 epg 信息。扩展 epg 信息 是指在基本 epg 信息之外，通过数据轮播传递的 epg 信息的内容被封装成具有多 级目录结构的文件系统，称为扩展 epg 内容信息（xeci）。epg 规范示意图12： mpeg-2 transport stream section si 基本 epg 扩展epg epgi 数据/对象轮播 数据广播 基于xml 规范的epg 规范 图 2-1 epg 规范示意图 一个 epg 系统至少应该包含基本 epg 信息。 2.3.1 基本基本 epg 信息及信息及 epg 消息映射消息映射 2.3.1.1 基本epg信息 数字广播业务信息规范（gy/z174-2001）中 nit、bat、sdt、eit 表都 被分成为一个或若干个段表示，然后插入到 ts 包中。需要提一下的是，除了 eit 表 外，这些信息表在传送过程中不能被加扰，但如果需要，eit 表可以加扰。当然，eit 表一般也是不进行加扰的。也即是说，epg 系统与数字电视广播系统中的 ca（条 件接收）系统是相互独立的。 段是一种用来把 si 信息表和 epg 信息表映射成 ts 包的语法结构。这些信息语 法结构符合 gb/t 17975.1 定义的专用段语法结构。段的长度是可变的。除 eit 表外， 每个表中的段限长为 1024 字节，但 eit 中的段限长为 4096 字节。每一个段由以下 元素的组合唯一标识： a) 表标识符（table_id） 表标识符标识段所属的表。一些表标识符已分别被 iso 和 etsi 定义。表标识符 11 的其它值可以由用户根据特定目的自行分配。在 epg 系统的设计开发中，最重要的 几个 table_id 分别是： 0x4e 现行传送流事件信息段，当前/后续 0x4f 其它传送流事件信息段，当前/后续 0x50 至 0x5f 现行传送流事件信息段，时间表 0x60 至 0x6f 其它传送流事件信息段，时间表 b) 表标识符扩展（table_id_extension） 表标识符扩展用于标识子表。 c) 段号（section_number） 段号字段用于解码器将特定子表的段以原始顺序重新组合。一般情况下，段按 顺序传输，除非某些子表的段需要比其它的段更频繁地传输，例如出于随机存取的 考虑。由于我国各地广电在 epg 传输方面没有统一的规定，所以设计系统时，需要 先确定段号的实际传输顺序。 d) 版本号（version_number） 当本指导性技术文件中规定的 si 信息表和 epg 信息表所描述的传送流特征发生 变化时（例如：新事件开始，给定业务的组成的基本流发生变化），应发送更新了 的业务信息数据。新版本的业务信息以传 送一子表为标志，它与前子表具有相同的 标识符，但版本号改为下一值。 e) 当前/后续指示符（current_next_indicator） 每一段都要标以“当前”有效或“后续”有效。它使得新的 si 版本可以在传送 流特征发生变化之前传输，让解码器能够为变化做准备。然而，一个段的下一个版 本的提前传输不是必需的，但如果被传输，它将成为该段的下一个正确版本。 2.3.1.2 epg消息的映射 段可直接映射到 ts 包中。段可能起始于 ts 包有效负载的起始处，但这并不是 必需的，因为 ts 包有效负载的第一个段的起始位置是由 pointer_field 字段指定的。 一个 ts 包内决不允许存在多于一个的 pointer_field 字段，其余段的起始位置均可从 第一个段及其后各段的长度中计算出来，这是因为语法规定一个 ts 包中的段之间不 能有空隙。在任一 pid 值的 ts 包中，一个段必须在下一个段允许开始之前结束， 否则就无法识别数据属于哪个段标题。若一个段在 ts 包的末尾前结束了，但又不便 打开另一个段，则提供一种填充机制来填满剩余空间。该机制对包中剩下的每个字 12 节均填充为 0xff。这样 table_id 就不允许取值为 0xff，以免与填充相混淆。一旦一 个段的末尾出现了字节 0xff，该 ts 包的剩余字节必然都被填充为 0xff，从而允许 解码器丢弃 ts 包的剩余部分。填充也可用一般的 adaptation_field 机制实现。 2.3.2 扩展扩展 epg 内容信息的传输内容信息的传输 扩展 epg 信息在目前数字电视广播中使用较少， 因此本文只稍做介绍。 扩展 epg 内容信息（xeci）被封装成具有多级目录结构的文件系统。其传输方式采用数据广 播中的数据轮播方式1314。数据轮播的具体内容相关国家标准有具体规定，与本文 涉及系统关系不大。 使用数据轮播方式承载的扩展 epg 的内容信息表现为一个文件系统，对于文件 系统而言，它的数据组成成分为文件系统的目录结构、各个文件的名称/属性以及各 个文件的具体内容。其中，文件系统的目录结构又可以通过在每个文件的名称中增 加路径描述来获得，文件的属性信息则包括文件大小和文件的最后修改时间。 2.4 nvod 涉及的规范涉及的规范 nvod 作为一项数字电视增值业务，已经在全国很多电视台运行或者试运行。 但由于 nvod 仍然是一项比较新的增值业务，所以目前没有统一的 nvod 标准。 本文此处将把各个标准中有关 nvod 的部分列出，并加以说明。 首先介绍 nvod 中两个很重要的概念：参考业务和时移业务15。参考业务是一 个虚拟的业务的逻辑概念，它通过 sdt 表中的 nvod_reference_descriptor 把多个时 移业务关联起来。参考业务并不和 pmt 表中的任何成分对应，但一个时移业务却对 应于一个实际的逻辑频道。时移业务是含有时移事件的数字频道，是确实存在的物 理通道，每个时移业务可以在适当的 sdt 子表通过 time_shifted_service_descriptor 中 的参考业务标识与一个参考业务相关联。一个 nvod 时移业务只能属于一个参考业 务，并且该参考业务必须和 nvod 时移业务在同一个传输流中。 nvod_reference_descriptor 描述子语法结构如下9： 13 表 2-1 nvod 参考描述符 语法比特数助记符语法比特数助记符 nvod_reference_descriptor () descriptor_tag8uimsbf descriptor_length8uimsbf for (i=0; in;i+) transport_stream_id16uimsbf original_network_id16uimsbf service_id16uimsbf nvod 业务的事件信息在 eit 表中描述。 eit 表中的 time_shifted_event_descriptor 给出了每个时移业务的时移事件信息，它指向一个参考业务中的参考事件标识符， 但不是复制每个事件的全部信息。全部的事件信息由参考业务的参考事件信息提供， 在 eit present/following 表中描述，这样可以电视台前端就可以避免 nvod 节目数 据的重复发送，从而节省了带宽。time_shifted_event_descriptor 描述子语法结构如下 9： 表 2-2 时移事件描述符 语法比特数助记符语法比特数助记符 time_shifted_event_descriptor () descriptor_tag8uimsbf descriptor_length8uimsbf reference_service_id16uimsbf reference_event_id16uimsbf 2.5 小结小结 本章介绍了进行数字电视机顶盒 epg 系统开发时所需要的几种标准。包括 mpeg-2 标准、dvb-si 标准，以及 epg 系统所涉及的各种规范。nvod 系统的几 个描述子的结构。在对标准有了正确理解之后，下面将介绍如何在标准指导之下， 进行 dvb-c 数字电视机顶盒 epg 及扩展 epg 系统的设计开发。 14 3 epg 在在 dvb-c 机顶盒上的设计与实现机顶盒上的设计与实现 本文在第一章绪论中，已经说明了 epg 以及扩展 epg 增值业务，对数字电视突 破瓶颈进一步推广的推动作用。数字电视的传播方式多种多样，主要包括卫星、有 线、ip、以太网、adsl 宽带等多种模式，数字电视的商机也涉及到很多环节，主 要包括内容提供商、网络运营商、传输解决方案提供商及硬件接受设备提供商（其 中又包括机顶盒产品终端提供商）。本文主要关注的是 epg 在 dvb-c 环境中机顶 盒产品终端上的设计与实现。具体内容，本章下面将要讨论。 3.1 dvb-c 机顶盒硬件方案选择机顶盒硬件方案选择 epg 系统设计与实现，与 dvb-c 机顶盒采用的硬件方案息息相关。几种常用的 芯片方案之间，epg 系统设计上存在着巨大差别。又由于 dvb-c 机顶盒作为一种 普通的数字家电产品，最终的目的是迈进千家万户，所以价格是 dvb-c 机顶盒产品 终端提供商不得不考虑的一个重要问题。因此，dvb-c 机顶盒硬件方案的选择，是 芯片方案性能与价格的综合选择。 针对目前市场上对 dvb-c 机顶盒的功能要求，我们选用了意法半导体公司的 sti5518 单片 mpeg-2 解决方案。 市场占有率分析表明， 过去四年， 在机顶盒 mpeg-2 芯片市场上，st 公司市场份额最高。2004 年，st 在机顶盒解码芯片市场出货量达 9200 万片，市场占有率达到 72%。其中，sti5518 是其数字电视机顶盒市场上使用 最多的器件。sti5518 方案的高性能，低成本已经为业内共识。该解决方案与基于单 片 mb87l2250 的富士通 mpeg-2 解决方案相比，它对各种接口和功能模块支持更 好，更加完善，功能更加强大，同时与 lsi logic 公司的解决方案相比，意法半导体 的解决方案功能齐全，成本较低，性能价格比较高，在量产以后的机顶盒单价方面 有很大的优势。 在此需要提出的是，虽然 sti5518 芯片方案有如此之高的市场占有率，但是也 不可否认的存在一些弱项。解复用模块的速度瓶颈就是其中之一。本章稍后就会提 出并分析解决这个问题。 dvb-c 机顶盒总体工作流程如下：机顶盒接收有线电视电缆传输的数字电视信 号后，首先由高频头进行下变频，将射频信号变成基带信号，并加以模拟放大；第 二步将基带信号解调制，变为数字基带信号，并加以数字放大；第三步将基带数字 15 信号送信道解码，得到符合 mpeg-2 标准的 ts 流，此 ts 流中一般是由多路 ts 复 用而成，即包括多路节目；最后经过解复用，得到单一视频流、音频流、数据业务 流等，音视频流送 mpeg 模块显示或者输出，数据业务流经过软件组织，显示或储 存。由于选定了机顶盒硬件方案，因此至解复用模块之前，大部分工作由方案支持 完成。本文着重讨论的是解复用模块中 epg 系统的设计与实现。 3.2 sti5518 芯片功能及结构芯片功能及结构 sti5518 是一种为机顶盒市场设计的高度集成的解码器芯片。主要性能有1617： 1）cpu 集成 32 位 cpu，可达 81mhz。2k 字节 i-cache、2k 字节 d-cache、4k 字节可 配置为 d-cache 的 sram。 2）音频解码 5.1 杜比数字声道，mpeg-2 多信道解码，3 个双信道 pcb 输出。支持 iec60958-iec61937 数字输出，支持 srs./tru 环绕声，支持 dts.数字输出和 mp3 解码。 3）视频解码 支持 mpeg-2 mpml。支持可编程图像缩放功能。支持 ntsc 到 pal 转换。 dvd 和 svcd 子图解码。 4）高性能 osd（on screen display） 28bit/像素 osd 选择。可选择开启防闪烁、防颤振和抑制混叠滤波器功能。 5）pal/ntsc/secam 编码 具有 rgb、 cvbs、 y/c 和 yuv 输出功能， 10-bit dac。 兼容 macrovision.7.01/6.1 （可选） 6）共享 sdram 存储器 7）接口 支持 1 或 2*16mbit，或 1*64mbit 的 125mhz sdram。dram、rom、外围器 件的可编程 cpu 存储器前端接口。 8）用于 sdram、rom、外围器件的可编程 cpu 存储器前端接口 兼容 dvd、vcd、svcd 和 cd-da；支持串行、并行和 atapi 接口；支持硬 件分段过滤功能，硬件扇区滤波；集成 css 解码和光道缓存。 16 9）硬件传送流多路复用器 具有并行/串行输出功能，des 和 dvb 解扰码器，支持 32pid 过滤。 10）集成外围器件 2 个串口，2 个 smartcard 接口，i2c 控制器，3 个 pwm 输出，3 个捕捉定时器， 支持调制解调模块，支持 44 位的可编程 i/o，具有红外发送器和接收器。 11）专业工具集支持 ansic 编译程序和数据库 12）208 接脚 pqfp 封装 sti5518 是一款高集成解码器芯片，专为需要多功能芯片的机顶盒市场设计。它 集成了 1 个高性能 32-bit cpu、1 个 dvb/directv 传输多路分配器和解扰码器专用 区块、用于 mpeg-2 视频和音频解码的模块，支持 3d 环绕和 mp3，还集成了优越 的显示和图形特点、1 个数字视频编码器和所有系统外围期间需要的典型低成本交 互接收器。为了满足 dvb-c 机顶盒的要求，sti5518 集成选择包括 1 个 css 解码区 块、1 个杜比数字音频解码器和 macrovision 拷贝保护。内部有 1 个 atapi 接口， 支持无胶连接标准硬盘驱动器。因此，sti5518 是需要如现场电视录制、暂停和时间 转换等特别模式机顶盒的理想选择。sti5518 向后兼容流行的 sti5500 机顶盒解码 器，可以从上一代简单迁移。高水平集成的单 pqfp-208 封装使 sti5518 非常适合于 低成本、高容量的机顶盒应用。 下面就几个与本文设计关系较密切的方面加以说明。 3.2.1 传输流多路复用器传输流多路复用器 传输流解复用和解码功能主要由 pid 过滤器和 section 过滤器完成。pid 过滤器 可以从输入的比特流中提取 32 路由 pid 标识的不同传输包。section 过滤器应用于 接收封装在 mpeg-2 section 中的数据，对于每一路 pid 过滤器过滤后的传输包， section 过滤器可以通过比较提去 32 个不同的 section。为了支持的 ca 系统，该部 分包含标准的 dvb 和 des 解扰器。这个解扰器能够在 ts 层和 pes 层进行解扰， 通过使用 8 组不同的加扰关键字集，可以并行解扰 32 路不同的流。 传输流解复用解码功能结构图如下： 17 emi shared memory interfaces audio decoder pes parser and cd fifos front-end-interface dma video decoder sub-pictur