（计算机应用技术专业论文）数字电视epg信息解析系统的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕士研究生论文 数字电视f p g 信息解析系统的设计与实现 摘要 电子节目指南是数字电视系统的节目导航工具，随着数字电视的 迅速发展，已经成为了国际研究开发的热点之一。本文对数字电视中 e p g 信息解析系统的实现进行研究，对我国e p g 应用的实现推广有 较大的现实意义。 本文首先深入分析了数字电视中的电子节目指南的相关标准，接 着对e p g 信息的解析技术作了深入的研究，设计了基于d v b s i 标 准的e p g 信息解析系统。该系统实现了对符合d v b 标准的数字电视 节目传输流的解析，并基于解析得到的e p g 信息生成e p g 信息数据 库，实现节目浏览、节目预订、频道收藏和家长分级控制等基本e p g 应用。最后文章通过应用实例证明系统的设计方案是可行的。 关键词：电子节目指南，d v b ，m p e g 一2 ，p s i 信息，s i 信息 北京邮电大学硕士研究生论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f e p gl n f o r m a t i o na n a l y s i ss y s t e mo fd i g i t a l t e l e v i s i o n a b s t r a c t e p g ( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ) i st h ep r o g r a mn a v i g a t i o nt o o lo f d i g i t a lt e l e v i s i o n w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e l e v i s i o n ，i ti s b e c o m i n go n eo ft h eh o tt o p i c s t h i sp a p e rs t u d i e so nt h ei m p l e m e n t a t i o n o ft h ee p gi n f o r m a t i o na n a l y s i s s y s t e ma n d h a s s i g n i f i c a n c e i n p r o m o t i n g t h er e a l i z a t i o no fe p g a p p l i c a t i o ni nc h i n a i nt h i sp a p e r , f i r s t l y , w ed e e p l ya n a l y z et h er e l a t e ds p e c i f i c a t i o n so f e p g s e c o n d l y , w ef u r t h e rs t u d yt h et e c h n o l o g yo fe x t r a c t i n gt h ee p g i n f o r m a t i o nf r o mt h e t r a n s p o r ts t r e a m t h e n ，w ed e s i g nt h ee p g i n f o r m a t i o na n a l y s i ss y s t e mb a s e do nd v b s i t h i ss y s t e mc a ne x t r a c t t h ee p gi n f o r m a t i o nf r o mt h ep r o g r a mt r a n s p o r ts t r e a mo fd i g i t a l t e l e v i s i o nb a s e do nd v bt ob u i l dt h ee p gd a t a b a s e i ti m p l e m e n t sb a s i c e p ga p p l i c a t i o n ，s u c ha s p r o g r a ml i s t ，p r o g r a ms u b s c r i b e ，f a v o r i t e c h a n n e l ，p a r e n t a ll o c k f i n a l l y , t h i sp a p e rg i v e sa na p p l i c a t i o ne x a m p l et o v a l i d a t et h ef e a s i b i l i t yo ft h es y s t e m k e y w o r d s ：e p g , d v b ，m p e g - 2 ，p s i ，s i 创新性声明 本人声明所呈交的论文是本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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：塑 日期：型墨：苎： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学 校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学 位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：圣丝墨：z ：篁： 日期：吲旺 北京邮电大学硕士研究生论文 1 1 论文背景 第一章绪论 当前，全球数字电视已经进入快速发展阶段，数字电视取代模拟电视已成必 然趋势。数字电视是电视数字化和网络化的产物，相对于传统的模拟电视，数字 电视具有许多优点，如抗干扰能力强、无噪声积累、传送声音和图像质量高，便 于灵活组合多种业务传送等。由于压缩技术的采用，原来只传一路模拟电视节目 的信道带宽可以传多套数字电视节目，大大提高了信道的利用率，节省了宝贵的 频率资源。它可以同时传输和接收多路视频信号和其它数字化信息，同时令信息 数字化存储以便观众随时调用。其图像质量可以达到电视演播室的质量水平，水 平清晰度达到1 2 0 0 线以上，声音质量也非常高。数字电视由于传输数字化，多 种业务可以混合在一起通过一个信道传输，包括视频、音频、图像、数据等。因 此，数字电视已经不是单一的电视业务，而是指通过电视传输通道传输的数字业 务。可以预见，在今后几年，与数字电视相关的业务将大幅度增长。 在数字电视为用户提供数倍于目前节目量的节目及多种业务的同时，也带来 了新的问题，那就是用户很难在数量众多的节目中找到自己想看的节目。如果要 用户通过翻阅字典一样的电视节目报来查询自己感兴趣的节目，或者每天拿着遥 控器花费一半的收视时间在频道中进行搜索的话，用户将会感到非常不便。在这 种情况下，电子节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ，简称e p g ) 显然是必不可 少的工具。 e p g 是一种收视导航工具，属于数字电视前端服务器类的产品。它是数字 电视革命的核心所在，是当前的研究热点之一。电子节目指南的目的是协助观看 电视节目的用户选择节目，提供的主要信息就是节目时间表以及相关的节目介 绍。这些信息被直接地显示在电视屏幕上，区别于传统纸质节目单的是，电子节 目单的用户不仅可以浏览这些信息，还可以通过电子节目单直接选择收看自己感 兴趣的电视节目。它给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节 目的一种方式，它允许观众依据主题或其它类别对特定的节目进行搜索，并要求 该节目按需播放。除了可以向用户提供电视节目信息，e p g 还可以提供诸如天 气预报、公共信息查询、电子商务等高级功能。可以预见，e p g 有着广阔的应 用前景。 北京邮电大学硕士研究生论文 1 2 论文目的 完整的e p g 应用必须由e p g 信息复用系统和e p g 信息解析系统两个系统 共同完成。其中e p g 信息解析系统主要功能是在接收端完成对接收到的节目传 输流进行解复用，从传输流中解析出实现e p g 应用所需的业务信息并按照一定 的数据结构组织存储，以便实现各种e p g 应用。e p g 信息的解复用是e p g 应用 的一项关键技术，e p g 信息解析的正确性直接关系到用户能否得到正确的节目 指南信息，解析效率直接关系到用户对e p g 功能的体验。 本文对数字电视中e p g 的实现进行了深入研究，根据e p g 信息在节目传输 流中的复用方法，给出了e p g 信息解析系统的设计与实现的方法。本文的e p g 信息解析系统旨在基于d v b s i 标准对节目传输流进行解析，提取出传输流中包 含的e p g 信息，生成e p g 数据库，同时模拟数字电视显示前端，提供用户交互 界面，对解析出来的内容进行展示，实现节目浏览、节目预订、频道收藏及家长 分级控制等基本的e p g 功能。 1 3 论文成果及意义 数字电视技术在欧美等国家已经发展得比较成熟，国际上的数字电视标准有 欧洲的d v b 标准，美国的a t s c 标准以及日本的i s d b 标准，在不同的标准中， e p g 系统的实现有所不同。 目前，我国的数字电视的相关标准正在制订之中，对e p g 系统的研究也处 于起步阶段。本文依据我国已有的数字电视相关规范，结合我国的实际情况，对 数字电视节目传输流中e p g 信息的解析方法进行研究，设计并实现了e p g 信息 解析系统，实现了对传输流的解复用，设计了用于保存解析得到的e p g 信息的 e p g 信息本地数据库，最后，模拟数字电视前端实现了节目浏览、节目预订、 频道收藏及家长分组控制等e p g 功能，验证了本文的设计思想，本文的工作是 对e p g 系统在我国实现的探索性研究，对我国e p g 系统的实现推广有较大的现 实意义。 1 4 论文结构 论文余下的部分共分为五章，第二章着重介绍e p g 系统的特点、组成、功 能、目前存在的相关标准及e p g 在国内外的发展现状，并结合d v b 标准，描述 e p g 信息的复用原理。第三章阐述了本文的e p g 信息解析系统在e p g 应用中所 2 北京邮电大学硕士研究生论文 处位置，并对系统实现的关键技术进行了分析，提出了系统的设计方案。第四章 是本文的重点，详细讲述了e p g 信息解析系统的实现细节。第五章通过系统的 用户界面展示了通过e p g 信息解析模块解析出来的信息，实现了e p g 的基本功 能，验证了本文的设计思想。第六章对本文进行了总结。 北京邮电大学硕士研究生论文 2 1e p g 简介 2 1 1 什么是e p g 第二章e p g 的基本原理 电子节目指南( e p g ) 是节目导航工具，是数字电视的重要组成部分。它在 数字电视前端为用户提供一个交互界面，为用户提供节目单信息，方便用户收视。 区别于传统节目单的是，电子节目单不仅可以让用户可以方便地浏览和查询节 目，了解节目信息，快速定位节目位置，还可以为用户提供丰富的信息服务。e p g 给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的平台，允许观众 依据主题或其它类别对特定的节目进行搜索，要求该节目按需播放。e p g 的主 要功能包括【l7 j ： 提供节目信息：这是电子节目指南最基本的功能，通常会按频道或节目分类 提供节目列表，给出节目的开始时间、播出时长、节目简介等节目相关信息。 通常只提供7 天的节目信息。在此基础上，电子节目单通常只会对之后2 个 小时的节目提供全景式的信息。这样的做法对观众来讲是非常方便的，因为 有调查显示观众通常只会对正在播出的节目和即将播出的节目有进一步了 解的需要。 频道收藏：通过频道收藏功能，用户可以将自己经常收看的频道添加到频道 收藏列表，以后通过该列表，用户就可以从众多的频道中方便快捷地找到这 些频道。 节目预定：用户可以对自己感兴趣的节目进行预定，一旦用户对某些节目提 前进行了预定，那么在这个节目开播之前，他就会在电视屏幕上收到提示， 提醒他收看该节目。 搜索引擎：通过搜索引擎，用户可以快速找到自己想看的节目。目前该功能 还基本上只局限于根据主题或者分主题进行搜索。在美国，可以通过关键字 进行查询的网络搜索引擎已经取得了很大的发展。 另外，e p g 由于其内容丰富多样，深得用户喜爱，用户对e p g 信息的浏览 次数和时间相对较多，因此，e p g 页面也是优良的广告载体，很多商家都非常 乐于在其上播出广告，这给运营商带来丰厚的物质回报。据统计，e p g 在已开 展的各种数字电视业务中使用率最高，几乎所有运营商都将它视为数字电视运营 的必备业务。 4 北京邮电大学硕士研究生论文 电子节目指南为数字电视用户提供了一个友好的交互平台，在不久的将来， 电子节目指南除了用于预告电视节目，还可以提供如电子商务、天气预报、公共 信息查询、互动电子游戏、股票交易等更加丰富的功能。 e p g 信息的组成如图2 1 所示，它由基本e p g 信息和扩展e p g 信息两部分 组成。基本e p g 信息是指完全可以用数字电视广播业务信息规范 g y z 1 7 4 2 0 0 1 【l j 中的网络信息表n i t 、业务群关联表b a t 、业务描述表s d t 、 事件信息表e i t 等进行描述的e p g 信息。扩展e p g 信息是指在基本e p g 信息 之外，通过数据轮播传递的e p g 信息，这些信息的入口采用e p g 映射表e m t 进行描述，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e p g 内容信息( x e c i ) 。一个e p g 系统至少应该包括现行传送流的n i t 信息、s d t 信息、e i t 信息及t d t 信息。 2 1 2f p g 系统的组成 图2 - 1e p g 信息的组成 e p g 系统分为前端子系统和接收端子系统，前端子系统又称e p g 信息复用 子系统，主要负责s i 数据的组织和生成，一般来说，由一个专门的s i 复用器( s i s e r v e r ) 来完成这部分工作，并把生成的s i 数据与节目等的其它数据流进行系统 层复用，在t s 流中传输。接收端子系统又可以叫e p g 信息解析系统，在实际应 用中主要通过电视机顶盒( s t b ) 来完成，主要负责根据前端复用的标准对接收到 的流进行解码，解析出流中的p s i 、s i 信息，并根据s i 数据在本地建立起e p g 数据库。e p g 应用是用户通过e p g 界面与e p g 数据库进行交互，系统根据用户 输入的指令检索数据库并显示用户所需要的节目信息。只要前端系统发送的是标 准的s i 信息，那么不同厂家生的机顶盒就可以按照同样的标准对s i 信息进行解 析，生成具有不同特色的e p g 导航菜单，生成菜单将在电视的图形层显示给用 北京邮电大学硕士研究生论文 户。系统结构参见图2 - 2 s t b 图2 - 2h p g 系统 为了方便用户的随机接入，s i 数据是重复发送的，有关它的重传速率在e n 3 0 04 6 8 1 中有详细的规定。接收端不停地接收、解析来自发端的s i 数据，当发 端的s i 数据改变时，s i 数据库会进行更新，否则接收的s i 数据被丢弃。 2 1 3e p g 系统的关键技术 实现e p g 系统主要有以下几个关键技术：发端的s i 数据的组织和生成，接 收端s i 数据的接收和解析，接收端s i 数据库的建立，e p g 界面的显示等。具体 如下： ( 1 ) s i 数据的组织和生成 发端的s i 数据的组织和生成，是由发端的s i 服务器来完成的，接收端的s i 解析与此功能相反，主要负责s i 数据表的重建。s i 数据的组织要相关标准的语 法定义，同时要纵观传输网络中的所有业务信息。信息内容应与p s i 和s i 表中 的信息相对应，它可按照n e t w o r k t r a n s p o r ts t r e a m s e r v i c e e v e n t 的分层顺序描 述，同时内嵌t r a n s p o r ts t r e a m p r o g r a m ( s e r v i c e ) - e l e m e n ts t r e a m 的分层顺序。 ( 2 )s i 数据库的建立 s i 数据必须按照一定的数据结构进行存储，这样才能方便、快捷地对其进 行检索和数据的提取。特别是对e p g 系统，需要对用户的交互进行实时的动作。 s i 数据库建立的好坏对其性能有重要的影响。s i 数据主要有：网络信息、传输 流信息、业务( 节目) 信息、业务的事件信息等，并且大量的信息都是通过描述 子来传输的。 ( 3 )e p g 系统的显示技术 当电视节目和e p g 应用同时启动时，用户看到的可能是节目画面和e p g 界 面的叠加。用户所看到的电视画面从前到后可以分为三层，依次为图形层、视频 层和背景层。 这里的图形层也就是下面所说的o s d ( o ns c r e e nd i s p l a y ) 层，o s d 界面显 6 北京邮电大学硕士研究生论文 示技术指在图像画面上叠加文字显示，使屏幕为用户提供更多的附加信息。视频 层为当前正在收看的节目( 解码出来的活动图像) ；背景层为没有播放电视节目 和启动e p g 菜单时的屏幕图像。e p g 画面在图形层上构建，e p g 画面是由许多 e p g 图形元素( 如按钮、文本框、选择按钮、组件容器等) 叠加而成。界面的 状态转移是通过消息驱动的机制来实现的，在消息响应函数中进行消息处理。见 到的屏幕图像是这三层的叠加后的图像。 e p g 界面显示的总体思想是：s i 数据与图形元素分离。包括以下几部分： s i 数据的检索与提取，e p g 界面所需的图形元素库，状态转移控制器，o s d 层 绘制引擎，o s d 层图、视频层、背景层及这三层的叠加操作。s i 数据检索模块 快速地检索本地s i 数据库，提供e p g 界面当前输入焦点所需的数据信息；o s d 层图形元素库提供界面所需的图形元素，该库存于本地机顶盒的r o m 中；状态 转移控制器接收用户遥控器的输入，提供当前显示所需的活动焦点，控制状态转 移的流向；o s d 层图像是指e p g 界面图形元素合成后的图像；o s d 绘制引擎决 定显示的相应算法，接收各模块提供的数据，完成o s d 层图形的绘制，最后是 o s d 层、视频层和背景层的叠加操作。 2 2e p $ 的发展状况 2 2 1e p 6 在国外的发展状况 自1 9 9 6 年4 月法国开播了第一个欧洲商业化数字电视广播以来，数字电视 在世界范围内的需求己有很大增长，数字电视市场在国际上已经全面启动，e p g 系统也随之在美、欧等数字电视发展较早的国家得到广泛应用。国外电视传播大 多采用纵向商业运作模式，即广播商既有权制作和播出节目，又拥有自己的传播 网络，观众使用的机项盒也由广播商提供，从而形成一整套封闭系统，其技术模 式也完全由广播商决定。一个广播商提供的机顶盒不允许接收其它广播商的节 目，因此不存在彼此兼容的问题。一般情况下，国外的电子节目指南软件都是由 广播商自己开发。 虽然数字电视业务按照传统的纵向运作模式也开展得相当不错，但是当今社 会是一个信息共享、信息交融的社会，人们不再满足于单纯从一个广播商那里获 得数字电视服务，而是希望同时获得多家服务，从而享有任意选择节目的权利。 在这种背景下，封闭独立的广播体系就显得过于局限了，而如果让广播商自己与 其它各家广播商做集成的话，工作难度和工作量都非常大。 为了打破这种限制，美国t vg u i d e 公司在这方面做出了开拓性的工作。它 建立了一套行之有效的e p g 服务体系，定义了一整套e p g 数据交换的规范。通 7 北京邮电大学硕士研究生论文 过采集各个广播商的节目预告信息，将全美多种运营网络内不同广播商的节目预 告信息整合成一个整体，采用统一传输格式向用户提供e p g 服务。为了使各网 络用户接受他们提供的e p g 服务，t vg u i d e 公司还主动开发了可集成在各种中 间件上的电子节目指南软件并提供给各机顶盒生产厂商。 t vg u i d e 公司目前已经在全美6 个顶级m s o ( m u l t i p l es y s t e m so p e r a t o r ) q b 的4 个运营网中播出它的e p g 频道，同时也在加拿大3 个顶级m s o 中的2 个运 营网中播出e p g 频道，频道范围覆盖了美国、加拿大过半数的家庭。另外它还 与时代华纳、考克斯通讯以及其它公司签署了短期合作协议。t vg u i d e 公司提 供的e p g 服务已经得到了越来越多广播商、机项盒制造商以及终端用户的欢迎， 极大地推进了美国数字电视产业的发展。 2 2 2e p g 在我国的发展状况 我国有线电视历经3 0 年发展已经成为世界上有线电视用户第一大国，目前， 我国有线电视用户己经达到8 0 0 0 多万户，有线网络运营商3 0 0 0 多家，各级电视 台2 0 0 0 多家。2 0 0 1 年初，我国深圳、上海开始试播了数字电视节目；同年5 月 1 0 日，北京经济技术开发区有线电视网开通数字电视广播；同年l o 月，中央电 视台试播了数字电视节目。 随着的奥运的临近，中国的数字电视市场逐步升温，但与国外相比，中国的 数字电视发展还是比较落后的。2 0 0 7 年，美国已经实现了全面的数字化，德国 和法国的数字电视占到了电视总数的7 0 ，欧洲数字电视的总比例达到了5 0 。 中国的电视用户3 3 亿户，数字电视的覆盖率仅仅4 0 。可见，中国在数字电视 方面落后了很多。 在我国，由“四级办”所形成的广播电视网络是一个多层次结构【l9 1 ，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 终端前不得不跨越两个甚至更多平台。各地有线电视用户分属不同行政区域有线 电视网络公司，网络公司采用不同的产品播出数字电视，大部分机顶盒的电子节 目指南功能也是通过私有信息格式予以实现，它们播出的e p g 也各不相同。一 般来说，由于不同机顶盒对e p g 的解析与处理方法各不相同，任一款机顶盒如 果要比较好地接收解析e p g ，都必须与播出系统进行专门的集成才行。 不难发现，我国e p g 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，要提供完整的e p g 服务，就必 须与多个电视台、网和用户终端发生联系。同时由于不同运营商各自进行e p g 制作和播出，使得人员专业化程度低，无法实现规模效益，提供给用户的e p g 服务也很有限：随着数字电视节目数量的增加，节目交换引起的复杂性也将成比 北京邮电大学硕士研究生论文 例增加。这种情况下，我们难以照搬国际上的e p g 模式，必须建立一套适合我 国的e p g 信息采集、生成、传播和接收体系。 2 3 数字电视传输标准 2 3 1 国际标准 数字电视的标准是指数字电视采用的视音频采样、压缩格式、传输方式和服 务信息格式等的规定，目前主要存在三种比较成熟的数字电视传输标准【1 6 】，即欧 洲的d v b 、美国的a t s c 和日本的i s d b 。 ( 1 )欧洲数字电视标准 欧洲数字电视标准为d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，数字视频广播) 。从 1 9 9 5 年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播( d v b t ) ，数字电视卫星广播 ( d v b s ) ，数字电视有线广播( d v b c ) 的标准。 d v b 提出用于广播链条中不同设备之间传输数字电视内容的标准，这些设 备包括复用器，发射机，机顶盒和电视机。d v b 的目的是让链条中的所有设备 能够协调工作，由它提出并通过不同组织批准的标准。在欧洲以及南美和亚洲地 区已经被广泛接受。 在m p e g 2 作为数字视频压缩系统的同时，对于不同的设备之间协调工作所 需要发送的信息，d v b 组织也开发了相应的标准。包括：信号调制标准( 分为 有线、卫星和地面系统三种) 。对接收频道和业务进行控制的条件接收标准 ( d v b c a ) ；字幕系统标准( d v b s u b ) ；传输有关m p e g 2 流中包含的节目 和频道的业务信息的标准( d v b s i ) 【3 】。 d v b s i ( 业务信息) 标准定义了很多信息表，一旦传输，就能让机顶盒对 频道和节目进行分类( 例如新闻、戏剧、电影) ，监控节目开始时间( 例如屏幕 上的提醒) 。另外，d v b 还定义了它在交互电视方面相当重要的标准：d v b m h p ， 即多媒体家族平台。m h p 标准使广播公司和内容提供商能够建立一个交互业务， 在确定的范围内，无论在什么数字平台上传输，无论在哪种机顶盒上显示，都能 同样地工作。 ( 2 )美国数字电视标准a t s c 美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上，因此，美国在发展高清 晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了以数字高清晰 度电视为基础的标准a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e 先进电视系 统委员会) 。 a t s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高 9 北京邮电大学硕士研究生论文 为图像层，确定图像形式，包括像素阵列、幅型比和帧频。接着是图像压缩层， 采用m p e g 2 压缩标准。再下来是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包 中，最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。 a t s c 是d v b 组织的有力竞争对手，在美国占统治地位。此外，加拿大和 亚洲部分地区也采用a t s c 。它最初专注于高清晰度电视，后来也扩展了内容。 和d v b 一样，a s t c 也选用m p e g 2 作为视频压缩系统。它还定义了设备之间 互相协调所需的调制及其它系统。有相当于s i 数据表的节目和系统信息协议 ( p s i p ) ，还有相当于m h p 的d a s e 。不过尽管d v b 和a t s c 选择了同样的视 频系统( m p e g 2 ) ，其它的标准却有少许不同。这意味着即使欧洲标准和世界上 其它国家在建立和显示交互业务上达成一致，采用同样的标准，也不一定能在美 国起作用，反之亦然。 ( 3 ) 日本数字电视标准i s d b 日本采用了另一种方法，在1 9 9 9 年发布了数字电视的标准i s d b ( i n t e g r a t e d s e r v i c ed i 百t a lb r o a d c a s t i n g ，综合业务数字广播) 。这又和d v b 及a t s c 都不同。 它利用一种已经标准化的复用方案在一个传输信道上发送各种不同种类的信号， 同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。i s d b 具有柔软 性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业 务，缺点是过于复杂。目前i s d b 标准仅限日本使用，没有在全世界范围推广。 据2 0 0 4 年统计资料显示，d v b 成员已经达到2 6 5 个( 来自3 5 个国家和地 区) ，主要集中在欧洲并遍及世界各地。我国的广播科学研究院和t c l 电子集团 也在其中。a t s c 成员3 0 个，其中美国国内成员2 0 个，来自阿根廷、法国、韩 国等7 个国家的成员1 0 个，中国的广播科学研究院也参加了a t s c 组织。i s d b 筹划指导委员会委员1 7 个，其它成员2 3 个，其成员都是日本国内的电子公司和 广播机构。 由三个数字电视标准的成员数量及分布情况，可以看出d v b 标准的发展最 快，普及范围最大。 2 3 2 我国采用的标准 我国对数字电视的研究从2 0 世纪8 0 年代开始，1 9 9 5 年成立了国家高清晰 电视( h d t v ) 研究总体组，我国目前卫星传输标准已经确定，采用欧洲的d v b s 标准，有线方面尚没有国家标准，广电总局为了迅速启动市场，已把欧洲的 d v b c 定为行业标准。为了统一规范s i 业务信息的结构和设置，便于信息在网 络中传输和接收端对信息的处理。国家广电总局于2 0 0 1 年颁布了数字电视广 播业务信息规范【l 】，此规范基于d v b s i 标准，结合我国情况，给出了s i 信息 1 0 北京邮电大学硕士研究生论文 的规范格式。 2 4 基于d v b 标准的e p g 信息复用原理 要实现对e p g 信息的解析，必须对e p g 信息的复用原理有深刻理解。由于 我国目前采用d v b 标准作为行业标准，下面介绍在d v b 标准中e p g 信息的复 用原理。 2 4 1m p e g - 2 标准 m p e g 2 标准的正式名称是运动图像及其伴音信息的通用编码( g e n e r i c c o d i n go fm o v i n gp i c t u r e sa n da s s o c i a t e da u d i oi i l f o 咖a t i o n ) 【4 】【5 】【6 】，它制定于19 9 4 年，其设计目标是高级工业标准的图像质量及更高的传输码率。 在数字电视中，所有的信息和信号，包括视频、音频、文字、图片等经过数 字化后都变成了数据。数据在传输前要按照有关标准打包，形成固定长度的传送 ( t r a n s p o r ts t r e a m ，简称t s ) 包，然后再通过网络快速传输到目的地。在d v b 中，就是采用m p e g 2 标准作为数据压缩标准的。 m p e g 2 标准有如下优点【1 6 】： m p e g 2 的视频压缩与m p e g 1 向后兼容，m p e g 2 由于消除了视频信 息中时间和空间的冗余，因此具有相当高的视频压缩率。 m p e g 2 提供高级音频编码。 m p e g 2 支持传送的多路复用，可将不同的m p e g 流合并成一个单一的 传输流。 m p e g 2 提供了节目专用信息p s i 来配置解码器，d v b 在此基础上扩展 了业务，提供了业务信息s i ，使接收机能自动适应特别的业务，对各种业务进 行解码，包括音频、视频和数据。 m p e g 2 对系统层语法进行了很大扩充，定义了两类数据码流：节目流( p s ) 与传输流( t s ) ，m p e g 2 系统层数据处理流程如图2 3 所示： 由图2 3 可见，视频、音频数据经过m p e g 2 视频、音频编码之后与辅助数 据一起进行节目复用后形成基本码流( e s ) ，基本码流( e s ) 经打包处理后成为 打包基本码流( p e s ) 。各种码流的介绍如下： ( 1 )基本流e s e s 流是指组成数字电视节目的基本元素( 如视频、音频、数据等) 。按照标准， 经过信源编码或其它处理后所形成的有格式的数据流。e s 的格式与相对应的编 码或处理标准相关，如视频e s 流符合i s o i e c1 3 8 1 8 2 标准，音频流符合i s o i e c 北京邮电大学硕士研究生论文 1 3 8 1 8 3 标准。 基本码流( e s )打包基本码流( p e s ) 图2 - 3m p e g - 2 系统层数据处理流程 ( 2 ) 打包的基本流p e s 对e s 打包后形成p e s ，它的格式由m p e g 2 系统部分i s o i e c1 3 8 1 8 1 规定， p e s 层的主要参数有流类型( 如音频流、视频流等) 、包长度、加密控制、版权信 息等。 ( 3 )节目流p s 节目流由打包的基本码流组合而成，即一组视频、音频和数据基本子流。它 们具有共同的相对时间关系，节目流分组长度可变、相对较长，一般用于误码相 对较小的传输环境，如传输、存储及本地播放。 ( 4 ) 传输流t s t s 是将各种p e s 和其它数据打成固定长度( 1 8 8 字节) 的包后复用形成的流。 它适用于误码较多的环境，通常用于网络传输。t s 包的主要参数有：同步、传 输错误指示、p i d ( p r o g r a mi d e n t i f i e 0 、连续计数、加扰控制、p c r ( p r o g r a mc l o c k r e f e r e n c e ) 等，t s 中不同的包是利用不同的p i d 来相互区别的。 t s 流与p s 流的区别在于t s 流的包结构是固定长度的，而p s 流的包结构 是可变长度的。 p s 包与t s 包在结构上的这种差异，导致了它们对传输误码具有不同的抵抗 能力，因而应用的环境也有所不同。t s 码流由于采用了固定长度的包结构，当 传输误码破坏了某一t s 包的同步信息时，接收机可在固定的位置检测它后面包 中的同步信息，从而恢复同步，避免了信息丢失。而由于p s 包长度是变化的， 一旦某一p s 包的同步信息丢失，接收机无法确定下一包的同步位置，就会造成 失步，导致严重的信息丢失。因此，在信道环境较为恶劣、传输误码较高时，一 般采用t s 码流；而在信道环境较好、传输误码较低时，一般采用p s 码流。 1 2 北京邮电大学硕士研究生论文 由于t s 码流具有较强的抵抗传输误码的能力，因此目前在传输媒体中进行 传输的m p e g 2 码流基本上都采用了t s 码流。 t s 语法包的结构如图2 4 所示。 卜一1 8 8 字节_ 卜 霪圈负荷縻弼负荷震了蜀负荷 _ ， 传送差错负荷单元传输优传输加自适应 连续计匿螽透嗣 同步字节 p i d 指示开始指示 先级扰控制控制 数器l 纛謦，窈 81ll 1 1 z 气 自适应字不连续随机接基本流优 5 个标g 辩自群目填充 段长度指示入指示先指示 志位匕妻麓l 字节 81 1 l 5 。慕 切换倒传送用户用户扩展自适 3 个标防震臼习 p c r0 p c r 计数数据长度数据应段长度 志黔 搿a 藏嘲 4 24 28883 图2 - 4m p e g - 2 传输包语法结构 2 4 2 业务信息的描述机制 在d v b 标准中，与e p g 应用有关的信息包括p s i ( p r o g r a ms p e c i f i c i n f o r m a t i o n ) 信息和s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 信息，p s i s i 信息采用的描述机制是 表( t a b l e ) ，段( s e c t i o n ) 和描述子( d e s c r i p t 0 0 ，它们的定义分别为： ( 1 ) 表 表是一个概念性的机制，它只是对节目信息的一种结构性的描述，不是一种 实际的语法描述方式。在实际使用时，需要将它划分成一个或多个段，这些段将 按照一定的要求放入传输流的包中。 ( 2 ) 段 段是一个m p e g 2 的语法定义，用于将所有的p s i ，s i 表映射到t s 流的包 中。m p e g 2 传输的数据包是包长为1 8 8 字节的t s 包，s i 表与p s i 表被分成为 1 个或若干个段表示，然后插入到t s 包中。段的长度是可变的，除了事件信息表， 每个表中的段限长为1 0 2 4 字节，但e i t 中的段限长为4 0 9 6 字节。用于标识段的 主要语法元素有：t a b l e _ i d ( 表标识) 、s e c t i o n _ l e n g t h ( 段长度) 、s e c t i o n _ n u m b e r ( 段序 号) 、l a s ts e c t i o nn u m b e r ( 最后段序号) 、v e r s i o nn u m b e r ( 版本号) 、当前后续指示 符( c u r r e n t n e x t等，段中的许多信息放在描述子中。每个表都将被分 成若干段映射到_ i n d 中i c 传a t o 输r ) t s 。 北京邮电大学硕士研究生论文 ( 3 ) 描述子 大部分实现e p g 的信息都是通过描述子来传输的，m p e g 2 中和d v b s i 中 定义了一些常用的描述子。也可以定义自己的描述子，描述子有一个公用的格式。 私有描述子必须符合这样的格式。表2 1 列出了描述子的语法结构。可见描述子 均有一个8 位字段的描述子标签( d e s c r i p t o rt a g ) 的值，不同的值用于标识不同的 描述子，同一个描述子可以在多个表中出现，而不会仅限制于某个表中使用，每 个描述子还有个8 位字段的d e s c r i p t o r _ l e n g t h 说明其长度。 表2 - 1 描述子的一般语法结构 潞 ，篓：05 ：7 矗i 。、f比特长度：一7 j j 鬟纛。：麓黧 d e s c r i p t o r ( ) d e s c r i p t o r t a g ； 8 d e s c r i p t o r _ l e n g t h ； 8 d e s c r i p t o r d a t a ； ) 从以上分析可知，描述子在段中传输，具有相同t a b l ei d 不同s e c t i o nn u m b e r 的段构成表。s i 表的层次结构如图2 5 所示。e p g 信息主要由描述子来表述。 段( s e c t i o n ) 描述子( d e s c r i p t o r ) e p g 信息 传输码流( t s 流) 2 4 3p s i 信息 图2 - 5p s i s i 表的层次结构 在t s 流中复合了多路节目的视频码流、音频码流及数据码流，如果没有引 导信息，数字电视的终端设备是无法找到需要的码流的，所以在m p e g 2 中，专 门定义了节目专用信息p s i ( p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ) ，其主要作用是自动 设置和引导接收机进行解码。因为p s i 提供了接收解码所需的各种参数和同步信 息，并且提供了节目与包识别符p i d ( p a c k e ti d e n t i f i e r ) 的关系，所以p s i 的传 输是不能中断的，并且不能被加扰。至少每秒传输2 0 次，p s i 的损伤也会造成 收看的马赛克。 1 4 北京邮电大学硕士研究生论文 p s i 由节目关联表p a t 、条件接收表c a t 、节目映射表p m t 和网络信息表 n i t 四个表组成。各表的功能如下： ( 1 ) 节目关联表p a t ( p r o g r a m a s s o c i a t i o nt a b l e ) p a t 是p s i 的根，接收机必须从寻找p a t 开始整个接收过程，因为下边的一 切表和p i d 都从p a t 开始查找。它的主要作用是指出传输码流中所包括哪些节 目，节目的编号与对应的节目映射表p m t ( p r o g r a mm 印t a b l e ) ，并指定网络信 息表n i t ( n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e ) 所对应的p i d 。 ( 2 )条件接收表c a t ( c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e ) c a t 提供系统中条件接收的信息，指定条件接收系统( c a ) 与它们相应的 授权管理信息e m m 之间的联系，指定e m m 的p i d ，以及其它相关的参数。它 的具体内容与所采用的条件接收系统有一定的关系。 ( 3 ) 节目映射表p m t ( p r o g r a mm a pt a b l e ) p m t 指出相应节目中包含的内容，即节目由那些流构成，以及这些流的类 型( 视频、音频、数据) ，指定节目中各流所对应的p i d 以及该节目的节目时钟 参考( p c r ) 所对应的p i d 。 ( 4 )网络信息表n i t ( n e t w o r ki n f o n n a f i o nt a b l e ) n i t 提供与多组传输流、物理网络及网络传输相关的一些信息，比如用于调 谐的频率信息以及编码方式、调制方式等参数方面的信息。 节目1p m tp i d = 2 0 图2 - 6p a t 表与p m t 表的关系 这些表插入到t s 中传输。p s i 指定了如何从一个携带多个节目的传输流中 北京邮电丈学硕上研究生论文 正确找到特定的节目，当接收机要接收某一个指定节目时，它首先从节目关联表 p a t 中取得这个节目的节目映射表的p i d 值，然后从t s 中找出与此p i d 值相对 应的节目映射表，从这个节目映射表中获得构成这个节目的基本码流的p i d 值， 根据这个p i d 值滤出相应的视频、音频和数据等基本码流，解码后复原为原始信 号，删除含有其余p i d 的传送包。 p a t 表与p m t 表的关系与图2 - 6 所示。 p s i 主要作用是对现行复用流中不同节目码流的解复用和解码，找到节目和 要解压缩的码流，其中p a t 是所有表的根，它只提供现行复用码流的信息。 2 4 4s i 信息 p s i 主要作用是对现行复用流中不同节目