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DVB定义了四种数据广播方式:
数据管道(DataPipe),数据流(DataStream),多协议封装(MultipleProtocolEncapsulation)和数据/对象轮流传送(Data/ObjectCarousel)。
数据管道支持异步端到端数据传输业务;
数据流方式可在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端数据传输;
多协议封装对需要在数字电视广播系统中传送符合通信协议的数据报数据业务提供了技术支持;
数据/对象轮流传送可以支持需要周期性地传送数据模块的各种应用。
通过这些标准,我们可以实现各种数据广播应用如股票信息广播、票务信息广播等等。
3.软件在线升级
软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。
数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来,机顶盒能识别该软件的版本号,在版本不同时接收该软件,并对保存在存储器中的软件进行更新。
4.Internet接入和电子邮件
有线电视数字机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能,用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网,发送电子邮件,同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,用PC与Internet连接。
二有线电视数字机顶盒的关键技术
有线电视数字机顶盒的技术含量非常高,它集中反映了多媒体、计算机和通信技术的发展水平,我们在此仅对能体现我国企业设计开发水平的两种技术进行论述。
1.中间件
中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境,它通常由各种虚拟机来构成,如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等等。
中间件在机顶盒中的位置如图2所示。
图2
目前成熟的商用中间件产品有OpenTV的EN2、Liberate的TVNavigatorforDTV、Enreach的EnreachTVforDTV、Canel+的Mediahighway和Intellibyte的IBEPG、IBSIManager、IBBrowser等。
这些产品在市场上都占有一席之地,但彼此并不兼容。
许多国际标准组织已经认识到这个事实,并且开始着手建立公开的中间件标准。
DVB提出了基于Java虚拟机的中间件标准DVB-MHP(多媒体家庭平台);
ATSC成立T3/S17技术专家小组委员会来为机顶盒定义软件环境,该软件环境称为DTV应用软件环境(DASE)。
ATVEF(先进电视发展论坛)也创建了一种称为AdvancedTelevisionEnhancementForumSpecificationforInteractiveTelevision的规范。
但完全符合某个标准的产品还没有面市。
随着硬件平台的不断完善,机顶盒的竞争力将完全体现其中的软件上。
我国的企业在中间件的设计开发上是有很大潜力的。
2.电缆调制解调器
到目前为止,各种研究机构对电缆调制解调器进行了广泛的研究,这些研究成果最终形成了两个国际性组织定义的标准:
CableLabs定义的DOCSIS和EuroDOCSIS,以及Euro-CableLabs定义的EuroMODEM。
DOCSIS是最早商业化的标准,目前在北美,符合该标准的电缆调制解调器已售出了几百万台。
由于DOCSIS标准主要是针对北美市场定义的,其下行带宽为6MHz,上行为5~42MHz,对采用NTSC模拟电视广播制式的国家是适用的。
为了占领采用PAL制式国家的市场,CableLabs又定义了EuroDOCSIS标准。
该标准采用DVB-C作为下行物理层标准(在EuroDOCSIS标准中下行的码元速率为6.9652MS/s),上行频率范围为5~65MHz。
其余与DOCSIS完全一样。
EuroMODEM标准产品在去年底才出现。
该标准基本上采用了DAVIC标准中定义的相关协议,在物理层与MAC层均与EuroDOCSIS有很大不同。
相比之下,EuroDOCSIS标准的目的简单明确,就是在有线网络上透明地传输IP数据包,该协议对IP的支持最好,随着DOCSIS1.1中对QoS的完善,该标准可支持IP电话和可视电话。
而EuroMODEM的上下行带宽都较小,而且在传输IP数据时的效率也相对较低,更重要的是其商业化进程比较缓慢,因此我们认为EuroDOCSIS对我国来说是一种比较好的选择。
事实上,各个公司已经推出了兼容DOCSIS和EuroDOCSIS的电缆调制解调器终端系统,也推出了符合DOCSIS和EuroDOCSIS的电缆调制解调器,为我国的电缆调制解调器产业做了有益的尝试。
三视频点播
为每个用户提供视频点播功能,让用户能在他所希望的时间和地点看他想看的节目,应该是服务提供商最理想的服务方式。
有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道,为实现该功能提供理想的技术基础。
在最新推出的全功能数字机顶盒中已经实现了该功能,并能实现快进、快退、暂停、恢复等VCR操作。
当然,该应用需要相应前端设备的支持,各个公司也相应推出了视频点播系统的完整解决方案。
视频点播系统服务器是提供多媒体内容和服务的实体(对应于视频点播系统中的VOD应用服务器、ITV系统和视频服务器),它可以是一个分布式的系统。
图3
图3为视频点播系统结构框图,整个系统由7个子系统组成。
1.视频服务器
系统中采用的视频服务器是美国SeaChange公司的视频服务器。
该服务器是WindowsNT集群系统,可以很方便地进行容量扩充。
视频服务器的主要功能是存储MPEG-2节目文件,并接收ITV系统的命令,在指定的路径上播放用户点播的节目。
2.ITV系统
ITV系统也是SeaChange公司的产品,由节目管理服务器、连接管理服务器、传播服务器、流管理服务器、目录管理服务器组成。
主要功能有:
节目的添加、系统资源包括服务
器资源和网络资源的管理、提供流控操作。
3.VOD应用服务器
开发的应用服务器。
其VOD应用服务器其主要功能包括:
●节目导航:
为机顶盒提供了视频点播服务的节目列表,当用户选择其中的节目时,给机顶盒发送该节目的标识;
●用户验证:
当用户点播某个节目时,对用户的合法性进行检查,以确定该用户是否具有点播该节目的权利。
●用户记账:
当用户选择一个节目后,将用户观看节目的记录存入到数据库中,供计费系统使用。
计费系统是用户管理系统一个子系统。
4.视频分配子系统
该系统实现视频服务器接口、QAM调制和上变频、射频混合等功能。
视频服务器接收从视频服务器输出的MPEG传输流,并将其中的各个节目分配到相应频道上。
同时,在有条件接收系统的控制下,实现对MPEG传输流加扰。
5.有条件接收子系统(CAS)
有条件接收系统控制对用户所选择的节目进行加扰,并产生相应的EMM(授权管理消息)和ECM(授权控制消息),使机顶盒能进行相应的解扰。
6.CMTS与数字机顶盒
CMTS为符合DOCSIS标准的电缆调制解调器终端系统,数字机顶盒采用全功能数字机顶盒。
四机顶盒中视频点播客户端软件的实现
机顶盒的视频点播客户端软件包含三个任务:
节目选择任务、会晤控制任务、流控任务。
1.节目选择
用户进入视频点播应用后,首先运行节目选择任务,机顶盒与VOD应用服务器进行通信,获得VOD应用所提供的节目清单,随后,机顶盒等待用户的选择。
当用户选择了某个节目时,VOD应用服务器通过用户的操作了解到该用户选择了某个节目,然后将用户所选择的节目的标识发送给机顶盒。
2.会晤与资源管理
当机顶盒收到节目的标识后,会晤控制任务开始运行,机顶盒将发送建立会晤的请求,该请求中包含了机顶盒的标识、所在的网络位置、所选择的节目标识和会晤标识等信息。
前端在收到请求后,与连接管理服务器进行通信,在获得响应后,前端向机顶盒发送客户会晤建立确认消息来确认本次会晤的建立,机顶盒在收到确认后,再向前端发送客户连接请求来进行会晤连接,前端将向用户端发送服务器连接指示。
机顶盒收到的客户会晤建立确认消息中包含用户所选择节目将要使用的QAM方式、频率、符号率、以及MPEG传输流的节目号。
3.流控操作
机顶盒在收到客户会晤建立确认后,将启动流控任务。
机顶盒首先做好流控操作的准备,然后根据会晤建立所获得的频率、符号率、QAM模式以及节目号来调整调谐器、QAM解调器、MPEG解码器的参数,以正确地接收并解码所选择的节目。
五结语
视频点播是有线电视服务提供商最理想的服务方式,有线电视全功能数字机顶盒是实现视频点播应用最理想的客户端设备。
我们相信我国的机顶盒产业和视频点播的应用会蓬勃发展。
2、基于DVB-SI的数字有线电视机顶盒节目指南的设计实现
摘要本文介绍了电子节目指南信息的构成以及MPEG-2PSI和DVB-SI信息规范,提出了一种EPG信息的存储结构和节目数据库的生成方案,并据此讲述了如何在数字有线电视机顶盒中生成电子节目指南EPG。
关键词机顶盒MPEG-2PSI节目专用信息DVB-SI业务信息电子节目指南
1引言
目前数字电视已经进入快速发展阶段,与数字电视相关的业务也将大幅度增长。
当节目运营商将大量的节目信息通过有线网络提供给用户,用户在欣赏高质量节目源的同时如何才能方便快捷地找到这些业务或信息就成了开发者们需要解决的一个关键问题。
电子节目指南(EPG,ElectronicProgramGuide)正是为了方便用户对信息的获取而制作的运行于用户端综合接收解码器(IRD,IntegratedReceiverDecoder)的应用程序,它通过电视屏幕向用户提供由文字、图形、图像组成的人机交互界面,负责电视节目和各种业务的导航[1]。
用户通过电子节目指南,能够了解到节目的相关信息(包括节目时间、播放时间、内容梗概等),并且实现对节目的快速检索和访问。
EPG的形成依赖于节目播出前端将符合DVB(DigitalVideoBroadcasting)标准的业务信息(SI,ServiceInformation)插入到承载节目信息的传送流(TS,TransportStream)中,这些SI信息携带了EPG所需的全部数据。
2电子节目指南信息的组成和传输
电子节目指南信息(以下简称EPG信息)由两部分组成:
基本EPG信息和扩展EPG信息。
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、事件信息表EIT等进行描述的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,这些信息的入口采用EPG映射表EMT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EPG内容信息(XECI)。
一个EPG系统至少应该包括基本EPG信息[2]。
本文也仅就基本EPG信息进行论述。
“数据广播业务信息规范”中NIT、BAT、SDT、EIT和EMT表都被分成一个或若干个段(section)来表示,然后插入到TS包中。
段是一种用来把SI信息表和EPG信息表映射为TS包的语法结构,这些信息符合GB/T17975.1定义的专用段语法结构。
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,但这并不是必须的,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[3]。
3MPEG-2PSI节目专用信息与DVB-SI信息简介
在数字电视中,所有的音、视频信号和数据信息经过编码后,在进入传输系统前,必须按照MPEG-2标准打包,形成固定长度的TS包,包长为188字节或204字节。
对于这些长度相同的包,如果没有引导信息,IRD是无法找到所需要的码流的。
为此在MPEG-2标准中专门定义了节目专用信息(PSI,ProgramSpecificationInformation),其作用在于自动设置和引导IRD进行解码[4]。
PSI信息由以下四种表组成:
(1)节目关联表PAT;
(2)节目映射表PMT;
(3)网络信息表NIT;
(4)条件访问表CAT。
在实际应用中,解码器IRD要对某一路特定码流进行解码时,首先要找到PAT表,根据PAT表找到所需的节目及该节目对应的PMT表的PID。
PMT表中可能包含多个数字码流,每个码流都有一个唯一的PID与之对应。
如果要解码的是视频码流,则在PMT表中找到videoPID值,再从TS流中过滤出PID值与之匹配的TP包并送到视频解码器。
MEPG-2的PSI信息提供了相关节目组成和相互关系的信息,从而使得接收端IRD可以对多路传输流进行解析,但是这些信息在实际应用中仍显得不够,它不能提供节目的名称、节目的开始时间、持续时间及节目的附加信息等。
为此在DVB中扩展定义了SI业务信息。
PSI信息基本上都是与现行流(AS,ActualStream)相关的,而SI信息则可以包括不在现行流中的一些业务和事件信息,从而允许用户进行更多的选择和了解更多的其它业务信息。
与PSI定义的四种表不同,SI中定义了9种表,其中构成基本EPG信息的最重要的表是网络信息表NIT、业务描述表SDT和事件信息表EIT。
SI表传送的信息都是通过描述符(descriptor)的形式给出的。
每个描述符都以descriptor_tag(用于唯一标识descriptor的类型)和descriptor_length开始。
不同的描述符用于描述不同SI表中承载的信息[6]。
4系统介绍
本EPG系统是在STMicroelectronic公司所提供的机顶盒开发方案上实施的,其主控制芯片采用STi5518,内部集成有32位主CPU、专用DVB传输流解复用和解扰模块、MEPG-2音、视频解码单元、数字视频编码器及各种接口等。
与之配套的软件开发平台选用的也是该公司开发的STLite/OS20嵌入式操作系统,支持多任务、存储器管理、进程调度、定时器管理等实时特性。
该系统能实时接收用户通过遥控按键或前面板触发的交互信号,实现节目基本信息的浏览、节目列表的生成、节目之间的跳转以及节目预告信息的查询等。
5系统设计及实现
5.1EPG信息的存储结构
TS流里携带的EPG数据信息通过IRD接收以后都以树状链表的结构存储在PROG_INFO_STRUCT和TRANSPONDER_INFO_STRUCT这样两个结构中。
在本机顶盒有关节目操作的各项功能中,绝大部分都与节目数据库有关,比如自动节目搜索时,需要建立节目数据库,并为搜索到的节目在数据库中建立相应的数据单元,用于存储该节目的各种信息;
在切换节目时,需要根据不同节目中音、视频数据的PID值从而选择不同的码流进行音、视频解码等。
节目数据库主要来自PSI表的内容。
在具体的软件实现过程中,节目数据库的建立主要通过ParsePAT()、ParsePMT()两个函数来实现。
ParsePAT()函数调用的结果是得到有线传输系统中不同的节目PID,而ParsePMT则获取各个节目中音、视频码流的PID值。
5.2节目跳转的实现
系统响应用户在不同节目之间的切换时,需要将用户选定节目的音、视频码流从复用的多路节目码流中提取出来并分别送到音、视频解码器进行解码。
它依赖于硬件可编程传输接口(PTI,ProgrammableTransportInterface)来实现。
在系统生成的节目数据库结构中的stProgNo变量存储有转发器号TransponderId及节目的音、视频PID值。
5.3事件信息的获取
事件信息表EIT按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息。
(这里的事件相当于传统意义上的节目,而业务则指的是提供节目源的某个电视台,如业务“中央电视台-1”的事件“新闻联播”。
)EIT包含两种不同类型的表,分别为EITpresent/following(简称EITp/f)和EITSchedule(EIT-S)。
EITp/f给出了指定业务中当前和后一个事件的信息,而EIT-S则包含一周内或更长时间的节目预告信息。
任何构成EIT的eventinformationsection均在PID为0x0012的TS包中传输,它给出了业务中事件的名称、事件开始时间、持续时间及其他一些信息。
以下以EITp/f为例来讲述事件信息的获取方式:
在EITp/f中,每个业务service都用两个section分别来描述当前(present)和后续(following)信息,其中的sectionnumber为0的用来描述当前事件,而sectionnumber为1的section则用来描述后续事件。
在节目信息结构PROG_INFO_STRUCT中,定义了EVENT_INFO_BASIC类型的二维数组event_info_database[2]用来存放一个业务中的present和following事件的信息。
这些信息包括事件的名称、事件的开始时间、事件的持续时间。
事件的日期和时间在TS流里是按照MJD(ModifiedJulianDate,修正的儒略日期)+UTC(UniversalTimeCo-ordinate,通用时间坐标)的格式并以16进制的形式给出的。
在MJD+UTC和localMJD+localtime之间的转换可参照GY/Z174-2001来进行。
如TS流里的数据为0xCE1F005600010600,则转换以后得到的信息为:
该事件的播出时间为2003年5月8日,星期四,开始时间为00:
56:
00,持续时间为01:
06:
00。
而事件的名称则通过解析描述符short_event_descriptor来实现。
并将得到的信息存储在event_info_database结构中。
所有解析得到的信息最终都将存储在节目数据库中,提供给显示模块直接调用。
6结束语
真正完整意义上的EPG的功能是十分强大的,它不仅能提供节目表单和当前节目播放等基本功能,还可提供节目预定和家长分级控制等高级功能。
本文从实用的角度给出了一个基本EPG系统的实现方案。
另外我们也实现了EPG交互式应用中的SI增值业务如天气预报、新闻、股票数据等的接收,以菜单触发的形式提供给用户一个由文本和图形组成的反馈信息。
(作者:
王景存 王瑞胡 北京科技大学信息工程学院武汉科技大学信息科学与工程学院)
3、关于数字电视机顶盒的八个问题
在数字有线电视广播DVB-C平台中,数字电视机顶盒(SetTopBox,STB)是技术与营运问题最集中的关键,同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。
本文将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。
数字高清晰度电视(DigitalHighDefinitionTelevision,HDTV)是电视的一场革命。
其收视质量大幅度提高,大屏幕画面细腻逼真,并配以环绕音响,已接近目前视听娱乐业中顶级质量的电影。
凡是观看过数字高清晰度电视演示的人们,都会深信HDTV是每一个家庭在数字信息时代所应该拥有的、真正的“家庭影院”。
目前,国内数字电视的发展还处于起步阶段,数字卫星电视广播已采用DVB-S;
数字有线电视广播已采用DVB-C标准(行业标准);
数字地面电视广播标准制定工作正在进行,目前已有高清晰度电视总体组等单位提出的5套备选方案。
由于今年将有14个省市的数字有线电视网络试验播出,数字有线电视将在国内率先投入商业营运。
在数字有线电视广播DVB-C平台中,数字电视机顶盒(SetTopBox,STB)是技术与营运问题最集中的关键,同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。
下面将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。
问题一:
数字电视机顶盒的市场潜力有多大?
中国正形成一个宽带通讯产品的巨大消费市场,截至目前:
●中国已拥有超过3.4亿的电视机,居世界首位;
●中国已拥有超过9000万的有线电视用户,并且以每年600万的速度在增加;
●中国已拥有超过3000万的英特网用户、并且用户数目每年以200%以上的速度在增加,中国家庭的PC拥有量已超过200万,年增长率超过100%;
鉴于中国目前VCD和DVD产业的巨大发展,可以预见,一旦市场启动,CableModem、宽带网络、数字电视都将获得高速发展。
由于自身市场巨大,中国无意采用其它国家的标准(地面广播),这样可以避免支付高昂的知识产权方面的费用,并且有助于国内公司争得尽可能多的市场份额。
中国尽力制定自己的标准,这些标准包括地面HDTV、有条件接收、卫星传输,所有这些标准的实现都需要专用集成电路。
由于缺少先进的信号处理技术和高素质的芯片设计人员,至今这些产品都依赖进口。
由于国内数字电视及宽带产品市场的巨大发展以及本身芯片供应的不足,中国迫切需要能有国内公司推出符合自己标准的IC产品。
问题二:
为什么国内的有线数字电视广播还没有大规模投入营运?
国内的数字电视广播大规模投入营运必须具备以下条件:
●网络营运商完成网络基础设施和数字电视广播系统平台的构建。
●“内容为王”——必须有大量的专业数字频道,比如:
VOD,交互式电视节目,数据广播,信息,交互式网络游戏,电子商务等等。
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