（信号与信息处理专业论文）数字电视终端软件和mpeg7应用技术研究.pdf

摘要 近几年来，在全球范围内形成了日益增长的数字电视市场；我国以模拟技术 为基础的传统广播影视体制，正向以数字、网络技术为基础的新体制过渡，蕴含 着巨大市场空间的数字电视产业正在形成；国际上数字电视机顶盒产品不断推陈 出新，并拥有越来越广泛的用户。国内的众多数字电视终端产品开发单位都面临 新的机遇与挑战。 在这样的市场背景下，作者结合自己在机项盒产品开发项目中的任务，完成 了以下三方面的研究工作： ( 1 ) 基于m p e g 7 的p d r 高级功能的研究与设计； ( 2 ) 数字电视终端通用软件框架设计； ( 3 ) 数字电视相关产品( 信号源与机顶盒) 的丌发。 本论文的主要创新点为： 。 1 提出了基于m p e g 一7 的广告节目描述方案，实现了广告节目的个人化收视。 p v r 可以实现跳过节目中广告部分的功能，但这一功能会影响节目提供商的 广告收入，因此造成了节目提供商与p v r 用户的矛盾。本项研究麓够使广告 节目的播出和收视更有针对性，从而可以同时满足节目提供商与电视观众两 方面的要求。 2 提出了统一节目资源管理方案。该方案比现有的p v r 产品中采用的方案更符 合观众收视习惯。在该方案的基础上，实现了预约视频点播和预约节目录制， 比现有方案的实现效率更高。 3 向数字电视中间件标准的实现方案中增加了m p e g 7 描述信息解析模块，可 支持未来各种利用描述信息实现的高级应用。 关键词：个人数字录像机、m p e g 7 标准、描述信息、中间件 a b s t r a c t r e c e n t l y ，t h eg l o b a lm a r k e to fd i g i t a lt v h a sb e e ng r o w i n g u pr a p i d l y i nc h i n a t h e t r a d i t i o n a la n a l o gt vb r o a d c a s t i n gs y s t e mi s t r a n s i t i n gt ot h en e ws y s t e mb a s e do n d i g i t a la n d n e t w o r kt e c h n o l o g i e s t h en a t i o n a ld t v i n d u s t r yt h a th a sav a s tm a r k e ti s c o m i n gi n t ob e i n g i nt h ew o r l d ，t h ep r o d u c t so fd t vs e t t o pb o xw e e dt h r o u g ht h e o l dt ob r i n gf o r t ht h en e wa n dg a i nm o r ea n dm o r eu s e r sw i t hd i f i e r e n tb a c k g r o u n d s a sar e s u l t i no u r c o u n t r y t h e m a n u f a c t u r e r s c o m p a n i e s a n ds c i e n t i f i c & t e c h n o l o g i c a lc i r c l e sb e i n ge n g a g e di nd e v e l o p i n gd t v t e r m i n a lp r o d u c t s ，a r ef a c e d w i t hn e w o p p o r t u n i t i e s a n d c h a l l e n g e s a g a i n s tt h i sm a r k e tb a c k g r o u n d ，a c c o r d i n g t ot h ej o bi nt h es t b d e v e l o p i n gp r o j e c t ， t h ea u t h o rc o m p l e t e dt h ew o r k si nt h ef o l l o w i n gt h r e ea s p e c t s ( 1 ) d e s i g n o f t h ea d v a n c e df u n c t i o n sf o rp d rb a s e do nm p e g 一7s t a n d a r d ( 2 ) d e s i g no f t h eg e n e t i cs o f t w a r ef r a m e w o r kf o rd t vt e r m i n a l s ( 3 ) d e v e l o p m e n t o fd t vr e l a t e dp r o d u c t s ( m p e g 一2t s g e n e r a t o ra n ds t b ) t h r e em a i ni n n o v a t i o n si n t r o d u c e di nt h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s 1a d e s e r i p t i o ns c h e m eb a s e do nm p e g 一7f o rc o m m e r c i a la d v e r t i s i n gp r o g r a mi s p r o p o s e da n dt h ep e r s o n a l i z e dv i e w i n g o fa d v e r t i s e m e n t si sr e a l i z e d p v rc a n h e l p v i e w e r st os k i pt h ea d v e r t i s e m e n t si nt vp r o g r a m s h o w e v e r t h i sf u n c t i o nw i l l d e c r e a s et h e i n c o m i n g o ft h eb r o a d c a s t e r sf r o m a d v e r t i s i n g i t i n v o k e st h e c o n t r a d i c t i o nb e t w e e nb r o a d c a s t e r sa n dp v ru s e r s t h es c h e m es t u d i e dm a k e st h e b r o a d c a s t i n ga n dv i e w i n go f a d v e r t i s e m e n t sa c h i e v e r e s p e c t i v ea i m sw e l la n dm e e t t h ed e m a n d so fb o t ht h eb r o a d c a s t e r sa n dv i e w e r s 2 au n i f i e dp r o g r a mr e s o u r c em a n a g i n gs c h e m ei sp r o p o s e d i ta c c o r d sw i t hv i e w e r s h a b i t sb e t t e rt h a nt h ec o r r e s p o n d i n gs c h e m e sc u r r e n t l yu s e df o rp v r p r o d u c t sd o s c h e d u l e dv i d e o o n d e m a n da n ds c h e d u l e dr e c o r d i n gt h a ta r eb a s e do nt h es c h e m e a l s oh a v eb e t t e rp e r f o r m a n c e st h a l lt h a to f t h ee x i s t i n gs c h e m e s 3 a nm p e g 7m e t a d a t ap a r s e ri sd e s i g n e da n ds u p p l e m e n t e dt ot h ei m p l e m e n t a t i o n o fd t vm i d d l e w a r es t a n d a r d i tw i l ls u p p o r tf u t u r ea d v a n c e da p p l i c a t i o n sb a s e do n m e t a d a t a k e y w o r d s ：p e r s o n a ld i g i t a lr e c o r d e r , m p e g 一7 ，m e t a d a t a ，m i d d l e w a r e 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导l 、进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫洼盘生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。 学位论文作者签名： 马j l 签字日期： 2 d 。3 年g 月6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘洼基生有关保掣、使用学位论文的规定。 特授权吞洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 昌卫 导师签名 签字日期：1 噼8 月6 日 签字日期：，一年扩 月日 绪言 1 国际数字电视的发展 绪言 近几年来，数字电视在全球范围内得到了快速发展。 欧洲的d t v ( 数字电视) 从1 9 9 8 年底以后有了突破性发展，其中英国和瑞 典除已有卫星和有线d t v 外，又开播了地面d t v ；15 个欧盟国家中，除比利 时和卢森堡外，其余1 3 个国家都有卫星d t v 广播；除芬兰、希腊、爱尔兰、卢 森堡、葡萄牙外，其余1 0 个国家都有有线d t v 广播。几乎所有的欧洲卫星电视 频道都是按d v b s 标准广播。到1 9 9 9 年6 月，近5 0 0 0 万有线终端升级为数字 传输，占有线覆盖家庭的6 5 。以英国为例，根据n t l 的估计，到2 0 0 4 年，英 国卫星d t v 用户为7 0 0 万，有线d t v 用户为1 2 0 0 万，地面d t v 用户为3 0 0 万。 到1 9 9 9 年末，欧盟共有约4 0 0 个d t v 频道，主要是1 6 ：9 格式d t v 、p p v ( 付费观看) 和n v o d ( 准视频点播) 节目，同时有许多分类节目频道。电子 节目指南、电子商务、电视银行、信息和新闻、游戏、电视电子邮件、电视互联 网接入和交互电视等业务得到了广泛的应用。 2 0 0 1 年1 1 月，f c c ( 美联邦通信委员会) 在首次的定期审议原定的d t v 过 渡计划时，否定对它作任何延迟，并认为过渡正在顺利进行。到2 0 0 2 年5 月1 5 日为止，美国在1 2 5 个城市或地区，共有4 1 5 个电视台发送地面d t v 信号，其 中3 4 为数字高清晰度电视，已经覆盖8 6 4 7 的美国电视家庭。到2 0 0 2 年2 月， 美国d t v 卫星直接广播d i r e c t v 用户数1 0 9 6 万，e c h o s t a r 用户数7 1 0 万，占全 球数字电视d t h ( 直接到家庭) 用户的4 0 以上。目前两者都发送额外收费的 数字h d t v 节目。美国各大有线电视运行商都已经向用户提供h d t v 配套节目。 2 0 0 2 年4 月4 日，f c c 新任主席向美国众议院“能源和商务委员会”主席 提交重要信件，标题为“数字电视计划”，附件标题为“关于工业界自愿加速数 字电视过渡的各种行动之建议”。在2 0 0 2 年4 月上旬的n a b ( 美全国广播业者 协会) 会议上，美国n a b 和c e a ( 美消费电子协会) 的负责人都高度赞扬和全 力支持f c c 主席的这项名义上是自愿的计划。5 月中旬的a t s c 年会上，n a b 主席和n c t a ( 美国家有线电视协会) 主席发言，明确表示支持该项计划。有线 电视工业界积极响应f c c 主席的计划，已有1 0 家最大的有线电视运行商( 共拥 有6 0 0 0 多万用户) 参与自愿的承诺。 日本是世界上最早开始h d t v 广播( m u s e 制模拟电视) 的国家，h d t v 绪言 对于推动日本d t v 市场起到了重要作用。1 9 9 6 年6 月p e r f e c t t v 用c s 卫星开 始卫星d t v 广播，2 0 0 0 年1 2 月，开始用b s 卫星进行广播，共有7 套h d t v 节目、3 套s d t v 节目和7 套数据广播。根据b p a ( 国际著名的专为市场、媒体 和信息行业提供审计资料的公司) 在2 0 0 1 年6 月的估计，到2 0 0 3 年1 2 月1 日， 卫星d t v 的用户总数将超过1 0 0 0 万。1 9 9 9 年6 月，日本m p t ( 邮政与电信部) 开放有线电视行业，使外国投资能够进入日本有线电视。日本的有线d t v 到2 0 0 1 年3 月已拥有1 0 4 8 万用户。日本计划到2 0 0 5 年有线电视全部采用光纤，到2 0 1 0 年完成所有有线网的数字化改造。日本的地面d t v 广播( 采用i s d b t 标准) 计划于2 0 0 3 年在东京、大阪和横滨开始。m p t 计划最晚在2 0 0 6 年前完成全国 覆盖，主要播放h d t v 节目。计划到2 0 1 1 年关闭模拟电视。为了帮助地面传输 的升级，日本政府宣布将在地面广播行业投资2 0 0 0 亿日元。 韩国于2 0 0 1 年1 0 月启动了数字电视的地面广播( 采用a t s c 制) ，并拟于 2 0 1 0 年年底前停止模拟电视广播。2 0 0 2 年3 月1 同启动卫星数字广播( d v b s ) ， 数字有线电视广播在2 0 0 2 年底开始商业运行( o p e nc a b l e ) 。在2 0 0 2 年，1 4 0 0 万户家庭共拥有5 7 万台数字电视机。 新加坡于2 0 0 1 年9 月开始了交互电视的试播。 加拿大自从2 0 0 1 年秋季推出5 0 个数字电视频道之后，收看数字电视频道的 观众迅猛发展，到2 0 0 2 年第三季度其数字电视订户已经激增至2 9 0 万户。 南美国家巴西通过对欧洲、美国和日本数字电视标准的测试，决定采取日本 的地面数字电视标准i s d b - t 。 除此之外，澳大利甄以及中国的台湾、香港地区也分别制定了模拟电视广播 转数字的时间表，对数字电视技术进行了积极的探索【2 j 根据w i p r o 的研究和估计，至2 0 0 1 年底，全球地面数字电视观众从2 0 0 0 年 的2 0 0 0 万上升到4 0 0 0 万，其中西欧占6 2 ，北美占1 8 ，亚太占1 0 ，拉丁 美洲占5 ；有线数字电视用户从2 0 0 0 年的2 8 亿增加到3 亿，预计到2 0 0 5 年 会达到3 8 亿：有线宽带业务用户达到1 2 0 0 万，比2 0 0 0 年增长7 l ；c a b l em o d e m 的数量已达到1 2 2 0 万，年业务收入达到6 1 亿美元，估计到2 0 0 5 年c a b l em o d e m 的数量将达到3 3 0 0 万，年业务收入将达到1 4 0 亿美元。在d t v 业务中，卫星业 务占7 1 ，有线占2 1 ，地面占5 。估计到2 0 0 5 年全球将有6 2 5 亿观众。根 据o v n m ( 一家科技研究顾问公司) 的估计，d t v 市场将达到1 0 0 0 亿美元，电 视收视费、视频游戏和以电视为基础的信息业务的年收入将超过6 0 0 亿美元，其 中电视商务的年收入将达到4 5 0 亿美元p j 。 可以看出，各国政府的相关政策对数字电视及其市场的发展都起到了关键的 推动作用。 绪言 2 我国数字电视的发展 我国有关部门拟定的数字电视发展时间表为：2 0 0 5 年卫星传输全部实现数字 化，有线电视网及省级以上台基本实现数字化，全国将有四分之一左右的电视台 发射和传输数字电视信号：2 0 1 0 年，广播影视节目制作、播出以及卫星、有线 传输实现数字化，地面电视基本实现数字化，数字电视接收机得到普及，东部相 对发达地区将普及数字电视并逐步推广至中西部；2 0 1 5 年停止模拟电视的播出， 完成模拟向数字的过渡，全面实现数字化。 我国以模拟技术为基础的传统广播影视体制，将全面向以数字、网络技术为 基础的新体制过渡，广播影视数字化、网络化进程将明显加快。根据我国广播影 视的实际情况和基本国情，我国确定了数字电视耍从有线切入的发展策略。有线 电视拥有9 0 0 0 万用户，是我国最普及的信息载体之一，是我国信息化基础设施 的重要组成部分。有线数字电视的发展，将拉动中国信息产业发展和民族工业的 发展【4 1 。 为了推动我国数字电视发展与产业化进程以及为今后广播影视数字化、网络 化的全面推进奠定基础，广电总局制定了数字电视先试验，后推广的发展计划。 我国有线数字电视试验工程自2 0 0 1 年1 1 月全面启动，参加试验的有北京、天津、 上海、重庆、广东、四川、福建、浙江、湖南、山东、山西、辽宁、江苏共1 3 个省( 市) 。2 0 0 2 年试验范围进一步扩大，参加试验的城市已经扩展到了1 9 个 省，覆盖全国8 4 个城市，有线数字电视试验正在向更深更广的方向发展。 2 0 0 1 年，中央电视台投资一亿多元，搭建了有线数字电视试验技术平台和节 目平台。同年1 1 月1 1 日，以全国九运会为契机，由中央电视台提供的数字交互 式体育节目信号，成功地通过国家光缆干线网以及部分省级干线网进入了参加试 验的1 3 个省市的本地有线网用户。在2 0 0 2 年的冬奥会、世界杯足球赛以及亚运 会期间，中央电视台进一步改进和提高了交互式体育节目的制作水平，向广大球 迷展示了数字电视的强大魅力峥j 。 2 0 0 1 年7 月1 日，国家广电总局颁布了有线数字电视广播系统信道编码与 调制规范行业标准；在此基础上，广电总局又相继组织制订了数字电视广播 业务信息( s i ) 规范、数字电视广播条件接收系统( c a ) 规范两项重要的 广播影视行业标准化指导性技术文件，有效推动了我国有线数字电视的发展。 我国的广电机构的整合也在取得较大进展。随着台网分离的完成，在骨干传 输网和地方分配网的运作上由于有体制改革作为保障，在网络传输上正在形成全 国上下统一的“一张大网”格局；又一批广电集团在各地相继成立；“四级办电 视”的格局正逐渐向“三级办电视”转变。 国家广电总局把2 0 0 3 年定为网络发展年和广播发展年，2 0 0 3 年广电科技创 绪言 新和事业发展的首要任务是建立有线数字电视技术新体系，具体任务是：加快建 立中央、省( 市) 级数字电视节目平台、服务平台和监管、结算平台；完善传输 平台，逐步实现用户端的数字化，力争有线数字电视用户达到1 0 0 万户；继续推 进本地有线电视网的宽带化、光缆化和双向改造，首先在省会市、计划单列市实 现一个光节点带5 0 0 个用户的目标；确定用户管理系统( s m s ) 、电子节目指南、 业务信息以及机顶盒中间件等关键技术。广电总局还提出大力推广基本型( 广播 式) 有线数字机顶盒，以降低机顶盒进入家庭的门槛，以利于培养市场 2 1 。 我国的数字电视产业是国内最具市场发展潜力的产业之一，蕴含着极其巨大 的市场空间。仅考虑更新电视接收设备一项，我国市场现有模拟电视3 4 亿台和 9 0 0 0 万有线电视用户，有关人士推断，如果中国模拟电视向数字电视过渡需要 1 0 年时间，每年将有1 0 的模拟电视机被数字电视机取代，或用机顶盒过渡； 以平均每台电视5 0 0 0 元人民币计，将创造上万亿的巨大市场。数字电视产业不 仅仅包括数字电视接收机，还包括数字电视信息内容制作、电视运营商和数字信 息内容传播网络在内的产业链环节，其巨大的市场机遇是不言而喻的，为网络运 营商、节目提供商、技术开发商和设备制造商提供了无限商机。 数字电视机顶盒的发展趋势 美国和欧洲的数字电视广播技术相当发达，提供了各种各样的数字电视业 务，因此市场上的数字电视机顶盒已从单纯实现数字电视接收的产品进化为充分 体现出网络化、个人化、智能化特征的高度集成的综合性产品。 首先出现的是p v r ( 个人视频录像机) ，也称为p d r ( 个人数字录像机) 。 p v r 最重要的功能是时移功能( t i m e s h i f t i n g ) ：用户在收看电视节目时，如果 因事要离开，可以按下“暂停”键，p v r 会录制正在播出的内容；用户回来后 可以按“继续”键，观看在离开的这段时间里播出的节目；由于同时p v r 仍在 录制节目，用户还可以通过快进播放赶上电视台播出的进度。p v r 远非仅仅实 现了硬盘录像的功能，由于有节目指南信息的支持，用户录制节目和查找节目的 过程变得非常简便。p v r 还能够利用节目的描述信息为用户提供个人化的服务， 例如提醒用户近期将要播出由用户喜欢的某演员主演的电视剧。 1 9 9 9 年，有两种p v r 产品开始在美国销售，分别是t i v b ( 由p h i l i p s 和 s o n y 制造) 和r e p l a yt v ( 由p a n a s o n i c 制造) 。后来m i c r o s o f t 也推出了名为 u l t i m a t e t v 的p v r 产品。2 0 0 0 年秋，德国出现了s e l e x x ，这是g r t m d i g 公司用 a x c e n t 的技术推出的p v r 产品。2 0 0 0 年秋，t i v o ( 以t h o m s o n s c e n i u m 的商标) 在英国销售。s k y ( 天空电视台) 在2 0 0 1 年推出用于接收自己的卫星广播业务的 p v r ( 由p a c e 制造) 。还有越来越多的制造商准备推出具备p v r 功能的机顶盒【6 j 。 绪言 在英国销售的n v o 产品可兼容模拟与数字地面广播、数字卫星广播和模拟 与数字的有线广播。机顶盒带有p a l 制高频头，还提供了s c a r t 插座，可与数 字地面或数字卫星机顶盒、v c r 相连，也可通过u h f 输入接口与天线或是模拟 有线机顶盒连接。t i v 0 可通过红外线发射器控制其它机顶盒。即使是接收数字 业务，t i v o 的输入、输出也都是模拟信号，为了把节目储存到硬盘上，t i v o 需 要把模拟信号转成数字信号，然后对其进行m p e g - 2 编码。t i v o 带有4 0 g b 的 硬盘，可保存基本质量的约4 0 小时的被压缩节目，或保存高质量的约1 2 小时的 被压缩节目。t i v o 需要每天通过电话网络下载支持其工作的数据，如节目播出 日程表等。 p v r 正在改变人们收看电视节目的方式，也给传统的电视广播模式带来了巨 大的冲击。p v r 用户不再受制于电视台的节目播出时间表，甚至可以跳过节目 中的广告。另一方面，越来越多的有线节目提供商都担心这种能够跳过广告的 p v r 设备的普及将伎他们失去广告商。出于这种顾虑，a o l 时代华纳便没有为 其推出的光缆有线机顶盒安装手动跳过广告的功能。 新一代的机顶盒产品融合了p v r 、c a b l em o d e m 、d v d 播放机胲0 录机、网 络集线器等设备的功能，被称为家庭多媒体网关，或家庭服务器、数字网络中心， 等等。 不同厂家推出这类产品的目的是在单一设备上满足所有的家庭娱乐需求。不 同的家庭多媒体网关产品普遍具备的功能有：从电视广播、互联网、用户个人的 c d 收藏中录制音频、视频或是储存图片；储存和播放视频游戏；将用户所有的 媒体文件以便于浏览的方式管理，并可按用户要求进行重放，还提供了暂停、快 退和各种快进与跳过功能【”。更接近于服务器的产品还具有控制各种网络家电和 让用户通过移动电话或互联网访问家中的各种媒体设备的功能。 家庭多媒体网关的标准配置包括大容量的硬盘、c d d v d 播放器、电视调谐 器，用于连接数码相机、数字视频和高速数据的输入接口，再加上c a b l e m o d e m 或d s l m o d e m 。 在2 0 0 1 年美国的消费电子大展( c o n s u m e r e l e c t r o n i c s s h o w ) 上，m o ) 【id i g i t a l 展出了名为媒体网络中心( m e d i ac e n t e r h u b ) 的产品。该产品拥有p v r 、c d d v d 播放器和无线家庭网络。m i c r o s o f t 和a p p l ec o m p u t e r 分别展出了各自的基于计 算机的数字网络中心。 i b m 、p h i l i p s 、p i o n e e r 、m o t o r o l a 、m o x id i g i t a l 、m e t r ol i n k 、c i r r u sl o g i c 等厂商都有具体的家庭多媒体网关产品的开发计划。日本的p c 制造商如s o n y 、 n e c 、s h a r p 、t o s h i b a 、f u j i t s u 等都在家庭服务器领域展开了激烈竞争。 家庭多媒体网关产品因为其主要部件集成度的提高而降低了硬件成本，在 绪言 2 0 0 2 年下半年产品的价格约为$ 2 5 0 $ 5 0 0 。p a c e 对世界机顶盒和c a b l em o d e m 的 发展作了短期预测，估计对有综合功能的机顶盒的需求将高于对仅有基本功能的 机顶盒和单独的c a b l em o d e m 的需求。据s h a r p 公司的估算，到2 0 0 5 年，家 庭服务器用户将达5 0 0 万。 4 论文的研究内容 如前所述，国内外数字电视的快速发展和市场的形成以及数字电视机顶盒技 术的不断进步，为国内的众多数字电视终端产品开发单位创造了新的机遇与挑 战。在这样的研究背景下，作者结合自己在课题组开发项目中承担的任务，进行 了以下三个方面的研究工作： ( 1 ) 基于m p e g 一7 的p d r 高级功能的研究与设计： 首先，通过对m p e g 一7 标准及其提供的各种描述工具的研究，以及对国外机 项盒技术与市场的跟踪，明确了m p e g 7 标准在数字电视领域中的应用方向； 然后，提出了多项基于m p e g 一7 的描述方案，用于实现新的p d r 高级功能， 包括实现基于内容的节目导航功能的新闻节目描述方案与广告节目描述方案，支 持网络发布的节目预告描述方案，用于解决不同设备间硬件资源共享问题的 v o d 节目单描述方案、频道资源描述方案、预约时间表描述方案和用户环境设 置描述方案； 最后，通过模拟实验证明了论文提出的各方案的可行性，并展示了这些方案 的应用前景。 ( 2 ) 数字电视终端通用软件框架设计： 研究并比较了数字电视中间件的国际标准( d v bm h p ) 与我国正在制订中 的中间件标准的结构与特点，提出了一种数字电视终端通用软件框架，用于实现 数字电视终端产品的快速开发。该框架正实际应用于项目的软件开发。 在论文提出的通用软件框架的基础上，设计了条件接收、绘图、嵌入式 m p e g 7 描述信息解析、s i 解析等功能模块，并对节目数据库管理软件进行了深 入研究，提出了一种可以高效存储节目信息的新型集合，以及统一的节目资源管 理方案。以上各方案均得到了实验验证。 f 3 1 数字电视相关产品的开发： 作为主要设计研究人员，参加了h d t v s d t v 节目传输流播放机的研制工 作，该成果已产品化并取得了实际的经济效益。 另外，作为项目软件部分的技术负责人，还参加了b c m 7 1 0 0s d t v 机项盒 的开发项目，已研制出可供演示的样机。 绪言 本论文的主要创新点有： ( 1 ) 提出基于m p e g - 7 的广告节目描述方案，实现了广告节日的个人化收视。 p v r 可以实现跳过节目中广告部分的功能，而这一功能会影响节目提供 商的广告收入，所以造成了节目提供商与p v r 用户的矛盾。本项研究能 够使广告节目的播出和收视更有针对性，从而可以同时满足节目提供商 与电视观众两方面的要求。 ( 2 ) 提出了统一节目资源管理方案。该方案比现有的p v r 产品中采用的方案 更符合观众收视习惯。在该方案的基础上，实现了预约视频点播和预约 节目录制，比现有方案的实现效率更高。 ( 3 ) 向数字电视中间件标准的实现方案中增加了m p e g 一7 描述信息解析模 块，可支持未来各种利用描述信息实现的高级应用。 5 论文的内容安排 本论文进行了数字电视终端软件和m p e g 一7 应用技术的研究以及相关数字 电视产品的开发，论文按研究内容分为三个部分进行阐述。 第一部分包括第一章至第三章，说明基于m p e g 一7 的p d r 高级功能的研究 与设计。 第一章为m p e g - 7 标准概述，介绍了m p e g 7 标准的应用范围和各部分内容 概况，并对标准的系统部分与多媒体描述方案部分作了进一步介绍，晟后介绍了 文本格式m p e g 7 描述信息的解析程序设计方法。 第二章提出了多种新型m p e g 7 描述方案，分析了描述方案的应用环境，并 与现有方案进行了比较。 第三章在p c 平台上设计了数字电视发送端和接收端的软件，应用第二章提 出的m p e g 一7 描述方案模拟实现了p d r 的高级功能。 第二部分包括第四章至第八章，说明数字电视终端通用软件框架的设计。 第四章介绍了数字电视机顶盒硬件与软件的构成，分析了各种机顶盒的成 本，给出了机顶盒硬件与软件的一般模型。 第五章介绍了数字电视中间件的发展过程，并重点介绍了d v bm h p 中间件 标准。 第六章提出了数字电视终端通用软件框架模型，介绍了面向对象的模块设计 方法，对条件接收技术和j a v a 绘图技术进行了研究，并设计了相应的功能模块 和s i 处理模块、m p e g 一7 描述信息解析模块。 第七章对节目数据库管理软件进行了研究，提出了一种可以高效存储节目信 息的新型集合和统一的节目资源管理方案，并进行了实验验证。 绪言 第八章介绍了数字电视终端通用软件框架在实际的机顶盒开发项目中的应 用情况。 第三部分包括第九章和第十章，介绍作者参加并已完成的数字电视相关产品 开发项目的成果。 第九章介绍了h d t v s d t v 节目传输流播放机的结构、工作原理及软件、硬 件设计。 第十章介绍了一种数字s d t v 机顶盒的结构与功能。 第一部分 基于m p e g 一7 的p d r 高级功能的研究与设计 第一章m p e g 7 标准概述 1 , 1 简介0 8 、9 】 第一章m p e g 一7 标准概述 m p e g - 7 的正式名称为多媒体内容描述接口，它是m p e g 继制订m p e g 一1 、 m p e g - 2 、m p e g 一4 标准之后制订的又一个i s o i e c 标准。m p e g 7 己于2 0 0 1 年 9 月被采纳为国际标准i s o f i e c l 5 9 3 8 。 m p e g 一1 、m p e g - 2 、m p e g 一4 专注于音视频内容的编码与重现，而m p e g 7 专注于对多媒体内容的描述。m p e g 7 可以说明像图形、图像、视频、音频、语 音以及它们的结合体等不同形式对象的内容。m p e g 。7 是对已有的m p e g 标准 集的有力补充，而且还可应用于已有的许多格式，包括非m p e g 的格式以及非 压缩的格式。 制订m p e g 一7 标准的动机是为了适应技术、市场和用户需求的发展趋势。随 着生成、数字化、发布音视频内容的工其( 如扫描仪、数码像机、数字摄像机、 c d 、d v d 等) 的大量增长，数字多媒体内容的数量越来越庞大。因此，对那些 用于分类、搜索、过滤和管理音视频内容的工具和系统的要求也变得更为苛刻。 这些解决方案对于终端用户和内容或业务的提供商来说都非常重要。为了达到最 大的互操作性和支持新的应用，m p e g 7 试图成为一个具有互操作性的接口。 m p e g 7 定义了各种描述工具的语法和语义，每种工具可用来设计特定的或通用 的形式( 如音频、视频或多媒体) 、方面( 媒体、描述的、结构上的、语义的) 或应用( 搜索引擎、过滤器代理、导航) 。 m p e g 7 最终的目标和动机是给那些用于生成、管理、发布和使用音视频内 容描述的系统和应用提供互操作性。这些对流式或存储的媒体的内容描述可以帮 助用户或应用( a p p l i c a t i o n ) 识别、重获或过滤音视频信息。 m p e g 一7 可支持很广泛的应用，主要有以下几个方面： 多媒体按照用户的喜好和使用记录来生成定制的节目指南或播出的 音视频内容的概要： 存档为单独的音视频内容的元素或是整个音视频内容的集合生成描 述信息，并可在内容的所有者、汇集者和使用者之间无需转换地交换内 容与相应的描述信息； 调整通过与用户的喜好、可用资源以及内容描述信息相匹配，在资 源受到限制的环境中对多媒体流进行滤波和变换： 音乐音频一一在键盘上敲几个音符就可列出包含与这几个音符匹配的 旋律的音乐作品； 图形画几条线就可找出包含相近图形、徽标或符号的图像； 第一章m p e g 7 标准概述 运动对于给定的一组视频对象，通过描述运动以及对象之间的联系， 就可得到满足条件的动画或视频剪辑； 剧情对给定的段音视频内容，描述一个情节，就可找到有类似情 节发生的片段。 为了能够处理如此广泛的应用，m p e g 7 提供了几种标准化的元素，包括描 述符、描述方案，描述定义语言和用于说明系统级别的事项的规定。其中，描述 符定义了音视频内容的语法和语义特征，m p e g 一7 对不同级别的抽象进行了说 明。描述方案可由描述符或其它的描述方案构成，描述方案指定了这些构成部分 相互关系的结构和语义。m p e g 7 既提供了与内容的特征相对应的描述符和描述 方案，也提供了与音视频内容的生成、生产、管理和访问有关的描述符和描述方 案。m p e g 一7 的描述定义语言允许用户将m p e g 7 提供的标准工具级进行扩展， 应用于特定领域。 m p e g 7 可以在不同的感知和语义的级别上描述音视频内容，一般来说，低 级别的特征( 如颜色和结构性特征) 可由程序自动提取，而高级别的特征，尤其 是语义信息，需要更多的人的交互或是由人或代理进行文字注释。 l m p e g 一7 i l 梦垡佳自煎梦一f 图1 - 1m p e g 7 标准的范畴 一个m p e g 7 处理过程包括从内容中提取描述信息，生成符合m p e g 7 标准 的描述信息以及利用描述信息进行进一步的处理，如图1 1 所示。为了使应用有 最大的灵活性，m p e g 7 并未规定如何提取描述信息或如何利用这些描述信息， 而只是规定了描述信息的格式，这样可以保证不同应用之间的互操作性。 m p e g 7 描述信息可以在物理上与相关的音视频内容处于同一个数据流或同 一个存储系统中。不过，描述信息只要能与相关的音视频内容有效关联，也可以 位于任何其它地方。 m p e g 一7 标准分为以下八个部分： f 1 ) 系统，规定了系统层的功能，如为了高效的传输存储而生成不同形式的 m p e g 7 描述信息，内容与描述信息的同步，设计符合规范的解码器： f 2 1 描述定义语言，是在x m l 大纲语言的基础上扩展而成的标准化的语言， 用于定义新的描述符和描述方案，以及扩展或修饰已有的描述符和描述 第章m p e g 一7 标准概述 方案； ( 3 1 视频( v i s u a l ) ，规定了一套标准化的描述可视特征的描述符与描述方案； ( 4 ) 音频，规定了一套标准化的描述音频特征的描述符与描述方案； ( 5 ) 多媒体描述方案，规定了一个高级别的框架，可以对所有类别的多媒体 内容( 包括音频、视频和文字性的数据) 进行通用性描述； ( 6 ) 参考软件，提供了对m p e g 一7 标准相关部分的参考实现，称为实验模型 ( x m ) ： ( 7 ) 一致性规定( c o n f o r m a n c e ) ，提供了对m p e g 一7 的实现进行一致性测试 的指导原则和步骤； r 8 、描述信息的提取和使用，以技术报告形式提供的关于某些描述工具的提 取和使用的参考性材料，目前正在开发中。 因为本课题的研究内容是如何利用m p e g 一7 为p d r 提供高级应用，主要涉 及标准的系统部分与多媒体描述方案部分，所以下面的两小节将分别对这两部分 作进一步介绍。 1 2m p e g 7 系统部分l l o 、1 1 在m p e g 一1 与m p e g 2 标准中，系统仅仅指整体结构、复用以及同步。 m p e g 一4 的系统还涵盖了交互式场景描述、内容描述和可编程性。m p e g - 7 的系 统层包括重现描述信息的语言、描述信息的二进制表示、将描述信息单独发送或 与音视频内容一起发送。 m p e g 一7 系统必须满足以下几个方面的需求： 发送：描述信息应当能通过各种传送和存储协议来发送。在数据流式的 发送协议中，描述信息需分段传送，这也要求定义可用来把多个描述信 息嵌到单一的数据流中或是把描述信息和相关的内容嵌到同一个数据流 中的复用工具； 同步：为了使接收到的描述信息能够与内容在时间上同步，描述信息的 时间标记应当有精确的定义； 码流的管理：为了使应用( a p p l i c a t i o n ) 能够利用音视频内容以及描述信 息，需要定义一些机制( 如数据的定位、数据类型的识别、数据元素之 f 司的依赖关系、描述信息与内容的关联、数据的知识产权信息的访问等) ： 语言：需要定义重现描述方案的语言。m p e g - 7 规定的描述定义语言满 足了这一需求； 二进制与动态描述信息的重现：在有些环境下，m p e g 一7 描述信息需要 压缩后分段传送，而且应当不必重建成文本形式就可使用。 第一章m p e g 7 标准概述 m p e g 7 定义了描述信息的二进制格式( m p e g 7b i m ) 。b i m 是m p e g 一7 描述信息经过压缩的、可以流式传输的形式，与用描述定义语言定义的文本形式 的描述等价。应用也可以直接使用b i m 的内容而不需要将其转换成文本格式。 一般可将能够使用m p e g 7 规定的描述信息的实体称为“终端”，终端既可 以是一个独立的应用，也可以是某个应用系统的一部分。m p e g 一7 终端的整体结 构如图1 2 所示。 图1 - 2m p e g 一7 系统结构 终端结构的最底层是传输存储介质，介质是指传送结构的网络和存储层以下 的部分。介质层把复用的数据流传送给发送层。m p e g - 7 描述信息可以通过各种 发送系统传输，例如m p e g 一2 传输流、互联网协议、m p e g 一4 文件或码流。m p e g 已制订了在m p e g 2 系统中以及在m p e g 一4 内容中传送m p e g 7 数据的规范 1 2 】。 m p e g 7 终端不仅可以传送下行流数据( 由服务器至客户) ，也允许数据由 4 第一章m p e g 7 标准概述 终端回传给发送方或服务器。这种类型的数据称为上行流数掘，通常是用户进行 查询操作或是按服务器要求输入信息。 发送层含有对描述信息进行同步、帧划分和复用的机制。m p e g 7 描述信息 可以和所描述的内容一起发送或分别发送。 发送层对输入数据进行解复用后，输出一组基本流。在m p e g 7 的基本流中 包含有关m p e g 一7 描述信息、定义描述信息的大纲( s c h e m a ) 以及( 可能有) 多媒体内容本身的信息片段。其中，大纲数据流定义了m p e g 7 描述信息的结 构( 如果应用已知定义描述信息的大纲，则不需传送该部分) ，描述信息流可能 是完整的m p e g 7 描述信息，或是其中的片段。 m p e g 7 基本流由连续的、可单独被访问的数据部分组成，这些数据部分称 为访问单元。访问单元是可拥有用于码流同步的时间信息属性的最小的数据实 体。 在压缩层，访问单元的流被解析并重新构建成m p e g 7 描述信息。m p e g 7 描述信息的二进制数据流可以由b i m 解析器解码并转换成文本格式供进一步处 理，但转换成文本格式的这个中间步骤不是必需的，二进制数据流也可以由b i m 解析器转换为其它适当的格式用于重新构建。 m p e g 一7 描述信息被重新构建后，应用便可以访问这些信息，同时也可能访 问多媒体内容的基本流。 1 3m p e g 7 多媒体描述方案部分m 1 4 1 m p e g 7 的描述方案主要用于描述较高级的音视频特征( 如区域、片段、对 象、事件等) 以及其它与内容的创作、