（信号与信息处理专业论文）基于windows平台的电子节目指南的实现.pdf

摘要 摘要 电子节目指南( e p g ) 作为数字电视的一个主要组成部分，在整个系统中起着 非常重要的作用。随着数字电视的普及，对e p g 的研究也显得越来越有价值。 本文基于笔者在研究生阶段的项目而完成。笔者对e p g 的认识和研究经历了 一个从理论到实践，由浅入深的过程。总体上来讲，可以概括为三个阶段。首先 从e p g 的基本的功能着手，进行了传送流( t s ) 复用器和解复用器的设计。然后 试着对其中的标准进行改进，完成了扩展t s 的生成器和分析器的设计。最后构建 了一个复杂系统的一部分模型，构件了多个信息生成器，并且实现了它们之间的 的t c p i p 通信。以上设计都是基于w i n d o w s 平台在v c 的环境下完成。 t s 的复用器和解复用器是在理解m p e g 2 d v b 的标准和复用及解复用的理论基 础上设计的。复用器在标准规定的语法下，对特定的音频和视频流进行了t s 复用， 生成了携带有多个节目的一路t s 。解复用器的功能在于对任意一路t s 准确快速地 分析出程序特殊信息服务信息( p s i s i ) ，并且从中剥离出原始音频和视频流。 扩展t s 的生成器和复用器是在对手持式移动设备的特点进行分析后，参照t s 的合成和解析方法，在此基础上进行了一定的改进而设计的。传统的t s 的分析方 法是针对流中的每个音频和视频包进行分析和处理，但是在手持设备电力有限的 环境下就显得不适宜，新的改进在于在流中嵌入时间标签，使得在分析处理的过 程具有某种可预测性，只针对目标音频和视频包，从而太大提高了有限电力的使 用效率。 s i m u l c r y p t 是d v b 标准中的一个定义精确并且功能完善的系统。这个系统由 众多的信息生成器和复用器( m u x ) 组成。这些信息生成器按照标准的语法生成t s 中所携带的各种的信息，并且它们以及和删x 之间相互进行多路同步通信进而合 成多路的并且可以变化的t s 。定制程序特殊信息生成器程序特殊信息生成器 ( c p s i g p s i g ) 互相通信协作产生完整的p s i 信息，同样定制服务信息生成器服 务信息生成器( c s i g s i g ) 互相通信协作产生完整的s i 信息，以上信息再通过与 m u x 通信交换信息从而产生出多路的t s ，并且这些t s 可以随着生成器中的参数的 调整而不断交化改进。 关键词：e p gt s 复用器解复用器扩展t s 生成器分析器 a b s t r a c t a b s t r a c t e p g 勰am a i nc o n s t i t u t i o no ft h ed t v , p l a y s i m p o r t a n tr o l ei nt h ew h o l e s y s t e m a st h ed t v b e c o m ep o p u l a r , i ti sv e r yv a l u a b l eo f t h ee p gr e s e a r c h t h i st h e s i si sc o m p l i s h e db a s e do nt h ep r o j e c t sw h i c ht h ea u t h o rf i n i s h e d t h e m m l o r sr e s e a r c ho ft h ee p go w 1ap r o c e d u r ef r o mt h e o r yt op r a c t i c ea n ds i m p l et o d i f f i c u l t g e n e r a l l ys p e a k i n g , t h e r ea r et h r e ep h a s e s f i r s t , t h ef u n d a m e n t a lf u n c t i o no f t h ee p gi n c l u d e st h ed e s i g no ft h e ism u l t i p l e x e ra n dr e m u l t i p l x e r s e c o n d 自呦e e f f o r t st oi m p r o v et h es t a n d a r di n c l u d et h ed e s i g no ft h ee x t e n d e dt sc f g a t o ra n d a n a l y z e r t h i r d ，8 0 m em o d e lc o n s t i t u t i o ni n c l u d et h ed e s i g no fs e v e r a li n f o r m a t i o n g e n e r a t o r sa n dm u x , a n dt h et c p i pc o m m u n i c a t i o na m o n et h e m a l ld e s i g na b o v ei s b a s e do nt h ew i n d o w ss y s t e ma n du n d e rt h ev ce n v i r o n m e n t t h et sm u l t i p l e x e ra n dr e m u l t i p l e x e ra v ed e s i g n e db a s e do nt h ec o m p r e h e n s i o no f t h em p e g 2 d v bs t a n d a r da n dt h em u l t i p l e x i n g r e m u l t i p l e x i n gt h e o r y 1 1 1 e m u l t i p l e x e rc r e a t eam u l t i - p r o g r a mt sf r o ms p e c i f i ca u d i oa n dv i d e os t r e a m su n d e rt h e s t a n d a r ds y n t a x w l l i l et h er e m u l t i p l e x e ra n a l y s e sa n yt s sp s i s ic o r r e c t l ya n dr a p i d l y , a n ds e p a r a t e st h ee l e m e n t a r ya u d i oa n dv i d e os t r e a m s t h ee x t e n d e dt sc f e a t o ra n da n a l y z e ra r ed e s i g n e db a s e d0 1 1t h ec h a r a c t e r i s t i co f t h eh a n d s c l if a c i l i t y 1 1 1 et r a d i t i o n a lm c t h o r di sa n a l y z i n ge v e r yp a c k e to f t h e is i ti sn o t p r o p e rd u et 0t h el i m i t e dp o w e ro f t h eh a n d s e t 1 1 1 ei m p r o v e dw a y i si n s e r t i n gt i m et a g s i nt h es t r e a m ，n l a k e st h es t r e a mo w nt h ec a p a b i l i t yo fp r e d i c t i o n t h e nt h ea i l a l y m g c o n c e n t r a t e so rt h et a r g e ta u d i oa n dv i d e op a c k e t sa n dr e d u c e st h ep o w e rc o s t t h es i m u l c r y p ti sa ne x a c t l yd e t h e ds y s t e mw i 血如uf u n c t i o n su n d e rt h ed v b s t a n d a r d t k ss y s t e mi sc o m p o s e d 岍l hm a n yi n f o r m a t i o ng e n e r a t o r sa n dm u 3 lt h e s e g e n e r a t o r sc r e a t et s sn c c e s s a yi n f o r m a t i o n , a n dc o m m u n i c a t ea m o n et h e m s e l v e sa n d m u xt oo r e a t e i sw h i c h sp a r a m e t e r sc a nb ec h a n g e da n y t i m e c p s i g s i gc o o p e r a t e w i t he a c ho t h e rt op r o d u c et h et s lw h i l ec s i g ，s i gc r e a t es i a n dt h e nm u x c o m p o u n d sa l lt h e s ei n f o r m a t i o nt og e n e r a t et sw h i c h sp a r a m e t e r sc a nb ea d a p t e d k e y w o r k d s ：e p gt s ，m u l 邱l e x e r , r e m u l f i p l e x e r , e x t e n d e dt s ，c r e a t o r , a n a l y z e r 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下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：鱼选 导师签名：粒坐： 日期：川年6 月矿日 第一章绪论 第一章绪论 二十一世纪被称为信息的时代，信息传播的手段和方式因为科技的进步而得 到了极大的发展，进而海量信息的获取和运用已经成为了现实。例如在我们日常 的生活当中，纽约和伦敦的殷市的升降、欧洲冠军杯的比赛实况、我国经济的增 长情况等等都能非常方便的通过很多渠道获取。不论是在商业、科研、国防等各 个领域，信息正体现着越来越大的价值，拥有准确快速获取关键信息的能力常常 意味着得到了战略性的优势。毫无疑问，通过电视来传播信息是一种非常有效和 可靠的方法。 1 1 数字电视的简介 在这场被称为信息革命的产业浪潮中，电视作为一种有效的信息传播的手段 也在发生着越来越多的变化。得益于国际通信卫星网的建立、二十四小时新闻频 道的开通等因素，电视在关键事件的现场跟踪、突发事件的快速报道等领域起着 其他信息传播手段无法替代的重要作用。毫无疑阀，当今电视的发展的方向是数 字化。从普通的数字电视到高清数字电视甚至手机上的数字电视，电视正经历着 其自身的进步和发展。在探讨数字电视的技术之前，我们不妨来回顾一下它的发 展历史， 1 1 1 模拟电视的起源和发展 电视首先是以模拟电视的形式产生的，而且由于多种原因，模拟电视现在还 没有被数字电视完全取代。所谓模拟电视，简而言之，就是从演播室到发射、传 输、接收过程中的所有环节都是使用模拟信号的电视系统。当然，即使模拟电视 自身也经历了很多的变化和发展。 电视不是个人的发明爸造，它是很多不同时期人们的共同结晶。早在十九世 纪时，人们就开始探索将图象转变成电子信号的方法。人们通常把1 9 2 5 苏格兰人 约翰洛吉贝尔德( j o h nl o g l eb a i r d ) 在伦敦的一次实验中“扫描”出木偶 的图象看作是电视诞生的标志，他被称做“电视之父”。 1 9 3 6 年英国广播公司在伦敦建立了世界第一个正规的电视播放机构一电视 电子科技大学硕士学位论文 台，这段时间为电视的初创期。二战后，电视进入了第一代黑白电视时代。这时 期的电视改进了初创时期存在的录像、录音、接收等技术。随着技术的发展，第 二代电视彩色电视出现了。7 0 年代，电视进人了第三代电视多路广播。它使电视 节目化，大大提高了电视频道秘用率和电视播欢质量。 1 1 2 数字电视的起源和基本原理 随着电视技术的发展，逐渐进入了数字电视的时代。数字电视( d i g i t a l t e l e v i s i o n , 简称d r v ) ，就是将图像的像素和伴音的个音节都用二进制数编成多 位比特，并以非常高的比特率进行比特流发射、传输、接收的系统。在这个系统 中，所有的信号处理都是采用数字信号处理技术来完成的。 数字电视是在研究高清晰电视的基础上发展起来的，其技术的研究甚至可以追 朔到6 0 年代。离散信号傅立叶变换是数字电视的理论基础，大规模集成电路是实 现信号数字化处理的技术基础，因此，c p u 、d s p 、r a m 等大规模集成电路出现 为真正的全数字信号电视打下了坚实的基础。 信源编码和数据压缩技术是数字电视系统的基础。倍源编码是把节目源的模 拟图声信号变为数字信号，再经过m p e g 2 压缩编码，形成数字信号源，并根据多 个节目传输的要求，编为复用码流。数据压缩方法有两种：一是在信源编码过程 压缩，利用人类听视觉效应去除多余成分，在不影响效果的前提下尽量压缩数据 率：二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。 在信源编码方面，i e e e 的m p e g 专家组已发展制订了多个国际标准，例如m p e g 2 、 m p e g 4 等等l 数字电视的传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面 开路电视。这三种数字电视的信源编码方式相同，都是m p e g 2 的复用数据包， 但由于它们的传输途径不同，它们的信道编码也采用了不同的调制方式。例如。 欧洲d v b 数字电视系统中，数字卫星电视系统( d v 8 s ) 采用正交相移键控调制 ( q p s k ) ；数字有线电视系统( d v 8 一c ) 采用正交调幅调制( q a j v d ：数字地面开路电 视系统( d v b - t ) 采用更为复杂的编码正交频分复用i 周$ l j ( c o f d m ) 。 1 1 3 数字电视的优点 与传统的模拟电视相比，数字电视具备有很多的优点。 抗干扰能力很强。信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号数字化后是 2 第一章绪论 用二进制电平表示的，在处理或传输过程中引入杂波后，若幅度不超过额定电平， 都可能把它清除掉，即使超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术 把它们纠正过来。 易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。大规模集半导体存 储器的发展，使得存储多帧的电视信号成为可能，从而完成用模拟技术不可能达 到的处理功能。 可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可以启用 模拟电视的禁用频道( t a b o oc h a n n e l ) ，而且在今后能够采用单频率网络( s i n g l e f r e q u e n c yn e t w o r k ) 技术。 此外还有很容易实现加密和解密以及加扰和解扰技术，便于专业应用( 包括 军用) 以及广播应用( 特别是开展各类收费业务) ；收视效果好，图像清晰度高， 音频质量高等等众多的优点。 1 2 数字电视的国内外发展现状 1 2 1 美国数字电视的发展现状 美国是全球数字电视最大的市场。美国国会早在2 0 0 5 年就通过一项法案，正 式批准美国的电视广播信号从模拟转向数字。根据美国先进电视系统委员会( t s c ) 的决定，从2 0 0 7 的3 月1 日起，其国内销售的电视机中不再有模拟电视机，取而 代之为清一色的数字电视机。电视机构同样实现了向数字的转换。2 0 0 4 年2 1 0 个 电视市场中就有2 0 5 个市场的1 1 7 5 座电视台完成了向数字的转换，占7 3 4 。这 些电视台将服务美国总计1 0 6 5 亿电视家庭的9 9 6 。其中的8 4 7 的家庭可接收 至少5 个数字高清( d t w h d t v ) 电视台的节目，8 3 的家庭处在发送h d t v 信 号的至少8 个电视台的市场中。 a t s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之闻有清晰的界面。最高为 图像层，确定图像的形式，包括象素阵列、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，采用m p e g 2 压缩标准。最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方 案。对于地面广播系统，采用z e n i t h 公司开发的8 - v s b 传输模式，在6 m h z 地面 广播频道上可实现1 9 3 m b s 的传输速率。该标准也包含适合有线电视系统高数据 率的1 6 - v s b 传输模式，可在6 m h z 有线电视信道中实现3 8 6 m b s 的传输速率。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 2 欧洲数字电视的发展现状 法国咨询机构e u r o e o n s u l t 和c o n s e i l 的调研报告称，到2 0 1 0 年，西欧将有 3 3 0 0 万个家庭能接收高清数字电视信号，约占家庭总数的19 。报告称，高清 数字电视( h d t v ) 的渗透率逐步提高，到2 0 0 8 年进入1 4 0 0 万个家庭。在设备 方面，h d t v 电视机的价格会以20 的幅度下滑，再加上设备性能的提升，将 形成大规模市场。用于有线数字电视、卫星数字电视和i p t v 的高清机顶盒，预 计2 0 0 8 2 0 1 0 年间，年销量将迅速放大到8 9 0 万台。内容方面，据e u r o c o n s u l t 预 测，欧洲的h d t v 频道数在2 0 0 6 年达到3 0 个，2 0 1 0 年达到1 5 9 个，2 0 1 5 年 达到4 7 9 个。报告预计，2 0 1 5 年将有9 2 0 0 万个家庭拥有i - i d t v 电视机，占西 欧电视家庭的5 4 ；到2 0 2 0 年，8 0 的家庭在收看高清电视，其中英国、法国 和德国将是西欧最大的h d l v 市场。 欧洲数字电视标准为d v b ( d i 醇a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) ，分为数字电视地面广 播0 ) v b 1 ) 、数字电视卫星广播( o v b s ) 和数字电视有线广播( d v b c ) 。 d v b t ( e t s3 0 07 4 4 ) 是最复杂的d v b 传输系统。发射的传输容量理论上与有线 电视系统相当，采用编码正交频分复用( c o f d m ) 调制方式，传输质量高，但其接 收费用高。d v b s ( e t s3 0 0 4 2 1 ) 具有覆盖面广和节目容量大等特点。调制采用四 相相移键控调带i ( q p s k ) 方式，工作频率为1 1 1 2 g i - - i z 。一个5 4 m h z 转发器传送速 率可达6 8 m b s ，可用于多套节目的复用。d v b c ( e t s3 0 0 4 2 9 ) 为数字有线电视广 播系统标准。它具有1 6 、3 2 、6 4 q a m ( 正交调幅) - - 种调制方式，工作频率在1 0 g h z 以下。系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电视机顶盒。 1 2 3 日本的数字电视的发展现状 日本计划在2 0 1 1 年停止模拟电视广播服务。日本民间调查机构“富士总研” 最近公布的调查结果显示，日本的数字电视将迅速进入普及阶段，到2007 年 底，日本拥有的数字电视接收机将上升到15 00 万台。各项体育赛事以及年底 的商业推销活动将大幅增加消费者购买数字电视机的欲望，使数字电视机的拥有 量剧增，到2010 年底将进一步上升到4000 万台。有关画面尺寸的出货动 向，在整体上仍趋向大型化。i d cj a p a n 的分析人员也认为，日本的数字电视市场 将持续高速增长。而且，随着数字化和网络化的进展，电视机的功能正变得越来 越强大。 日本数字电视首先考虑的是卫星信道，采用q p s k 调制。早在1 9 9 9 年就发布 4 第一章绪论 了被称为i s d b ( i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 的数字电视的标准。 i s d b 是日本的d i b e g ( d i 西t a lb r o a d c a s t i n ge x p e r t sg r o u p ) 数字广播专家组制订的 数字广播系统标准，它利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上 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。 1 2 4 我国数字电视发展的现状 国内数字电视开始于1 9 9 8 年国家有关部委联合成立高清电视小组。国家广播 电影电视总局颁布的 广播影视技术科技“十五”计划和2 0 1 0 年远景计划等文 件明确规定，把全面推进数字化、网络化作为今后5 l o 年事业发展和科技创新工 作的主线，并提出了我国广播影视数字化发展进程表，到2 0 1 5 年，中国电视广播 将全面实现数字化，完成模拟向数字的过渡。据赛迪顾问预测，2 0 0 7 2 0 1 5 年， 中国数字电视市场规模将由4 0 0 亿元扩涨到5 0 0 0 亿元，2 0 1 0 年中国数字电视接收 机市场规划将达到2 0 5 0 万台，而整个数字电视产业的规模将达到1 5 0 0 0 亿元，商 业前景诱人，市场机会巨大。同时，数字电视几乎没有市场准入的限制。 2 0 0 6 年国家标准委发布了数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和 调制，标准号为g b2 0 6 0 0 2 0 0 6 的国家强制标准，此标准是清华大学的d m b - t 标准和上海交大的a d t b t 标准的融合。地面数字电视广播有三种接收方式：地 面固定接收、移动接收和手持设备接收，我国数字电视地面标准主要适用于前两 种接收方式，而针对手持接收将专门制定手机多媒体广播标准。国家地面数字电 视标准中包含了单载波标准和多载波标准，尽管融合标准提升了使用成本，但地 方广电使用的灵活性更高，可根据具体情况权宜处理。数字电视地面传输标准只 是信道传输标准，同时，还会抓紧信源、接口等其他数字电视标准的制定工作， 以利于真正开展地面无线电视服务。 1 3e p g 在数字电视系统中的作用 如上文所述，数字电视作为一种有效、可靠和高质量的媒介传播手段，代表了 电视发展的潮流和方向，在世界范围内都有非常广阔的发展前景。使得数字电视 大受欢迎的各种优点是建立在各种先进的技术的基础上的。当然，从发射、传送 到接收，整个数字电视系统是一个复杂和庞大的系统，其中包含着多个门类的各 电子科技大学硕士学位论文 种各样的技术。e p g 作为这个大系统的一个组成部分，是数字电视的用户互动收 视这项主要优点的关键所在。可以毫不夸张的讲，e p g 是数字电视系统的核心组 成部分之一，为数字电视系统的运转和普及起着不可替代的作用。 1 3 1e p g 的概念和基本作用 e p g 是e l e c t r o n i c p r o g r a m g u i d e 的英文缩写，意思是电子节目指南。广义的 e p g 是指根据p s i s i ( p r o g r a ms e r v i c ei n f o r m a t i o n ，s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 包含的信 息，分析和提供整个数字平台的节目、标准、私有描述子和各种增值应用数据等 信息，同时负责整个数字平台的统一资源管理、分配与协同 e p g 实际上是数字电视的的一个门户系统，为用户提供各种业务的索引及导 航，对用户命令进行解析和交互并将结果发回给用户，为最终用户消费提供指引。 其界面和w e b 页面类似，一般提供各类菜单、按钮、链接等组件供用户选择节目 时直接点击，也可以各类动态或静态的多媒体内容。e p g 的主要作用就是使用户 可以方便地选择自己喜欢的组播频道，点播自己喜欢的视频节目，查找数字电视 提供的各种信息( 如股票信息) ，甚至支付水费、电费、进行电子商务的交易等等。 1 3 2e p g 实现的基本原理 从组成上来讲，e p g 系统分为前端子系统和接收端子系统，前端子系统主要 负责p s i ，s i 数据的组织和生成，通常由专门的p s i s i 复用器来完成这些工作，接 收端子系统主要负责p s i s i 数据的接收和解析，通常由专门的p s i s i 解复用器来 完成。 国内外的e p g 系统的实现方案，概括起来主要有以下两种。本地应用方案， 这种方案要求节目列表等信息作为业务信息的形式复用于m p e g 2 传输层中，数据 经信道传输后，在接收端的解码器对这些数据进行解码，并在接收机r a m 中形成 专用的e p g 数据库，e p g 应用将检索数据库并根据用户输入的指令显示用户关心 的节目信息。目前大多数厂商提供的e p g 采用该种实现方案。交互式实现方案， 这种实现方案首先要求数字电视机顶盒的软件系统中有中间件( 以h t m l 引擎为 例) ，在发送端的e p g 服务器将把h t m l 页面的形式组织，通过数据广播信道传 输到机顶盒，机顶盒通过h t m l 引擎显示这些页面，如同在p c 中的网页。用户 与e p g 的交互分成两种形式，对于没有回传信道的情况下，h t m l 页面通过d a t a c a r o u s e l 发送，实现本地交互；而对于有回传信道的情况下，机顶盒将根据用户的 6 第一章绪论 输入从网络中获取新的所需页面。该方案以o p e f l t v 为代表。 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。其中有些 是用硬件实现，如s i 数据的接收和解析；有些则用软件实现，如s i 数据库的建立 和e p g 界面的显示。 1 4 论文的背景和结构 数字电视前景广阔，e p g 做为数字电视系统的一个关键的组成，可以讲不论 是在学术上还是在商业应用中，都有很大的价值。因此，对e p g 的研究是非常有 意义的。本论文就是在这种前提下，根据笔者在实验室所做的各个项目的基础上 完成的。这些项目有承接实验室前面的课题所做的继续的研究，也有商业公司的 项目。其中既有对e p g 的某些功能的实现，也有自身所做的某些探索和改进。 总体上来讲，笔者对e p g 的研究可以概括为三个阶段。首先从e p g 的基本的 功能着手，这个阶段的工作包括在理解m p e g 2 d v b 的标准和复用及解复用的理论 基础后，进行了t s 复用器和解复用器的设计。然后试着对其中的标准进行改进， 这个阶段的工作包括在对手持式移动设备的特点进行了分析后，对t s 的合成和解 析方法进行了比较基础的改进。并且在此基础上完成了扩展t s 的生成器和分析器 的设计。最后构建了一个复杂系统的一部分模型，这个阶段的工作包括在对 s i m u l c r y p t 系统的理解的基础上，构件了多个信息生成器，并且实现了它们之问 的相互的t c p i p 通信。上述过程也正好勾勒出了本文的结构，具体如下所示。 i 、t s 的复用器的设计与实现； 2 、t s 的解复用器的设计与实现； 3 、扩展t s 的生成器的设计与实现； 4 、扩展t s 的分析器的设计与实现； 5 、c p s i g 和p s i g 的设计与实现； 6 、c s i g 和s i g 的设计与实现； 7 、m u x 的设计与实现； 8 、c f s i g 、p s i g 、c s i g 、s i g 和姗x 在s i m u l c r y p t 系统下的通信。 7 电子科技大学硕士学位论文 第二章t s 流的复用和解复用的研究与设计 如前文所述，组成d t v 节目的音频和视频数据是以t s 的形式存在和传输的。 因为采用了复用技术，即将多路的节目所包含的音频和视频数据合在一路t s 中传 输，极大地提高了t s 的传输效率，这也是d t v 能覆盖如此多的频道和携带这么丰 富的节目的一个很重要的原因。因此，不论从理论还是实践的角度来讲，理解t s 的复用和解复用是研究e p g 的很重要的一个基础。 2 1 基于m p e g 2 的t s 2 1 1p s 和t s m p e g 2 实际上规定了两种系统编码的方法，即程序流( p r o g r a ms t e a m ，简 称p s ) 和传送流( t r a n s p o r ts t r e a m ，简称t s ) ，制定上述方法的出发点是将一个 或更多的音频、视频或其他的基本数据流合成单个或多个数据流，以适应于不同 环境下的存储和传送【l l 。 程序流是针对错误较少的环境来设计的，适用于像交互式多媒体这样些涉 及软件处理系统信息的应用，传送流是针对那些很容易发生错误的环境而设计的 环境而设计的，譬如在容易丢失或高噪音的媒体中存储和传送。程序流和传送流 针对不同的应用而设计，它们的定义并不俨格遵守分层模式，从一种形式转换到 另一种形式是可能的和合理的【l j 叫鲨矧鳖b i 解码器 l 台宥多道程痔i1 k j ：i ”l 程序滗 l 一豹传选覆o z = 。“ 2 1 2t s 的概述 图2 1 典型的t s 到p s 的转换 t s 是根据u tr e c 。h 2 2 2 0i s o i e c1 3 8 1 8 2 和i s o i e c1 3 8 1 8 3 协议 而定义的一种数据流，其目的是为了在可能发生严重错误的环境下进行一道或多 第二章t s 流的复用与解复用的设计和研究 道程序的编码数据的传送和存储，这种错误表现为比特值错误或分组丢失【2 】。 l i 图2 2n u - tr e c h 2 2 2 0i s o i e c1 3 8 1 8 2 的系统筐架 t s 可以用很多方法产生有效的数据流，从原始的编码数据流，从p s ，从其他 本身包含一个或多个程序的t s 都可以构成含有一道或多道程序的t s 。 t s 的设计方法可能以最小的努力完成以下的一些操作：从t s 中的一道程序恢 复被编码的数据，解码并且显示解码结果；从t s 的一道程序抽取分组，并生成仅 含此道程序的新的t s ；从多个t s 中提取一道或多道程序的分组组成新的t s ；从 t s 中提取一道程序生成含有此道程序的p s ；把一个p s 转换为一个t s 以适应通 过容易出错的环境，然后恢复成一个有效的，有时完全相同的p s 2 1 。 2 1 3t s 的结构 总体上来讲，t s 可以分为两层：系统层和压缩层。系统层携带系统信息，压 缩层携带原始流数据。所谓系统信息是指依赖这些信息来分析这道流是什么流， 它包含有什么内容，以及怎么样对它进行处理，例如其携带的参数决定怎样来复 用。归根到底来讲，无论什么形式的流，都是一长串由0 和1 组成的二进制比特， 如果没有这些系统信息，就无法实现流的分析和处理。这也是标准的实质，它确 定了比特流从何处开始来分析，以及特定位置的比特携带的是什么信息，根据这 些信息做些什么处理。再看原始流，一般携带音视频数据，以实现声音和图像的 存储传送，更进一步讲，原始的音视频流也有很多不同的种类，它们各有自己特 定的标准和格式。 9 电子科技大学硕士学位论文 图2 3 i s 的结构 t s 的组织格式也是理解其的一个重要环节。t s 采用包( p a c k e t ) 的基本单元来 存储和传输。t s 的包有固定的结构，总共1 8 8 字节，分为包头和数据两部分。包 头4 个字节，数据1 8 4 个字节。包头共含有8 个字段，其详细的结构如下图所示。 图2 4t s 包的组织结构 包头的各个字段的含义做说明如下： s y n c8 位字段，固定值为 。b y t e ：0 1 0 00 1 1 1 ( 0 x 4 7 ) t r a n s p o r ta o ri n d i c a t o r ：l 位字段，为l 表明至少有一个不可纠正的错误位。 p a y l o a du n i ts t a r t i n d i c a t o r ：1 位字段，指示带有p e s 分组或p s i 数据的情况。 缸a n s p o r t2 r i o f i t y ：l 位字段，为1 时表明分组具有更高的优先级。 p i d ： 1 3 位字段，分组的唯一身份标识符。 t r a m p o r t _ s c r a m b l i n g _ c o n t r o h2 位字段，指示有效负载的加密模式。 a d a p t a t i o n f i e l d c o n t r o l ：2 位字段。指示t s 分组首部是否跟随有效负载。 c o n t i n u i t y位字段，分组的循环计数器。_colmtcr：4 为了更好地理解t s 的结构，对上述的其中两个字段做更迸一步的说明。 1 0 第二章t s 流的复用与解复用的设计和研究 开头8 个比特的同步字节s y n c ，有固定的数值 。一路t s 流从何处_ b y t e 0 x 4 7 开始对其分析处理呢? 答案就是s y n qb y t e , 在t s 流中搜索直到找到0 x 4 7 这样的 字节，就找到了一个包的开头，接下来1 8 7 字节就是这个包的其他字节，再接下 来的1 8 8 字节就是另外一个包，以此类推。但是存在一个问题，有可能搜索到的 0 x 4 7 不是同步字节而是数据部分的字节。解决方法是假如定位到了一个0 x 4 7 ，再 往后数1 8 8 个字节，即下个包的开头，看看是否是0 x 4 7 ，如果不是，那就没有找 到s y n c 如果是，可以再数个字节，看是否还是，如此这般几次，b y t e ,1 8 80 x 4 7 一般讲定位五个包，如果数据都是正确的，就认为已经正确定位到了同步字节。 还有就是1 3 个比特的p i d ，这是t s 中一个特别重要的字段。简单地讲，p d 就像一路系统信息流或者原始流的身份证号码一样，不同的流有不同的p i d ，特定 的流的p i d 是独一无而的。通过p i d 就知道这个包的数据是什么类型的数据了。 2 2 t s 的复用原理 2 2 1 复用的基本概念 t s 的复用，是在其传送的节目这个层面来讲的，指多路节目在一路t s 中传输。 一路节目一般包含一路音频和一路视频，当然也可以包含更多的音频和视频，就 是说一路t s 里因为有多路节日而包含多路的音频和视频。由于音视频都是比特流， 因此复用其实就是把这些音视频流放在一起来传输。由此带来的一个问题是如何 来区分它们。答案在于t s 流的系统信息，更确切的讲，就是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 ) 和s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) ，其中含有很多标准所规是的表。根据这些 表，就可以识别和剥离不同的节目，不同的音频和视频。因此，从这个角度来将， t s 流的复用更多的是在系统信息层面上的【3 1 。 我们已经知道在t s 中，数据是以包的形式来存储和传输的，而且在包头的字 段中存在p i d 这样的身份标示符。也就是说每路流是由众多的不同p i d 的包构成， 它们可能是按照某种规则交替出现的，也有可能是无序的。因此通过包的结构和 p i d 字段，t s 提供了一种有效的区分t s 中不同的原始流的方法。将不同的原始 流分成不同的包，并且设置不同的p i d 来，这就是复用的一个基本的步骤。与之 相反，解复用就是区分不同的p i d ，并且将包组合成不同的原始流【4 】。 但是仅仅通过上述的步骤还不能说有效地进行了复用或者解复用。我们还需 要回答更多的问题。每路流中有多少路节目，节目又是怎么构成的，其中的音视 电子科技大学硕士学位论文 频原始流是什么类型的，是否还有携带音视频以外的其他类型的原始流，以及各 种速率的信息等等。 2 2 2p a t 的结构和作用 先从t s 流中包含有多少路节目开始。这个时候就需要用到p a t 表了。t s 的 基本信息都携带在这张表中。为了更好的理解p a t ，将其结构展示如下。 表2 1p a t 的组织结构 表中的各个字段的含义说明如下： t a b l ei d ：8 位字段，置为0 x 0 0 。 s e c t i o ns y n t a x： 位字段，应为1_indicator：1 s e c t i o nl e n g t h ：1 2 位字段，表明该字段后的分段的字节数。 u a n s p o r ts t r e a mi d ：1 6 位字段，流的身份标识符。 v e r s i o nn u m b e r ：5 位字段，p a t 的版本号。 c u r r e n tn e x ti n d i c a t o r ：1 位字段，为l 表示当前的p a t 有效，0 表示不可用。 s e c t i o nn u m b e r ：8 位字段，为此分段的号码。 1 2 第二章t s 流的复用与解复用的设计和研究 p r o g r a mn u m b e r ：1 6 位字段，节日号。 n e t w o r kp i d ：1 3 位字段，指定含有n i t 表的t s 分组的p i d 。 p r o g r a mm a p 位字段， 分组的p i d 。p i d ：1 3 p m t c r c3 2 ：3 2 位字段，用于传输中检测错误。 为了更好的理解p a t 在复用中所起的作用，对上述字段做更为详细的说明。 首先从p r o g r a m这个字段说起，其第一个作用就是用于区分不同ts_number 携带的分组是否是网络的数据，如果是就是为0 ，否则不为0 。更进一步考察不为 0 的情况，这种情况下就是节目的信息。例如为1 就表示第一路节目，为2 表示第 二路节目。通过p r o g r a mn u m b e r 字段不为0 的个数，我们就可以知道该路t s 中 含有多少路节目。我们回答了第一个问题，就是 i s 中含有多少路节目。 再看p r o g r a m _ n u m b e r 字段后面对应的p r o g r a m _ m a p _ p i d 这个字段，这个字段 携带的是p i d 信息。什么p i d 信息呢? 如果是p r o g r a mn u m b e r 对应的是节目，则 该p i d 就是节目所对应的p m t 的p i d 。在回答了该路t s 中有多少路节目的问题 后，我们下一步所关心的就是其节目的组成，这时就需要使用p m t 来获取信息。 一般来讲，每路节目都有一个对应的p m t 。这个p m t 的数据就携带在上述p i d 为p r o g r a m _ m a p _ p i d 的包中。找到了上述p i d 的包，就可以提取相应的p m t 信息。 关于p m t 的问题将在后面做详细的说明。 现在我们通过p a t 获取了我们需要的一些基本的信息，还有一个问题是从什 么地方来获取p a i 的信息呢? 显然，p a t 的信息也是携带在t s 中的。由于p a t 的比较特殊的作用，因此它的p i d 是固定的，为0 x 0 0 0 0 。因此在t s 中，通过提 取p i d 为0 x 0 0 0 0 的包，就可以合成p a t 的数据和信息。 最后我们还需要理解的是系统的p s i s i 数据是如何存在于t s 中的。我们知道 所谓的流就是一长串有0 和1 组成的比特流。对于系统表这样的数据，其在t s 中 的组成是非常精确的，是以比特为度量值来进行合成和分析的。仔细观察标准中 表的定义，不难发现其中的每个字段的比特数的多少，也就是字段的长度，都是 有详细的定义的。也就是说通过确定了t s 中的第一个比特，那么其后的所有的字 段都能通过t s 中比特的位置和多少来确定下来。这也就是流中信息的携带和组成 的方式。也是合成和分析该系统表的基本的步骤。 2 2 3 p m t 的结构和作用 有了以上的基础后，再进一步讨论p m t 。p m t ，程序映射表，它和p a t 之间 1 3 电子