（信号与信息处理专业论文）中国数字电视信源标准研究及实现.pdf

中文摘要 自上世纪9 0 年代以来，数字电视技术发展迅速，实用化进程日益加快，带 来了良好的社会效益和巨大的经济效益。世界许多国家都先后展开了数字电视相 关技术的研究，并制定了自己的数字电视标准。我国在数字电视领域的技术研究 也紧跟时代步伐，力争形成具有我国自主知识产权的技术体系并制定自己的数字 电视标准。本论文的工作就是围绕我国数字电视信源标准展开的。 论文第一部分工作集中于对数字电视业务信息规范的理解和研究。对 m p e g 2p s i 、d v bs i 、a t s cp s i p 以及我国的数字电视业务信息规范的结构、 功能进行了研究和分析比较，并基于我国数字电视接收设备标准测试信号的要 求，设计实现了数字电视系统层信息编制软件。此部分工作主要解决的问题是， 设计实现了一种t s 流复用算法，并使得添加的业务信息符合我国标准的要求。 该软件可以编制符合我国数字电视标准的专用数据表格，并复用为可实用的传输 流数据。 论文的第二部分工作，是基于a v s 标准的d t t b 实现。a v s 信源标准是我 国自主研发的音视频编解码技术标准，为数字音视频的压缩、处理等提供共性技 术。在对音视频数据的信源压缩编码过程中，码率控制策略是平衡信道带宽和图 像质量的一项重要技术。论文在分析编码标准特点的基础上，提出了一种基于变 换系数分布的a v s 码率控制算法，实现了宏块层输出码率的有效控制。最后， 结合设计的复用软件对采用a v s 标准的d t t b 传输流进行了复用实验。 本论文工作期间还参加了课题组的一个地面数字电视接收棒软件项目的开 发工作，该设备目前已经实用化。 关键词： m p e g 2 ；a v s ；p s i ；s i ；d t t b ；码率控制 a b s t r a c t s i n c et h e19 9 0 s ，d t vt e c h n o l o g yh a sd e v e l o p e dr a p i d l y i t sp r o c e s so f p r a c t i c a l i t yh a sb e e na c c e l e r a t e d t h ed r vp r o d u c t sh a v eb r o u g h te n o r m o u ss o c i a l a n de c o n o m i cb e n e f i t s m a n yc o u n t r i e si nt h ew o r l dh a v er e s e a r c h e do nt h ed t v t e c h n o l o g ya n di s s u e dt h e i ro w ns t a n d a r d s o u rc o u n t r yh a sa l s oc a r r i e do nt h ed t v t e c h n o l o g yr e s e a r c hs t e pb ys t e pi no r d e rt oi s s u eo u ro w n d t vs t a n d a r d sa n dp o s s e s s s y s t e m sw i t ho u ri n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yf i g h t s t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e s o nt h er e s e a r c ho fo u rd t vs t a n d a r d n l ef i r s tp a r to ft h i sp a p e rf o c u s e so nd t vs e r v i c ei n f o r m a t i o n b yc o m p a r i n g t h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fm p e g 一2p s i ，d v bs i ，a t s cp s i pa n do u rd t vs i c r i t e r i o nas o f t w a r es it a b l eg e n e r a t o ri sd e v e l o p e dt oi n s e r ts e r v i c ei n f o r m a t i o ni n t o d t v t r a n s p o r ts t r e a m ( t s ) t h ei n t e n t i o no f t h i ss o f t w a r ed e v e l o p m e n ti st om e e tt h e r e q u i r e m e n to fo u rd t v r e c e i v e rt e s tc r i t e r i o n t h em o s td i f f i c u l tp r o b l e mi nt h ew o r k i st od e s i g nat sm u l t i p l e x i n ga l g o r i t h ma n dm a k es u r et h es it a b l e sa r ei n s e r t e di n t o t h et sc o r r e c t l y u s i n gt h i ss o f t w a r e ，t h ep r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o nt a b l e sc a nb e i n s e r t e di n t ot sa c c o r d i n gt ot h ec h i n ad t v b r o a d c a s t i n gs t a n d a r d sa n dt h et sc a l l b eu s e di nr e a la p p l i c a t i o n 1 1 1 es e c o n dp a r to ft h i sp a p e rf o c u s e so nd i g i t a lt e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n g ( d t t b ) b a s e do na v s a v si sav i d e o & a u d i oc o d i n ga n dd e c o d i n gs o u r c es t a n d a r d w i t ho u ri n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t sw h i c hs u p p l i e st h et e c h n o l o g yo f a u d i o & v i d e oc o m p r e s s i o na n dp r o c e s s i n g d u r i n gt h es o u r c ec o m p r e s s i o nc o d i n go f t sd a t aag o o ds t r a t e g yf o rr a t ec o n t r o lt ob a l a n c et h ec h a n n e lb a n d w i d t ha n dp i c t u r e q u a l i t yi sn e c e s s a r y o nt h eb a s i so ff u l la n a l y s i so nt h ec h a r a c t e r i s t i co fa v s a na v s r a t ec o n t r o la l g o r i t h mw i t c hi sb a s e do nt h et r a n s f o r mc o e f f i c i e n td i s t r i b u t i n gi sp u t f o r w a r d t h i sn e wc o n t r o ls c h e m ec a ni m p l e m e n tr a t ec o n t r o le f f e c t i v e l y i nt h el a s t o ft h i sp a r t ，t h ed t t bt sm u l t i p l e x i n ge x p e r i m e n ti sd o n ew i t ht h ea b o v et s m u l t i p l e x i n gs o f t w a r e t h es o t l r c es t a n d a r do f t h ed t t bt si sa v s t h el a s tp a r to ft h i sp a p e ri sa b o u tat e r r e s t r i a ld t vr e c e i v e rs o f t w a r ed e s i g n w h i c hi sap r o j e c ta c h i e v e db yo u rw o r k g r o u pa l lt o g e t h e r k e yw o r d s ：m p e g 2 ：a v s ；p s i ；s i ；d t t b ；r a t ec o n t r o l 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，也不包含为获得鑫鲞盘堂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。 学位论享作者签名：乏弓 签字日期：砂叫年6 月3 日 j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞盗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： ) ， z 巧 签字日期：唧“月 导师签名： ，t 7 ) 袭砂侄 签字日期：弘呷年易月多日 第一章前言 1 1 课题背景 第一章前言 数字电视( d t v ) 是全面采用数字信号处理和传输技术的电视系统。数字电 视的实用化，会产生良好的社会效益和巨大的经济效益。自2 0 世纪9 0 年代以 来，世界许多国家相继投入大量人力物力进行研究和试验，制定了相应的数字电 视标准，例如美国先进电视系统委员会制订了a t s c 数字电视标准，欧洲的数字 电视广播采用数字视频广播d v b 标准，日本也制订了综合业务数字广播i s d b 标准。 现行数字电视的传输方式分为有线、卫星、地面传输方式三种。地面数字电 视目前在美国、欧洲、日本、韩国等国家被广泛应用。由于无线传输的地面电视 广播系统覆盖广，面向广大公众提供公益性和商业性多种音视频服务，作为国家 基础性信息平台，还肩负在发生战争、自然灾害等突发事件时，提供具有良好的 抗毁性，不易遭受大规模的破坏攻击的紧急信息发布。由于以上这些原因世界各 国大都是以国家立法的形式来确定地面数字电视传输标准，并制订了一系列政 策，促进标准的强制实施和推广。 从1 9 9 4 年开始，我国国家标准委员会就确定了制定高清晰度电视( h d t v ) 标准的战略，并制定了方案。1 9 9 9 年，国务院决定由原国家计委( 现国家发改 委) 牵头，国家经贸委、科技部、信息产业部( 现信息与工业化部) 、国家质量 技术监督局( 下辖全国标准委员会) 和国家广电总局共同参加，组织了一个国家 数字电视领导小组( 现仍设在国家发改委) 来主导完成我国无线地面数字电视广 播系统标准的制定。2 0 0 1 年，我国数字电视专项工作会议针对国内提出的数字 电视地面传输方案进行征集。2 0 0 1 年4 月3 0 日前征集到四家标准研究单位5 套 地面传输方案。从2 0 0 1 年8 月份一直持续到2 0 0 2 年4 月份，国家广播电视标准 化委员会对从国内征集的包括清华d m b t 技术方案、上海交大a d t b t 方案、 广科院和成都电子科技大学共5 套数字电视地面广播传输方案进行了测试。结果 显示清华d m b t 方案在方案和样机的致性上，都没有问题。 2 0 0 2 年6 月到8 月，国家计委委托国家知识产权局，针对所征集的5 套技 术方案的自主知识产权情况进行专利评估。国家知识产权局在之后做出的数字 电视地面传输技术方案专利评估报告中指出，清华d m b ，t 技术方案拥有完整 的自主知识产权体系，具有多项基础性技术发明。 第一章前言 2 0 0 3 年年初，上海交通大学攻克了单载波调制技术在数字电视地面广播上 难以同时实现固定和移动接收这一技术难题。并提出“基于偏置正交幅度调制 回波利用最大化技术o q a m e e ( o f f s e tq u a d r a t u r ea m p l i t u d e m o d u l a t i o n f h o e x p l o i t i n gt e c h n o l o g y ) 的“先进数字电视地面广播系统” a d t bt 传输技术方案及其系统。 同年，我国在具有自主知识产权的5 套方案中选择了清华大学与上海交通大 学的两套方案作为国家数字电视地面接收标准的备选方案。随后，两大标准在同 年举行的深圳高交会期间进行实地演示测试。 2 0 0 4 年，我国在数字电视相关芯片技术领域取得突破，第一块具有知识产 权的高清数字电视地面传输移动接收系统专用芯片“中视一号”在复旦大学通过 了专家技术鉴定。几乎同时，上海高清集团同上海交通大学合作开发的“高清系 列”芯片也通过了专家鉴定。 2 0 0 5 年我国在卫星传输方面全部实现了数字化，有线电视网及省级以上台 也基本实现了数字化。这些成果的取得加快了我国电视数字化的进程。2 0 0 6 年 上半年信息产业部颁布了2 5 项数字电视行业标准，进一步规范了数字电视终端 设备行业市场。 2 0 0 6 年下半年，国家标准管理委员会发布了具有自主知识产权的 g b 2 0 6 0 0 2 0 0 6 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制，将清 华大学主导的d m b t 标准和上海交通大学主导的a d t b t 标准二者融合起来， 成为我国的数字电视地面传输标准。 g b 2 0 6 0 0 2 0 0 6 标准实现了关键技术创新，形成了多项有自主知识产权的专 利技术，突破性的取得了单、多载波调制技术的融合，攻克了单载波调制技术数 字电视地面广播信号移动接收的技术难题，实现了优质的移动性和抗干扰性，提 高了灵敏度和信号的传输效率。该标准同时支持高清晰度电视、标准清晰度电视 ( s d t v ) 和多媒体数据广播等多种业务，还支持更多下载和上传的数据，可以 满足大范围固定覆盖和移动接收需要，尤其适合于广大的、并未接通有线电视的 乡村。基于这个标准的系统性能好、频谱利用率高、可扩展性强，适应我国城乡 不同应用需求，对我国地面数字电视、数字电视的推广有极其重大而深远的意义， 也必将推动和加快我国数字电视产业化的进程。围绕该标准开展的技术研究与实 现具有很强的现实意义。 2 0 0 8 年开始，我国加快了数字电视的推广和普及，在全国范围内推广地面 数字电视和高清晰度电视，并将于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。 根据信息产业部“关于转发2 0 0 2 年制修订国家标准项目计划的通知”及 2 第一章前言 国家标准化管理委员会“关于下达2 0 0 2 年制修订国家标准项目计划的通知”， 国标委下达了国家标准数字电视接收设备标准测试信号起草任务，并由全国 音视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会责成天津大学为主办单位，负责该 标准起草工作。 本论文配合数字电视接收设备标准测试信号国标起草，研究生成数字电 视接收设备测试码流技术，着重对数字电视系统流中的节目专用信息( p s i ) 和 业务信息( s i ) 进行实验研究，而p s i 和s i 属数字电视传送流( t s ) 中的系统 控制信息，所以本论文还对t s 复用算法等，进行了重点研究。 在数字电视接收设备标准测试信号国标起草过程中，收集、分析了国内、 外相关情况、标准和资料；调研了国内厂、校、所科研和生产情况，先后召开多 次研讨会，反复修改，先后形成多个版本，多次征求有关专家意见，并提交了意 见征求稿，面向国内各相关电视接收设备生产企业和仪器制造商征求意见。汇总 反馈建议和意见，再度修改后，提出送审稿，于2 0 0 9 年4 月召开了审定会，形 成了报批稿。 起草该标准力求其技术科学、先进和实用，其制定、批准和实施，将规范各 类数字电视接收设备测试，提供统一而标准的测试信号和码流，保证产品质量和 测试结果的一致，维护消费者利益。 各类数字电视接收设备是进入千家万户的家用电器，是我国重要的出口产 品，相关产业链长，产量巨大。本论文实验研究工作旨在为制订该标准提供相关 算法和参数的依据，来规范相关产品设计、生产和检测，确保产品功能和质量。 1 2 论文研究内容 传统的模拟电视一个电视频道只能传送一套电视节目，频率资源利用率较 低。数字电视则可在一个电视频道内传送多套电视节目，频率资源利用率大大提 高。在数字电视系统中，所有视频、音频、文字等信息数字化后成为数据流。视 频、音频数据流根据i s o 】 e c1 3 8 1 8 2 和i s o i e c1 3 8 1 8 3 协议的规定被压缩之 后形成原始视音频流( e s ) 。e s 与标识该节目的信息一起按i s o i e c1 3 8 1 8 1 即i t u tr e c h 2 2 2 0 通过适当的算法复用成数字电视传输流( t s ) 。t s 的应 用主要是为了在有可能发生严重错误的环境下进行个或多个节目的编码数据 传输。 在一个t s 流中通常复用了多路电视节目，为了能正确的区分各路不同的节 目，引入标识该节目的信息是十分必要的。不同标准的数字电视系统引入标识信 息的内容和方式并不完全相同。 第章前言 运动图像专家组( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ，m p e g ) 制定的m p e g 2 标准中采用的是节目专用信息( p s i ) ，它一共包含5 种表示节目信息的表格： 节目关联表( p a t ) ，节目映射表( p m t ) ，网络信息表( n i t ) ，条件接收表( c a t ) ， 数字存储媒体命令与控制( d s m c c ) 。 欧洲数字视频广播( d ) 标准中采用的是业务信息( s i ) ，s i 对p s i 进 行了扩展，加入了一些对用户有用的信息，标识节目的类型，服务商，节目的相 互关系，如业务描述表( s d t ) 、事件信息表( e i t ) 、时间日期表( ，) t ) 等。 美国先进电视系统委员会( a t s c ) 数字电视标准采用的是节目和系统信息 协议( p s p ) ，它包含八种表：系统时间表( s t t ) 、主引导表( m g t ) 、虚拟 频道表( v c t ) 、分级区域表( r r t ) 、事件信息表( e i t ) 、扩展文本表( e ，丌) 、 定向信道变化表( d c c t ) 、d c c 选择编码表( d c c s c t ) 。 不同数字电视系统的这些信息不尽相同，接收解码终端要获取和解码显示相 应电视节目就需要考虑到同类标准终端设备的兼容性，这也在一定程度上造成了 目前终端接收设备产品的混杂。 鉴于我国数字电视广播的发展以及具有自主知识产权的数字电视相关技术 的研究，制定符合我国实际的数字电视接收设备测试信号规范并在该规范的 基础上生成接收设备测试信号，统一终端接收设备的测试标准是一项非常具有现 实意义的工作。 课题的第一部分主要是对m p e g 2 、d v b 、a t s c 以及我国自主知识产权的 数字电视业务信息规范四种不同的数字电视系统的节目信息进行解析，分析了它 们的异同以及各自的应用，其中重点是对我国的数字电视业务信息规范进行了分 析，并以该规范为基础，研究和编制符合规范的测试信号码流，希望将来能对我 国数字电视终端接收设备的测试提供一定的依据。 论文的第二部分工作是基于a v s 标准的d t t b ( d i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a l b r o a d c a s t i n g ，数字电视地面广播) 实现。首先研究了具有我国自主知识产权的 音视频编码标准。在此基础上结合课题组已有的科研成果，对a v s 的码率控制 策略进行了简单的研究，提出了基于变换系数分布的a v s 码率控制算法思路并 进行了初步验证。结合t s 流复用算法，对符合a v s 信源标准的音视频原始流 e s 进行了复用实验。具体分析了复用效率、能否被商用机顶盒解码播放和添加 的业务信息是否得到了正确体现，并符合我国d t t b 传输标准。 论文的最后一部分是研究生期间参加课题组地面数字电视接收棒项目开发 所进行的相关软件设计实现。 4 第一章前言 1 3 论文结构 本文主要是研究我国数字电视信源标准以及实现。共分为五章，第一章是前 言，主要阐述课题的研究背景和本文的主要研究内容。第二章首先简单介绍了 m p e g 2 系统层语法和语义，接着研究分析了m p e g 2 的节目专用信，gp s i 、d v b 的业务信息s i 、a t s c 的节目和系统信息协议p s i p 以及我国数字电视传输标准 业务信息规范。其中着重分析了我国数字电视业务信息规范对业务信息表和描述 符的规定，并从一个实例着手，分析了这些表格的现实应用。第三章是在分析我 国数字电视业务信息规范的基础上，应对数字电视接收设备测试信号规范的要 求，研究了t s 流的复用算法和业务信息编制方法，在m p e g 2 系统框架下，对 复用算法进行了实验。第四章是关于我国数字电视信源标准的另一项研究，基于 a v s 标准的数字电视地面广播d t t b 的实现。共包括两个问题，一个是基于变 换系数分布的a v s 码率控制算法研究，另一个是采用a v s 标准的d t t b 传输流 复用实验。第五章列出了研究生期间参与的一个课题设计，地面数字电视接收棒 软件设计。 第二章数字电视系统层业务信息研究 第二章数字电视系统层业务信息研究 论文的主要研究工作之一是我国数字电视接收设备的测试码流的生成和基 于我国数字电视传输标准的接收设备的设计实现，而这些工作都必须遵照相关标 准的语法和语义进行。为此，本章概述了目前国际上通用的图像及其声音信号的 编码标准，以及世界各主要国家和地区现行的数字电视标准。其中系统层的业务 信息部分是本文研究的重点。 2 1m p e g 2 系统层概述 运动图像专家组( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ，m p e g ) 是i s o i e c 的一 个工作组，负责为数字音频和视频发展编码制定标准，成立于1 9 8 8 年。小组提 出的m p e g 1 标准成为了v c d 和m p 3 等的基础，m p e g 2 标准则成为数字电视 和d v d 等的基础。 m p e g 2 标准三个最基础的部分是：系统层、视频层和音频层【l 】。m p e g 2 系统层标准支持两种码流：一是节目流( p s ，p r o g r a ms t r e a m ) ，适用于存储媒 体等条件较好的信道；另一种是传送流( t s ，t r a n s p o r ts t r e a m ) ，适用于数字电 视和网络传输等可能发生较多误码的信道。本文面向数字电视系统，主要研究对 象为传送流。 这两种码流均可按m p e g 2 标准的系统部分，组合多路音频和视频信号压缩 码流、辅助信息和数据。将所有数据流组合在一起的过程称为复用。参与复用的 数据流可有共同的时间基准，也可具有各自的时间基准。 根据处理目的、方法、格式和过程等的不同，m p e g 2 码流分为基本流( e s ) 、 打包的基本流( p e s ) 和传送流( t s ) 。数字化音频和视频信号首先进行压缩， 分别编码成e s 流，进而分别与音频和视频相关的数据及控制信息分别打包成 p e s 流，再与传输和系统相关的控制信息和辅助数据等组合成t s 流。p e s 流和 t s 流是遵循m p e g 2 标准第一部分，按照复用算法和特定的语法规则，由e s 流构成的不同层次的m p e g 2 系统码流。 m p e g 2 系统层码流中的控制信息和辅助数据包括各种头部码、同步信息、 字幕、增值业务以及为适应特定信道和环境或面向不同用户与应用的其它信息。 这些控制信息和辅助数据有的属于必备，有的可选或可扩展。其中包括填充数据， 它们对于满足信道传输速率和确保同步等起着重要作用。 6 第二章数字电视系统层业务信息研究 m p e g 2t s 形成过程如图2 - 1 所示。其左部为压缩层，右部为系统层。压缩 层编码包括视频、音频两部分，分别遵循i s o i e c1 3 8 1 8 2 和i s o i e c1 3 8 1 8 3 标准，得到各自的e s 流【2 1 【3 】；系统层分为将视频e s 流、音频e s 流打包为p e s 流和将p e s 流打包成t s 流两个过程，执行i s o i e c1 3 8 1 8 1 标准。 视音频编码部分系统层复用部分 i 图2 1m p e g 2t s 流形成过程示意图 m p e g 2t s 提供了一套可以将视频编码流，音频编码流和通用数据等封装 到一个t s 流的机制。为解析t s 流所包含的信息以及进行带宽控制，m p e g 2 系统层标准定义了节目专用信息( p s i ) 。t s 同时包含以时间标记形式出现的时 间信息，建立收端对发端的时基同步，并实现视频、音频和数据等的同步。同时， m p e g 2 系统层标准定义t s 包格式，使其能够在易出现差错的物理信道中( 如 无线广播和有线电视网络等) 进行实时传送和接收。 m p e g 2 标准规范的各种系统层信息都必须以一定频率重复发送，每种信息 的时间间隔不得大于某个值，这样才能保证接收解码终端及时获取p s i 信息，从 而能够正确选择节目和对其解码。重复率的增加利于随机访问，但同时引起p s i 数据占用的比特增多，降低传输效率。如果把p s i 映射为静态或半静态，那么它 们可以存储在解码器中，而不必等待重传，这样能加速访问进程。 对业务繁忙的数字电视系统，仅有m p e o 2 的p s i 信息，往往使接收解码器 终端不能自动接收某一业务并提供相应的节目内容，而需补充其它一些信息。例 如欧洲的d v b 、美国的a t s c 和我国的数字电视标准中，都增设了数字电视广 播业务信息作为m p e g 2 的补充。在d v b 标准中，称之为业务信息s i 。在a t s c 标准中，称之为节目和系统信息协议p s i p 。在我国的数字电视广播中，称之为 数字电视业务信息。这些信息主要用于接收解码终端的信息设置，如节目种类、 节目时间、节目来源等。 第二章数字电视系统层业务信息研究 2 2m p e g 2 节目专用信息p s i 在m p e g 2t s 中，t s 流由长度固定的t s 包序列组成，每个t s 包都有一 个p i d ，如果其中不设节目管理信息，那么机顶盒和解码器将无法从t s 流中找 到所需信息。为此在m p e g 2 标准的第一部分即系统部分，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 c a t i o ni n f o r m a t i o n ) 。p s i 的作用在于自动设置和引导接收 解码终端解析t s 的过程。p s i 信息中携带着各套节目的各e s 及其它数据流所在 t s 包的p i d ，于是接收解码器就能在p s i 的引导下，自动地对t s 解复用，从i t u t r e c h 2 2 2 0 i i s o i e c1 3 8 1 8 1 码流中，选择和提取相应p i d 的t s 包中的数据流。 p s i 控制和管理不同节目的音频视频流，提供在t s 包中传送节目初始化信息的 机制。接收解码终端借助p s i 和同一套节目音频视频共享的时间基准，即可重 现该节目。 在m p e g 2 标准系统层规范中，p s i 以四种表的形式出现，它们是：节目关 联表( p a t ) 、节目映射表( p m t ) 、网络信息表( n i t ) 和条件访问表( c a t ) 。 ( 1 ) 节目关联表( p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e p a t ) ：p a t 所在t s 包的 p i d 为0 x 0 0 0 0 。p a t 始于8 比特固定长度的头部，可变长度的节目表清单由每 个1 6 比特的节目号和对应1 3 比特的p m tp i d 值组成。p a t 定义t s 中各节目 的节目号与其p m t 间的对应关系和n i t 的位置。 ( 2 ) 节目映射表( p r o g r a mm a pt a b l e ，p m t ) ：p m t 提供节目号和组成该 节目的音、视频编码流以及私用数据间的映射关系，标识并指示组成每路业务的 码流的位置。在p m t 插入到t s 包之前，按一定语法分成一个或多个分段。载 有节目映射表的t s 包以不加密方式传送。各节目音、视频基本流的一些附加信 息可在p m t 的描述符d e s c r i p t o r ( ) 结构中传递。这些字段中，有的可以用来修 饰基本的p m t ，进一步描述节目及音、视频基本流信息，有的主要是用来描述 t s 流的语言识别以及其他信息等。p m t 中可以加载的描述符有视频流描述符、 音频流描述符、体系描述符、注册描述符、数据流对准描述符、目标背景栅格描 述符、i s o6 3 9 语言描述符、c a 描述符等。 ( 3 ) 网络信息表( n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e n i t ) ：m p e g 2 定义的n i t 属可选的私用流类型，通常包含服务和传送流标识、信道频率、调制特性等内容。 m p e g 2 标准中没有对n i t 格式的具体规定。 ( 4 ) 条件访问表( c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e ，c a t ) ：如果t s 中有加密的数 据流，那么t s 中一定要传送c a t 。c a t 所在t s 包的p i d 为0 x 0 0 0 1 。c a t 中 有描述符c a ( ) 。 ( ) 列有正在传输的系统识别符_ d e s c r i p t o r c a d e s c r i p t o r c a c as y s t e mi d 及包识别符c ap i d ，以及加密的数据。包识别符为c ap i d 值 第二章数字电视系统层业务信息研究 的t s 包中，载有e m m ( 授权管理信息) 或e c m ( 授权控制信息) 。 较短的p s i 可只载于一个t s 包中，否则需数个t s 包才能传完，每个t s 包 只载有其中一段。要获取完整的一种p s i 表，必须把这些段找齐，并依次接续。 因为这些表非常重要，所以每个表都带有4 字节的c r c ( 循环冗余校验码) ， 用来保证接收机只能按获得的正确恢复的p s i 来接收和解码相应信息。 解析一个t s 流，首先要从p i d 为0 x 0 0 0 0 的t s 包中找到完整而正确的p a t ， 由p a t 得到特定节目的节目号及其p m tp i d ，按p m tp i d 从相应t s 包中找到 该节目的p m t ，然后从p m t 中查到该节目音视频等数据流所在t s 包的p i d ， 于是才能在t s 中定位该节目的音视频流所在的t s 包。若音视频信息加了密， 则要先在t s 中找到p i d 为o x 0 0 0 1 的t s 包，从中提取c a t ，再按c a t 中列出 的信息，找到某套加密节目e c m 、e m m 所在的t s 包p i d ，进而从相应t s 包 中找到e c m 和e m m ，经认证合法用户的智能卡系统提供密钥，取得加密控制 字c w 等加密信息，对加扰的t s 流解密。 2 3d v b 业务信息s i 概述和应用 d v b ( 数字视频广播：d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 系列标准是由欧洲电信标 准化协会( e t s i ) 制定的数字视频传输标准【4 】。除卫星( d v b s 和d v b s 2 ) 、 有线( d v b c ) 和地面( d v b t ) 传输方式外，还有通过网络、无线通信等信 道传送数字音频、视频和数据等信息的一系列标准，服务形态覆盖s d t v 、h d t v 和家庭信息网络平台等，对接口、条件接收、符合性测试等也有相应标准。 d v b 建立了对所有传输媒体都适用的数字视频传输体系，灵活地传送 m p e g 2 音频和视频压缩码流和其它数据流。为此d v b 标准要求：使用统一的 m p e g 2 传送流、业务信息、里德索罗门( r - s ) 前向纠错码( f e c ) 以及加扰 措施等( 加密方法允许不同) ；适应不同传输媒体，采用相应的信道编码、纠错 方法和调制方式；支持图文电视；也可供欧洲以外地区采用。 按d v b 标准构筑的数字电视系统分为信源编码、信道复用、信道编码( f e c 、 交织等) 、调制( 正交相移键控q p s k 、正交幅度调制q a m 或编码正交频分复 用c o f d m ) 、频道变换及接收和解码终端等六部分。其中信源编码、信道复用 采用m p e g 2 标准；d v b s 采用f e c 与q p s k 等技术；d v b c 基于f e c 与q a m ； 而d v b t 则采用f e c 与c o f d m 等技术。对这三种系统的接收和解码终端来说， 除需采用相应的解调制和信道解码部分外，信源解码与显示等部分相同。 如上所述，m p e g 2 标准系统层定义了包括四种表的p s i ，由它们提供节目 组成和控制、管理等信息，使终端得以正确接收和解码。由于这些信息在实际应 第二章数字电视系统层业务信息研究 用中仍显不足，所以d v b 系统将p s i 扩充为业务信息( s i ) ，用以引导接收解 码终端迅速找到相关节目的信息【5 1 【6 1 。s i 也由一系列表组成，每种表为接收机提 供特定的信息，接收解码终端接收d v b 广播信号时，按照s i ，遵循一定步骤， 可完成节目搜索、电子节目指南e p g ( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ) 处理、节目信息 提取等，最终获取所需节目或服务。 d v b 的s i 用与m p e g 2 的p s i 相同的机制携带系统层信息，为接收解码终 端提供有关业务和事件的识别信息。p s i 的p a t 、p m t 、c a t 只提供它们所在 的t s 流信息，而s i 还提供其它t s 流的业务和事件信息。此外，s i 中还有与物 理网络相关的信息。 在e t s ie n3 0 04 6 8 标准中，定义了九种s i 表的构成语法和各语法元素的 语义，规范了业务和事件识别信息的编码方法。这些表同n i t 一起，构成d v b 系统t s 流中的业务信息。 ( 1 ) 网络信息表( n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e ，n i t ) ：n i t 提供的信息主要 有：网络中各传送流的传送流标识、网络标识符( n e t w o r ki d ) 、原始网络标识 符( o r i g i n a l、各传送流所在物理频道的调谐信息、传送流所含业network i d ) 务的清单、网络名称等。 ( 2 ) 业务群关联表( b o u q u e ta s s o c i a t i o nt a b l e ，b a t ) ：b a t 提供与业务 群相关的信息，给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务列表。一个业务可 以不只属于一个业务群，按不同的分类方法，可能几个业务群中都会包含同一个 业务。 ( 3 ) 业务描述表( s e r v i c ed e s c r i p t i o nt a b l e ，s d t ) ：s d t 用来描述包含在 一个特定传送流中的业务。s d t 包括有关系统中节目业务的各种信息，主要有： 业务名称、业务提供者名称、当前的运行状态( 运行、未运行、几秒后开始运行、 暂停等) 、业务加扰与否、当前传送流中是否存在与该业务对应的当前后续事 件信息表e i t 、当前传送流中是否存在与该业务对应的事件时刻信息表等。 ( 4 ) 事件信息表( e v e n ti n f o r m a t i o nt a b l e ，e i t ) ：e i t 按时间顺序提供每 个节目业务中所包含的事件信息。e i t 分为两种，一种是当前后续事件信息表 ( e i tp r e s e n t f o l l o w i n g 或e i t p f ) ，另一种是事件时刻表( e i ts c h e d u l et a b l e s ) 。 当前后续事件信息表中只包含当前传送流或其它传送流中指定业务的当前正在 播出的事件和其后的一个事件( 准视频点播n v o d 业务除外) ，而事件时刻表 则包含了除当前后续事件以外，按时间顺序排列的其它事件列表。s i 中，只有 e i t 可以加密。 ( 5 ) 时间和日期表( t i m ea n dd a t et a b l e ，t d t ) ：t d t 以4 0 b i t 的世界协 调时u t ct i m e 字段，传送以u t c 和修正的儒略日期m j d 形式表示的当前时间 l o 第二章数字电视系统层业务信息研究 和日期信息。主要用来对接收机内部的时钟进行同步和校准，其传送的最长时间 间隔为3 0 秒。 ( 6 ) 时间偏移表( t i m eo i t s e tt a b l e 。t o t ) ：t o t 给出u t ct i m e 和本地 时间偏移。t o t 同样也用于同步接收机的内部时钟。 ( 7 ) 运行状态表( r u n n i n gs t a t u st a b l e ，r s t ) ：r s t 给出事件的状态( 运 行非运行) 。用于迅速更新一个或多个事件的运行状态。 ( 8 ) 填充表( s t u f f i n gt a b l e ，s t ) ：s t 用于使现有的段无效。为保证一致 性，需要填充子表的所有部分。 ( 9 ) 选择信息表( s e l e c t i o ni n f o r m a t i o nt a b l e ，s i t ) ：s i t 仅用于码流片断 ( 例如记录的一段码流) 中，它包含了描述该片断码流的业务信息的概要数据。 不允许在广播流中使用。 ( 1 0 ) 间断信息表( d i s c o n t i n u i t yi n f o r m a t i o nt a b l e ，d i t ) ：d i t 仅用于码流 片断中，它将插入到码流片断业务信息间断的地方。 d v b 的s i 有必备和可选两类。现行t s 流的n i t 、s d t 、e i t 和t d t 四种 表为必备表，任何d v b 系统的t s 流中必须有这四种表。它们配合p s i 进行调 谐、查找节目进而解码，也能用于实现极其简单的e p g 功能。 s i 可用于d v b 的地面广播、有线信道和卫星信道。这些不同系统中，不同 信息由s i 的n i t 循环中所含的d e s c r i p t o r ( ) 区分。s i 其它表也含有许多不同 d e s c r i p t o r ( ) ，这些d e s c r i p t o r ( ) 描述解码器解码和显示所需的大部分必要信 息。s i 中还包含实现基本e p g 所需的信息。 s i 的主要用途有：根据n i t ，p a t ，p m t 等信息可以进行自动的频道调谐； 更方便的对节目进行选择和定位；实现e p g ，等等。 2 4a t s c 节目与系统协议p s i p 概述和应用 a t s c 是美国先进电视系统委员会( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) 的英文缩写词，a t s c 标准是由该委员会制定的美国数字电视国家标准1 7 。a t s c 标准规范了美国地面数字电视视频信号格式、音频预处理方式、编码参数、复用 和传送层特性、残留边带调制( v s b ) 以及射频传输子系统等一系列参数。 a t s c 数字电视系统由四个层级组成，层级间有清晰的界线。最上层为图像 层，确定图像