（通信与信息系统专业论文）新型hfc网络小区电视节目管理系统的研究.pdf

重庆大学硕十学位论文中文摘要 摘要 随着网络资源的不断扩展和所提供业务的不断增加，电信网、广播电视网和 计算机通信网之问的相互渗透、相互融合，实现三网合一，为用户提供综合业务 是必然的发展趋势。在新型h f c 网络结构下，由于网络传输机制以及网络结构的 变化，网络设备和它采用的管理技术也需要变化，作者重点研究在新型h f c 网络 结构下小区电视节目的管理。 在新型h f c 网络结构下，用户的电视节目收看将不同于以往的方式，集中 器完成系统级的解复用，集中器根据用户的要求把相应单路节目数据打包成以太 网帧以组播的方式通过以太网发送到用户。用户在综合业务终端把以太网帧还原 为t s 流，并完成节目级的解复用，分离出音视频内容实现节目的收看。在这里节 目管理系统将作为集中器和用户之间的桥梁，接受用户的请求并将有关的参数送 到集中器进行处理。 随着网络结构的改变，节目管理的方式也发生了改变。用户所收看的节目主 要包括采用广播方式的数字电视节目和以广播方式下送的v o d 实时视频点播节 目。本文首先仔细分析了在新型h f c 网络结构下数字电视节目与视频点播节目的 收看方式。然后，对小区数字电视节目管理以及v o d 视频点播节目管理所要解决 的问题以及主要的功能进行了详细的需求分析，分别给出了他们的管理处理流程， 并在此基础上提出了节目管理系统的总体方案，将管理系统划分为通信模块、命 令处理模块、数据库接口模块、数字电视节目组管理模块、v o d 视频点播组管理 模块和组播模块。论文从数据结构、运行流程、算法以及使用的策略等方面，对 这些模块进行了详细的研究并给出了完整的设计方案以及相应程序代码。 最后，论文对节目管理系统软件进行了初步实验分析，证明了本文设计的节 目管理系统能够正确接收到用户命令并作出相应处理。 关键词：数字电视，节目管理，新型h f c 网络，v o d 视频点播，组播 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ee x p a n d i n go f n e t w o r kb a n d w i d t ha n di n c r e a s i n go f n e t w o r ks e r v i c e s ，t h e t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，c a t va n di n t e r n e ti n f e c ta n dc o n v e r g ew i t he a c ho t h e r c u r r e n t l yi ti sac e r t a i nd i r e c t i o nt op r o v i d ei n t e g r a t e ds e r v i c e sf o ru s e r s 1 1 1 en e t w o r k t r a n s m i s s i o nm e c h a n i s ma n dn e t w o r ks t r u c t u r eh a v eb e i n gc h a n g e dc o r r e s p o n d i n g l yi n t h en e wh f cn e t w o r k ，s on e t w o r ke q u i p m e n ta n dt e c h n i q u es h o u l db eu p g r a d e d t h i s p a p e rf o c u s e so nt h es e r v i c em a n a g e m e n ti nt h en e wh f c n e t w o r k t vw a t c h i n gi sd i f f e r e n ti nt h en e wh f c n e t w o r k s ，t h es y s t e md e m u l t i p e x i n g b e i n gs e t i nt h ec o n c e n t r a t o r t h ec o n c e n t r a t o rp a c k ss i n g l ep r o g r a ms 仃e a mi nt h e e t h e r n e tf r a m ea n ds e n d st ot h eu s e rw i t hm u l t i c a s t t h ee t h e m e tf r a m ei sr e v e r t e dt o t r a n s p o r ts t r e a ma n dp r o g r a md e m u l t i p l e x i n gi sf i n i s h e dw i t hv i d e oa n da u d i of o rt v w a t c h i n g b e i n gh e r e t h et vp r o g r a m em a n a g e m e n ti ss e r v e da sab r i d g eo fu s e ra n d c o n c e n t r a t o r , t a k i n gu s e r sr e q u i r e m e n ta n dt e l l i n gt h ec o n c e n t r a t o rh o wt od o a st h ec h a n g eo ft h en e t w o r ks t r u c t u r e , t h em o d eo ft vp r o g r a m em a n a g e m e n t s y s t e mi sc h a n g e d n l es e r v i c eo f d i g i t a lt vb e i n ga f f o r d e dt ot h eu s e ri n c l u d e sm a i n l y t vp r o g r a ma n dv o i dp r o g r a m i nt h ef i r s tp l a c e t h ei m p l e m e n to ft vp r o g r a ma n d v o d p r o g r a ma l ea n a l y z e dc a r e f u l l y i nt h en e x ts t e p ，t h ed e t a i l sf o rr e s o l v i n gt h em a i n p r o b l e ma n dr e a l i z i n gt h em a i nf u n c t i o nw i t ht h em a n a g e m e n to f t vp r o g r a ma n dv o d p r o g r a mi nt h en e wh f cn e t w o r ka g ep r o v i d e d o nt h i sf o u n d a t i o n , t h et o t a ld e s i g n p r o j e c to fs e r v i c em a n a g e m e n ts y s t e mi sp r e s e n t e d i nt h ep r o j e c t , t h et vp r o g r a m m a n a g e m e n ts y s t e mi sd i v i d e di n t oc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，o r d e l p r o c e s s i n gm o d u l e ， d a t a b a s ei n t e r f a c em o d u l e d i g i t a lt vp r o g r a mg r o u pm a n a g e m e n tm o d u l e , v o d p r o g r a mg r o u pm a n a g e m e n tm o d u l e ，m u l t i c a s tm o d u l e t h ef u l ld e s i g np r o j e c to f s e r v i c e m a n a g e m e n ts y s t e m i sd e s c r i b e di n w a yo fd a t as t r u c t u r e , c i r c u l a t e p r o c e s s ，c a l c u l a t ew a y , u s a g es t r a t e g y f i n a l l y , p r e l i m i n a r ye x p e r i m e n t sw a st a k e n m a k e i n gs u r et h eu s e r so r d e l b et a k e n a n dp r o c e s s e dr i g h t l y k e y w o r d s ：d i g i t a lw t vp r o g r a m em a n a g e m e n t ，n e wh f cn e t w o r k ，v o d ，m u l t i c a s t 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，也不包含为获得重庞太堂 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己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：甘缸叫签字日期：2o o ? 年中月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆盔堂有关保留、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。本人授权重废太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，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() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：前知褂 导师签名： 悄棒 签字日期：2 0 刁年够月f 它日签字日期：z 0 0 7 年明，8 日 重庆大学硕十学位论文1 绪论 l 绪论 1 1 课题背景 近年来，我国有线广播电视正在向数字化、产业化、网络化、多功能化发展， 如何充分利用现有h f c 网络的资源优势，实现增值业务开发，成为大家讨论的热 点。 承载了有线广播电视一系列业务的双向有线电视网是在单向c a t v ( c o m m u n i t y a n t e n n at e l e v i s i o n ，有线电视) 网的基础上发展起来的，提供从前端 到用户端的下行信道( d o w n s t r e a mp a t h ) 以及从用户端到前端的上行信道 ( u p s t r e a mp a t h ) ，使得广大有线电视用户除了能够收看单向广播电视节目之外， 还能够点播自己喜爱的影视节目和其它各种信息，能够通过有线电视电缆接入 i n t e r n e t 网，拨打语音电话、可视电话，视频会议等。 这种混合方案是由c a t v 网演变而来的，是一种新型的接入网技术，不仅能 提供窄带电话业务，也胄彦提供宽带图像业务，其经济性较好，是目前最有希望的 接入网技术方案之一。绝大多数有线电视公司会逐渐采用这种方案，不少电话运 营公司也开始采用这种方案来应付市场竞争。显然，这种技术越普及，新铺设的 双绞线会越少，而光缆和同轴电缆会越多，光纤向用户侧的推进速度会加快。 为使各种图象、数据和语音信息在h f c 网络上传输，h f c 网络采用副载波频 分复用方式，将频谱资源进行了合理的分配。目前的国家标准是5 6 5 m h z 的频带用 于传输上行电话、数据和电视信号；8 0 - 5 5 0 m h z 的频带用于传输下行模拟电视，可 传5 9 个p a l $ 1 j 的模拟电视信；5 5 0 7 5 0m h z 的频带用于下行传输，至少可以提供2 0 0 路m p e g 2 的电视点播业务和其它的电信业；7 5 0 0 1 0 0 0 m h z 频带预留给双向数字 个人通信系统。随着模拟电视业务的逐渐淘汰，在8 0 5 5 0 m h z 的频带上富余出了足 够的带宽来提供数据业务以及视频点播业务。在h f c 上可以利用d v b ( d i 西t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g ，数字视频广播) 或c m ( c a b l em o d e r n ，电缆调制解调器) 技 术进行数据传输。d v b 和c a b l em o d e m 的下行一般采用6 4 q a m 2 5 6 q a m ( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，正交幅度调制) 调制方式，速率可达 3 6 4 0 m b p s 上行一般采用q p s k ( q u a d r a t u r e p h a s es h i rk e y i n g ，正交相移键控) 调制方式，以提高抗干扰的能力( 当上行信道噪声比较小时也可采用1 6 q a m 调制) 。 速率可达1 0 m b p s 。 但是h f c 网络实际情况的差另是相当大的，如果设计施工得当，可将漏斗噪 声控制在较低水平；然而，许多有线电视网是经过简单地更换放大器而改造成双 向的，没有经过严密的5 a 2 向设计和噪声控制，其漏斗噪声往往很大，c a b l e m o d e r n 重庆大学硕士学位论文1 绪论 在这样的环境中运行误码率较高，严重时甚至无法通信。符合d o c s i s ( d a t ao v e r c a b l es e r v i c ei n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ，有线电缆数据服务传输规范) 标准的c m 虽然 具有一定的抗干扰能力，但在实际双向h f c 网中的运行时，通信质量和速率都不 尽如人意。 为了解决现有h f c 网络的“漏斗噪声”问题，并使其更加适应未来综合业务的 需求，向用户提供更好的通信服务质量，更快的通信速率，我们的老师在积累了 丰富的c m t s ( c a b l em o d e mt e r m i n a ls y s t e m ，电缆调制解调终端系统) 和c m 研 发经验的基础上，在对d o c s i s 协议深入分析研究的前提下，适当改变c m t s 的工 作机制，并在小区中引入一个叫“集中器”新设备，提出了一种的新型的双向h f c 网络结构，其参考模型如图1 1 所示。这种网络具有漏斗噪声小、通信协议比较简 单、上下行信道容量大等优点。 随着这种新型网络结构的出现，传统的数字电视收看也发生了改变。针对 这种改变我们设计了一种基于新型h f c 网络的小区数字电视节目管理系统来适应 这种改变。 1 2 国内外研究现状 我们的节目管理系统是基于本人老师独创提出的新型h f c 网络架构，这种新 型h f c 网络架构目前所有技术均掌握在本人所在实验室，因此我们的基于新型 h f c 网络的小区数字电视节目管理系统是一个全新的概念。 目前存在于有线电视系统内的节目管理与我们的节目管理系统存在一定的相 似性，但差别是巨大的。首先两者所处位置不同，前者的节目管理系统主要位于 网络的头端部分，负责对其提供的所有广播及点播节目的管理。而我们的节目管 理系统则位于我们新型h f c 网络的用户侧，主要负责如何把节目利用组播的方式 分配给相应的用户。 1 3 课题的研究内容及安排 1 3 1 课题的研究内容 数字电视的解复用分为系统级的解复用以及用户级的解复用，在新的网络结 构下集中器承担了系统级的解复用而综合业务终端负责用户级的解复用。一个集 中器将为多个用户提供服务，面对这种情况组播技术为我们提供了很好的解决方 案。 本课题主要研究了在新型h f c 网络结构下小区数字电视节目的管理，如何合 理且最大限度的节省带宽资源情况下满足用户的数字电视节目收看服务，具体内 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 容包括了两个方向( 1 ) 在新型网络结构下用户数字电视节目收看的研究( 2 ) 在 新型网络结构下用户接受视频点播服务的研究以及相应的权限和计费问题。 1 3 2 论文的内容安排 第一章绪论主要阐述课题的研究背景和研究内容 第二章数字电视技术相关知识的介绍 第三章基于新型h f c 网络的小区数字电视节目管理系统需求分析及方案 第四章基于新型h f c 网络的小区数字电视节目管理系统模块划分及软件设计 第六章结论与展望 3 重庆大学硕士学位论文2 数字屯视相关技术介绍 2 数字电视相关技术介绍 2 1 数字电视简介口8 明“2 加 数字电视是指把模拟电视信号( 包括图像与伴音信号) 转换成数字信号，并 以数字形式进行处理、储存或传输。数字电视系统主要由编、译码器及信道三部 分组成，如图2 1 所示。以电视信号数码化传输为例，模拟的电视信号先经脉冲 编码调制( 缩写为p c m ) 由模拟形式转换成数字形式，中间经信源编码、信道编 码，然后送入信道传输。信源编码的作用是去除电视信号中的多余度，降低传输 码率，节省频带。信道编码的作用是抗御信道干扰，降低传输过程中的码率。在 这里所说的信道，是指数字通信中的离散二进制信道，它除了包括传输线路( 如 光纤、波导等) 外，在其两端还包含了调制、解调器，用来将数字信号转换成适 宜在信道内传输的码型。数字电视的接收端是发送端的反过程，经过译码后得到 的数字信号又经数模转器转变为模拟电视信号输出。 援撤l 毡税 俯辅 攘挝龟 鼍 岱箱i j l 图2 1 数字电视流程图 f i g 2 1d i g x t a lt v f l o wd i g r a m 数字h d t v 是继黑白模拟电视、彩色模拟电视之后的第三代电视，其图像清 晰度在水平和垂直方向比现行的彩色模拟电视提高一倍以上，象素和信息量比现 行电视增加约5 倍。如果采用3 0 英寸以上的1 6 ：9 宽高比的大屏幕显示器观看图 像细腻逼真，在视觉效果上达到或接近3 5 m m 宽银幕电影的水平，配以多路环绕 立体声音响，会产生很强的临场感。 数字高清晰度电视集成了近年来高速发展的超大规模集成电路、高分辨率大 屏幕显示器件、高密度数字记录、计算机多媒体技术、数字通讯与传输技术、数 字压缩与解压缩技术、激光技术、数模转换技术等方面的最新成就，使电视生产 技术更趋向于数字化、集成化、模块化，是电视技术领域内由模拟技术全面转向 4 重庆大学硕士学位论文2 数字电视相关技术介绍 数字技术的一场革命。 2 1 1 数字电视标准 在图像信号编码压缩标准提出的同时，为了实现图像数字化传输，各个国家 都在紧锣密鼓地工作，制定出适合本国或本地区利益的传输标准。到目前为止， 主要有三个数字电视传输标准。 美国的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 m sc o m m i t t e e ) 标准 该标准于1 9 9 5 年4 月制定。其技术要点为： 1 ) 信源编码和压缩：视频编码采用m p e g 2 ，音频编码采用d o l b y a c 3 。 2 ) 业务复用和传输：视频码流包、音频码流包、辅助码流包复用成一个单码 流，数字电视系统用m p e g 2 传输码流语法打包和复用，形成复合广播系统，还 考虑能与a t m 有互操作性。 3 ) 射频发送( 包括信道编码和调制) ：数字调制采用8 - v s b 和1 6 v s b 残 留边带调制方式，信道编码采用r - s 码( 2 0 7 ，1 8 7 ) ，为提高抗干扰能力，还采 用格状编码( t c m ) 、数据随机化及数据交织等措施。 欧洲的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 ) 标准 该标准于1 9 9 3 年9 月制定。其技术要点为： 1 ) 视频编码、音频编码及系统复用均遵循m p e g 2 标准。 2 ) 提出三种传输方式：d v b s 、d v b c 、d v b t 。 3 ) 信道编码和调制：信道编码采用r s 码( 2 0 4 、1 8 8 ) ，在地面广播时采用 的数字调制方式为正交频分多路调制( o f d m ) 和格栅编码( t c m ) 级连方式。 卫星信道采用的数字调制方式为q p s k ；有线电视网中的数字调制方式采用 q a m 。 日本的i s d b ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 标准 该标准于1 9 9 3 年9 月制定。其技术要点为： 1 ) 既传数字电视节目，又传其他数据的综合业务服务系统。 2 ) 视频编码、音频编码及系统复用均遵循m p e g 2 标准。 3 ) 传输信道以卫星为主。 在传输方面，美国首先考虑的是地面广播信道；而欧洲和日本首先考虑是卫 星信道。在图像规格方面，美国考虑地面广播h d t v ；欧洲强调图像可分级性； 日本强调多种数字业务集成，不只传一种h d t v 信号。数字调制方式方面，美国 地面广播采用8 - v s b 或1 6 一v s b ；欧洲和日本地面广播采用o f d m 。其中欧洲 的d v b 标准优点较多，在中国，现在包括c c t v 等大多数电视运营商试播的卫 星或有线数字电视节目都采用了这一标准。 5 重庆大学硕士学位论文 2 数字电视相关技术介绍 2 2 视频压缩标准1 1 m 肺儿”m 8 1 2 2 1m p e g 1 该标准使得可以有效的在光盘( c o m p a c td i s c ) 上存储、检索音频和视频信号。 标准包括了系统部分、视频部分、音频部分等五个部分：系统部分为音频和视频 的基本流提供多路复用和同步的支持。视频部分提供的算法压缩的视频图像的质 量相当于家用录像系统v h s ( v i d e oh o m es y s t e m ) 的记录质量，速率约为 1 2 m b s 。空间分辨率限制为每视频扫描行3 6 0 个像素，并且在源编码器端的视频 信号为3 0 帧s ，逐行扫描。对大多数原始图像内容，可得到无人工痕迹的图像质 量。音频部分提供4 种编码模式：单声道、双声道、立体声和联合立体声。根据 应用需求，可以使用不同层次的编码系统。 该标准是v c di 业标准的核心，现在v c d 已经走入于家万户，一个电影经 过此标准的编码压缩后可以存储在两张光盘上。到今天为止，全世界已售出超过 六千万台的v c d 机。用于电脑上的v c d 的解压软件也到处可见。利用m p e g 1 音频的第三层的m p 3 音乐格式也倍受青睐。 2 2 2m p e g 2 该标准克服并解决了m p e g 1 不能满足日益增长的多媒体技术、数字电视技 术对分辨率和传输率等方面的技术要求的缺陷。m p e g 2 标准的系统功能是将一 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，以适应存储 和传送。符合该标准的编码数据流，可以在一个很宽的恢复和接收条件下进行同 步解码。该标准的压缩编码系统是将视频和音频编码算法结合起来而开发的。系 统编码有两种方法，其编码输出保留节目流( p s ) 和传送流( t s ) 两种定义流。 m p e g 2 标准力求满足在存储媒体、会议电视可视电话、数字电视、高清晰度电 视h d t v ( h j i g h d e f i n i t i o nt v ) 、广播、通信、网络等应用领域中对多媒体视频、 音频通用编码方法日益增长的新需要。譬如：分辨率要求有低( 3 5 2 * 2 8 8 ) 、中 ( 7 2 0 * 4 8 0 ) 、次高( 1 4 4 0 1 0 8 0 ) 、高( 1 9 2 0 1 0 8 0 ) 几个不同的档次；压缩编码 方法也要求从简单到复杂有不同几个等级。m p e g 2 标准详述了数字存储媒体和 数字视频通信中的图像信息的编码描述和解码过程。m p e g 2 标准支持固定比特 率传送、可变比特率传送、随机访问、信道跨越、分级编码、比特流编辑以及一 些特殊功能，如：快进播放、快退播放、慢动作、暂停和画面凝固等。除了与m p e g 1 兼容以外，m p e g 2 视频标准与e d t v 、h d t v 、s d t v 等格式兼容。m p e g 2 标 准作为计算机可处理的数据格式，主要应用于数字存储媒体、视频广播和通信。 存储媒体可以直接与m p e g 。2 解码器相连，或者通过总线、局域网、电信通信线 路等通信手段与其相连。所以符合该标准的数据，以在现在或未来的网络上传送、 接收和在广播信道上传播。 6 重庆大学硕士学位论文2 数字电视相关技术介绍 2 2 3m p e g 4 m p e g - - 4 标准专家组成立于1 9 9 3 年。该标准的目标为：支持多种多媒体应 用( 主要侧重于对多媒体信息内容的访问) ：可根据应用的不同要求现场配置解 码器。 m p e g 4 与m p e g 1 和m p e g 2 有很大的不同。m p e g 一4 不只是具体压缩 算法，它是针对数字电视、交互式绘图应用( 影音合成内容) 、交互式多媒体( w w w 、 资料撷取与分散) 等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。m p e g 一4 标准将 众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供 标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普 遍采用的统一数据格式。m p e g 4 采用基于对象的编码，即在编码时将一幅景物 分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象，分别编码后，再经过复用传 输到接收端，接收端对不同的对象分别解码，从而组合成所需要的视频和音频。 这样既方便我们对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法，又有利于不同数 据类型问的融合，也可以方便的实现对于各种对象的操作及编辑。例如，我们可 以将一个卡通人物放在真实的场景中，或者将真人置于一个虚拟的演播室里，还 可以在互联网上方便的实现交互，根据自己的需要有选择的组合各种视频音频以 及图形文本对象。m p e g 4 系统的一般框架是：对自然或合成的视听内容的表示； 对视听内容数据流的管理，如多点、同步、缓冲管理等；对灵活性的支持和对系 统不同部分的配置。与m p e g l 、m p e g 一2 相比，m p e g 一4 具有如下特点： 基于内容的交互性 m p e g - 4 提供了基于内容的多媒体数据访问工具，如索引、超级链接、上下 载、删除等，利用这些工具，用户可以方便地从多媒体数据库中有选择地获取 自己所需的与对象有关的内容；提供了内容的操作和位流编辑功能，可应用于 交互式家庭购物，淡入淡出的数字化效果等；提供了高效的自然或合成的多媒 体数据编码方法，可以把自然场景或对象组合起来成为合成的多媒体数据。 高效的压缩性 同已有的或即将形成的其它标准相比，在相同的比特率下，它具有更高的 视觉听觉质量，这就使得在低带宽的信道上传送视频、音频成为可能。同时 m p e g - 4 还能对同时发生的数据流进行编码。一个场景的多视角或多声道数据流 可以高效、同步地合成为最终数据流。 通用的访问性 m p e g - 4 提供了易出错环境的鲁棒性，来保证其在许多无线和有线网络以及 存储介质中的应用。还支持基于内容的可分级性，即把内容、质量、复杂性分 成许多小块来满足不同用户的不同需求。支持具有不同带宽，不同存储容量的 7 重庆人学硕士学位论文2 数字电视相关技术介绍 传输信道和接收端。 2 2 4m p e g 2 的节目专用信息介绍 m p e g 2 定义了节目专用信息p s i ，p s i 信息使得接收端的i r d 能够自动的 为解复用和解码被复用在同一t s 流的不同业务流进行配置。业务信息主要以表的 逻辑结构来定义的，在i s o i e c1 3 8 1 8 1 中定义了四种p s i 表，它们是p a t ，p m t ， n i t ，c a t 除了以上四个表之外还定义了专用数据的语法和结构。 m p e g 2 标准包括系统层，视频层和音频层。其中p s i 是在m p e g 2 标准的系 统层定义的，标准号为i s o i e e1 3 8 1 8 - l 。系统层的主要作用是将一个或多个音、 视频或其它的基本数据流复用成单个或多个数据流，以适应于存储和传输。 数字电视的广播流是满足m p e g 2 的传输流，传输流由固定长度的分组包组 成，这些分组包有固定长度负载和可变长度的头信息。每个分组包由1 8 8 字节组 成，适应于在有可能发生严重错误的信道环境下进行数据传送。传输包的分组头 有4 字节长度的“链接层”和可变长度的“适配层”组成，然后是数据负载。数据负载 字节来装载p e s 分组、p s i 部分以及不在这些结构中的私有数据的连续字节。t s 分组的4 个字节“链接层”中包括一个1 3 比特的p i d ( p a c k e ti d e n t i f i e r ，包标志符) ， 传输流中携带的不同类型的数据由不同的p i d 来标识，接收端i r d 通过查找p i d 来识别t s 包中所带的数据，一个p i d 值的t s 包只带有来自一个原始流的数据。 p s i 信息主要包括下列的表： 节目关联表( p a t ：p r o g r a ma l l o c a t i o nt a b l e ) p a t 表的p i d 号为“o x 0 0 ”， 解复用器工作总是通过寻找p a t 表开始。p a t 给出了构成传送流中各个节目业务 的p m t ( 节目映射表) 的p i d ，同时，也给出了n i t ( 网络信息表) 的p i d 。 节目映射表( p m t ：p r o g r a mm a pt a b l e ) p m t 表指出了组成业务( s e r v i c e ) 的各个基本码流的p i d 号，并对各路基本码流进行描述。 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 ) p s i 中只定义了n i t 的名 称，其语法结构是在d v b s i 中定义的。 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 表给出了有条件接收 系统的信息及e m m ( e n t i t l e m e n tm a n a g e m e n tm e s s a g e ，授权管理信息) 的传送位 置。 除上述四种表之外，p s i 还定义了私用分段( p f i v a t es e c t i o n ) ，其语法见表 2 1 。下面将说明表中各字段的意义。 t a b l ei d ：8 位域，其值识别此分段所属的私用表，具有相同t a b l ei d 的分段可以组 成一个表。 s e c t i o n p r i v a t e l字段之后的部分) ；置一表示在 l字段section e n g t h 0 p r i v a t es e c t i o ne n m a 之后即为p f i v m ed a t a ) ) y t e 。 p f i v a t ei n d i c a t o r ：1 位域，由用户定义的标志。 重庆人学硕士学位论文 2 数字电视相关技术介绍 p r i v a t e _ s e c t i o n _ l e n g t h ：1 2 位域，指示紧跟在此字段之后直到p r i v a t e _ s e c t i o n 结尾的剩余字节数。p r i v a t e _ d a t a _ b y t e ：此字段由用户定义。 t a b l e i d e x t e n s i o n ：1 6 位域，其使用和取值由用户定义。 v e r s i o nn u m b e r ：5 位域，p r i v a t e _ s e c t i o n 的版本号。其值随着s e c t i o n 中所 带信息的每一次改变而加l ，当到达3 1 后，又回复到0 0 c u r r e n t n e x t i n d i c a t o r ：1 位域，置1 表示该p r i v a t e _ s e c t i o n 是当前可用的， v e r s i o n n u m b e r 是当前可用的p r i v a t e s e c t i o n 的版本号；置 0 表示所发送的 p r i v a t e _ s e c t i o n 现在不可用，下一个有同样p r i v a t e _ n u m b e r 和t a b l e i d 的p r i v a t e s e c t i o n 将为有效。 s e c t i o n _ n u m b e r ：8 位域，表示p r i v a t e _ s e c t i o n 的序号，第一个s e c t i o n 应为 o x 0 0 ，以后每个s e c t i o n 加l 。 l a s ts e c t i o nn u m b e r ：8 位域，表示此分段在所属私有表中的前一个分段的序号。 c r c3 2 ：3 2 位校验字段。 9 重庆大学硕士学位论文 2 数字电视相关技术介绍 p s i 表准备了i r d 自动为自己进行配置所必须的关键数据，它可以使接收端 的i r d 自动进行配置，以解复用和解码t s 流中的不同业务数据。解码时，i r d 先 找到p i d = 0 x 0 0 的p a t 表，由p a t 表查找到不同的业务的p m t 所在的p i d 。查找 p m t 表，可以得到该业务所包含的e s 的p i d ，从而解出该业务的基本流。流图如 图2 2 所示。 p i d = - 0 x 0 0p a t 表 节目0 节目i 节目2 节目n p i d 【节目 p i d ( 节日n ) p i d = p i d ( 节日o ) 节r l0 的p m t 表 视频e s p i d 6 a t 频) 音频e s 数据e s p i d ( 旨频 p i d ( 数据) p i d = p i d ( 节目”节目1 的p m t 表 视频e s p i d ( 视频) 音频e sp i d ( 音频) 数据e s p i d t 嬲g ) 图2 3p s i 表的杳找流图 f i g 2 3 i n d e xf l o wo fp s i 视频e s 音频e s 视频e s 音频e s 2 2 5m p e g 2 复用解复用原理 m p e g 一2 系统中，信息复合分离的过程称为复用解复用。m p e g 2 系统复用 解复用可分两个层次：节目级复用解复用和系统级复用解复用。节目级复用解复 用指从各e s 流到单路节目t s 流的复用解复用，系统级复用解复用指多路节目 t s 流问的复用解复用，这两级复用所生成的都是标准的m p e g 一2 的t s 码流。节 目复用有共同的时间基准，传输复用时彼此可以有独立的时| 日j 基准。 m p e g 一2 双层复用的结构如图所示： 1 0 重庆大学硕士学位论文2 数字电视相笑技术介绍 搅频 数据 音频 戴据 腱务信 视频 数据 音频 数据 图2 4m p e g - 2 系统的双层复用结构 f i g 2 4d o u b l el a y e r sm u l t i p l e xs t r u c t u r eo f m p e g - 2s y s t e m 节目复用时由每个基本码流组成的传输包的头部都有个包识别符p i d 。在复用 时还要加一个基本码流表( e l e m e n t a r y 或称节目映射表，streammap)(pmtp r o g r a m m a pt a b l e ) ，这个表包含了关于组成本节目传输码流的各个基本码流的p 1 d 信息， 数据的性质，码流彼此间的关系等。这个基本码流表也有包识别p i d ( n + i ) ，经过“节 目复用”的码流称之为“节目传输码流”。传输复用的组织方法类似于节目复用，也 有个节目码流表或称节目关联表，这个表包含了用于节目复用的节目映射表的各 个p i d 。它本身有个包识别p i d = 0 。这样，要识别一个节目和它的内容就有两步， 如图2 5 所示。第一步是利用p i d = 0 的码流中的节目关联表找出带有节目映射表的 那个码流，下一步就从所选的节目映射表中找到组成该节目的各个基本码流的 p i d 。 图2 5 t s 流中的节目传输解复用过程 f i g 2 5d e m u l t l p l e xp r o c e s so f p r o g r a ms t r e a mi nt s 系统级复用解复用是数字电视系统的关键技术之一。系统复用器将多路t s 按一定的比率复用形成多路节目的一路t s 流。为了能对多路节目的t s 流中所含 重庆大学硕士学位论文 2 数字电视相关技术介绍 的各种信息进行标识，在复合的时候需要删除各路t s 流各自的p s i 信息，并根据 输入的各路t s 流按一定比率插入新的p s i 信息。同时，由于各路节目的时钟参考 p c r 不同，在复合需要根据各路t s 包中的p c r 值做相应的修正。解复用是复用 的逆过程。 2 3i p t v 交互式网络电视晡儿刮 i p t v 即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒 体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服 务的崭新技术。 用户在家中可以有两种方式享受i p t v 服务：计算机和网络机顶盒+ 普通电 视机。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。 i p t v 既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。因为，传统的 和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点；尽管经典的数字电视 相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改变，而没有触及媒体内容 的传播方式。 2 3 1 i p t v 关键技术 i p t v 是利用计算机或机顶盒+ 电视完成接收视频点播节目、视频广播及网上 冲浪等功能。它采用高效的视频压缩技术，使视频流传输带宽在8 0 0 k b s 时可以 有接近d v d 的收视效果( 通常d v d 的视频流传输带宽需要3 m b s ) ，对今后 开展视频类业务如因特网上视频直播、远距离真视频点播、节目源制作等来讲， 有很强的优势，是一个全新的技术概念。 传统的电视是单向广播方式，它极大地限制了电视观众与电视服务提供商之 间的互动，也限制了节目的个性化和即时化。如果一位电视观众对正在播送的所 有频道内容都没有兴趣，他( 她) 将别无选择。这不仅对该电视观众来说是一个 时间上的损失，对有线电视服务提供商来说也是一个资源的浪费。另外，目前实 行的特定内容的节目在特定的时间段内播放对于许多观众来说是不方便的。一位 上夜班的观众可能希望在凌晨某个时候收看新闻，而一位准备搭乘某次列车的乘 客则希望离家以前看一场原定晚上播出的足球比赛录像，传统电视是不可能的。 然而i p t v 使这一切成为可能，i p t v 主要体现其交换性上，用户可以在任 何时间和任何地点点播自己喜爱的节目。这样，用户就可以自主的来收看足球录 像赛了。 2 3 2i p t v 特点及应用 i p t v 是利用宽带有线电视网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器， 通过互联网络协议来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。特点表现在： 1 2 重庆大学硕士学位论文2 数字电视相关技术介绍 用户可以得到高质量( 接近d v d 水平的) 数字媒体服务。 用户可有极为广泛的自由度选择宽带网上各网站提供的视频节目。 实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。口t v 采用的播放平台将是 新一代家庭数字媒体终端的典型代表，它能根据用户的选择配置多种多媒体服务 功能，包括数字电视节目，可视i p 电话，d v d c d 播放，互联网游览，电子邮 件，以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能。 为网络发展商和节目提供商提供了广阔的新兴市场。目前我国通信事业 正在迅猛地发展，用户对信息服务的要求越来越高，特别是宽带视频信息。可以 说中国已基本具备了大力发展i p t v 的技术条件和市场条件。 2 4 视频点播4 o m 蚴蚴蚴3 基于有线电视的视频点播v o d ( v i d e o o n d e m a n d ) 是指电视前端站将大量 视频节目压缩、存储到本地的视频服务器或文档服务器中，供网络用户点播。多个 用户可同时向视频服务器请求点播他们喜爱的影视节目，而视频服务器从磁盘阵列 中同时读取视音频流，并通过网络发送到相应的用户终端。这些同时被读出和传送 的视音频数据流通常被称为并发的视音频流。与通过i e w e b 浏览器点播节目相 比，v o d 可大大增强信息服务的主动性、有效性。它的操作十分简单，仅需要一个 与电视机相连的机顶盒s t b ( s e t t o p b o x ) 即可。s t b 允许用户浏览视频服务 器中的节目，然后处理用户的点播请求，播放节目