（信号与信息处理专业论文）数字电视epg系统播发端软件设计.pdf

中文摘要 数字电视被称为继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视，由于它采用数字 压缩编码技术处理视频、音频信号，使得电视广播以崭新的面貌出现，不仅提高 了视频、音频的质量，而且提供了业务上的灵活性和多样性。以数字电视为终端 的接收平台可以接收传统电视所不能实现的业务，比如：接收电子邮件，网上购 物，因特网浏览，视频点播，远程医疗，远程教育等等。数字电视的发展趋势是 实现高清晰度电视。目前，我国迫切需要制定数字电视相关标准，拥有自主知识 产权的关键技术。这些都是促进我国数字电视产业化的重要因素。 电子节目指南( e p g ) 是数字电视系统的重要组成部分，电子节目指南给用户 提供友好的用户界面，可以方便用户获得他所需的一些业务信息，同时电子节目 指南业务提供的好坏，在很大程度上会直接影响业务提供者的经济收入。电子节 目指南系统包括前端系统和接收端系统。前端系统主要包括s i 服务器，负责s i 数据的生成，接收端系统负责s i 数据的解码，并在本地建立s i 数据库，通过用 户友好的界面与用户交互 我国的数字电视技术还不成熟，很多技术还处于研究阶段，数字电视的相关 标准也还在研制当中。本文就数字电视中的信息业务及电子节目指南作了一些初 步的研究，阐述了d v bs l 标准以及电子节目指南系统基于p c 机的实现，构造了 s i 数据存储的数据结构，建立了s i 本地数据库和e p g 中的状态转移的驱动机制。 关键词：业务信息；d v b 业务信息；v l p e g 节目专用信息；电子节目指南 a b s t r a c t d i g i t a lt v i st h et h i r dg e n e r a t i o nt e l e v i s i o na f t e rt h eb l a c ka n dw h i t et e l e v i s i o n a n dt h ec o l o rt e l e v i s i o n b e c a u s eo ft a k i n gd i g i t a lt e c h n i c a li nv i d e oa t l da u d i o c o m p r e s s i n ga n dc o d i n g , d t vt a k eo n an e w l o o k i tn o to n l yp r o v i d e sh i 豇d e f i n i t i o n v i d e oa n dh i g hq u a l i t ya u d i o ，b u ta l s op r o v i d e sm u f f s e r v i c e w h i c hm a d et h eu s e rg o t t h es a t i s f i e da u d i o v i s u a lf e e l i n ga n ds a t i s f i e ds e r v i c ed t vc o u l dm a k ef u l ln s eo f t h e p r e s e n tb r o a d c a s tn e t w o r k , t e l e e o mn e t w o r ka n dc o m p u t e rn e t w o r k d t vc a nr e c e i v e m a n yk i n d so fs e r v i c e st h a tt r a d i t i o n a la n a l o gt e l e v i s i o nc o u l dn o tr e c e i v e , s u c ha s r e c e i v i n ge m a i l , s h o p p i n gb yi n t e r n e t , w 曲b r o w s i n gv o d ，t e l e - m e d i c a l ， t e l e - s c h o o l ，a n ds oo nd t vb e c a m et h ep l a t f o r mb yw h i c hy o uc a ng e ti n f o r m a t i o n , 刨o yy o u r s e l fa n db u ys o m e t h i n gi nh o m e n ed e v e l o p i n gd i r e c t i o no fd t vi s h d t v ( h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) t h ei n d u s t r i a l i z a t i o no fd t vw i l lf o r c et h e i n d u s t r yd e v e l o p m e n to fm i e r o e l e c t r o n i c sm a n u f a c t u r e , t e l e c o m m u n i c a t i o n , t e l e v i s i o n s y s t e m , t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fc o m p u t e r , m o v i ee t e i tc a nb o o s tt h ei n d u s t r yo f e l e c t r o n i c ，c o m m u n i c a t i o na n do t h e r s a tp r e s e n t , m a k i n go u r s e l v e sd t vs p e c i f i c a t i o n a n do w n i n gt h er i g h to fi n d e p e n d e n c ek n o w l e d g ei so ft h eu t m o s tu r g e n c yt oo u r c o u n t r y w h i c ha r et h ei m p o r t a n tf a c t o r sp r o m o t i n gt h ed t vi n d u s t r i a l i z a t i o no fo u r c o u n t r y t h ee l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ( e p g li st h ei m p o r t a n tc o m p o s i t i o no fd t v s y s t e m i tc a np r o v i d e1 1 8 0 1 t h ef r i e n d l y - u s e ri n t e r f a c e , w h i c h 锄c o n v e n i e n tf u rt h e u s e ra c q u i r i n gt h es e r v i c ei n f o r m a t i o nw h a tt h e yw a n t a n dt h es e r v i c eo f e p g q u a l i t y c a ne f f e c to nt h ee c o n o m i ci n c o m eo ft h es e r v i c ep r o v i d e r t h ee p gs y s t e mi s c o m p o s i t eo f h e a d e n ds y s t e ma n dt a i l - e n ds y s t e m t h es is d - v e ro f h e a d e n ds y s t e m c a n g e n e r a t et h es id a t a ，a n dt h er a i l - e n ds y s t e mc a nd e m u x ，d e c o d es id a t a ，c r e a t es i d a t a b a s ea tr o m t h et e c h n i l o g yo fd t vi sn o tm a t u r ei no u rc o u n t r y , m a n yt e c h n i c a li so n r e s e a r c h i n g ，a n dt h es p e c i f i c a t i o no w n i n gb yo u r s e l v e si so nc o n s t i t u t i n g ，i nt h e a r t i c l e ，ih a v eap i l o ts t u d yo nt h es e r v i c ei n f o r m a t i o na n de p gi nd t v s y s t e m i e x p a t i a t et h ed v bs i ( e n3 0 0 4 6 8 ) s p e c i f i c a t i o na n de p gr e a l i z i n g k e yw o r d s ：s e r v i c ei n f o r m a t i o n , d v bs i ，m p e gp s i , e p g 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，也不包含为获得盘盗盘茎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：碑坛l u 签字日期：力一g 年2 月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论支作者完全了解鑫鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫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： 设如刘 导师签名： ，1 毛功1 乞 - 签字日期：2 缈以年2 月彤日签字日期：伽年1 月w 日 第一章绪论 1 1 电视的发展 第一章绪论 电视的发展到目前为止主要经历了从模拟到数字，从黑白到彩色、从低清 晰度到高清晰度的阶段。模拟电视曾经给社会和人类带来了巨大的影响，但由于 其自身所固有的缺陷，它正在逐步走出历史的舞台。而以数字视频技术为主体的 数字电视由于同模拟电视相比较具有很大的优越性，随着图像压缩技术的发展和 完善，正稳步的走向历史舞台而淘汰模拟电视。 1 1 1 数字电视 数字电视是指从节目的制作、播出、传输和接收的全过程都采用数字技术。 它可以使模拟电视中的非线形和相位失真的累积和信噪比的恶化得到解决。它具 有如下优点： 由于亮度分量和色度分量完全分开处理和传输，不存在亮度的串扰问题。这 一点无疑大大的增加了接收图像的质量。 当无差错接收时，其主观评价质量能接近演播室质量，这是模拟传输所无法 比拟的。 容易实现数字存储和提供新的功能。由于噪声的影响，模拟视频信号，复制 3 4 次后，其图像质量就会急剧下降。采用数字化技术进行存储的视频信号， 可进行多次复制而不会降低图像质量，并且很容易提供许多新的功能，诸如 多画面、快速检索图像、图像缩放、随机访问、编辑和处理图像等。 使用最新的数字传输信号设计方法进行信源编码与信道编码联合设计，包括 使用网格编码调制( t c m ) 等编码调制技术，大大提高了功率频谱的综合利用 率。 可大大改善视频图像质量。由于采用数字滤波与数字存储，容易使用比较简 单的方法消除噪声，改善图像的信噪比：容易实现自适应场内、场间、帧内 和帧间处理和增强，大大提高图像的清晰度，消除亮度闪烁和重影：可避免 系统非线性失真的影响，从而大大提高系统的稳定性和可靠性。 用于电视广播时，在整个用户接收覆盖范围内，由于其门限c n 可比模拟场 第一章绪论 合所需的c n ( 4 0 d b ) 改善2 0 d b 左右，即使其c n 值约低于2 0 d 6 ，仍可获得 接近无差错的高质量传输。 由于数字传输能大大提高功率的利用率，因此，电视广播所需的发射功率要 比模拟场合低许多，并可使用禁用频道来传送电视节日，这有利于缓解电视 频道的紧缺状态，大大提高电视频道的利用率。 利用数字传输抗干扰能力强。由于采用了再生方法，基本排除了噪声和失真 积累的影响，提高了功率的利用率。 采用数字信号易于加密、加扰，实现“条件接收( c o n d i t i o n a la c c e s s ) ”， 便于开展“收费电视”等业务。便于在数字电视中开展其他有效的数字业务，例 如图文电视、电子邮件、图文传真。 1 1 2 交互式数字电视 交互数字电视是数字电视广播技术和数字信息技术相结合的产物，它把电视 传播方式与信息技术集于一身。交互数字电视是家庭电视与交互式技术的融合， 它使观众能以新的方式观看和利用电视节目内容。 交互数字电视的工作流程大致是：数字视频信号通过卫星、有线或普通屋顶 天线从广播机构发送给家庭，在家庭用机项盒将接收的视频信号解码。而后，观 众可以利用标准的电话或电缆线路建立与广播机构的双向连接，这种连接为各种 各样的附加活动创造必要的条件，附加活动包括获得专为演示制作的增强的内 容、关于广告产品与服务的详情、购物、游戏、视频点播等。 在数字过渡的征程中，作为数字电视的一种特有形式和主要推动力之一的交 互数字电视无疑将扮演着不可替代的重要角色。不过，交互数字电视的开展也有 个市场是否成熟的问题。交互数字电视是电视的一场革命，它彻底改变了传统的 观众只能你播我看的被动状态，为观众带来了从未有过的主动权和自由度。从这 一点来说，交互数字电视的未来是毋庸置疑的。 交互数字电视能够提供如下新业务主要有： 1 ) 增强电视。交互数字电视业务通过装饰节目( 例如提供运动员的统计资料和 运动队的历史，在线投票，以及随同游戏节目一起播放) 补充现有的节目。 2 ) 电子节目指南( e p g ) 。如今交互数字电视技术最普通的实例就是电子节目指 南。e p g 可广泛用于所有数字电视平台。e p g 是前端接口，与交互数字电视指南 类似，它使观众能选择它们想看的内容。 3 ) 按次付费电视( p p v ) 和电视商务。按次付费电视表示观众能够购买获得预订 节目。电视商务表示通过电视机能够购买广泛的产品和服务。p p v 业务方式是成 第一章绪论 熟的。同时广播机也已开始提供较广泛的商务机会。 随着有线电视技术的进步和信息时代的发展，有线电视由单向传送向双向交 互式方向发展已成为当今世界的发展趋势。双向交互式有线电视网利用闲置频带 资源，实现从用户到前端和从前端到用户的双向通信，进而提供各种交互式数字 服务。 在该系统中，在业务提供商与用户间建立了两个信道： 其一是建立在业务提供商与用户之间的单向广播信道，由业务提供商向用户 提供视、音频及数据业务的服务。 其二是建立在业务提供商与用户之间的交互业务信道，它由反向通道和正向 通道组成。其中，反向通道是从用户到业务提供商的上行通道，是一个用来向业 务提供商提出申请或回答问题的窄带信道；正向通道是从业务提供商到用户的下 行通道，用来支持业务提供商为交互业务而提供的各类信息和其他请求的通信服 务。 1 1 3 国内交互式数字电视的发展概况 交互数字电视( i t v ) 在中国已经不再是概念上的东西。作为一项有着巨大 市场空间的电视增值业务，吸引着各个与电视相关的行业涉足其中。目前，除了 中央台的c c t v 外，各地方台也在紧锣密鼓地开展交互数字电视业务。另外，包 括康佳、海信、创维、t c l 等在内的国内各家电巨头也在纷纷投入巨资研发数字 电视。技术进步，标准先行。与此同时，国家也在加快制定与数字电视有关的技 术标准。 在我国，自从中央电视台2 0 0 1 年率先对九运会进行交互数字电视试播并取得良 好效果以来，交互数字电视热潮便迅速波及整个电视界，继对韩日世界杯进行了交 互数字电视转播后，中央电视台从2 0 0 2 年9 月2 9 日到1 0 月1 4 日又对釜山亚运会 进行了交互式转播。 2 0 0 2 年1 0 月，国内的交互数字电视市场再度升温：上海和福建泉州的有线电 视用户先后成为交互式数字电视的受众。在上海，交互式数字电视已从2 0 0 2 年9 月 2 8 日开始在全市已完成有线电视网双向改造或使用8 6 0 m h z 宽带新网的1 6 0 万用户 中进行运营性试播。上海有线网络有限公司采用的是o p e n t v 的f 技术与应用软 件。此外，上海信息家电协会也同时发布了上海数字电视终端接收设备联合企业 标准。 数字电视由于传输数字化，多种业务可以混合在一起通过一个信道传输。随 之而来的问题是，当数字电视能为用户提供数倍于目前节日量的节目及多种业务 时，用户怎样才能便捷地找到所要的节目和信息呢? 电子节目指南( e p g ) 显然是 第一章绪论 必不可少的工具。电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可 以快速访问节目的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至 所有频道近期将播放的节目。同时，e p g 可提供分类功能，可以帮助用户浏览和 选择各种类型的节目。当然电子节目指南对业务提供商也有很重要的意义。 1 2 数字电视中的压缩编码技术 电视数字化后要处理的数据量急剧增大，限制数字电视发展的一个主要因素 是视频的压缩编码问题，但这一问题随着视频压缩技术的进步和各种有关国际标 准的制定( j p e g ，1 4 p e g ，h 2 6 l ) 而得到解决。电视视频的压缩技术已经成熟，并已 经应用于许多视频领域，如v c d ，d v d ，d v b 、会议电视、可视电话等。 图像压缩编码的国际标准主要有以下三个h 2 6 x ，j p e 6 ，i p e g x 与数字电视 e p g 系统关系最密切的是m p e g _ - 2 标准，下面作一简单介绍： i t u - t 和i s o 从1 9 9 1 年开始联合制定新一代的活动图像编码标准，于1 9 9 3 年底通过了“通用活动图像编码”标准草案，及h 2 6 2 1 3 8 1 8 2 ( 船e g - 2 ) 。其 通用性表现在：( 1 ) 适用于多种编码码率，可从几十k b s 到几百m b s ；( 2 ) 适用 于多种图像格式和分辨率，即可适用于c i f ，s i f ，h d t v 、逐行扫描及隔行扫描 等；( 3 ) 适用于多种应用范围和图像质量要求，即可适用于可视电话、会议电视、 演播室质量和h d t v 质量等。为了适应通用性要求，m p e g - 2 标准的制定趋向于一 种开放性编码结构，即仅对编码器结构和解码器算法规则做出规定，从而使不同 的应用可进行码流交换，实现业务综合及业务操作等。 m p e 6 - 2 标准在b t p e g - 1 标准的基础上做了重要的扩展和改进，包括以下几个 方面： 1 ) 针对隔行扫描的常规电视图像( n t s c p a l s e c a m ) 专门设置了“按帧编码” 和“按场编码”两种模式，并采用了适合于隔行扫描的帧场自适应运动补偿。 2 )根据技术复杂度，将各类应用计划划分为不同“档次( p r o f i l e ) 。其中每 种档次都是肝e g 一2 语法的一个子集。根据图像格式的复杂度，将每种档次划 分为不同“等级( 1 e v e l ) ，每种等级都是对有关参数规定约束条件。例如， i p e g - 2 标准主要档次主要等级( m p m l ) 的视频编解码适用于有效处理 c c i r 6 0 1 隔行扫描图像，图像分辨率为7 2 0 x5 7 6 ，码率限制在0 - 6 帅s 。 3 ) 增加“可分级性( s c a l a b i l i t y ) ”，它指解码器对m p e g 一2 码流中己排序的子 集进行解码的能力。例如，对常规电视按m p e g - 2 压缩编码后的码流若分成两 个子集，对优先权高的子集解码后即可获得会议电视质量的图像，而对于两个 第一章绪论 子集一起解码才能获得常规电视质量的图像。己定义的可分级性有空间域的、 信噪比的、时间域的、数据分割的和混合型的。 4 )系统层语法有较大扩展。共有两类码流：传送码流( t r a n s p o r ts t r e a m ) 和节 目码流( p r o g r a ms t r e a m ) ，两者都是由压缩后的视频或者音频码流数据( 还有 辅助数据) 组成的分组化单元码流( p a c k e te l e m e n t a r ys t r e a m , p e s ) 所构成。 节目码流应用于相对无误码的环境中，适合支持节目信息的软件或者c d - r o m 之类的多媒体应用：传送码流的灵活性较大，允许使用复用器对码流进行快速 重新组合分离，传送码流设计应用于有误码的环境，例如在有损耗或噪声的 媒体中存储或传输。 5 )由于在字头做了很多详细的规定，使用起来较为方便和灵活，插入多种解 说声音和字幕等，节目复用的特性使得e p g 数据可以直接封装成t s 流的格 式，直接进入复用器，为e p g 系统的实现提供了可能性。 1 3 数字电视方面的标准组织 数字电视系统是一个非常复杂、庞大的系统，它包括发送端( 服务提供商， 内容提供商) 、接收端以及网络传输部分如此大的系统必须由许多的生产厂商合 作才能最终实项，为此必须制定一整套统一的标准，使得各个生产厂商的产品可 以协调工作。目前，国际上有许多标准组织在致力于数字电视相关标准的制定， 其中包括欧洲的d v b 组织，欧洲的d a v i c 组织以及美国的a t s c 组织等。下面分 别介绍一下与数字电视系统标准制定有关的一些组织。 1 3 1 欧洲的d v b 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 ) 计划开始于1 9 9 3 年9 月，目前 己有来自欧洲和美国的2 5 个国家的2 0 0 多个组织的参加，它的目标是制定欧洲 的d v b 标准以及尽早引入d v b 业务。参加者都是自愿的，其中包括制造商、广播 商、节目供应商以及网络运行者，也包括研究机构。d y b 提出的标准必须经过e t s i 批准才能成为e t s 标准。e t s i 是欧洲的标准化组织，e t s 是e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s 的缩写，即欧洲电信标准。d v b 制定了大量数字 电视方面的标准，这些标准都是建立在m p e g - 2 标准的基础上，以推动交互式数 字电视的发展。 1 3 2 欧洲的d a v i c d a v i c ( d i g i t a la u d i o v i s u a lc o u n c i l ) 组织是于1 9 9 4 年在日内瓦注册成 立的组织，该组织是非盈利性的，目前拥有许多成员。d a v i c 的目的是通过制定 第一章绪论 一套开放的接口和协议来推动交互式数字音、视频应用和业务的发展。 d a v i c 制定的规范的版本己由最初的d a v i c1 0 升级到了目前的d a v i c1 s 。 d a v i c 给出了整个交互式数字音、视频系统的框架，通过对不同应用的需求分析， d a v i c 将整个系统划分为如下几个参与者： 内容提供商( c o n t e n tp r o v i d e r s ) 服务提供商( s e r v i c ep r o v i d e r s ) 网络运营商( d e l i v e r ys y s t e mp r o v i d e r s ) 终端用户( e n d - u s e r s ) 1 3 3 美国的a t s c a t s c ，即美国先进电视制式委员会，制定了美国的数字电视标准，其中主要 包括a t s ca 5 3d i g i t a lt e l e v i s i o ns t a n d a r d ，该标准描述了一个设计在6 m h z 信道内传输高质量视频、音频和辅助信息的系统。该系统可以在6 姗z 地面广播 频道内可靠地发送约1 9 m b i t s 的数据量：或者可以在6 m h z 有线电视频道内可靠 地发送约3 8 m b i t s 的数据量。 a t s c 还制定了业务信息标准p r o g r a ma n ds y s t e mi n f o r m a t i o np r o t o c o l ( p s i p ) 该协议于1 9 9 7 年1 1 月2 3 日被收录为a t s c 的正式标准，用于描述码流中 的节目信息。 1 4e p g 系统发展概况 e p g 在美、欧等数字电视发展较早的国家已得到了广泛的应用。成为数字电 视的基本业务之一。据统计，在数字电视的各类业务中，e p g 和视频点播的点击 率最高，并逐渐成为数字电视中一个发展迅速的行业。出现了如美国t v g u i d e 等 一批专业的e p g 开发制作公司。实际上，e p g 已成为数字电视的重要标志，是观众 进入数字电视的门户。 我们通常所说的e p g 在技术上实际包含两个部分，r p e p g 内容信息和e p g 应用。 e p g 内容信息是从数字电视平台发出的传递节目预告和描述信息的数据，本论文 所做的工作也是在e p g 内容信息这一部分的。e p g 应用是运行在用户终端上的软 件，它将e p c - 内容信息显现给观众，并响应观众对e p g 的各种指令。e p g 与其它数 字电视业务一样，在技术实现上有一个基本前提：要求所在的数字电视系统是“端 到端”，即平台前端和用户终端要遵循相同的标准和规范。 国际上的电视传播大多采用的是纵向的运作模式，即运营商既集成和播出节 第一章绪论 目又拥有自己的传播网络，观众使用的机顶盒也由运营商提供，形成一个端到端 的封闭系统。运营商可以完全自主地决定e p g 所采用的技术，不存在彼此兼容的 问题。例如美国的g e m s t a r t v g u i d e 就建立了一套覆盖全美电视台、网的e p g 系 统，这个系统包括一个e p g 信息采集网络，及时汇集各电视台的节目信息，一个 e p g 播出和接收系统，用于各电视传播网络播出e p g ，并由用户终端生成e p g 。由 于应用在端到端的广播网络中，这个系统在技术上完全是一个自行设计的专用系 统。 在我国，由“四级办”所形成的广播电视网络是一个横向结构。中央和各省 级电视台制作和播出节目，各级有线电视网络公司传输节目，节目到达用户终端 前不得不跨越两个甚至更多的平台。我国已有中央和省级电视频道2 0 0 多个。其 中覆盖全国的有5 0 多个。这些节目由分布于3 1 个省、自治区、直辖市的3 0 多家电 视台分别制作和播出。 另一方面，我国共有县级以上有线电视网络近4 0 0 0 家，覆盖全国城镇观众近 亿户观众。 我国e p g 的特点是节目预告信息量大、信息来源分散、传播网络众多，特别 是彼此之间缺乏统一的技术规格，要提供完整的e p g 服务，就必须与多个电视台、 网和用户终端发生联系。在这种情况下，我们难以照搬国际上的e p g 运作模式， 必须建立一套适合我国的e p g 信息采集、生成、传播和接收系统。 我国数字电视目前还处于起步阶段，部分电视台、网和机顶盒生产厂商曾开 发了一些e p g ，但都只适用某一个网络或某一种机顶盒，缺乏广泛的适用性。在 实际应用中存在下面几个方面的问题： 1 ) e p g 内容信息缺乏统一的数据格式，给各台、网之间交换e p g 数据带来很大 的复杂性。 2 )每个数字电视平台都必须设计和开发e p g 系统，造成大量重复性劳动。 3 )兼容性差，机顶盒厂商不得不针对各平台重复开发e p g 应用。 1 5 论文的主要内容及研究成果 数字电视的发展是集现代电子技术、通信技术和信息加工技术多方面成就于 一身，体现了一个国家电子信息行业技术水平和实力。我国的数字电视技术还不 成熟，很多技术还处于研究阶段，数字电视的标准也还在研制当中，本文就数字 电视信息业务及电子节目指南作了一些初步的研究。主要内容安排如下： 第一章绪论 第一章：回顾了电视的发展，论述了数字电视的特点，数字电视e p g 系统有关的 的一些国际标准和组织，交互式数字电视的特点、意义，国际国内e p g 系统的现 状和问题。 第二章：讨论了数字电视所能提供的信息业务和数字电视信息业务的接收平台。 详细研究了d v b m h p 标准。 第三章：对用于创建电子节目指南的业务( s i ) 信息进行了研究，详细研究了 d v b - s i 标准，并提出了业务信息在创建电子节目指南时的一些应用。 第四章：详细研究了e p g 系统，及e p g 系统的仿真实现，主要侧重于播发端的模 块。用软件实现了本地节目数据库的建立，本地节目打包成符合标准的e p g 信息。 主要涉及s i 数据的存储和打包。 本文的研究成果概括如下： 对数字电视e p g 系统的发展状况，存在问题，解决方法进行了深入讨论，并对 在本地建立s i 数据库提出了具体的解决方法。 对数字电视的业务信息以及e p g 系统的播发端和终端接收平台进行了探讨，根 据国内e p g 系统的特点，论述了构建e p g 系统须考虑的问题。 用软件在p c 机上实现了播发端的节目管理和e p g 信息的生成。 第二章数字电视业务信息及其接收平台 第二章数字电视业务信息及其接收平台 2 1 数字电视业务信息 电视数字化的好处不仅仅是提供高质量的视频、音频节目，更重要的是采用 数字化处理后，提供了业务的灵活性和多样性。利用数字处理技术对音、视频数 据进行压缩编码，使得视频、音频的数据量大大的减少，在原来传输一路模拟信 号的信道上可以传输3 5 路的数字节目，节约了频谱资源。而且，加上反向信 道并且在现有的模拟电视基础上加上机顶盒，可以开展交互式业务，数字电视广 播可以开展多种业务，如电子节目指南( e p g ) 、准视频点播( n v o d ) 按次付费观看 电视( p p v ) 、软件在线升级、数据广播、i n t e r n e t 接入、电子邮件、i p 电话和视 频点播等。 1 ) 电子节目指南 电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目 的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至所有频道上近期 将播放的节目。同时，e p g 可提供分类功能，可以帮助用户浏览和选择各种类型 的节目。 2 ) 准视频点播 也称为增强先进的p p v ，是一个特殊的广播应用。n v o d 用户和服务提供者 之间没有真正的交互，服务提供者将节目的标题广播下来，用户仅仅可选择所提 供的频道，该机制是由e p g 来支持的。n v 0 d 的功能包括： 预览：在用户购买前，对想购买的节目进行预览； 选择：在e p g 中选择一个已购买的节目； 暂停：停止播放该节目； 恢复：在暂停后恢复观看该节目； 快进快退：对该节目实现快进快退操作。 3 ) 数据广播 d v b 定义了四种数据广播方式：数据管道( d a t a p i p e ) 、数据流( d a t as t r e a m ) 、 多协议封装( m u l t i p l ep r o t o c o le n c a p s u l a t i o n ) 和数据对象转盘( d a t a o b j e c t 第二章数字电视业务信息及其接收平台 c a r o u s e l ) 。在数据管道方式中，数据直接在m p e g 传送流的载荷中传送。可以使 用该方式在符合d v b 标准的广播网络中进行简单的、异步的、端到端的数据传输 业务。 数据流方式可以在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端的数据传输。 数据流可以是异步的、同步的、或同步化( s y n c h r o n i z e d ) 的数据传输。异步数据 流是不需要定时的数据流( 例如r s 2 3 2 数据) 。同步数据流是对定时有要求的数据 流，这里“定时要求”的含义是接收端可以再生发送端的数据和时钟，重新构造 出同步数据流：同步化的数据流也是有定时要求的数据流，这里“定时要求”的 含义是数据流中的数据可以与其他数据流中的数据同步播放( 如视频和音频) 。数 据流中的数据在i v i p e g - 2 标准的p e s 中传送。 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 ( d a t a g r a m ) 的数据业务提供了技术支持。利用这种数据广播方式，可以在有线电 视系统中实现高速i n t e m e t 数据接入。要传送的数据报被封装在d s m - c c 段中。 数据对象转盘( d a t a o b j e c tc a r o u s e l ) 可以支持需要周期性地传送数据模 块的各种应用。数据模块的大小是已知的，数据模块可以被更新、被加入和被移 去。多个模块可以被组成一个组( g r o u p ) ，多个组还可以组成超组( s u p e r g r o u p ) d a t ac a r o u s e l 所广播的数据在d s m - c c d a t ac a r o u s e l 中传输。 d v b 的数据广播规范具有很强的数据业务支持能力，机顶盒实现对上述数据 广播业务的支持，其作用类似一个在用户家中的数据通信网关。机顶盒本身可以 不对接收数据的有效负载进行处理，只是通过解复用实现数据分流，将相应的数 据送给处理终端。 4 ) 软件在线升级 软件在线升级是数据广播( d a t ac a r o u s e l ) 的应用之一。数据广播服务器按 d v b 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。 5 ) i n t e r n e t 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i n t e r n e t 接入功能，并可以提供以太网接口，用来连接p c 。使用电缆调制解调器的速度 与电话调制解调器相比，提高了1 0 0 倍，最高可达到l o m b p s ，所以非常具有竞 争力。 6 ) i p 电话 第二章数字电视业务信息及其接收平台 通过电缆调制解调器，还可以实现i p 电话功能。用户在使用该功能时，只 需将普通电话与机顶盒的r j l l 接口相连即可。电缆调制解调器可以保证传输语 音时的服务质量( q o s ) 。 7 ) 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收看他想 看的节目，是服务提供商的主要目标。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。 2 2 数字电视业务信息的接收平台 数字电视信息业务的接收平台包括软件平台和硬件平台，硬件平台主要有机 顶盒，电视机；软件平台主要有：实时操作系统、中间件和上层的应用。 1 ) 机顶盒 机顶盒可以分为模拟机顶盒和数字机顶盒。模拟机项盒只能提供电视调谐和 解码等功能，但不能处理数据业务，不能接收数字电视节目，现在逐渐被淘汰： 新型的数字机顶盒可以满足处理数据，接收数字电视节目。数字电视的信息业务 的接收必须在现有模拟的电视机上增加一个数字机顶盒。数字机顶盒的主要特点 是：数字化、交互、多媒体、多功能。 2 ) 实时操作系统 实时操作系统具有可裁剪、低资源占用、低功耗等特点，与p c 的操作系统( 如 d o s 。w i n d o w s 9 8 ，w i n d o w s n t ，u n i x ，m a c o s ) 不同，机顶盒中的操作系统不是非常的 庞大，但要求可以在实时的环境中工作，并且能在较小的内存空间中运行。这种 操作系统被称为实时操作系统。目前流行的实时操作系统有w i n dr i v e rs y s t e m 公司的v x w o r k s ，i n t e g r a t e ds y s t e m si n c o r p o r a t e d 公司的p s o s ，m i c r o w a r e 公 司的d a v i d0 s - 9 ，s t 公司的0 s - 2 0 ，w i n d o w s c e 以及专为机顶盒开发的p o w e r t v 等。这些操作系统各有所长，在机顶盒中都有应用。嵌入式l i n u x 也为机顶盒厂 商提供了一种选择，而且由于l i n u x 的开放性和先进性，对以上几种操作系统是 一种极大的冲击。 3 ) 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h t m l 虚拟机、j a v a s c r i p t 虚拟机、j a v a 虚 拟机、m h e g - 5 虚拟机等等。 一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以将其分为4 层，从 第二章数字电视业务信息及其接收平台 底向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平 台；底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序：应用软件包括本机存储 的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖于硬件的底层软件分隔开来， 使应用不依赖于具体的硬件平台。 成熟的商用中间件产品有o p e n t v 的e n 2 ，l i b e r a t e 的t v n a v i g a t o rf o rd t v ， e n r e a c h 的e n r e a c h t yf o rd t v 等。这些产品在市场上都占有一席之地，但彼此 并不兼容。d v b 组织看到了这种事实并提出了基于j a v a 虚拟机的中间件标准 d v b - i h p ( 多媒体家庭平台) 。 2 3d v b - m h p m h p 的模型如图2 - - 1 所示： 图2 - 1 姗p 模型 从图2 - 1 中可以看出，蛐p 模型分为三层：资源( r e s o u r c e s ) ，系统软件 ( s y s t e ms o f t w a r e ) 和应用层( a p p l i c a t i o n s ) 。 资源包括系统的软、硬件资源； 系统软件为应用提供对资源的管理和操作：应用将不能直接访问资源，而必须 通过系统软件进行。该中间层隔离了硬件和应用，使应用具备可移植性，在 姗p 规范中对资源和系统软件这两部分的实现方法不做规定。 应用管理器( a p p l i c a t i o nm a n a g e r ) 是系统软件功能的一部分，实现对应用的 管理，如管理应用的生存期。 应用是为了实现交互业务在一个或多个硬件实体上运行的软件。在应用和系统 软件之间有一层a p i ，删p 对这层a p i 作出了定义。 图2 - 2 给出了比较详细的m h p 应用和e q p 系统之间的接口。从中我们可以看 第二章数字电视业务信息及其接收平台 到n i h p 系统包括的大致模块( 软件及硬件) ，m h pa p i 就是围绕应用与这些模块之 间的编程接口。 一bv o a 咱d 删 图2 2n i h p 应用和m h p 系统之间的接口 机顶盒是一种用户终端设备，目前许多厂商都使自己的机顶盒符合m h p 规 范，从图中我们也可以知道一个功能完整的机顶盒系统中也应该包括诸如t u n e r 控制，c a 控制，解复用，解码等。而且m h p 定义了m h pa p i ，所以只要机项盒生 产厂商生产的机顶盒支持m h p 规范，机顶盒的开发者就不需要任何移植工作就可 以为机顶盒开发应用。也就是说m h p 机顶盒使得交互应用能够在一个相对于应用 的提供商、节目制作者和广播网络完全中立的环境中接收和显示。 2 4 本章小结 本章讨论了数字电视业务的形式( e p g ，v o d 视频点播等) 及特点，对数字 电视业务信息的接收平台进行了论述，完整地信息接收平台是包含软件和硬件的 系统，由于没有一套共同的标准，使得在机项盒的应用开发上不具有广泛性，d v b 由此提出了d 、m 姗p 中间件标准，来隔离底层( 包括硬件和驱动以及系统内核) 和应用层。 第三章数字电视业务信息标准研究 3 1 引言 第三章数字电视业务信息标准研究 目前，国际上有许多标准组织在致力于数字电视方面标准的制定。其中包 括欧洲的d v b 组织，欧洲的d a v i c 组织以及美国的a t s ch 4 - 2 9 1 组织等。本文主 要讨论d v b 组织在数字电视广播信息业务方面的标准化情况。d v b 组织与e p g 数 据编码相关的标准主要有e t s 3 0 07 0 7 ( e l e c t r o n i cp r o g r a m m eg u i d ep r o t o c o l f o rat vg u i d eu s i n ge l e c t r o n i cd a t at r a n s m i s s i o n ) 和d v b - s i ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n gs p e c i f i c a t i o nf o rs e r v i c ei n f o r m a t i o ni nd v bs y s t e m s ) 。e t s 3 0 07 0 7 标准是由欧洲电信标准化组织于1 9 9 7 年5 月制定，主要面向模拟电视 提供e p g 应用。该标准中定义了e p g 所需数据的数据格