（通信与信息系统专业论文）数据广播链路层的UCL映射技术研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 为缓解互联网的压力和解决信息共享等问题，李幼平院士提出了一种互 补结构网络，将数字广播技术与互联网相结合，相互取长补短，发挥各自的 优势。 论文首先简要介绍了数据广播的相关协议和标准，重点介绍了数据广播 的传输机制：其次，介绍了互补结构网络的理论模型和关键技术，研究了主 流资源的整合及大规模数据广播技术。结合主流网站的结构，研究u c l 映射 机制及标引规范，建立数据链路u c l y 语义码组解析机制；再次，完成基 于d v b c 的互补结构网络传输融合实验。将带有u c l 标引的信息在广播网 上传输，并对实验结果进行了分析。实验结果表明基于u c l 的信息标引技术 能够实现信息的主动服务，满足用户的个性化需求； 最后，本文总结了完成的工作，并对u c l 这一新技术进行了展望，指明 下一阶段的研究方向。 关键词：互补结构网络u c l信息共享数据链路层 a b s t r a c t i no r d e rt oa 1 1 e v i a t ei n t e m e t sp r e s s u r e a n dr e s o l v es u c h1 s s u e sa s i n f b 肌a t i o ns h a r i n g ，a c a d e m i c i a nl iy b u p i n gp r o p o s e dak i n do fc o m p l e m e n t a r y a r c h i t e c t u r en e t w o r kw h i e hc o m b i n e dt h ed i 西t a lb r o a d c a s t i n gt e c h n 0 1 0 9 ya n dt h e i n t e m e t ，l e a m e df r o mo t h e r ss t r o n gp o i n t st oo f e to n e sw e a k n e s se a c ho t h e r ， a n de x e r t e d 如1 l yi nr e s p e c t i v ea d v a n t a g e s f i r s t l y jr e l e v a n tp f o t o c o la n ds t a n d a r d so fd a t a b r o a d c a s t i n ga r ei n t r o d u c e d ， a n dt r a n s m i s s i o nm e c h a n i s mo fd a t a i b r o a d c a s t i n gi sm a i n l yi n t r o d u c e d s e c o n d l y t h e o r e t i c a lm o d e la n dk e yt e c h n o l o g yo fc o m p l e m e n t a r ya r c h i t e c t u r en e t w o r k a r e i n t r o d u c e d ，a n d t h e i n t e g r a t i o n o f p r i m a r y + r e s o u r c e a n d l a r g e ，s c a l e d a t a - b r o a d c a s t i n gt e c h n o l o g ya r es t u d i e d c o m b i n i n gt h es t r u c t u r eo tp r l m a r y s t i e s ，u c lm a p p i n gm e c h a n i s ma n di n d e x i n gs t a n d a r d s a r es t u d i e dt ob u i l d p a r s i n gm e c h a n i s mo fd a t al i n kl a y e ru c l 吖s e m a n t i cc o d eg r o u p t h i r d l y ，t h e i n t e r i n f i l t r a t i o ne x p e r i m e n t so fc o m p l e m e n t a r ya r c h i t e c t u r e n e t w o r kb a s e do n d v b ci sf i n i s h e d 、7 岫p a g e sw h i c ha r ei n d e x e db yu c l a r et r a n s m i t t e d1 n b r o a d c a s t i n gn e t w o r k ，a n dt h ee x p e r i m e n tr e s u l t sa r ea n a l y z e d t h ee x p e r i m e n t r e s u l t ss h o wt h a ti n f o 吼a t i o ni n d e x i n gt e c h n o l o g yb a s e do nu c l c a na c h i e v e a c t i v es e r v i c et om e e tu s e r s i n d i v i d u a t i o nr e q u i r e m e n t f i n a l l y ，t h ec o m p l e t e dw o r ki ss u n l m e du p ，u c lt e c h n 0 1 0 9 yi sp r o s p e c t e d ， a n dt h er e s e a r c hd i r e c t i o no fn e x ts t a g ei si n d i c a t e d k e yw o r d s ：c o m p l e m e n t a r ya r c h i t e c t u r en e t w o r k ；u c l ；i n f o m a t i o ns h a r i n g ； d a t al i n kl a y e r 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其 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 做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 纲敏 日期：办为歹，牛2 z 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：捐教导师签名爱氢弱6 1 秒日期：娜犯2 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1绪论 二十世纪末通信和电子信息技术的飞速发展，实现了信息无国界、无领 域的交流，让人类走入了信息时代。各种通信工具和手段的出现让人们体会 到世界正在变小，信息无处不在。广播、电视、互联网的出现不仅丰富了人 们的生活，也充实了人类的大脑，人类沉浸在知识的海洋中。互联网的出现 带给人们的冲击力是巨大的，而伴随着广播电视的数字化，数字电视又将掀 起新的浪潮。通信手段的不断进步让我们的信息交流也变得更加的容易。自 从人类进入信息社会以来，人们不仅局限于通信方式的研究，信息内容的理 解一直也是被研究的重要内容。信息的内容理解是研究如何充分、多层次地 理解信息的语义与内涵，以满足大众对智能化、个性化的信息服务的需求。 这样才能使信息资源尽可能大的共享，才能为大众提供一种智能化、人性化 的服务网络。本文结合信息资源的整合技术，紧紧围绕d v b c 的数据广播 传输协议，从信息的内容理解角度开展研究，构造出一种新型有效的具有语 义内容标引的传输结构。 本章首先分析目前互联网技术的发展及其自身存在的几个主要技术缺 陷，、并探讨相应的解决方案，以此论证本文从信息理解的角度开展研究的重 要理论及实际价值。 1 。1 课题研究背景 1 1 1互联网的现状 互联网的出现彻底的颠覆了传统的信息交流，交流不在是侧重于人与人 之间的语言交流，文字交流重新焕发了它的青春。互联网给全球的人类提供 了一个交流和共享信息的平台，让全人类在地球这个大家园中真正的成为了 一个整体。 随着科学技术的发展，互联网的应用走向多元化。人们在学习、工作和 生活中越来越多地使用互联网，同时各种各样的网络应用也早已走进各行各 业，尤其是在网络教育、电子商务、搜索引擎、网络资讯服务等方面。互联 网满足了用户多样化、个性化的信息需求，正在逐渐被更多的用户信赖、接 受和使用。互联网上信息资源的开放性、共享性，使得用户对资源的使用不 再受内容、地域和时间的限制，很好地满足了用户对信息的个性化需求。 互联网带给人类的优越性是不可否认的，对于社会的推动作用是不可估 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 量的。根据中国互联网信息中心( c n n i c ) n ，统计，l9 9 4 年我国上网用户数不 到1 万人，19 9 7 年1 0 月为6 2 万，l9 9 8 年6 月为1 l7 5 万，19 9 9 年7 月为 4 0 0 万人，1 9 9 9 年1 2 月达8 9 0 万，几乎每半年翻一番，截至2 0 0 8 年0 1 月 1 7 日为止，我国上网网民总人数为2 1 亿，宽带网民数1 6 3 亿，手机网民数 达到5 0 4 0 万人，上网的计算机7 8 0 0 万台。互联网普及率提高至1 6 。同时 随着人们对各种信息资源的需求，中国网站总数也在急剧增加，到目前为止 已达到了1 0 0 6 万个。在未来的几年内，国家计划全国网民数量达到8 亿人， 如此众多的网民参与到网络资源的博弈中，互联网业的问题也逐渐的暴露出 来，如：带宽瓶颈、信息垃圾、语义障碍和数字鸿沟幢m 儿”。 1 1 2 互联网存在的问题 ( 1 ) 互联网上可利用的信息是无组织无语义的、多种结构形式的，并且分 布在全世界的各个站点上； ( 2 ) 信息数据和服务的类型以及数量每天都在大量增加，系统中的规则也 在不断变化，因而信息的可利用性和可靠性也在不断地变化； ( 3 ) 由于信息源的动态性以及潜在的有用信息的更新和保存问题，信息常 常是模糊的，采用u r l 按地址定位信息资源的方式获取的信息有时甚至是错 误的； ( 4 ) 基于互联原理的万维网( w w w ) 是通过带宽分配来实现信息资源的按 需服务，但随着用户数量的增加就会产生“你用妨碍我用”的共享冲突，网 络呈现无尺度现象并导致“带宽瓶颈”，这也成为了限制互联网络发展的根本 因素。 由于上述原因，用户不知道如何更加有效地利用互联网上浩瀚的信息资 源，在进行信息检索及使用的过程中常常就会发生“资源迷向”“，等现象。 另外，近年来美国科学家a l b a r a b a s i 等人用统计物理学的实验方法发 现，网络运作的数学模型为服从幂次分布的无尺度( s c a l e f r e e ) 模型，。理论界 将庞大复杂的网络分解为“节点”( n o d e ) 和“连接( 1 i n k ) 两大要素；提供内 容的网站和接受内容的网民统称为“节点”，内容在节点间的运动称为“连接 。 对几十万个节点进行统计实测的数据表明：绝大部分节点只有少数几个连接， 而某些节点却拥有与其他节点的大量连接，所拥有的连接数可能高达数千、 数万甚至更多。这种现象被称作“无尺度 现象。无尺度现象表明互联网是 具有核心的，即w e b 服务的“芯”( c o r e ) ；主流资源与非主流资源如同原子 结构一样和谐地统一在信息资源全集当中。无尺度现象不仅仅出现在互联网 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 中，在神经网络、细胞网络甚至人际网络中均有体现 ，。 针对互联网目前在信息表达、检索等方面存在的缺陷，为了从根本上解 决上述问题，t i m b e m e r sl e e 领导的w 3 c 提出了语义互联网( s e m a n t i cw e b ) 的概念，。语义网并非是独立的另一个网络，而是现在互联网的一个延伸。 所谓“语义”就是文本的含义。语义需要理解文本的意思和结构，而与显示 方式无关。语义网以x m l ( e x t e n s i b l em a f k u pl a n g u a g e ) 和r d f s ( r e s o u r c e d e s c r i p t i o nf r a m e w o r ks c h e m a ) 为核心技术并结合元数据( m e t a d a t a ) 规范，试 图建立一套在w e b 上表达知识与信息的方法，它的目标是：为互联网上的信 息提供具有计算机可以理解的语义，满足智能代理( a g e n t ) 软件对万维网上异 构、分布信息的有效检索和访问，实现网上信息资源在语义层上的全方位互 联和信息互操作，并在此基础上，实现更高层的、基于知识的智能应用。具 体来讲，就是将网络上的各种信息数据用某种方法进行定义和连接，使计算 机能根据用户的不同要求将这些数据自动进行整合及再利用，从而更有利于 人机协作。但目前由于标准体制的不完善和技术的限制，语义网的实现仍然 是一个复杂且具有相当难度的问题。 1 1 3广播网的优点和缺陷 根据无尺度现象的启示，以及解决互联网发展缺陷的迫切性，需要寻找 一种次结构网络，弥补互联网的缺陷，解决互联网在单一体系结构下很难突 破的问题。分析目前我国已经成熟的信息传播网络发现我国传统的广播电视 网络具有以下一些优点： ( 1 ) 用户地域覆盖面广，群众基础雄厚。目前我国广播电视用户的普及率 远远高于我国互联网用户的普及率。 ( 2 ) 有很宽的传送频带。电视频道频率范围是8 7 8 6 0 m h z ，而且在数字 视频传送技术、视频和音频的压缩技术出现后，节目供应商已能在以前只支 持一个模拟节目的同样带宽内发送多个数字节目，因此能有效的大幅度增加 任一给定频道的带宽。 ( 3 ) 信息服务成本低廉。由于广播网用户数量巨大，铺设成本与维护费用 较低，平均到每一个用户来说承担的费用也比较低。 由此可见，广播电视网络的优点正好弥补了互联网的缺点，因此考虑采 用广播电视网络作为互联网的次级结构，用于传播互联网上的主流资源，以 减轻互联网的负担。但是传统的广播电视网络也具有一定的缺点： ( 1 ) 不支持时间的自由分配，用户不能随时收看。电台的内容是时间上串 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 行播出的，什么时候播出什么内容完全由电台决定。经常出现的情况是，当 用户有时间享用某电台的节目时，该电台播出的节目却不是用户所需要的。 ( 2 ) 单向网络结构缺乏交互通信能力。用户在信息资源的获取上处于被动 地位，无法通过双向互动自由选择感兴趣的信息。 对传统广播网络进行一定的改造，与互联网形成一个互补结构的网络来 减轻互联网的负担扭m 们m ，。 1 2 课题研究的意义 随着信息时代的到来，人们研究和关注的焦点不仅仅是关于互联网，三 网融合成为新的增长点n 2 ，。为互联网增添传播主流资源的次级结构，可以缓 解互联网的带宽压力，采用u c l 信息标引技术可以解决互联网在信息共享方 面的缺陷d 在我国构建互补结构网络，对在我国广大农村与边远山区实现数 字文化信息的覆盖，消除“数字鸿沟”具有很大的意义。 深入研究基于信息的内容理解的信息共享网络系统即互联网与广播网的 融合技术，开展传输层和应用层的信息理解与语义标引、解析问题的研究， 建立基于u c l 技术的完整的语义标引、映射、传输、解析应用机制对实施国 家规模的远程教育，为大众提供丰富的信息资源，解决用户长期被动获取信 息的局面，缓解现有网络的带宽压力等都有重大的实际意义。同时，开展这 些技术研究也为广大的信息内容提供者、网络运营商、软硬件生产制造厂商 和系统集成商提供了崭新的发展机遇。信息的交换结构与信息的广播结构， 本质上是两种不同的信息传输发行方式，合理利用两者的优势资源、取长补 短，更加有利于信息资源的和谐整合。 西南科技大学网络重点实验室研究者申报并获得了国家8 6 3 计划项目 具有语义标引的互补结构网络( 项目编号为：2 0 0 5 a a l 2 15 2 0 ) ，旨在实验 室构造具有语义标引的互补结构实验网，为构造规模化网络积累必要的理论 依据与实验仿真数据。本课题通过对互补结构网络的基本理论、关键技术进 行研究，初步形成互补结构网络理论框架；为实现信息的个性化服务奠定了 基础。 1 - 3 论文的主要内容和组织结构 论文主要研究了互补结构网络的体系结构及其关键技术，并深入的理解 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 了数据广播传输系统原理；重点研究了基于u c l 的信息标引技术在广播网中 的实现机制，提出了互补网络中u c l 标引、映射、传输相关规范。通过互补 结构网络仿真实验，从信息内容理解与主动服务的角度开展理论和实验研究， 验证了互补结构网络理论模型的合理性，以及信息主动服务的可行性。论文 章节内容安排如下： 第l 章，绪论。介绍了论文的课题来源、背景及研究内容与论文章节安 排。 第2 章，数据广播相关协议和标准。介绍了数据广播的相关协议和标准， 特别是d v b 数据广播中的几种传输机制的研究。 第3 章，互补结构网络理论基础。主要阐述了互补结构网络的理论模型 及其关键技术，重点研究了资源整合及大规模并行数据广播技术。 第4 章，u c l 标引及封装。研究了互补结构网络中u c l 标引规范，形 成一个初步的文档，并针对网页和视频，研究其u c l 封装。 第5 章，实验研究。搭建互补结构网络实验平台，完成数据广播实验， 对实验数据进行分析与讨论。 最后是结论部分，总结本论文的主要成果和创新点，以及对今后工作的 展望。 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 2 数据广播相关协议和标准 2 1m p e g 2 标准 2 1 1m p e g 2 概述 m p e g 一2 是a i t s c t 和d v b 广播标准的基础，也被d v d 用于压缩系统， 还可用于图象中的运动对象。m p e g 2 标准文件即i s o i e c1 3 8 1 8 ，它是一个 非常重要的音视频数字化压缩编码标准，针对s d t v 和h d t v 在各种应用下 的压缩方案和系统层做出了详细规定，特别适用于广播级的数字电视编码和 传送，被认定为s d t v 和h d t v 的编码标准。m p e g 2 还专门规定了多路节 目的复用解复用方式。目前m p e g 2 分为9 个部分，其中比较重要的是： 第1 部分为系统部分。主要解决多个视频、音频和数据基本码流的组合 问题。描述多个视频、音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。 第2 部分为视频部分。描述视频编码方法。按清晰度将图像综合为4 个 等级，同时按使用的工具和方法的不同分为5 个档次。 第3 部分为音频部分。音频与m p e g 1 音频标准反向兼容，并支持多通 道音频编码。 第4 部分为测试标准。包括地面、有线、卫星等多种接收技术参数。描 述测试一个被编码的码流是否符合m p e g 2 码流的方法。 第6 部分为数字存储媒体一命令与控制。规定了数字存储体指令和控制 协议( d s m c c 协议) ，描述交互式多媒体网络中服务器与用户问的会话信令 集。 2 1 2m p e g 一2 数字复用 数字电视与传统模拟电视节目选择的方式完全不同，传统电视的每一个 频道对应一个节目，只要锁定到相应的频道，就可以收看该节目。而在数字 电视信号中，采用数字复用技术对数字节目进行复用，使一路码流可以同时 传送多路节目，提高资源的利用率。一个物理频道只能给出包含多路节目的 一路传输流。要观看其中的某一路节目，还必须从该传输流中提取出该路节 目的压缩包，然后再进行解码。在数字电视中采用了时分复用t d m 方式实 现多路e s 的复用和多路节目传送流的复用。首先将视频、音频信号经过编 码生成e s ，然后这些e s 和辅助数据按所需频带被分配到复用的高速数字比 特流的各个传输时隙中，构成一路t s 进行传输，再将多路t s 合成一路t s 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 送入传输网络进行传送“。 图2 1t s 流复用过程图 f i g 2 一l t sm u l t i p l y i n g 视频、音频信号的m p e g 码流就是通过e s ，p e s ，t s 三个不同层次的码 流来实现其传送的。其中最基本的部分就是基本流( e s ) ，对基本流打包后就 形成了分组基本信息流( p e s ) ，然后将p e s 流和各种数据打成固定长度字节 的包，再经过复用后就形成传输流。 基本流e s 是将组成数字电视节目的基木元素( 如视频、音频、数据等) 按照m p e g 标准，经过信源编码等处理后所形成的符合某种格式的数据流。 视频e s 符合i s o i e c l 3 8 1 8 2 标准，音频e s 符合1 s 0 i e c1 3 8 1 8 3 标准。 分组基本流p e s 将视频、音频的e s 分别按一定的格式打包，形成具有 某种格式的分组基本流( p e s ) ，分别称为视频p e s 和音频p e s ，其格式由 m p e g 一2 系统部分i s o i e c13 8 l8 1 规定，p e s 的长度在一定范围内变化，其 主要参数有：流类型( 如音频流、视频流等) 、包长度、加密控制、版权信息 世 寸。 传送流t s 是根据i 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，其目的是为了在有可能发生如比特值错误或分组丢失等严重错误 的情况下进行一道或多道接口的编码数据的传送和存储。它由一道或多道节 目组成，每道节目由一个或多个原始流和一些其他的流多路复用在一起。t s 一般被打包成固定的长度字节，用于码流在传输介质中传输。 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 2 1 3m p e g 2t s 的包结构 定义t s 包结构的主要目的是为了实现数字复用解复用。为了让接收机 的解复用器能够正确的从复用信息流中解复用出各路信息，进行相应的解码 处理，就要求将视频、音频的p e s 和辅助数据等按规定格式打包后进行复用， 从而生成了传送流t s 。一个t s 包由一个包头( h e a d e r ) 和有效负载( p a y l o a d ) 构成，包头表示同步及标志信息，有效负载( 也称净荷) 是传送给用户的信息， 包的长度为1 8 8 字节。 图2 2传送流分组格式 f i g 2 - 2 f o m a to ft r a n s p o r tg r o u p s 分组首部各字段语义解释如下： ( 1 ) 同步字节：固定为0 1 0 0 0 1 1 1 ( o x 4 7 ) ，用于分组同步。它与像p i d 那样按规律产生的字段值的选择一样，应避免竞争的发生。 ( 2 ) 传送错误指示器：1 比特标志位，当置为1 时表明在相关的传送分 组中至少有一个不可纠正的错误位。此标志应由传送层之外的实体置1 。 当被置l 后，在错误被纠正之前不能重置为o 。 ( 3 ) 有效负载起始指示器：l 比特标志位，用来指示传送流分组带有p e s 分组或p s i 数据时的情况。当传送流分组的有效负载带有p e s 分组数据时， 该指示器具有以下特性：l 表明传送流分组的有效负载将以p e s 分组的第 一个字节开始，o 表明在传送流的开始不是p e s 分组。当该指示器置为1 时，在所有传送流分组中有且仅有一个p e s 分组开始。 当传送流分组的有效负载带有p s i 数据时，该指示器具有以下性质：如 果传送流分组带有一个p s i 部分的第一个字节，它的值被置l ，表明传送 流分组的第一个字节带有指针字段( p o i n t e rf i e l d ) ；如果传送流分组不带有一 个p s i 部分的第一个字节，它的值被置o ，表明在有效负载中没有指针字 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 段。 对于空分组，该指示器应置o 。对于只带有私用数据的传送流分组， 对此比特的含义没有定义。 ( 4 ) 传送优先级：1 比特指示器，当被置为1 时，表明相关的分组比其 它具有相同p i d 但此位没有被置l 的分组有更高优先级。传送机制可根 据此位确定在一个原始流中数据的优先级。根据不同的应用，此优先级字段 的编码可以不考虑p i d ，或者仅在一个p i d 内编码。此字段可能被通道特殊 编码器或解码器修改。 ( 5 ) p i d ：l3 位字段，指示存储于分组有效负载中数据的类型。p i d 值 0 x o o o o 为程序关联表保留，而o x o 0 0 1 为条件访问表保留。p i d 值0 x 0 0 0 0 0 x 0 0 0 f 保留，0 x l f f f f 为空分组保留。 ( 6 ) 传送加密控制：2 位字段，用来指示传送流分组有效负载的加密模式。 传送流分组首部包括适应字段，不应被加密。在空分组时，该字段的值置为 o o 。加密控制值如表2 1 所示。 表2 1 加密控制值 t a b l e 2 1 e n c r y p t i o nc o n t r 0 1v a l u e 取值描述 0 0 0 1 1 0 11 未加密 用户定义 用户定义 用户定义 ( 7 ) 调整字段控制：2 位字段，用于指示本传送流分组首部是否跟随有调 整字段和或有效负载。调整字段控制值如表3 2 所示。系统解码器将丢弃该 字段值为0 0 的传送流分组，空分组此字段为0 1 。 ( 8 ) 连续计数器：4 位字段，随着每一个具有相同p i d 的传送流分组而增 加，当它达到最大值后又回复到o 。如果适应字段控制值为o o 或1 0 ， 则不应增加。在传送流中，复制的分组可能被做为两个连续的具有相同p i d 的传送分组送出。复制的分组和原分组有着相同的连续计数器值，而适应字 段控制值应为0 1 或l l 。除去程序参考时钟字段有效值( 如果有的话) 将 被重新编码外，在复制的分组中，原分组中每一个字节都被拷贝。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 0 页 表2 2适应字段控制值 r a b l e 2 2 a d a p t i o n 行e l dc o n t r o lv a l u e 取值描述 0 0 0 1 1 0 1 1 为i s o i e c 未来使用保留 无适应字段，仅含有效负载 仅含适应字段，无有效负载 适应字段后为有效负载 在一个特定的传送流中那些具有相同p i d 的分组的连续计数器值是连续 的，或者与前一个相同p i d 的分组差1 时，或者在遇到“不增加 条件( 适应 控制字段值为o o 或1 0 ，或上面所描述的复制分组) 时，及在非连续 指示器为l 时，连续计数器将不连续。空分组的此字段无定义。 ( 9 ) 调整字段：一个可变长的域，提供基本比特流解码所需的同步及时序 等功能，以及编辑节目所需的各种机制，语法定义在l s o i e c l 3 8 1 8 1 中有详 细描述。 。一 ( 1 0 ) 有效负载：来自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，空分组的p i d 为o x l f f f 。该负载可以赋任何值。本论文 研究的系统中，有效负载的数据是私有数据，数据类型由p i d 标识。 2 2d v b 数据广播标准 2 2 1d v b 数据广播原理 大多数通讯协议都是基于双向的点对点( p o i n tt op o i n t ) 通讯。虽然它们通 过交互式的认证过程确保了传输的可靠性，但是它们不适合用来同时将同样 的信息传输给大量的观众。举个简单的例子：假如我们现在需要将实时股票行 情信息传递给很多的观众，如果我们使用点对点的通讯协议，我们就不得不 为每个观众建立一个专门的连接，这样的代价将是很高的而效率却是很低的。 但是如果我们将这些数据通过一条带宽受控的信道以广播的方式发送出去， 并且使得只有被授权的用户才能够接收到，就可使得所有的数据只发送一次， 而且可以控制接收者却不限制接收的人数，这将省去为每个接收者建立专门 的连接，无论在效率上还是经济效益上都是极明显的。所以说，数据广播是 数据通讯的一种方式( 协议) 而不是一种物理意义上的传送。其传送的媒体可 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 1 页 以是多种，包括卫星、有线等等。 鉴于数据广播的重要性，欧洲的d v b 、美国的a t s c 以及日本的i s d b ( 综 合业务数字广播) 在这一领域展开了激烈的争夺。其中d v b 标准在1 9 9 9 年6 月正式成为欧洲标准时交互业务标准就是欧洲电信的标准( e t s ) 。a t s c 的数 据广播标准则由t 3 技术组的s 1 3 专家组负责。 无论是d v b 还是a t s c 或者其他的数字电视广播标准，都是基于 m p e g 2 的传送流机制，而标准只是定义了如何在各种不同的传输媒质上进 行t s 包传送。根据i s o i e c l 3 8 1 8 一l 协议，所有数据被分割成1 8 8 字节大小 的定长分组数据包，这些包在数字电视广播中用来传送数字视音频以及相关 的信息。实际上，这种定长的数据包可以用来传送各种信息。数据广播标准 就是规定了用t s 流来传送面向多个应用的数据的方法。 除了t s 流以外，i s 0 i e c1 3 8 1 8 6 数字存储媒体的命令和控制( d s m c c ) 是数据广播的另一基础。所谓d s m c c 是一种特殊的协议，用于提供在数字 存储媒体上管理m p e g 码流所需的基本控制函数和操作。此协议位于操作系 统层之上、应用层之下，独立于所管理的数字存储媒体、所关联的网络协议 以及所在的操作系统，也和数字存储媒体是本地的还是远程的无关。 d s m c c 是一个庞大的规范，数据广播标准只是其应用的一个领域。 d v b 系列数据广播协议标准包括t r1 0 12 0 2 d v b 数据广播规范执行 指南和e n3 0 11 9 2 d v b 数据广播的规范。而a t s c 的数据广播标准则 是2 0 0 0 年7 月发布的a 9 0a t s c 数据广播标准两者从原理上来讲很接 近，本文介绍将以d v b 的标准为主，因为它颁布较早且普及程度较高。 图2 3 给出了d v b 数据广播规范的协议结构： 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 2 页 a p p l i c a t i o n l c v e li n e r j 鑫c e 掌e f v l es 竹i c e毒e i 、一c e毫e f 、1 c ts e r 澈e譬e f 、l c t p e c 选cs p 触叩e c l 6 cs p c c i 6 cp e c l 盎c印e c 选c 如t a z f ；t md 、b s p c cl c go b 】e c t p 职猕 d v b d 、弓m u l t i d a l a d s e c ! c a f o u t l 。：b l c c lj d v b p ，甜o c o l 由c a 。d s m c c d s 、i c c d s m c c d a t a ；d a a 。 d f 嚣 t r c 锄l n g p n 0 d a l a d a t a p i p i n g p e ss c c l i o n m p e g 一2t r a n s p _ d r ts t i a ，n 矗i，7 秘 a 嘲妇洒黼：蕊g 也l l a k 啪d c a s t _ i d ：o x 0 1 f i g 2 - 3 m i 】量t i - p 删拨o ld a 捂窃) e c t脚触硝 t n c a p 舛协n c 删；e l c a f 供i s e l 嫦i c e o x o so x o 6o x o 0 0 7t b d 目i 薹p 泐 数据的传输是基于m p e g 2t s 流的，针对不同的应用类型，d v b 定义 了以下六种方式： 数据管道 数据流 多协议封装 数据轮播( 数据传送带) 对象轮播( 对象传送带) 用户自定义的服务 如图2 3 所示，数据广播标准针对不同的应用类型规定了不同的服务级 别。 数据管道标准对如何从m p e g 2t s 流中恢复数据并没有给出具体的细 节，它只是简要描述了如何将数据放入m p e g 2t s 流的分组中去。数据流标 准增加了更多的功能，特别是定时。这使得进行异步的数据广播、被同步的 眦舛 i 蓦蚴蝴 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 3 页 数据广播以及同步的数据广播变得可能。多协议封装、数据轮播、对象轮播 标准都是建立在使用m p e g 2 的d s m c c 帧结构的基础上。它是基于 m p e g 。2i s o i e c13 8 1 8 1 中定义的m p e g 2 中的私有部分。d v b 增加的一 些特定的信息以使该帧结构在d v b 环境中工作，特别是同业务信息( s i ) 的结 合。 数据管道协议说明并没有对如何从t s 包中取出数据给出具体说明，仅 仅指定了如何将数据封装到m p e g 一2 传送流包中。和其他的应用相比，要实 现这种服务，发送和接收双方需要较多的先验知识；数据流协议说明是定义 在m p e g 分组原始流( p e s ) 基础上的，协议定义提供了更多的功能，尤其是 时间信息。这样就可以用来传递异步、从同步和同步广播；多协议封装，数 据集和对象集的应用都是建立在d c m c c 的框架结构上，共同基于m p e g 2 系统层定义的私有分段基础之上。d v b 标准仅仅增加了关于如何让这种框架 结构工作在d v b 网络环境中的定义，尤其是和服务信息( s e r v i c ei n f o m a t i o n ) 的接口说明。 在d v b 数据广播标准中，所有应用都被分割成两部分：控制和传送。其 中控制部分涉及到服务信息( s i ) 和程序特殊信息( p s i ) ，属于d v b 用户服务信 息协议定义的范畴，而关于数据传送部分的说明属于d v b 数据广播规范 定义的范畴。 2 2 2d v b 数据广播的具体协议 2 2 2 1 数据管道 数据管道是一种异步数据传送机制，数据被直接插入到m p e g 一2 的传送 包负载中。这种机制中并没有给出关于数据的分段和重组定义而是留给了应 用自己定义。举个例子，t s 包头中的负载起始标志( p a y l o a d u n i t s t a r ti n d i c a t o r ) 可以被用来标志数据包的开始，而传送优先级标志 ( t r a n s p o r tr i o r i t y ) 可以被用来标志数据包的结束。至于如何将数据通过管道及 时地传送则不在协议中规定而由自己保证。 数据服务将通过一个或多个数据广播描述子来说明对数据管道的应用。 每一个描述子通过成份标志( c o m p o n e nt a g ) 来唯一标志个特定的数据管 道。而且，这个成份标志必须和可能在程序映射表( p m t ) 中提供的流标志描 述子( s t r e 锄i d e n t i f i e rd e s c r i p t o r ) 中的成份标志完全一致。流标志描述子用来 指明哪一个流使用了数据管道，d v b 标准中定义了关于数据广播描述子的具 体使用，而对于在p m t 中的流类型( s t r e a m t y p e ) 的描述d v b 没有定义具体 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 4 页 值。 型。 在d v b 的具体应用中，数据管道机制用来传送任意用户自定义的数据类 2 2 z 2数据流 数据流分成三种：异步数据流，从同步数据流和同步数据流。无论哪种， 最终都是被插入到m p e g 一2 传送流的分组原始流( p e s ) 层进行传送。 异步数据流用来传送没有定时要求的数据流，在使用分组原始流层进行 数据传送时需要遵循的语法如下( 其中关于该层的语法结构请参考1 3 8 1 8 ，1 协 议) ： s e t r e a m i d ：该字段必须设置为o x b f ，表示是私有流； p e s p a c k e t d 1 e n g t h ：这个1 6 比特的字段必须设置为非o 值。 同步数据流用于传送在接收端输出数据码率必须严格精确控制的应用。 接收端的时钟通过m p e g 标准定义的节目参考时钟( p c r ) 机制和发送端实现 同步，通过分组原始流层的数据包结构来进行数据传递。这种结构提供一个 9 比特的显示时间标签扩展( p t se x t e n s i o n ) 字段用来精确定位数据访问单元， 这和音视频访问单元是类似的。单元的大小可以是比特，也可以是字节或多 个字节，完全取决于具体应用。注意这个9 比特的扩展将显示时间标签的精 确度从1 l 微秒( 9 0 k ) 提高到3 7 纳秒( 2 7 m ) 。这种精确定位可在多个接收机接 收同样的数据服务并需要以对齐的方式同步输出数据时应用，或者用来在输 入信号临时丢失的情况下保持数据输出的同步。 从同步数据流和同步数据流应用的区别在于从同步数据流传送的数据流 需要和其他的m p e g 2 的打包原始流严格同步，其余的类似。 和数据管道一样，无论同步数据流还是异步数据流都是通过一个或多个 数据广播描述子来说明对数据流的应用。每一个描述子通过成份标志 ( c o m p o n e n t t a g ) 来唯一标志一个特定的数据流。而且，这个成份标志必须和 可能在程序映射表( p m t ) 中提供的流标志描述子( s t r e a mi d e n t m e rd e s c i l i n o r ) 描述子中的成份标志完全一致。流标志描述子用来指明哪一个流使用了数据 流。d v b 中同样定义了关于数据广播描述子的具体使用。 无论是同步还是异步数据流都必须在p m t 中设置流类型为0 x 0 6 或者采 用用户自定义的数值。 西南科技大学硕士研究生学位论文 第l 5 页 2 2 2 3 多协议封装 多协议封装( m p e ) 提供一种基于m p e g 2 传送流的在数字电视广播网络 中传送数据的机制。该协议主要的一个应用领域是传送基于i p 协议的数据， 也可以通过进行l l c s n a p 封装来传递按其他网络协议定义的数据流，并适 用于u n i c a s t ，m u l t i c a s t 和b r o a d c a s t 等多种传播方式。这些都是通过一个4 8 位的m a c 地址来实现的，但是d v b 并没有规定如何为用户分配m a c 地址。 考虑到广播的实际安全性，封装协议通过支持对数据包的加密和动态改变 m a c 地址来保证安全。 分段数据是通过数据段结构( d a t a g r a ms e c t i o n ) 来传递的，并兼容于为私 有数据定义的d s m c c 段，具体定义读者可以参考1 3 8 1 8 6 协议，这里不作 详述。这种分段格式提供了一种有效的将数据表映射到m p e g 2 传送流包格 式的机制，并且可以在现有的解复用的软硬件基础上利用m a c 地址方便地 实现数据包滤波。 分段机制允许将一个数据表分段映射入多个数据段，如果数据表的长度 小于或者等于4 0 8 0 字节( 包括l l c s n a p 头) ，则数据表可以放入一个数据段 而无需分段。对于i p 协议数据，由于l l c s n a p 可以被忽略，则m t u ( 最大 传输单元) 应该被设置成4 0 8 0 ，这样可以让数据表无需被重新分段，如果考 虑l l c s n a p 则m t u 应该被设置为4 0 7 4 或者更小。 6 字节的m a c 地址在数据段结构中被划分成两个部分，这样做的目的是 为了使接收端方便采用硬件方式进行包滤波。 2 2 2 4 数据轮播 数据集( 也有称数据轮) 是一种允许服务器或者某个应用循环地、一次或 者多次地发送一组相同数据模块的服务。如果一个接收者希望访问其中的某 一个特定的模块，则仅仅需要等到下一次广播的时候即可。一个典型的数据 集的应用是图文广播。数据集是定义在d s m c c 的数据集的基础上的，提供 一种循环传递数据到接收者的机制。 在数据集中数据被划分成模块( m o d u l e s ) ，每个模块被划分成大小完全一 样的块( b l o c k ) 。除了最后一个块可能会小一些，一个数据集中其他所有的块 的大小都是一样的。每个模块代表逻辑上相互独立的数据，如文件。根据服 务的需要，多个模块可以组织成一个组( g r o u p ) ，类似的多个组可以进一步构 成超组( s u p e rg r o u p ) 。 数据集规范使用到了d s m c c 下载规范中的四条消息：数据存放在下载 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 6 页 数据块( d o w n l o a d d a t a b l o c kd d b ) 消息中，关于模块的控制信息存放在下载信 息说明( d o w n l o a d l n f o l n d i c a t i o nd i i ) 、下载服务初始化( d o w n l