（微电子学与固体电子学专业论文）卫星数字院线节目分发系统的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 全球高清电影事业蓬勃发展，越来越多的国家开始筹建或实施高清项目，我国高 清电影电视事业的发展也呈现出欣欣向荣的景象。数字电影院线、高清电影频道的开 播、高清电影手机的诞生、各种支持高清电影播放的解码器和显卡层出不穷，但以这 些方式收看高清电影消费过高。 针对这一问题，本文设计了一种采用d v b 接收模块和高清电影播放机的体系结 构来实现高清电影接收和播放的卫星数字院线节目分发系统：在播发端将高清电影文 件进行多协议数据封装，利用卫星数据组播方式传输高清电影，接收模块实现数据的 接收和解析，并通过u s b 接口将数据传输给高清电影播放机，高清电影播放机将数 据还原成文件写到硬盘中并进行解码播放。此系统不会产生带宽瓶颈问题，且可以实 现文件数据信息的大面积覆盖，对于大用户量的单向高清电影传输，具有技术优势， 应用于农村、城市居民社区等小型数字电影放映点，用户只需2 1 0 元钱就能收看一部 高清电影。 本文首先阐述了该方案所依据的技术背景，包括数据广播标准、多协议封装和 u s b 2 0 数据传输技术，然后讨论了整个系统的设计方案，包括系统需求、硬件设计、 通信机制。接着详细介绍了系统的软件设计，包括前端播控软件、接收模块的软件设 计、u s b 驱动程序设计、文件接收机制等。最后分析了系统测试运行的结果。 通过实际上星调试和测试，验证了各项功能。实验结果表明，在前端播发速率不 超过1 0 m b p s 的情况下，节目分发系统能够长时间持续而稳定地工作。 关键词：数据广播高清电影通用串行总线接口节目分发多协议封装 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee v o l u t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya c c e l e r a t e st h ed e v e l o p m e n to ft h eh i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ( h d t v ) a l lo v e rt h ew o r l d m o r ea n dm o r ec o u n t r i e sa r er e a d yt o b u i l do rh a v ea l r e a d yi m p l e m e n t e dh d t vp r o j e c t s c h i n ai sn oe x c e p t i o n i nc h i n a , s e v e r a lw a y sa r eu s e di ne n j o y i n gh d t v , s u c ha sh d t vi nc i n e m a s ，h d t vc h a n n e l s ， h a n d s e tw i t hh d t vf u n c t i o n d e c o d e rs u p p o r t i n gh d t vw i t l lv g ac a r da n ds oo n b u t t h e ya l lc o s tt o om u c h t or e s o l v et h i sp r o b l e m ，ap r o g r a md i s s e m i n a t i o ns y s t e mw h i c hr e c e i v ea n dp l a y h d t vb a s e do nd v bm o d u l ea n di p b o xi sp u tf o r w a r d ：h d t vf i l ei sm u l t i f l r o t o c a l e n c a p s u l a t e di nh e a d - e n ds y s t e m ，u t i l i z et h ed a t am u l t i c a s t i n gw a yo fs a t e l l i t e st ot r a n s m i t h d t v t h e nd a t ai sr e c e i v e da n dp a r s e di nd v bm o d u l ea n dt r a n s m i t t e dt oi p b o x t h r o u g hu s bi n t e r f a c e ，d a t ai sr e s t o r e dt of i l ea n di sp u to nh a r dd i s k ，h d t vf i l e i sp l a y e d i ni p b o x t h es y s t e mw i l ln o to c c u rt h eb o t t l e n e c kp r o b l e mo fb a n d w i d t ha n di tc a n r e a l i z et h a td a t ai n f o r m a t i o no ft h ef i l ec o v e r sal a r g es c a l e t 【l i ss y s t e mh a sa d v a n t a g eo n t r a n s f e rh d t vf o rs i n g l ed i r e c t i o nw i t hl a r g ea m o u n tu s e r s t h es y s t e mi su s e di nc o u n t r y a n dc o m m u n i t i e s i to n l yc o s t2t o1 0r m bp r eh d t v i nt h i s p a p e r , t h et e c h n o l o g i c a lb a c k g r o u n d o nw h i c ht h es c h e m eb a s e so ni s i n t r o d u c e da tf i r s t ，i n c l u d i n gd v bd a t ab r o a d c a s t i n gs t a n d a r d ，m u l t i p r o t o c a le n c a p s u l a t i o n a n du s b 2 0d a t at r a n s f e r s e c o n d ，t h ed e s i g np l a no ft h ew h o l es y s t e mi sd i s c u s s e d ， i n c l u d i n gs y s t e mr e q u i r e m e n t ，h a r d w a r ed e s i g na n dc o m m u n i c a t i o nm e t h o d t h e nt h e s o f t w a r ed e s i g ni se x p l a i n e d ，i n c l u d i n gh e a d e n ds y s t e ms o f t w a r e ，d v bm o d u l es o f t w a r e ， u s bd r i v e rp r o g r a ma n df i l er e c e i v em e c h a n i s m a tl a s t ，s y s t e mp e r f o r m a n c e st e s tr e s u l t s a r eg a v e a f t e rd e b u ga n dt e s to nd v b sp l a t f o r m t h es y s t e mf u n c t i o ni sv a l i d a t e d t h e p r o g r a md i s s e m i n a t i o ns y s t e mc a r lw o r kc o n s t a n t l ya n ds t a b l ya t10 m b p sr a t e k e y w o r d s ：d v b b r o a d c a s t h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ( h d t v ) u s bi n t e r f a c e p r o g r a md i s s e m i n a t i o nm u l t i p r o t o c a le n c a p s u l a t i o n ( m p e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中己标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：余娲 矽6 年f 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本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 保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密囤。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：余晒 指导教师签名：1 夕位1 们哞f 月7 日础年r 月7 目、 | 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 目前，世界各国都在实施各自的信息高速公路计划以迎接新世纪信息时代的到 来。公众对各种数据业务包括各种公众信息、远程教育内容、金融商务信息、数据点 播( d o d ) 、各种多媒体数据服务内容、高速i n t e r n e t 接入的需求不仅是现实的而且 有些是相当迫切的。建设有中国特色的信息高速公路宽带多媒体数据传输系统是十 分必要的，我国拥有8 0 0 0 万的有线电视用户，庞大的有线电视网络，充分利用这一 巨大的资源满足公众对宽带数据服务的需求，其中蕴藏着无限的商机【l 】。 我国的广播电视正在经历从模拟向数字体制转化，城市之间的光缆干线网也已建 设完成，广电网以其海量带宽和连接千家万户的优势是其它网络无法比拟的。广播电 视的数字化将为数据传输系统提供方便的接口。随着广播业数字化进程的不断推进， 它已经不再局限于原有的音视频广播服务，它能够提供内容更为丰富、信息更加广阔 的数据业务，如网上教育、证券信息发布、综合新闻、视频点播等多种业务。另外， 由于广播业的固有特点，即它是信息共享的结构，因此，它支持用户数目的自由增长， 在那些服务于大众的信息传播方面，广播将表现出比i n t e m e t 更加优越的性能【2 】。 采用d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t ) 络，既提高了网络容量，又兼容未来的发展 趋势是适合中国国情的高速信息公路宽带多媒体信息系统的理智选择。 高速数据广播业务充分利用了广播信道的特征和应用条件，在不需要对现有网络 作大的改造的前提下，为用户提供宽带多媒体数据广播服务，因此得到了迅速发展【3 】。 采用符合d v b 标准的数据广播系统有如下优点： ( 1 ) d v b 标准有丰富、完整的传输接口协议，数据可以容易地通过现有的几乎所 有信道如卫星、有线电视及地面数字电视广播等传输，适合于从主干网到地区网、城 域网、小区等不同规模不同的传输方式进行数据广播。 ( 2 ) 传输数据率高，误码率低，在光纤同轴混合网中采用6 4 q a m ( q u a d r a t u r e a m p l i t u d em o d u l a t i o n ) 调制方式，一个标准的8 m 电视频道传数据率可达4 0 m b p s 。 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 与数字视频节目兼容用户终端可以同时接收数据和数字视频节目，数据和视 频节日可以在同一个频道传输。 ( 4 ) 通用的前端设备，使用与视频广播相同标准的d v b 复用器及调制器，可在众 多的生产厂商中选择性价比最高的。 ( 5 ) 可使用完善的d v b 条件接收系统，保证完备的授权控制机制。 ( 6 ) d v b 有完整的网络及回传协议，可以选择多种回传形式，在未来的1 0 年内， 逐步通过改进现有有线网络设施实现真正的双向网传输。 目前数据广播作为数字电视的增值业务正在全国各地如火如荼的展开，它也是数 字电视吸引观众的主要内容之一。但由于国家还未统一数据广播的标准，所以在业务 内容和技术实现方式上存在着百花齐放的局面【4 j 。 i 2 节目分发系统应用与发展前景 节目分发是基于i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 多播或广播技术的一种新的主动服务模式，能 够广泛的应用于局域网、广域网和数字广播网络，其目的是将热点信息推送到海量的 用户终端中1 5 。二十世纪电子信息技术的发展最终让人类走进信息社会的大门。其中， 以广播、电视、因特网为代表各种信息服务系统是信息化社会诞生的重要标志，它给 人类带来了全新的信息理念，其意义影响之深远是不言而喻的。随着有线电视网络、 直播卫星、无线通信网络等宽带系统的广泛构建和数字调制技术、数字编码技术的发 展，一些相关的技术标准与协议相继制定。如主要面向数字视频应用的d v b 、 m p e g 一1 ( m o v ep i c t u r ee x p e r tg r o u p ) 、m p e g 一2 、m p e g 一4 ，面向因特网数据流传输业 务的i p 多播等。从而出现了众多厂家研制、生产宽带产品，使得在宽带系统上开展形 形色色的信息服务业务成为可能。因此，因特网与宽带数字系统的融合有着广泛的物 质基础与群众基础。在宽带系统中开展新型的信息服务，为广大厂商、信息提供者、 宽带系统运营者提供了崭新的发展机遇，同时也为广大民众提供了更丰富的信息文化 教育环境1 6 】。 全球的宽带系统中数字视频广播业务广泛应用d v b 标准与技术，而因特网的核 心技术是t c p i p ( t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 。本文深刻探讨了这两种标 华中科技大学硕士学位论文 准与技术在宽带数据传输系统中的融合，及其在宽带信息服务业务的应用方法和前 景。 基于i po v e rd v b 技术，使i n t e r n e t 上最先进的应用成果可以快速、广泛的直接应 用到宽带系统中来。目前主要的应用包括两部分内容：跨网集成的高速i n t e m e t 接入技 术和数据广播技术。跨网集成的高速i n t e r n e t 接入技术有着多种实现方式。典型的结构 包括：( 1 ) 有线电视系统中的利用d v b c ( d i 垂t a l v i d e o b r o a d c a s t - c a b l e ) 标准实现的高速下 行信道与p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 的上行回传；( 2 ) 数字卫星系统中 的利用d v b s ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t s a t e l l i t e ) 标准实现的高速下行信道与低速卫星信道 上行回传或p s t n 的上行回传；( 3 ) 无线移动系统中的利d v b t ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t - t e r r e s t r i a l ) 标准实现的高速下行信道与低速上行回传或p s t n 的上行回传。宽带 系统中的数据广播技术刚刚兴起。由于数据广播系统运行于单工信道，保证数据广播 的质量服务q o s ，不可能依靠双向信道采用的回传技术解决差错控制问题。因此通常 采用适当的轮播技术、前向纠错技术、数据校验技术或综合上面几种方法，以便较好 的解决数据的可靠传输问题。 随着时间的推移，技术的进步，全球高清的发展日益迅猛，越来越多的国家开始 筹建或实施高清项目，我国高清电影电视事业的发展也呈现出欣欣向荣的景象。2 0 0 5 年9 月l 目，我国第一个数字高清电视频道一一“高清影视”频道在杭州正式试播。2 0 0 5 年底，国内首部“高清电影手机”在t c l 诞生并批量上市。2 0 0 6 年初，上海文广和中央 电视台都正式开播了各自的高清数字电视频道。2 0 0 6 年1 月c y b e r l i n k 矛l j 用其全新的 h 2 6 4d x v a 解码器以及支持p u r e v i d e o 功能的n v i d i a 显卡演示硬件加速的h 2 6 4 播放， 能够呈现家庭影院级品质的高清电影播放，为用户提供一种高清电影播放完整方案。 国美、东芝、三洋、创维等数家厂商己批量采购数万台高清数字电影播放机，作为其 高清电视的配套展示产品。高清电影频道需要有高清电视机和高清机顶盒才能接收， 而目前一台高清电视要几万元人民币，再加上频道每月收费约1 0 0 元，因此该高清频 道仍然不是面向普通家庭的。 中国数字影院大多采用的是昂贵的进口数字影院设备。本文研究的卫星数字电影 院线节目分发系统将为数字电影院线提供全新的整套解决方案，为发展我国的电影事 华中科技大学硕士学位论文 业开辟新的途径，它定位于低端市场，主要在农村、城市居民社区、大学等普及小型 数字电影放映点，提供有版权的数字电影，因此电影票价仅为2 1 0 元，让看电影不再 是“贵族消费”。此国产数字影院设备可以提供超过1 6 毫米电影的图像质量，而设备 价格却仅7 、8 万元，相当于同类进口产品的1 8 ，将是亚洲第一个具有自主知识产权、 基于数据广播技术的数字电影院线。这也是全球首次实现由高清显示的数据广播。首 先将在北京、上海、浙江等全国9 9 个社区服务中心成立小型数字电影放映点，再向农 村扩展。 1 3 本文研究的主要内容 为了满足新一代m p e g 4 高清晰度电影娱乐系统发展趋势，不断实现高清电影终 端收看多样化以满足不同用户群的需求，武汉东太信息产业有限公司与北京京视辉科 技有限公司合作，立项针对高清电影收看用户研发一种新型的基于i po v e rd v b 技术 的卫星数字院线节目分发系统。本文作者从2 0 0 3 年7 月起在华中科技大学电子科学 与技术系多媒体与通讯系统课题组从事数字电视方向的研究工作。课题组所开发的数 字电视前端系统和终端接收机在国内多个大中城市投入了实用，取得了多项科研成果 和巨大的社会经济效益。本人和其它3 位同学负责该项目的完成，本人的工作主要有： 在熟悉d v b 标准和嵌入式系统开发的基础上，进行i po v e rd v b 模块的方案设计和 应用协议的制定，完成带u s b ( u n i v e r s a ls e f i a l b u s ) s l a v e 接口的i po v e r d v b 模块的 设计，完成终端解析软件的设计，包括m p e ( m u l t i p r o t o c a le n c a p s u l a t i o n ) 数据解析与 发送，以及i po v e rd v b 模块与高清电影播放机( i p b o x ) 的通信机制。本文是在整 个系统的设计实现并实际测试运行的基础上逐步完成的。 本文研究的主要内容是如何根据d v b 协议实现卫星数字院线节目分发系统，即 用数据广播的方式来传输高清电影。考虑到节目分发也会工作在非d v b 网络中，例 如宽带i p 网络，所以采用i po v e rd v b ，这样u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 多播数据 包可以直接传递。主要内容包括： ( 1 ) 介绍了节目分发系统应用与发展前景，并阐述本文研究课题的意义和价值。 ( 2 ) 全面介绍了本课题的技术背景。包括d v b 数据广播标准、多协议封装( m p e ) 4 华中科技大学硕士学位论文 和i po v e rd v b 技术、u s b 2 0 数据传输技术。 ( 3 ) 阐述了整个系统的设计方案，包括系统设计需求、硬件实现、通信机制。 ( 4 1 详细介绍了节目分发系统的软件实现。包括前端播控软件的设计、i po v e r d v b 模块的软件设计、u s b 驱动程序设计、文件接收机制的设计等内容。 ( 5 ) 系统的联调、测试与分析。提出系统联调方案，简要介绍了调试过程中出现 的问题及解决办法，对系统联调过程的总结和对测试结果的分析。最后总结了本系统 的意义、技术特点、创新之处及本文作者所做的工作，并展望了系统的应用前景。 华中科技大学硕士学位论文 2 节目分发系统中关键技术介绍 2 1d v b 数据广播标准 2 】1d v b 标准简介 d v b 是数字视频广播的缩写，它是一个来自3 3 个国家、2 3 0 个组织参加的国际 机构，国家广电总局广科院于1 9 9 9 年4 月1 3 日作为协作会员加入了d v b 。它包括 了卫星( d v b - s ) 电缆电视( d v b - c ) 、普通电视的地面广播( d v b t ) 和高清晰度 电视( h d t v ) 的广播与传输f 7 j 。 d v b 的一项中心任务是制定一整套数字广播技术规范，并促成其成为通用的数 字广播技术国际标准，从而改变现有的模拟电视技术因标准不同而形成的分割局面， 推进广播电视技术的国际交流、合作与发展。d v b 的主要目标及标准有： ( 1 ) 系统应能灵活传送m p e g 2 视频，音频和其他数据信号。 ( 2 ) 系统使用统一的m p e g 一2 传送比特流复用。 ( 3 ) 系统使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。 ( 4 ) 系统使用统一的一级里德一索罗门前向纠错系统。 ( 5 ) 使用统一的加扰系统，但可有不同的加密。 ( 6 ) 选择适于不同传输媒体的调制方法和通道编码方法以及任何必须的附加纠错 方法。 ( 7 ) 鼓励欧洲以外地区使用d v b 标准，推动建立世界范围的数字视频广播标准。 这一目标得到了i t u ( i m e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n ) 卫星广播的支持。 ( 8 ) 支持数字系统中的图文电视系统。 d v b 主要的标准已得到e t s ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d ) 的批准。 d v b s 已被i t u 推荐。d v b s 的标准是e t s 3 0 0 4 2 1 ，d v b c 的标准是e t s 3 0 0 4 2 9 ， d v b t 的标准是e t s 3 0 0 。 华中科技大学硕士学位论文 2 1 2d v b 的数据层次结构 d v b 数字电视广播标准是基于m p e g 2 的传送流t s ( t r a n s p o r ts t r e a m s ) 的，其 中d v b 标准中s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 信息的语法结构是以m p e g 一2 的研v a t es e c t i o n s y n t a x 语法结构为基础扩展形成l 引。如果将d v b 标准完全作为一种数据传输标准来 看，它有着较完整而且很明显的三个数据层次，分别是：t s 、p e s ( p a c k e t i z e de l e m e n t a r y s t r e a m ) 与s e c t i o n 、i l a b l e 。在整个d v b 标准中描述各种信息的封装语法以及传输都是 基于这三层结构来组成的。下面将依照从上到下的顺序分别叙述各层的意义1 9 】： ( 1 ) t a b l e 表：t a b l e 表是d v b 标准中描述一个完整的信息的元素。它处于整个标 准信息描述的最上层。各种节目信息都是通过t a b l e 来表示的，如：p a t ( p r o g r a m a s s o c i a t i o nt a b l e ) ，p m t ( p r o g r a mm a pt a b l e ) ，e i t ( e v e n ti n f o r m a t i o nt a b l e ) ， s d t ( s e r v i c ed e s c d p f i o nt a b l e ) 等等。它们每一个都代表一种完整的信息单元，但是 t a b l e 本身是没有实体的，只是一种概念或表示单元。一个t a b l e 由多个s e c t i o n 数据 段组成，而每一个s e c t i o n 是有具体的实体定义的。 ( 2 ) s e c t i o n 数据段；s e c t i o n 是d v b 标准中实际信息封装的语法结构，本文研究 的m p e 数据采用这种封装语法，虽然一些表在具体s e c t i o n 的某些字段上的意义定义 不同，但整体结构和规范是统一的。通常一个t a b l e 的信息需要多个s e c t i o n 才能描述 完毕。 ( 3 ) t s 一传输流：t s 数据流可以是经过压缩的m p e g 2 视频和音频、也可以是任 何数据，因此称t s 流为“数据集装箱”。每一传输流分组都可以分成首部和有效负载 两部分。首部包括传送流分组的同步字节及其它控制语法的定义，有效负载则包括了 信号的有效数据。传送流分组同步字节为0 x 4 7 ，他表明一个传送流分组的开始。 p i d ( p a c k e ti d e n t i f i e r ) 指示了存储于传送流分组中的有效负载数据类型，在系统中，不 同程序中的视频和音频数据负载或其他数据负载将具有不同的p i d 。 由图2 1 的传送流语法结构可知，一个传送包( t s 包) 的长度为1 8 8 字节，t s 包由4 字节的包头、可变长字节的自适应字段以及数据载荷组成。其中包头各域实现 的主要功能有：t s 包的同步、识别、传送误码指示、条件接收以及传送包的连续计 数等：自适应字段则包括较高层次解码功能的有关信息，主要实现解码过程中定时信 华中科技大学硕士学位论文 息的恢复与同步及随机存取指示，拼接倒计数等。 + 1 8 8 个字节 包头载荷包头载荷包头载荷 传送流 1 同步传送误载荷单元起传送优传送加自适应字连续性自适应 字节码指示 始指示符先级 p i d 扰控制段控制计数器字段 自适应字段不连续性随机选取指基本优先级 长度指示符示符指示符 5 个标志可选字段填充字节 + 拼接倒传送专用数传送专用自适应字段可选 p c ro p c r 3 个标志 计数器据长度数据扩展长度字段 图2 - 1t s 传输流结构图 一个s e c t i o n 数据段通常都大于1 8 8 字节长度，因此被分为多个t s 包进行传输， 实际上在d v b 标准中很少涉及到t s 层，因为它没有实际的描述意义而是仅仅用于传 输，可以理解为链路层协议包。s e c t i o n 数据在t s 层被认为是纯数据负载并放在载荷 中，终端无法从单个的t s 包中获取任何信息。终端必须将分散传输的s e c t i o n 数据重 新组合起来，这时就需要图中的“载荷单元起始指示符”和“连续计数器”两个字段 来组合s e c t i o n 数据。最终形成s e c t i o n 数据段，并解析获得所需的描述信息。 2 1 3d v b 数据广播标准 d v b 标准提供了通过不同的数据媒质传输m p e g 一2 传输流的方法，传统上，这 些传输流包括音频和视频数据。数据广播被视为基于d v b 传输标准的m p e g 一2 的重 要扩充，如通过卫星、电缆和陆地连接进行软件下载，通过广播信道传输i n t e r n e t 业 务、交互电视等。根据数据传输的不同需求，d v b 确定了六个不同的应用领域，如 图2 2 所示。 华中科技大学硕士学位论文 协 议 结 构 特定特定 特定 业务 特定 业务 特定 业务 特定数据 包( 如i p 业务 d v b 对 业务 包) 象轮放 d v b d v b 多d v b 数d s m c 数据 协议封装据轮放对象轮放 d v b 流 d s m c cd s m c cd s m c c 数据 私有数据数据轮放数据轮放 管道 p e s m p e g 2 数据片( s e c t i o n ) m p e g - 2 传输流( t s ) 数据管道数据流多协议封装数据轮对象轮用户自定义服务 应用类型 图2 2 各种类型的协议结构 下面是其应用领域的简单描述： ( 1 ) 数据管道：支持数据广播，通过d v b 兼容的广播网络传输简单的、非同步的、 端到端的数据，数据直接加载在m p e g 一2 传输流分组负载上。 ( 2 ) 数据流：支持数据广播，通过d v b 兼容的广播网络以异步或同步的方式传输 面向流的端到端的数据，根据数据流规范，其数据加载在m p e g 2 系统层的p e s 分组。 异步数据流定义为无时间需要的数据流，同步数据流定义为需要时间信息以便在接收 器端能再生为同步数据流的数据流。被同步的数据流定义为流内部数据能与其他类型 数据( 如视频、音频) 进行同步回放的数据流。 ( 3 ) 多协议封装( m p e ) ：支持数据广播，通过d v b 兼容的广播网络传输通信协议 数据报。根据多协议封装规范，数据报封装在d s m c c ( d i g i t a ls t o r a g em e d i a c o m m a n d & c o n t r 0 1 ) 分段中，d s m c c 分段符合m p e g 一2 私有分段格式。结构图如图 2 3 所示： 9 华中科技大学硕士学位论文 ；y n ct r a n s p o r t p a y l o a d t r a n s p o r tt r a n s p o r t a d a p t a t i o n c o n t i n u i t y 3 y t e e r r o rm i ts t a r t p r i o r i t y p i d s c r a m b l i n g f i l e dc o u n t i n d i c a t o ri n d i c a t o rc o n t r o lc o n t r o l ( 8 )( 1 )( 1 )( 1 ) ( 1 3 ) ( 2 )( 2 )( 4 ) 一 h e a d c r p a y l o a d h e a d e r p a y l o a d h e a d e r p a y l o a d 4 1 8 4 4 1 8 441 9 4 产每二二： p o i l i t e r d a t a g r a ms e c t i o n ( 8 ) 4 l = n ( = 1 5 1 2 t t a b l es e c t i o np r i v a t eg e sp r i v a t em a c m a c r e s p a y l o a d | i ds v n t a xi n d i c a t o rs e c t i o na d d r e s sa d d r e s s s c r a m b l i n g 址 i n d i c a t o r l e n g t h 6 c o n t r o l i l ( 8 )( 1 )( 1 )( 2 )( 1 2 )( 8 )( 8 )( 2 )( 2 )y a d d r e s s l l cc u r r e n ts e c t i o nl a s tm a gm a cm a c m a c s c r a m b l i n g s n a pn e x tn u m b e rs e c t i o na d d r e s sa d d r e s s a d d r e s s d d r e s sl c o n t r o l f l a g i n d i c a t o rn u m b e r4 _ 1 ( 2 ) ( 1 )( 1 )( 8 )( 8 )( 8 )( 8 )( 8 ) ui pd a t a g r a md a t ab y t e s s t u f f i n g c r c 3 2 4 6 = n = 1 5 0 0 b v t e sc h e c k s u m p a d d i n g ( 0 )( 3 2 ) i = n = 1 8 3 ， 7 k c v i pu d p u d pp a y l o a d p a d d i n g( n ) = b i t s h e a d e rh e a d e r l ( = n = 1 4 7 21 c = n = 1 7 n = b y t e s 2 08 图2 3m p e 封装结构图 ( 4 ) 数据轮：支持数据广播，通过d v b 兼容的广播网络周期性地传输数据块。数 据块大小已知，且可及时的从数据轮中更新、添加和移去。如果服务需要的情况下， 数据块可组成数据块组；类似的，数据块组可进一步组成超组。 ( 5 ) 对象轮：支持数据广播，通过d v b 兼容的广播网络周期性地广播d s m c c 用户到用户对象，特别是在d v b 系统所定义的交互性服务中 o q 2 。 ( 6 ) 用户定义服务：将来用户可根据需要定义自己的应用数据类型。 从另外个角度看，d v b 的数据包可以分割成以下几种格式： o 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 直接基于t s 包，固定长度1 8 8 b y t e 。直接基于私人数据机制，简单的数据管 道采用这种方式。 ( 2 ) 基于p e s 包，m p e g 2p e s 包提供一种长度可变的打包方式，最大包长 6 4 k b y t e ，而且提供数据流精确同步的机制( 利用显示对标p t s ，正如音频视频、数 据流的同步机制) ，9 b i t 的展现时间戳扩展域可以精确到2 7 m h z 的时钟周期，即为 3 7 n s ，所以d v b 选择p e s 用于同步和被同步码流的传输，当然也可以用于异步码流 的传输。 ( 3 ) 基于数据片，m p e g 2 数据片s e c t i o n 也提供长度可变的打包方式，但晟大包 长为4 k b y t e ，而且是异步传输。它是为了方便解复用器用硬件滤出单一的s e c t i o n ， 从而降低对解码器软件的要求。在多协议封装和轮放中选用这种打包方式1 3 “4 】。 2 2 多协议封装与i po v e rd v b i n t e m e t 已成为全球最大的网络，而t c p p 协议是i n t e m e t 协议的工业标准，要 让d 网络和全球i n t e r n e t 互连，必须要有支持在d v b 网络上传输i p 协议的方法， 而多协议封装实现了这种功能。多协议封装提供一种d v b 兼容的网络中在m p e g - 2 t s 流之上传输各种网络协议数据的机制。该协议一个主要的应用领域是传送基于口 协议的数据，也可以用于传输各种通过l l c s n a p ( l o g i c a ll i n kc o n t r o l s u b n e t w o r k a t t a c h m e n tp o i n t ) 封装的网络协议数据，它可以用于单播( 数据包发给单的接收者) 、 多播( 数据包发给一组接收者) 、广播( 数据包发给所有的接收者) 等各种传播方式【l o 】。 与传统i n t e m e t 服务一样，在传输层将业务内容打成u d p 包后再在网络层加上i p 包 头，然后i p 包被送入i p d v b 网关进行m p e 数据封装。i p 包被插入d s m c cs e c t i o n 段中，最后连同m p e 首部和校验值一同封入基本传输t s 流的有效载荷区，这样就可 以通过d v b 网络进行基于u d p 协议的业务传输和发送了l l5 1 。 遵循多协议封装规范的数据报传输把数据报封装在d s m c c 段中。数据报封装在 与私有数据d s m c c 段兼容的d a t a g r a ms e c t i o n 中，根据m p e g 一2 的相关定义将数据 段映射成m p e g 一2 的t s 包1 1 1 ，”j 。d m a 盯a m 的语法结构定义如表。_section 2 - 1 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 1d a t a g r a m _ s e c t i o n 的语法 s y n t a xn u m b e ro fb i t sm n e m o n i c d a t a g r a ms e c t i o n ( ) t a b l ej d8u i m s b f s e c t i o ns y n t a xi n d i c a t o r1 b s l b f p r i v a t ei n d i e a t o r lb s l b f r e s e r v e d2 b s l b f s e c t i o nl e n g t h1 2u i m s b f m a ca d d r e s s6 8a i m s b f m a ca d d r e s s58u i m s b f r e s e r v e d2b s l b f p a y l o a ds c r a m b l i n g ；c o n u o l 2 b s l b f a d d r e s ss c r a m b l i n gc o n g o l2b s l b f l l cs n a pf l a g1b s l b f c u r r e n tn e x ti n d i c a t o rlb s l b f s e c t i o nn m n b e r8 u i m s b f 1 a s ts e c t i o nn u m b e r8 u i m s b f m a ca d d r e s s48 u i m s b f m a ca d d r e s s3 8u i m s b f v i a ca d d r e s s28u i m s b f m a ca d d r e s s18 u i m s b f i f ( l l c s n a p _ f l a g = = 1 ) l l cs n a p f ) ，e l s e f f o r ( i = 0 ：i n 1 ；j + + ) i pd a t a g r a md a t ab y t e8b s l b f ) ) i f ( s e c t i o nn u m b e r = = l a s ts e c t i o nn u m b e r ) f f o r ( 1 0 ；j n 2 ；j + + ) s t u 币醒b y t e8b s l b f i f ( s e c t i o n s y n t a xi n d i c a t o r = = 0 ) 2 华中科技大学硕士学位论文 c h e c k s u m3 2u i m s b f ，e l s e c r c3 23 2m c h o f 注：b s l b f ：b i ts t r i n gl e f tb i tf i r s t 左位在前。 u i m s b f ：u n s i g n e di n t e g e rm o s ts i g n i f i c a n tb i tf i r s t 高位在前。 d a t a g r a m _ s e c t i o n 各字段意义如下b t ： t a b l ei d ：8 位字段，是s e c t i o n 所要描述的私有表的i d ，它是数据类型的重要标 志字段。根据d s m c cs e c t i o n 中私有字段的定义为0 x 3 e 。 s e c t i o n ：l 位字段，若字段是，则syntax i n d i c a t o rc r c3 2 c h e c k s u mc h e c k s u m 此位置为“0 ”；若c r c _ 3 2 c h e c k s u m 字段是c r c _ 3 2 ( c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ) ，则 此位置为“1 ”。 p r i v a t e r e s e r v e d ：2 位保留字段，置为“1 1 ”。 s e c t i o n _ l e n g t h ：1 2 位字段，定义从m a c _ a d d r e s s _ 6 开始到d a t a g r a m _ s e c t i o n 结尾 的字节数。 m a c _ a d d r e s s _ 1 ：6 ：4 8 位目标m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 地址。m a c 地址