（通信与信息系统专业论文）mpeg2dvb传送流分析和测量的研究及实现.pdf

m p e g 2d v b 传送流分析和测量的研究及实现 摘要 i 随着数字电视( d t v ) 的迅速发展，m p e g 一2 成为数字电视领域中系统层的 普遍标准。欧洲的数字电视标准数字视频广播( d v b ) 是一个基于m p e g 一2 标准的传输方案，定义了一个开放的业务信息系统。它规定了用于各种传输媒介 的基本系统，包括卫星网络、有线电视网络和地面传输等等。这些新系统的设计 就要求对测量技术和测量结果解释的理解必须有一致性。 m p e g 2 标准还定义了一个虚拟的理想解码器模型一一系统目标解码器 ( s t d ) 。它对于各个不同类型的缓存( 如传输缓存t b 、复用缓存m b ) 充盈度 有一定的限制。系统层复用器必须保证s t d 在接收复用器产生的系统流时，不 会由于编码或复用的问题发生解码器缓存上溢或下溢，以确保实时解码和显示过 j ，? 程的正常进行。f 7 本文主要针对m p e g 一2d v b 传送流的测量和分析以及m p e g 一2 传送流系统 层目标解码器作了一些研究： 第一、本文对数字电视系统的发展状况进行了阐述，并对各主要标准化组织 的数字电视标准进行了一定的比较。 第二、本文对m p e g 一2 的节目特殊信息p s i 进行了相关的讨论，尤其是对 d v b 的服务信息s i 相关标准进行了比较详细的展开。 第三、结合“s g a l 0 0 数字电视码流发生及分析仪”项目的研发工作，对数 字视频广播d v b 系统的测量标准进行了分析，研究了m p e g 2d v b 传送流测量 和分析的软件实现。s g a l 0 0 由上海交通大学、上海高清数字技术创新中心自主 开发研制，已经通过鉴定并形成产品。本人负责其中m p e g 2d v b 传送流分析 模块的设计开发，其主要功能是对m p e g 一2d v b 码流进行一致性分析和错误检 测。 第四、对m p e g 2 系统层和系统层目标解码器s t d 的结构进行了分析，研 究了m p e g - 2 系统层目标解码器t s s t d 的软件实现，并对系统流解码过程中的 系统层目标解码器缓存充盈度进行了分析。 关键字：节目特殊信息，服务信息，节目参考时钟，系统目标解码器，缓存充盈 度 s t u d ya n di m p l e m e n t a t i o no fa n a l y s i sa n d m e a s u r e m e n tf o rm p e g 2d v bt r a n s p o r ts t r e a m a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f d i g i t a lt e l e v i s i o n ，m p e g 一2h a sb e c o m eag e n e r i c s t a n d a r ds e r v i n gaw i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n ss u c ha sd i g i t a lt e l e v i s i o n d i g i t a lv i d e o s t o r a g e ，e t c d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，t h ee u r o p e a nd i g i t a lt e l e v i s i o ns t a n d a r d ，i sa t r a n s m i s s i o ns c h e m eb a s e do nm p e g 一2 ，d e f i n i n ga no p e ns e r v i c ei n f o r m a t i o ns y s t e m i ts p e c i f i e sb a s e l i n es y s t e m sf o rv a r i o u st r a n s m i s s i o nm e d i a ：s a t e l l i t e ，c a b l e ，t e r r e s t r i a l e t ct h e d e s i g n o ft h e s en e ws y s t e m sh a sc r e a t e dad e m a n df o rac o m m o n u n d e r s t a n d i n g o fm e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s a n dt h e i n t e r p r e t a t i o n o fm e a s u r e m e n t r e s u l t s t h ed o c u m e n t “m e a s u r e m e n t g u i d e l i n e s f o rd v b s y s t e m s ”g i v e s r e c o m m e n d a t i o n sf o rm e a s u r e m e n ta n da n a l y s i so fm p e g 2t r a n s p o r ts t r e a mi n d e t a i l t h es t a n d a r da l s od e f i n e sa c o n c e p t u a lm o d e l ，c a l l e d s y s t e mt a r g e td e c o d e r ” ( s t d ) s y s t e m s t r e a m s g e n e r a t e db yt h em u l t i p l e x e r s h o u l d c o m p l y w i t ht h e s p e c i f i c a t i o n si m p o s e db yt h es t d m o d e lt og u a r a n t e et h en o r m a lo p e r a t i o n so fr e a l t i m ed e c o d i n ga n d p r e s e n t a t i o np r o c e s s t h i sp a p e rc a r r i e do u ts o m ee l e m e n t a r yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tw o r ki nt h e a r e ao fm e a s u r i n gm p e g 一2d v b t r a n s p o r t s t r e a ma n dm p e g 一2s y s t e m t a r g e t d e c o d e r f i r s t ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e l e v i s i o n ，g i v e sab r i e f i n t r o d u c t i o nt os t a n d a r do r g a n i z a t i o n si nd i g i t a lt e l e v i s i o n s e c o n d ，t h i sp a p e rd i s c u s s e sm p e g - 2p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ，e s p e c i a l l y d v b s i ( t h es p e c i f i c a t i o no f s e r v i c ei n f o r m a t i o ni nd v b s y s t e m ) w h i c hi sp r o p o s e d b y d v b t h i r d ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h em e a s u r e m e n tp a r a m e t e ro fd v bs y s t e ma n d p r e s e n t st h es o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fm e a s u r e m e n ta n da n a l y s i sf o r m p e g 一2d v bt r a n s p o r t s t r e a m ，w h i c hi s a p a r t o f s g a10 0 d i g i t a l t e l e v i s i o n g e n e r a t o ra n da n a l y z e r ” f o u r t h ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h es t r u c t u r ea n db e h a v i o ro fm p e g - 2s y s t e mt a r g e t d e c o d e ra n dp r e s e n t st h es o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f t s s t d ，d i s c u s s i n g t h eb u f f e r i n g o c c u p a n c y k e y w o r d s ：p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ，s e r v i c ei n f o r m a t i o n ，p r o g r a mc l o c k r e f e r e n c e ，s y s t e mt a r g e td e c o d e lb u f f e ro c c u p a n c y m p e g 2d v b 传送流分忻凡1 洲盈的f l j | _ 兜及吱小 第一韩 1 1 引言 第一章绪论 随着数字信号处理技术、大舰模集成电路、计算机和通信技术的迅速发展与 结合，电视和电视广播正在走向数字传送平台。数字电视将是一场信息产业的革 命，它不仅具有高效传输、高质量画面伴音、高性能的抗干扰接收的优势，而且 引入了宽带i n t e r n e t 浏览、综合信息发布、家庭购物、电子商务等新业务。随 着数字电视技术的发展及普及，数字电视必将成为家庭信息获取、娱乐与消费的 主要平台。更重要的是它使电视不再只是人们被动收看节目的渠道，而成为主动、 方便地获取信息、相互沟通和休闲娱乐的载体，成为与电信、电脑共同构成的信 息高速公路的一部分，并且以独有的优势深入到每个家庭。 数字电视”“发展到现在主要有两大阵营：欧洲的d v b 方案和美国的a t s c 方案。从实际的角度来看，h d t v 接收机的成本在短时间内是不容乐观的。但是 观众需要的是更丰富的节目，以及更多更好的信息服务。 数字电视的发展很显然不能仅仅着重于电视节目的播放，而应着重于信息服 务，所以有人称数字电视( d i g i t a lt v ) 的未来为数据电视( d a t at v ) “。因为 在未来，数字电视除传统的数据资料采集，节目制作，调制传输和接收的功能外， 还应该具有数据服务和信息处理，这是数字电视发展的必然趋势。 为了给机顶盒等提供更多的接收和解码所需信息、支持更复杂的应用，d v b 标准中对m p e g 一2p s i 进行了扩充，规定了一些服务信息，即s i 信息。d v b 中描 述的s i 信息是在i s o1 3 8 1 8 一l ”1 规定的p r i v a t es e c t i o n 基础上定义的。它提供 有关服务、事件、网络等辅助信息。d v bs 【可帮助用户在码流中选择服务或事 件，而机顶盒利用s i 信息能完成自动配置和自动接收。通过s i 信息可以实现诸 如n v o d 、e p g 等业务。 目前互联网能够带给用户许多服务，这些服务在交互式数字电视系统中都能 实现。数字电视系统的应用前景将非常广阔“2 ”，在各项技术趋于成熟后，数字 电视系统必然将得到迅速的发展，走入普通百姓的家庭。而且在可以预见的将来， 数字电视和互联网也将得到更好的融合。总之数字电视是一个非常大的产业，数 m p e g 2d v b 传送漉分析竹1 测皿的 i j l _ 究及典j 她：f ；一啭 字电视技术的发展将一特动整个信息产业的发展。 1 _ 2 数字电视标准 影响数字电视发展的一个主要因素是视频的压缩编码问题。随着视频压缩技 术的发展，各种国际标准的制定( j p e g 、h 2 6 l 、m p e g 一1 、m p e g 一2 、m p e g 一4 、h 2 6 3 等) ，标志着数字电视的时代已经来临。 1 2 i 图像压缩编码标准 目前图像压缩编码主要有以下国际标准。 h 2 6 l 建议 c c i t th 2 6 1 建议即“p 6 4 k b s 视听业务的视频编码器( p = l 3 0 ) ”，具有 覆盖整个i s d n ( 综合业务数字网) 基群信道的功能，适用于会话业务的活动图 像编码，广泛应用于会议电视和可视电话“。l 2 6 1 支持c i f ( c o m m o n r n t e r m e d i a t ef o r m a t ) 或q c i f ( q u a r t e rc i f ) 格式。c i f 格式的空间分辨率为 3 5 2 2 8 8 ，q c i f 为其四分之一，即1 7 6 1 4 4 。一般当p = l 、2 时，采用q c i f 格 式，应用于每秒帧数较低的可视电话：当p 6 时，支持图像分辨率为c i f 格式 的会议电视。h 2 6 l 建议的技术核心为混合编码方法。 j p e g 建议 j p e g 建议是由“联合图片专家组”于1 9 9 1 年f 式制定的，应用于静止图像 的传输和存储“。j p e g 标准的基本系统提供“顺序扫描重建( s e q u e n t i a l b u il d u p ) ”的图像，其压缩编码算法与h 2 6 1 的“帧内模式”相同；扩展系统中 可选用“逐渐浮现重建( p r o g r e s s i v eb u i l d u p ) ”方式，即重建图像可以整幅“由 粗到细”显示。 m p e g l 标准 “活动图像专家组”于1 9 9l 年制定了应用于数字存储媒体的活动图像编码 及其伴音的m p e g l 标准，码率为1 5 m b s “。该标准包括m p e g l 视频、音频和 系统三部分。m p e g - i 视频编码支持c i f 和s i f ( s o u r c ei n t e r m e d i a t ef o r m a t ) 格式，压缩编码的框图基本与h 2 6 1 相同，但有重要的改进，以提高重建图像质 量和满足数字存储媒体在电视图像重放时的需要。m p e g l 将电视图像帧( f r a m e ) m p e g 2d v b 传送沭分析年测皿的研究及实肌m 一啦 区分为三类：【( i n t r a ) 帧做帧内编码，p ( p r e d i c t i o n ) 帧以过去f f j 【帧或p 帧为参考进行时m 域证方向f f j4 j t f j 预测编码，1 3 ( 1 3 l d i r e cl i o n ；1 lp r e d i c t i o d ) 帧则根据过去的参考帧( i 帧或肯p 帧) 以及后来的参考帧( ii | ! ! j 或者p 帧) 进 行时间域正负双方向的帧i u j 预测编码。这一双向帧问预测技术能够恰当地对待 “暴露出来的背景”，增加非因果性( 时间负方向) 的预测，以改善帧白j 预测误 差的统计特性，较好地保存边缘轮廓，降低原始图像的噪声，并且bl 帧的误码造 成的图像损伤不会在时间域正负方向扩散。m p e g l 音频部分是面向速率为6 4 、 1 2 8 和1 9 2 k b s 的数字音频信号的压缩算法，而m p e g l 系统部分则是阐述视频、 音频码流的复用和同步问题。 m p e g 一2 标准 i t u t 和i s o 从视频图像通信的角度制定了h 2 6 1 建议，从视频信息存储的 角度制定了m p e g l 标准。这些标准和建议是与应用有关的技术规范，对于不同 的应用要求有相应不同的处理技术和标准，并有各自的码流句法，不能实现相互 间的码流交换，因而没有解决实际应用与操作的问题。 t u t 和i s o 从1 9 9 1 年 丌始联合制定新一代活动图像编码标准，于i 9 9 3 年底通过了“通用活动图像编 码”标准草案，即h 2 6 2 1 3 8 1 8 2 ”1 ( 也即m p 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 i t s s 到几百m b i t s 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 、c c i r r e c 6 0 1 、 h d t v 、逐行扫描等； 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 一2 标准的 制定趋向于一种开放性编码结构，即仅对编码结构和解码器算法舰则 做出规定从而使不同的应用可进行码流交换，实现业务及综合业务操 作等。对于该图像压缩标准的具体叙述见下节。 m p e g - 4 标准 m p e g 一4 是1 9 9 8 年公布的新标准”。m p e g 一4 标准综合了数字电视、交互式图 形学和i n t e r n e t 等领域的技术和功能。m p e g 一4 提出了与以往图像编码标准完全 不同的编码概念。其编码是围绕基本单元一视音对象( a u d i o v i s u mo b j e c t ：a v o ) 展丌的，即分别对所分割出来的对象编码后作为基本码流。m p e g - 4 不再是一个 m p e g 2d v b 传送i j ! c 分析耵1 测盟的 i j 究搜实现蛳一哺 标准化的固定算法，而足建立一个可扩展的编码工具集，山工j 集构造各种算法。 对于a v o ，可以是自然或合成的两维或三维的声音和图像及其他数据。 与以往的标准相比，m p e g 一4 的视频方面的特色可以归纳为四大方面： 1 )基于内容的可交互性。在不作解码的情况下，支持基于内容的处理和码 流的编辑；支持人工图像声音与自然图像声音的合成：支持丛于内容 的随机存取。 2 )更好的压缩性能。在码率相近的情况下，m p e g 一4 有比现有标准更佳的视 觉效果；支持多路码流( c o n c u r r e n td a t as t r e a m ) 的同时编码。 3 )在不同应用环境下都具有较好的鲁棒性。 4 )支持基于内容的可分级编码。 m p e g 一7 标准 m p e g 一7 是一个酝酿中的国际标准，其正式名称为多媒体内容描述接口 ( m u l t i m e d i ac o n t e n td e s c r i p t i o ni n t e r f a c e ) 主要面向大型多媒体数据库的检 索、i = 别、验证等媒体服务，其技术核心是实现对多媒体内容特征提取及参数性 描述( p a r a m e t r i cd e s c r p t i o n ) ”。m p e g 一7 将致力于这些拙述子( d e s c r i p t o r ) 和描述方案( d e s c r i p t i o ns c h e m e ) 的标准化及对它们的编码问题。 1 2 2m p e g 一2 图像编码国际标准 为了适应通用性要求，m p e g 一2 标准的制定趋向于一种开放性编码结构，即仅 对编码器码流结构和解码器算法规则作出规定，从而使不同的应用可进行码流交 换，实现业务综合及业务互操作等。 m p e g 一2 标准在m p e g 一1 基础上做了重要扩展和改进，包括以下几个方面： 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。 根据技术复杂度，将各类应用划分为不同“档次”( p r o f e ) 。其中每种 档次都是m p 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肌定约束条件。例如， m p e g 一2 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 4 m p e g 2d v b 传送i l f c 分析干测盟的研究及实现 m 一啭 c c i r r e c 6 0 l 隔行扫描图像，图像分判f 率为7 2 0 像索x 5 7 6 行。 增j j n “可分级性”( s c a l a b i l i t y ) ，它指解码器对m i e g 一2 码流i l 已- j l l ：i 的子集进行解码的能力。例如，对常规r 包视按m p e g 一2 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 对两个子集一起解码| + 能获得常规电视质量的图像。已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等。 系统层语法有较大扩展。共有两类码流：传送流( t r a n s p o r ts t r e a m ) 和 节目流( p r o g r a ms t r e a m ) ，两者都是由压缩后的视频或音频码流数据( 还有 辅助数据) 组成的分组基本流( p a c k e t i z e de l e m e n t a r ys t r e a m ，p e s ) 所构成。 节目流应用于相对无误码的环境中，适合支持节目信息的软件处理或c d r o m 之类的多媒体应用；传送流的灵活性较大，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。 由于在字头做了很多详细规定，使用起来较为方便和灵活：可对每个分 组设置优先级：加密解密或加扰解扰；插入多种解说声音和字幕等 1 3 数字电视领域的标准组织 数字电视的研究和应用作为目前信息技术领域的热门话题，吸引了包括广播 电视业界政策制定者、管理决策者、产业界、研究机构的关注。致力于数字电视 相关标准制定的组织主要有：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。 1 3 1d v b 组织 欧洲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 ) 计划于1 9 9 3 年9 月正式丌始， 它由当时的“欧洲数字视频广播启动小组”发起，有来自全球2 5 个国家的超过 2 0 0 多个组织参加，目的是要制定欧洲的基于m p e g 一2 的数字电视业务的框架。 经过多年的努力，d v b 制定了包括基带数据格式、传输系统、条件接收和交互式 业务在内的众多标准，这些标准统称d v b 标准。 d v b 标准的基带数据格式是采用m p e g 一2 标准，即视频和音频编码以及不同 m p e g 2d v b 传送流分析和测靥：的研究及实现 弧一氍 码流的复用均符合m p e g 一2 标准。山于m p e g 一2 足一组通用标准集，利用其丌放性 编码结构，以m p e g 一2 子集作为“实现指南”来实肌不同图像质融的要求，如常 舰电视( 5 m b s ) 、增强电视( 1 0 m b s ) 直至高清晰度电视( 2 5 m b s ) 。这种渐进 的原则决定欧洲数字电视研究的重点足实现可分级性( s c a l a b i ii t y ) 和图像质 量的逐渐降质( g r a c e f u ld e g r a d a t i o n ) ，并把可分级性、图像质量的逐渐降质 特性、数字t v 和h d t v 的兼容性以及多路复用的灵活性作为未来广播系统的基本 要求。基带数据除了基本的音、视频数据外，还包括业务信息( s i ) 和数据广播 等附加数据，这些数据的格式是以m p e g 一2 的p r i v a t e - s e c t i o n 语法结构为基础 并加以扩展和限制。 根据传输媒介的不同，d v b 传输系统标准可分为卫星数字电视的d v b s 、 有线数字电视的d v b c ”1 及地面数字电视的d v b t 。”。目前d v b s 和d v b c 已经成 为世界性的数字电视传输标准。 d v b 的标准反映了制造商、广播商、节目供应商以及网络运行者的要求，必 须经过e t s i 批准彳能成为e t s 标准，即欧洲电信标准。 1 3 2d a v l c 组织 d a v i c ( d i g i t a la u d i o v i d e oc o u n c i l ) 组织是于1 9 9 4 年在日内瓦建立的 非赢利性组织，其目标在于通过制定开放的接口规范和协议促进交互式数字音视 频应用和业务的发展。 d a v i c 标准定义在数字音、视频系统中实现跨越国界、应用和业务的端到端 互操作性所必须的工具与动态行为集。d a v i c 标准定义了为了实现互操作性，在 数字音、视频系统中主要部件间所需的技术和相互通信所需的信息流及其格式。 d a v i c 在系统框架中定义了许多参考点( r e f e r e n c ep o i n t s ) ，通过定义在参考点 处系统的动态行为规范保证系统不同构件间的互操作性。一个参考点是由一个或 多个逻辑( 非物理) 信息传递接口以及一个或多个物理信号传递接口组成。一个 逻辑接口是由一套信息流及相应的协议栈定义的。物理接口是一个外部接口，完 全有它的物理和电气特性确定。 d a v i c 的最新标准是d a v i c1 5 ，分为1 4 个部分，覆盖了从内容提供、业务提 供、传输系统到用户接收端的整个系统。这1 4 个部分又可以进一步分为： m p e g 2d v b 传送i j ；c 分忻年测量的 l j | _ 究及实观 m 一啦 系统需求与框架( p a r t l - 2 ) ：给出了交互式音、视频业务在业务捉供端 和接收端所1 孵的功能，提出了交互式i 乜视与增强型f 乜视的f c 念，j j ：给山 了包括详细的系统模块、交互信息流、接口的系统参考模型。 系统结构导引( p a r t 3 5 ) ：分别给出了服务器、传输子系统和用户端予 系统的架构。 技术工具集( p a r t 6 一1 1 ) ：给出了数字音视频系统从节日制作到传输所需 的工具集及相关协议。 系统综合、实现与一致性( p a r t l 2 1 4 ) ：给出了实现系统综合与一致性 所需满足的规范和协议。 d a v i c 规范”1 1 4 个部分中的2 ，6 1 2 ，1 4 已经由i s o i e cj t cl 通过成为国际 标准。 1 3 3a t s c 组织 a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o i ls y s t e m sc o m m i t t e e ) ，即美国高级电视系统委 员会，于1 9 9 3 年成立，致力于制定了美国的数字l 色视标准。美固的数字电视发 展的最初是多方提出了多种解决方案，且互有优缺点，a t s c 于1 9 9 5 年4 月1 2 同通过了a t s ca 5 3d i g i t a lt e l e v is i o ns t a n d a r d ”1 ，即“a t s c 数字电视标准” 标志着这种纷乱状况的结束。 该标准描述了美国高级电视( a t v ) 的系统特性，详细规定了系统参数，包 括：视频编码器的输入信号格式，音频编码器的预处理和压缩参数，业务复用和 传送层特性等。其目标是描述一种系统，设计在6 m h z 信道内传输高质量视频、 音频和辅助信息。该系统可以在6 m h z 地面广播频道内可靠地发送约1 9 l b it 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 的数掂量。 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 ) “和数据广播标准“a t s cd a t ab r o a d c a s ts t a n d a r d ”1 ，分别用于描 述码流中的业务信息和数据广播协议。 1 4 本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 m p e g 2d v b 传送谢l 分析和洲盈的研究披实现 ；f ；一种 一身，体现了一个国家电子信息行业技术水平实力。 本文主要就欧洲数字视频广播d v b 标准r p 服务信息s i 进 j 丁研究j f ：刈 m p e g 一2d v b 传送流的测量和分析加以实现。主要内容安排如下： 第一章介绍了图像压缩编码的有关国际标准，并介绍了国际上主要的数字电 视标准化组织。 第二章分析了m p e g 一2 的节目特殊信息p s i 和数字视频广播d v b 的服务信 息s i 。 第三章分析了与m p e g 一2d v b 传送流分析和测量有关的标准e t r2 9 0 。 第四章提出了基于d v b s i 与e t r2 9 0 的m p e g 一2d v b 传送流分析和测量 的软件实现方案，并给出了实验结果。 第五章提出了m p e g 一2 传送流系统层目标解码器的软件实现方案，对其缓 存充盈度进行分析，并给出了实验模拟结果。 最后是结束语 本文的研究成果概括如下： 对数字电视系统的发展状况进行了调研，并对各主要标准化组织的数字电视 标准进行了初步研究，这对以后对数字电视系统的进一步研究有一定的指导 意义。 对m p e g 一2 的节目特殊信息p s i 进行了研究，尤其是对d v b 的服务信息s i 相关标准进行了比较详细的研究。这对以后d v b 服务信息在数字电视系统 中的进一步应用有一定指导意义。 对数字视频广播d v b 系统的测量和分析标准e t r 一2 9 0 的主要评估参数进行 了研究，提出了m p e g 2d v b 传送流测量和分析的软件实现方案。该系统 已经可以进行主要功能演示，它对实时传送流分析和测量系统的设计有一定 的指导意义。 对m p e g 一2 系统层目标解码器s t d 的结构进行了研究，提出了m p e g 一2 系统 层目标解码器t s s t d 的软件实现方案。咳软件可以对系统流解码过程中的 系统层目标解码器缓存器状态进行分析，可用于系统流的验证和一致性测 试。这将对实际系统层复用器的研究和实现有相当大的指导意义。 m p e g 2d v b 传送洫分析和删嗣= 的 l j l _ 究及实现 m 一啊 第二章m p e g 2 的p s i 以及d v b s i 的介绍 2 1 引言 m p e g 一2 作为一个关于运动图像压缩的国际标准，己逐渐发展成为全球通用的 视频压缩标准，几乎可以对现有所有级别的视频、音频进行编码。m p e g 一2 规范 的系统层”1 提供了复用视频、音频和数据服务的基本结构。复用过程可以采用两 种方案：节目流和传送流。传送流可将多道节目复合成一个单独的流。多道节目 可以是相同的时基，也可以是不同的。它不仅允许多节目的复用，还允许同一节 目包含多个视频和音频流，同时还可以附加一些非相关信息。 m p e g 一2 传送流是一种包流技术”1 。对用户来说，针对一个特定的流，首先要 知道采用什么p i d 号来构成相应的包滤波器。为此有必要定义一个专门用来描述 m p e g 一2 传送流所携带内容的信息表。该表与含p e s 的传送流分别发送，并且不 与基本流同步，即它占用一个独立的控制通道。信息表包含了构建各节目的丛本 流的描述和对节目本身的描述。在m p e 6 2 规范中，该信息表称为节目特定信息 表p s i ，使m p e g 一2 解码器能够捕获和解码数据包的结构。这些数据同图像与声 音一起发送，自动配置解码器及为解码器产生完整的视频信号提供所需的同步信 息。对m p e g 一2 传送流定义了四个与之相关的表。其中，节目关联表p a t 和节目 映射表p m t 是确定当前传送流中各节目内容的最关键的两个表。另外，m p e g 一2 规范还定义了另外两个p s i 表，即网络信息表n i t 和条件接入表c a t ，但没有规 定其具体内容。 m p e g 一2 还允许一个分开的“业务信息”( s i ) 系统来补充p s i 。d v b “数字视 频广播是一个基于m p e g 一2 标准的传输方案，定义了一个开放的业务信息系统。 d v b 对m p e g 一2p s i 表扩展后统称为系统信息s i “o “。d v b - s i ，标准号为e n3 0 0 4 6 8 “”1 。主要是通过网络信息表n i t 、节目柬关联表b a t 、服务描述表s d t 、事件 信息表e i t 四个表结构来表达的。在介绍d v b s i 之前，有必要先介绍一下 m p e g 2 的节目特殊信息( p s i ) 。 m p e g 2d v b 传送汛分析属】删盈的 l j f 咒搜实l 弛 蚺峨 2 2m p e g 2p s i 的介绍 m p e g 一2 系统层。“1 的标准号是 s o i e c1 3 8 1 8 一一，其目的足将一个或多个音、 视频或其它的基本数据流复用成单个或多个数据流，以适应于存储干传输。针剥 不同的应用场合，系统层编码分两种：传送流( t r a n s p o r ts t r e t l m ) 和节目流 ( p r o g r a ms t r e a m ) 。其中，传送流是面向广播信道的。 传送流将多道节目合成一个单独的数据流，其中属于同一道节目的各个基本 数据流的p e s 分组具有相同的时间基点。传送流由固定长度的分组组成，这些分 组有固定长度和可变长度的头信息。每个分组由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。 传送流分组由分组首部及有效负载组成。分组首部由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。 传送流分组的4 个字节“链接层”中包括一个1 3 比特的包标志符( p i d ) ， pr d 通过节目特殊信息( p s i ) 表来识别t s 包中所带的数据，一个p i d 值的7 r s 包只带有来自一个基本流的数据。“适配层”的自适应字段( a d a p t a t i o n f i e l d ) 中含有节目时钟参考( p c r ) 等重要信息。 数据负载字节来自分组基本流( p e s ) ，节目特殊信息( p s i ) 表或私用数据。 基本流数据加载在p e s 分组中。p e s 分组由p e s 分组头及后面的分组数据组成。 p e s 包作为t s 包的负载加以传输，每个p e s 包的包头的第一个字节是传送流数 据包有效负载的第一个字节。p e s 分组头以3 2 位的开始码字起头，此码识别该 数据包所属的p e s 流。p e s 分组的包头中可能含有解码和或显示时间标签( d t s 和p t s ) ，此标签针对于数据包中的第一个访问单元，p e s 分组的数据负载中包含 来自一个基本流的长度可变的连续字节串。 节目特殊信息p s i 包括所有使解码器能进行节目的多路解调的i t u t r e c h 2 2 2 0 【i s o i e c1 3 8 1 8 一l 的规格化数据和私用数据。节目由一些基本流组 成，每个基本流都有一个p i d 来标识。节目、基本流或其中部分都有可能被加扰 条件访问。然而，节目特殊信息不可以加密。 在传送流中，节目特殊信息被分成4 类表结构如表2 - 1 所示。这些结构形式 上是单个表格，实际上被分段插入传送流分组中。分段的丌始由传送流分组有效 负载中的p o i n t e r f i e l d 指示。 m p e g 2d v b 送洫分析和洲皿的川究及实j 吣 玳二髓 s t r u c t u r en a m es t r e a m t y p e r e s e r v e d d e s c r i p t i o n p i d 群 p r o g r a m a s s o c i a t i o nt a b l ei t u t0 x 0 0a s s o c i a t e s p r o g r a m n u m b e r r e c h 2 2 2 0 la n dp r o g r a mm a pt a b l ep i d i s 0 i e cl3 8 1 8 1 p r o g r a mm a p t a b l ei t u t a s s i g n e ds p e c i f i e s p i dv a l u e sf o r r e c h 2 2 20 il nt i l e c o m p o n e n t s o fo n eo rm o r e l s o i e c13 8 1 8 1p a t p r o ；r a m s n e t w o r ki n f o m a a t i o np r i v a t e a s s i g n e dp h y s i c a l n e t w o r k p a r a m e t e r s t a b l ei nt h es u c ha sf d m f r e q u e n c i e s ， p a t t r a n s p o n d e rn u m b e r s ，e t c c o n d i t i o n a ia c e e s st a b l ei t u t0 x o la s s o c i a t e so n eo rm o r e r e c h 2 2 20 i ( p r i v a t e ) e m m s t r e a m se a c h i s o i e cl3 8 1 8 1w i t hau n i q u ep i dv a l u e 表2 一l 节目特殊信息 t a b l e2 - 1p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n p s i 表以- 9 十称为分段( s e e t i o n ) 的结构封装后作为t s 包负载加以传输， 在 s o i e c1 3 8 1 8 一l 中定义了四种p s i 表： 节目关联表( p a t ：p r o g r a ma s s o c i a t i o n r a b l e ) ：每个传送流必须有一 个完整有效的节目关联表。p a t 给出了节目号p r o g r a m n u m b e r 和带有此节目 定义的节目映射表传送流分组p d ( p m t p i d ) 之间的对应关系。节目0 被保 留用于指定网络p i d ，指向带有网络信息表的传送流分组。节目关联表经常是 未经加密而直接传送的。 节目映射表( p m t ：p r o g r a mm a pt a b l e ) ：p m t 提供节目号p r o g r a m n u m b e r 和组成此节目的基本流之间的映射。i t u - tr e c h 2 2 2 0 i s o i e c1 3 8 1 8 1 要求节目识别至少有这些标志：节目号p r o g r a mn u m b e r ，p c rp i d ，基本流类 型以及基本流p i d 。节目或基本流的附加信息可以用d e s c r i p t o r ( ) 结构传 递。带有节目映射表的传送流分组非加密传送。 条件访问表( c a t ：c o n d i t i o n a ia c c e s st a b l e ) ：c a t 给出一个或多个条 件接收( c a ) 系统之间的关系，并带有这些系统的授权管理信息( e m m ) 流和 所有的有关参数。带有e m m ；f h c a 参数的传送流分组的内容( 私用) ，如果出现 的话，将被加密。 网络信息表( n i t ：n e t w o r k n f o r m a t i o nt a b l e ) ：n i r 的内容为私用，未 由m p e g 一2 标准规定。一般来浣，n i t 包括用户选择的服务和 t r a n s p o r t s t r e a m i d 、信道频率、卫星脉冲发射机数、调制特性等的映射。 2 3m p e g 2p s i 表的语法结构 2 3 1 节目关联表 1 ，| | 天l |