（计算机科学与技术专业论文）基于手持设备的多媒体信息服务的设计和实现.pdf

北京邮电大学硕+ 研究生学位论文 基于手持设备的多媒体信息服务的设计和实现 摘要 随着多媒体网络技术的发展和手持移动设备的普及，在手持设备 上观看多媒体信息的需求愈发迫切。然而，由于手持设备能力和无线 网络带宽的限制，现有的大多数流媒体月艮务在无线网络环境中并不能 直接适用于手持设备。另一方面，当前手持设备上所提供的多媒体信 息服务方式多样且一般存在于不同应用之中，即使在一个应用中往往 也需要用户自己去查找所需的信息内容，耗费大量设备资源和用户时 间。因此，流媒体适配和信息服务整合就成为很有价值的研究课题。 流媒体适配方面，本文综合了多项技术成果，提出了结构新颖的 流媒体适配网关设计。设计重点是码流适配和信息反馈。通过对手持 设备能力和媒体流特性的分析，结合以往相关文献中提出的适配方 案，本文总结了针对分辨率，帧速率，编码率，编码格式等适配方法。 相比现有设计方法中只提供单一类型适配的局限性，提出了基于模块 的多向适配设计。另一方面，对于信息反馈机制主要基于设备能力和 用户喜好，概括了三种方案，并引入神经网络的设计思想，对反馈信 息进行自动控制来形成反馈循环。 基于手持设备的多媒体信息服务整合方面本文提出将信息传送 方式整合和信息内容种类整合的架构设计。具体来说，将实时媒体流 服务，交互式服务，推送式服务整合于一个应用之中，将用户需求信 息采用上述相应的传送方式分类呈现给用户。 根据上述架构设计，本论文基于n o k i a 手持终端n 8 0 0 设计开发 了应用程序。一方面利用g t k + 实现友好的用户界面，另一方面采用 多线程机制实现多样化服务的整合和并发，并借用m p l a y e r 的媒体流 处理能力，实现了n 8 0 0 上的多媒体服务。经过在多媒体信息服务网 关系统的实际验证，基于手持设备的多媒体信息服务的设计和实现能 够较好的满足用户的多媒体需求，随着后续研究的深入，这一课题的 应用必将为用户带来更多的使用便利和娱乐享受。 关键词：多媒体信息，手持设备，媒体流适配，服务整合 北京邮电大学硕士研究生学位论文 d e s i g na n dn 佃l e m 匣n 1 7 a t i o n0 f d n ，t i m e d i ai n f o r m a t i o ns e r v i c e s f o rm o b i l eh a n d h e l dd e c e s a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i an e t w o r k i n gt e c h n o l o g i e s a n dt h ep o p u l a r i t yo fm o b i l eh a n d h e l dd e v i c e s ，t h er e q u i r e m e n t so f r e c e i v i n ga n dw a t c h i n gm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o nt h r o u g ht h eh a n d h e l d d e v i c e sb e c o m es t r o n g e r h o w e v e r ，d u et ot h el i m i t e dc a p a b i l i t yo ft h e h a n d h e l dd e v i c e sa n dt h eb a n d w i d t ho fw i r e l e s sn e t w o r k s ，c u r r e n t l y m o s tm u l t i m e d i as t r e a m i n gs e r v i c e sc a n n o tb ea p p l i e dt oh a n d h e l d d e v i c e sd i r e c t l yi nw i r e l e s sn e t w o r k o nt h eo t h e rh a n d ，m u l t i m e d i a i n f o r m a t i o ns e r v i c e sf o rh a n d h e l dd e v i c ew i t hm u l t i p l ew a y st oa c c e s s t ot h ei n f o r m a t i o na r es c a t t e r e di n t od i f f e r e n ta p p l i c a t i o n s e v e ni f u s i n go n ea p p l i c a t i o n ，u s e r sw o u l dt a k eal o to ft i m et os e a r c hf o r i n f o r m a t i o nt h e yn e e d m o r e o v e r ，b o t hc o s t st o om u c hr e s o u r c eo f d e v i c e s c o n s e q u e n t l y ， m u l t i m e d i a s t r e a m i n g a d a p t a t i o n a n d i n f o r m a t i o ns e v i c ei n t e g r a t i o na r ev a l u a b l er e s e a r c hs u b je c t r e f e r r i n gt om u l t i m e d i as t r e a ma d a p t a t i o n ，t h i st h e s i ss u m m a r i z e s s o m ek e yt e c h n o l o g i e sa n ds u g g e s t san o v e lg a t e w a ya r c h i t e c t u r ef o r a d a p t i n gm u l t i m e d i as t r e a m i n g sf o rh a n d h e l dd e v i c e s t h ea r c h i t e c t u r e m a i n l yf o c u s e so ns t r e a m i n gt r a n s c o d i n ga n di n f o r m a t i o nf e e d b a c k a f t e ra n a l y z i n gt h ec a p a b i l i t i e so fh a n d h e l dd e v i c e sa n dt h ef e a t u r e so f m u l t i m e d i as t r e a m i n g s ，a n dr e f e r r i n gt ot h er e l a t e dw o r ki np r e v i o u s l i t e r a t u r e s ，t h e t h e s i s g e n e r a l i z e s s e v e r a l p r i m a r yt r a n s c o d i n g a p p r o a c h e sw h i c ha r eb a s e do nr e s o l u t i o n ，f r a m er a t e ，a n dt h ev o l u m e o ft h eb i t se n c o d i n g ，e n c o d i n gf o r m a ta n ds oo n c o m p a r i n gw i t h c u r r e n td e s i g n sw h i c hp r o v i d eo n l ys i n g l et r a n s c o d i n ga p p r o a c h ，t h e t h e s i sp r o p o s e sm u l t i d i m e n s i o n a lt r a n s c o d i n gm o d u l ed e s i g n o nt h e o t h e rh a n d ，a c c o r d i n gt ot h eu s e r sr e q u i r e m e n t sa n dt h ec a p a b i l i t i e so f i i i 北京邮电大学硕士研究生学位论文 t h ed e v i c e s ，t h r e es o l u t i o n sa r ed e s i g n e df o ri n f o r m a t i o nf e e d b a c k a l s o ，t h em e c h a n i s mo fn e u r a ln e t w o r ki s i n t r o d u c e dt o p r o v i d e a u t o m a t i cc o n t r o lc o n d u c t i n gaf e e d b a c kl o o p w i t hr e g a r dt oi n t e g r a t i n gm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ns e r v i c e sf o r h a n d h e l dd e v i c e s ，t h i st h e s i ss u g g e s t san e wa r c h i t e c t u r ed e s i g nw h i c h a i m st oi n t e g r a t i n gt h em o d e so ft r a n s m i t t i n gi n f o r m a t i o na n dt h e c l a s s e so f i n f o r m a t i o n e s p e c i a l l y ，t h i s a r c h i t e c t u r e i n t e g r a t e s r e a l - t i m es t r e a m i n gs e r v i c e s ，i n t e r a c t i v es e r v i c e sa n dp u s hs e r v i c e s i n t oo n ea p p l i c a t i o n f u r t h e r m o r e ，t h ei n f o r m a t i o nw h i c hu s e r sn e e d a r eg e n e r a l l yc l a s s i f i e da n dp r o v i d e dt ou s e r sb yc o r r e s p o n s i v em o d e s r e f e r r e da b o v e b a s e do nt h ea r c h i t e c t u r ed e s i g nd e s c r i b e da b o v e ，a na p p l i c a t i o n h a sb e e nd e v e l o p e do nt o po fn o k i an 8 0 0 ，ah a n d h e l dd e v i c ew i t h w l a ni n t e r f a c e af r i e n d l yu s e ri n t e r f a c ei si m p l e m e n t e db yu s i n g g t k + a n dt h ei n t e g r a t i o na sw e l la sc o n c u r r e n c yo fm u l t i p l es e r v i c e s i si m p l e m e n t e db yu s i n gm u l t i t h r e a dm e c h a n i s m a d d i t i o n a l l y ，t h e m e d i a a p p l i c a t i o n m p l a y e ri su s e di no u ra p p l i c a t i o n ，w h i c h p r o v i d e ss t r o n g e rc a p a b i l i t yt op r o c e s sm u l t i m e d i as t r e a m i n g t h e a p p l i c a t i o nh a sb e e nt e s tp r a c t i c a l l yi nt h em u l t i m e d i aa n di n f o r m a t i o n g a t e w a ys y s t e md e v e l o p e di no u rl a b t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h e m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o na p p l i c a t i o nf o rh a n d h e l dd e v i c e sc a ns a t i s f y t h eu s e r sr e q u i r e m e n t sw e l l t h ew o r ki nt h et h e s i sp r o v i d e sas o l i d f o u n d a t i o nf o rt h ef u t u r ew o r k k e yw o r d s ：m u l t i m e d i a ，h a n d h e l d d e v i c e ，s t r e a m i n g a d a p t a t i o n ，s e r v i c ei n t e g r a t i o n i v 北京邮电大学硕上研究生学位论文 图表目录 图卜1 多媒体信息服务系统体系结构图3 图卜2 多媒体信息服务系统客户端架构图4 图2 1m a e m o 平台的结构组成1 5 图2 - 2g n o m e g t k + 体系结构一1 7 图2 - 3v l c 启动初始界面2 0 图2 4g s p o t 界面图一2 1 图3 - 1 流媒体网络协议结构图2 8 图3 - 2 流媒体适配网关架构图3 3 图3 3 码流处理过程示意图3 8 图4 1 多媒体系统客户端结构图4 3 图4 2 客户端运作流程图。4 4 图4 3 客户端模块组成结构图4 6 图4 - 4 模块关系图。4 7 图4 5 初始界面结构图4 8 图4 6 主功能界面结构图4 8 图4 - 7 节目菜单界面结构图4 9 图4 8 通信协定示意图5 0 图4 _ 9 初始窗口控件关系图5 1 图4 1 0 功能界面控件关系图5 2 图4 一l l 对话框窗口控件关系图5 2 图4 1 2e p g 窗口控件关系图5 3 图4 1 3 功能并发结构示意图5 5 图4 - 1 4 函数调用关系图5 9 图5 1 测试场景示意图6 0 图5 - 2 初始界面图6 l 图5 3 主功能界面6 1 图5 4e p g 功能界面6 2 图5 - 5 新闻，广告，天气显示效果6 2 图5 - 6 通告信息显示效果6 3 图5 7 电视节目收看效果图6 3 图5 8 测试设备拓扑图6 6 表2 - 1n 8 0 0 的产品规格说明表。1 1 表2 2n 7 7 0 和n s 0 0 的主要性能参数比较表1 2 表3 1 编码和复用方式对照表2 4 表3 2 复用和传输方式对照表2 4 表3 3 适配策略对设各参数影响对照表一3 0 表4 一l 文本显示控件部分属性设置函数列表5 1 表4 2 一般控件创建流程函数说明表。5 l 表4 3 频道与端口对应表5 4 v i i 北京邮电大学硕上研究生学位论文 表4 - 4 应用程序宏定义列表5 6 表4 - 5 应用程序全局变量列表5 7 表5 - 1 测试方案说明表6 7 v i i i 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名： 么至鲰 本人承担一切相关责任。 日期：翌墨：兰：三2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：堑鱼叠 导师签名： 日期：塑墨：兰：型 日期趔垒绎弓蛤型肛 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 项目背景及意义 随着多媒体技术的不断发展和在网络上的普及应用，人们对多媒体的消费需 求不断提高，娱乐形式不再局限于音乐和图片，而是越来越倾向于视频收看，而 且对内容的时效性要求越来越高。另一方面，手机，p d a 等手持移动终端的出 现和普及为用户提供了随时随地的事务处理服务，用户在得到便利的同时也对手 持终端提出了更高的要求，希望它不仅能协助工作，还能提供更多娱乐功能。于 是在手持终端上通过网络和数字广播收看视频等的服务需求应运而生。由于视频 文件一般较大，将文件下载到本地收看的传统方式并不太适合容量有限的手持设 备。在这种背景下，利用流媒体的相关传输技术在无线网络环境中实现移动设备 的流媒体接收和收看成为研究热点。现如今，数字广播技术和无线网络技术等通 信技术的进步和设备软硬件的发展使这一切已经成为可能。但要看到，数字广播 技术标准和网络传输协议的层出不穷，终端设备或缺失信号接收模块或不能识别 现有信号；网络负载能力的不足使得视频此类大流量的数据在带宽抢占中不能稳 定传送；视频流媒体格式的多样化和手持设备的异构性使得收发之间存在很多限 制，经常出现视频内容无法被手持设备解析和播放的情况。而且，有别于固定有 线的终端，手持设备的软硬件还有很多局限性，对音视频的处理和显示的能力很 有限，往往发送单一的媒体流并不能满足所有终端的接收条件。这些都成为用户 收看数字广播等多媒体信息的瓶颈。从服务提供商来说，不可能为每一种设备提 供适合于它们的媒体流，从用户角度来说，因为本身使用的设备限制，能够消费 的多媒体信息服务受到诸多限制。 为了应对这些问题，项目提出了一套基于手持终端的媒体流适配系统解决方 案，该系统作为一个智能码流适配器，不仅仅能够为媒体服务器屏蔽终端异构性， 收集更多内容来源，为用户提供统一的多媒体源接收平台，提供更丰富的内容给 用户，而且能够改善网络传输状况，提高媒体服务和网络资源的利用率。最主要 的是能够根据终端能力做媒体流适配，尽可能消除终端设备接收媒体类型的限 制，给终端提供更适合其接收和播放的媒体流，向用户屏蔽媒体传输标准和媒体 格式的差异性，甚至根据用户的喜好，可以提供更灵活的数字多媒体定制服务， 如直播、点播、节目导航等。使得终端用户可以收看到满足设备要求且播放效果 良好的媒体节目内容，得到最大程度的便利和娱乐享受。 以下再从多样化信息整合的角度来分析手持设备上提供多媒体信息服务的 现状和存在的问题。如果为手持设备仅仅提供视频作为多媒体信息来源，一般不 第1 页 北京邮电人学硕士研究生学位论文 能满足用户要求。因为视频节目的实时播放使用户接收比较被动，有时甚至缺少 选择频道的交互性。另一方面，只提供视频一种形式的流媒体服务模式显得多媒 体信息服务非常单薄。在当今信息社会，存在着大量纷繁的信息，而现有的很多 信息不是用户想要的，用户为了找寻他们想要的信息而花费大量的时间在搜索和 查找上。不仅如此，对于通过无线网络接入来获取信息的用户，为了查找想要的 信息可能要支付昂贵的流量费用和花费宝贵的时间。现在，很多移动终端具有无 线局域网接入能力，通过接入点可以连接到i n t e r n e t 中去，然后利用w e b 浏览器， r s s 阅读器，媒体播放器等获取一系列的多媒体资源和信息。于是用户为了获取 重要和需要的信息，必须订阅或者启动这些应用服务，然而这些功能分散的信息 获取方式增加了用户在终端上的使用复杂度，要花费很多的精力；而且开启和切 换这些功能耗时又耗电，对于移动终端来说，有很多的限制因素，比如电池能量， 处理能力，接收稳定性等，应用界面的切换以及多程序运行对设备资源的消耗都 是不小的负担。如果设计一个系统，能够搜集和整合用户最为关心和必要的信息， 一次呈现给用户；甚至整合多种信息获取的方式，保证信息的获取能够有效且迅 速的在一个应用中完成，这就能够较好的解决以上的问题，也就是需要把信息进 行整合，同时把信息获取的方式进行整合。针对以上分析，项目提出了一套多媒 体信息服务系统解决方案。通过本方案的设计和实现，能够更有效的整合用户最 需要的信息，并且把信息以多样化的提供方式集成于一个应用之中并及时地呈现 给用户，同时能够有效的降低用户获取信息的费用。 1 2 论文研究内容 项目系统的实现目标是：把数字地面广播电视节目经过处理通过无线网络呈 现到手持终端，并且实现多媒体信息的多功能性。 多媒体的内容和形式有很多，内容提供的来源也是多种多样。本系统主要是 利用数字广播电视信号所提供的内容作为实时媒体流信息来源，结合网络中搜集 的一些有用多媒体信息( 比如新闻、广告) ，共同组建起一个信息库，为终端用户 提供所需内容。本系统的核心是对媒体流做优化处理和无线网络中的广播分发， 使实时节目更适合于智能终端的播放，提升用户的收看质量，同时又降低用户的 收看成本。所以，怎样提高媒体流在无线网络中的传输质量和智能终端的接收能 力，怎样优化媒体流在智能终端的播放效果是研究重点。为此，需要研究从智能 终端( 或说用户) 那里得到设备信息的方法，研究反馈网络传输媒体流状态的方 法，研究根据这些反馈信息在发送端调节媒体流参数的方法。另外一个重点就是 信息传送方式多样化的融合。在为终端提供的信息方面，要区分媒体流和其他信 息数据的发送方式，因为一种是流传输( 或说实时传输) ，另一种是数据传输或 第2 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 文件传输，根据传输方法的不同，要对这些多媒体内容分别进行处理和发送，同 时又要注意这两类信息之间的内容同步和互联( 比如e p g 信息要和实时节目流 相互对应，且在用户选择节目单上的节目后能够跳转到相应节目上) 。在终端方 面，应该具备对接收信息的处理和显示的功能，有一个和用户交互的友好界面， 把播放节目，浏览信息等功能结合起来呈现给用户使用，所以终端上软件的开发 实现也非常重要。 1 2 1 系统体系结构说明 根据所要研究的内容和要完成的功能实现，项目需要设计一个多媒体信息服 务网关系统。现表述系统体系结构如图1 1 所示。 图i - i 多媒体信息服务系统体系结构图 由于项目设计的系统涉及到多媒体的接收和发送两方面，所以划分为服务器 和终端两大部分来设计。而且系统设计针对的目标终端是手持设备。 服务器端 总体分为三部分，前端接收，中间处理，后端发送。服务器前端。数字广播 信号接收卡接收电视信号( d t ) ，进行节目流和相关信息的提取和解析，存 储媒体信息( 格式m p e gt s ) 另一方面，本着及时性，有用性，趣味性等原则 通过r s s 机制从网络定时提取或更新有用信息或者由管理员输入信息，并提交 给信息数据库。服务器中部，对接收到的媒体流进行必要的处理，作媒体流格式 转换( 编码格式，分辨率，帧速率，数据输出率等) 。即通过信息交互得到终端 用户的需求，选取待发送的节目流；再根据终端能力和网络状况的反馈配合音视 频编码器和码流转换工具，修改媒体流的一些参数来适配终端的接收，做适合于 终端播放的流媒体格式转换。另一方面利用数据存取工具，建立即时信息，节目 列表信息等图文信息数据库( 可附加用户注册信息) 。服务器后端：面向手持设 第3 页 = 。一一 、 等 北京邮电大学硕士研究生学位论文 备( n o k i an 8 0 0 ) ，实现信息交互。根据用户需求在无线网络中完成：其一，实 时节目流的广播；其二，文本信息的发送，这里分为交互式和推送式。对于推送 式，直接发送：对于交互式，服务器和客户端商定了通信协议，当客户端发出请 求时，服务器做出响应，发送相应信息。 _ 终端： 事件触发 控制信息 圈 图1 - 2 多媒体信息服务系统客户端架构图 对应于服务器，客户端应能对流媒体和图文信息实现接收和数据处理。另一 方面，因为是面向用户，要设计良好的界面方便用户的操作和使用。从界面得到 用户请求并转化为面向服务器的请求，需要对触发事件进行处理，同时对请求内 容进行封装，这也需要数据处理功能。 1 2 2 论文的主要工作和目标 从系统体系结构来看，研究工作分为两部分内容。第一部分侧重服务器端流 媒体的处理部分，主要设计针对移动终端的流媒体接收适配方案，在设计过程中 对目标设备( n 7 7 0 n 8 0 0 ) 逐渐明确，并在深入了解设备的基础上，第二部分描 述了系统整个客户端的设计和实现。因此，论文核心始终围绕着基于手持设备的 多媒体信息服务。一是针对数字电视广播这种多媒体内容来源，设计方案来解决 怎样合理的适配传输实时媒体流，使手持终端在无线网络中可以收看到d v b t 信号传送的节目内容；二是考虑多媒体内容的丰富性和多功能性，为手持终端 n 8 0 0 设计实现一个多媒体信息服务的应用，只要终端具有无线网络接收能力和 一定的媒体播放能力，就可以通过本系统来收看实时的数字广播电视节目，对终 端设备的要求降低，另外还可以提供除实时播放以外的图文信息给用户，从而为 用户提供更多的多媒体信息和娱乐享受。因此，我的主要工作如下： 第4 页 北京邮电大学硕上研究生学位论文 研究流媒体的码流转换技术。掌握多媒体编辑工具，基于此深入分析音视频 编码种类，封装格式兼容性，流媒体传输协议。 深入了解手持终端的能力特点，媒体流的各种属性( 帧速率，分辨率等) 和 接收流媒体的限制，为码流转换提供依据。 深入分析码流适配技术，提出结合多项技术于一身的适配网关架构设计，测 试流媒体的发送和接收效果，分析转换能力和接收能力，确定较优的适配方 案。 深入了解n 8 0 0 上和多媒体相关的特性和软件。基于n 7 7 0 n 8 0 0 和v l c 做 媒体流接收测试。验证适配方案可行性。 调研除媒体流外的信息应用，结合手持终端的特性和使用特点，提出多媒体 信息服务整合的应用设计，并完成需求分析。 全面掌握基于n 8 0 0 的开发平台( m a e m o ) 的安装配置和使用，深入学习基 于l i n u xc 的网络应用开发和g t k + 图形界面编程技术。多方征求建议，设 计客户端界面；学习多线程编程技术，并完成概要设计和详细设计，在交叉 编译环境下不断调试应用程序，并由服务器端配合最终完成整个客户端功能 开发。 测试工作和文档完善。设计测试和演示方案，完成系统联调和多媒体信息服 务应用的演示。总结相关文档，并为后续开发人员提出指导意见。 1 3 论文组织结构 本文共分为七章，组织结构如下： 第一章提出项目背景和实现的意义，并给出系统体系结构和结构说明。并 明确指出本人负责的项目内容和职责。进一步描述了在责任范围内要完成的工 作，最后给出文章结构说明。 第二章给出系统设计和实现过程中使用到的相关技术的说明。包括：数字 电视广播技术；n 8 0 0 介绍和基于n 8 0 0 的开发环境介绍；图形界面开发技术 g t k + ；和多媒体流操作相关的工具介绍 第三章从多媒体流的封装方法开始，结合手持设备的特点，深入细致的描 述了移动流媒体的适配技术，并对相关的研究成果进行了介绍。最后基于多种技 术的结合，提出码流适配的新型系统架构设计。当中对如何适配和如何从终端反 馈有重点描述。 第四章是本论文中描述的重点，也是我研究工作的重点内容，即多媒体信 息服务在手持设备上的设计和实现。本章从需求分析到总体设计再到详细设计和 实现，步步深入。通过大量的图表说明尽可能清晰的向读者展现功能结构和实现 过程。 第五章测试相关工作的说明。描述测试平台，由服务器配合，对所实现的 客户端应用进行功能测试。对多个设备联合进行系统测试，并对测试结果进行分 第5 页 北京邮电大学硕十研究生学位论文 析和总结。 第六章总结项目研究成果，为解决的问题和下一步的改进意见。并就研究 生期间的学习工作做出总结。 最后给出参考文献和使用到的英文缩写目录。并向给与我支持和鼓励的老师同学 致谢。 第6 页 北京邮电人学硕士研究生学位论文 第二章相关技术背景 2 1 数字电视广播和d v b 标准 数字电视时代，电视本身也是数据的一种。数字电视地面广播的应用已经带 动了除电视以外的其他业务，首先数字电视出现在移动交通工具上，随着移动电 视的面世，传统的电视覆盖理论被打破了! 电视将无所不在! 中国数字电视地面 广播开创了传统无线电视的一种全新应用：移动接收。随着该业务被大众接受， 又逐步扩大到移动载体。随着电池容量和视频压缩技术的发展，从车载发展到个 人手持终端。随着终端产品的发展，其他业务又将得到发展。数字电视地面广播 技术在更大程度上给传统的收看电视方式带来新的变化，孕育着创造一个新的移 动电视市场的机遇，其应用前景将更加深远。 在现代通信中，通信传输手段主要是光纤、卫星、数字微波等，加上地面无 线电广播电视发射构成信息传输主体。目前在我国数字电视按信号传输方式可以 分为地面无线传输数字电视( 地面数字电视) 、卫星传输数字电视( 卫星数字电 视) 、有线传输数字电视( 有线数字电视) 三类。而移动电视是数字电视地面广 播的重要应用。数字电视地面广播在应用需求上要求实现移动和便携接收的功 能，使整个技术系统的要求最高。它具备无线数字系统所共有的优点；较之卫星 接收，有实现容易、价格低廉的特点；较之有线接收；不易受城市施工建设、自 然灾害、战争等因素造成的断网影响。完善的数字电视地面广播系统不仅提高了 频谱的利用率，而且可应用与宽带无线接入市场；而移动和便携的独特优势使该 系统能满足现代信息社会“信息到人”的要求，也就是无论何人何时在何地均能任 意获取他想得到的信息。 目前，世界上有三种数字电视地面广播标准： 欧洲的d v b t ( d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l ) 美国的a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o n s y s t e m s c o m m i t t e e ) 日本的i s d b t ( i n t e g r a t e d s e r v i c e s d i g i t a l b r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ) 在我国应用得比较多的是d v b 标准。其中d v b t 是本论文所要使用的码流 源采用的标准。所以接下来，就重点对d v b 标准进行介绍。 欧洲数字电视标准为d v b ，即d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，数字视频广播。 从1 9 9 5 年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播( d w - t ) 、数字电视卫星广播 ( d v b s ) 、数字电视有线广播( d w c ) 的标准。欧洲数字电视首先考虑的是卫星 第7 页 北京邮电人学硕士研究生学位论文 信道，采用q p s k 调制。欧洲地面广播数字电视采用c o f d m 调制，8 m 带宽。 欧洲有线数字电视采用q a m 调制。 2 】 d v b - t 简介 d v b t 是数字电视地面广播系统标准，是d v b 一系列标准中应用最深远的 一个标准，也是较复杂的d v b 传输系统。此标准是1 9 9 8 年2 月批准通过的，用 于地面开路数字电视系统。第一个正式的开路数字电视系统于1 9 9 8 年初开始运 营。地面数字电视发射的传输容量理论上与有线电视系统相当，本地区覆盖最好。 d v b t 标准中开路传输的核心是m p e g - - 2 数字视音频压缩编码。采用编码正交 频分复用c o f d m ( c o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 调制方式， 适用于大范围多发射机的8 k 载波方式，在8 m h z 带宽内能传送4 套电视节目， 为高清晰度电视( h d t v ) 信号传输提供大于2 0 m b p s 的净荷码率，并能使用简单 天线支持室内固定接收；为标准清晰度电视( s d t v ) 信号传输提供大于5 m b p s 的净荷码率，并能在车速移动条件下支持移动接收；具有单频组网能力；传输质 量高，但接收费用也高。 手持终端电视与d v b h 数字电视地面广播与移动通信的结合给人们带来了更多新的、引人入胜的业 务，它不仅扩展了电视广播内容的种类，而且支持内容的移动接收，这种结合的 体现就是欧洲d v b t 标准的出现。对采用移动网络( 手持终端) 和地面广播( 电视 机) 两种接收电视节目方式进行比较，可以看出，由于手持设备的屏幕较小，因 此每一路电视节目所需的码率较低，对于基于d v b t 的m 数据广播，每个视频 流占用1 0 0 3 8 4 k h z 的带宽，于是在一个8 m h z 带宽的电视频道上可以传送2 5 8 0 套电视节目。由于移动网络覆盖能力强大，带宽不高，价格较贵，非常适合小文 件v o d 使用；而地面电视广播每个电视节目需要2 - 5 m h z 的带宽，一个8 m h z 频道只能广播3 4 套节目，地面电视广播的优点是没有带宽限制，价格便宜，但 不适合v o d ，网络覆盖能力也差。它主要使用范围在城市地区，而且仍然有很 多盲区，特别是在楼道、地铁、电梯和高楼林立的地方。为了寻求两者结合的模 式，d v b 组织制定出了一个地面数字广播网络向便携手持终端提供多媒体业务 的传输标准：d v b h 。它将蜂窝电话网络和地面数字电视广播网络更好的结合， 并将用于向所有用户传送视听及多媒体服务。于是新推出的d v b h 标准得到了 t d v bt e c h n i c a lm o d u l e 的批准。d v b - h ( d i 百t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gf o rh a n d h e l d ) 标准被认为是d v b t 标准的扩展应用，但是和d v b t 相比，d v b h 终端具有 更低的功耗，移动接收和抗干扰性能更为优越，因此该标准适用于移动电话、手 持计算机等小型便携设备通过数字电视地面广播网络接收信号。d v b h 标准就 是依托目前d v b t 传输系统，通过增加一定的附加功能和改进技术使手机等便 携设备能够稳定的接收广播电视信号。 第8 页 北京邮电大学硕十研究生学位论文 虽然d v b t 已经被证明在固定、移动、便携接收等方面具有非常出众的性 能，但如果d v b t 直接用于手机接收地面d t v 信号有三个主要问题：“功耗、 性能( 特别是在冲动干扰区的性能) 及移动网络设计的灵活性。d v b h 项目组给 d v b t 增加了一些选项，使广播业者能继续利用它作为d v b h 的基础同时支持 手持接收所要求的众多关键特点。 d v b h 的关键新技术如下【2 1 ： 时间片技术，突发传送，剩余时间休眠节省电量。 m p e f e c ，多协议封装，前向纠错，保证传输质量。 4 k 模式，4 k ( 4 0 9 6 个子载波) 模式的性能介于2 k 和8 k 之间，为覆盖范 围、频谱效率和移动接收性能的权衡提供了一个额外的选项。 d v b ht p s ，为d v b h 设计专用的传输参数信令，提供传输控制。 d v b h 标准由于采用以上新技术，解决了基于d v b 数据广播和地面电视标 准融合后的两个问题：实现了节省功耗和业务的无缝交互；增加d v b t 的模式 和参数，使得在室内低速率移动和室外高速率移动的手持终端( 特别是手机) 都 能正常进行业务访问。 电子节目指南e p g 与模拟电视相比，数字电视的一大特点就是在同样的频带上能够传送大量的 节目，如何使观众在大量的节目中方便、迅速的搜索节目和了解节目信息。解决 这一问题的工具就是电子节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ) 也可以称为电子 节目单，它实际上是对各个频道在某个时间段内播出的所有节目的说明信息表。 之所以称为电子节目指南，是因为他是通过从数字电视信号的码流中提取数据， 经过分析而得到的，并且能够随着节目的播出和时间的推移而不断更新。e p g 能对节目进行分类管理，可以像电视报一样预报一周内的节目，并且能够实现分 级管理等。通过e p g 的索引，用户能够直接从电视界面了解到节目的各项信息； 运营商可以使用文本、静态图像和视频剪辑片段等吸引用户选择节目内容。e p g 已经成为数字电视的增值服务之一。总的来说，数字电视的电子节目指南信息是 从传输流数据中提取出来的。有了电子节目指南，用户就可以随时知道各个电视 台的节目安排【3 j 。 生成的e p g 数据来源于d v b 码流中的已有业务信息s i 信息。在数字电视 中，所有音频、视频、文字、图片等经数字化处理后都变成了数据，并按照m p e g 2 的标准打包，形成固定长度( 1 8 8 个字节) 的传送包，然后将这些数据包进行复 用，形成传送码流( t s ) ，通常一个频道对应一个t s 流，一个频道的t s 流由 多个节目及业务组成【4 】。在t s 流中如果没有引导信息，数字电视的终端设备将 第9 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 无法找到需要的码流，所以在m p e c 2 中，专门定义了p s i 信息，其作用是自动 设置和引导接收机进行解码。p s i 信息在复用时通过复用器插入到t s 流中，并 用特定的p i d ( 包标志符) 进行标识【5 】。 在m p e g 2 标准中定义的节目信息p s i ，一般是对单一码流的描述，由于系 统通常存在多个码流，为了使使用者能在多码流中快速地找出自己需要的业务， 在d v b 对m p e g 0 2 的p s i 进行了扩充，在p s i 四个表的基础上再增加了九个表， 形成s i 。s i 是对整个系统所有码流的描述，描述系统传输内容、广播数据的编 排和时间表等的数据，它包括p s i 信息。 电视是最大的媒体，是手机中缺少的最后一个内容，数字移动通信系统的高 速发展提高了人们生活空间的移动性，在这个移动世界中公众也非常渴望让电视 进入手机，这样无论身处何地都可以看到自己喜欢的电视节目如：喜剧、电子报 纸、旅游指南、商务电视、游戏、音乐、体育、购