（计算机应用技术专业论文）基于psip的atsc数字机顶盒的设计与实现.pdf

摘要 摘要 随着视频压缩技术的深入研究，九十年代初出现了一系列视频压缩标准，其 中尤以m p e g - 2 影响圈较大；同时随着集成电路制造技术的进步，许多芯片厂商相 继推出了相应专用芯片，这些都极大地推动了数字电视的发展。美国于1 9 9 5 年通 过了a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) 数字电视标准。a t s c ( 美国 高级电视业务顾问委员会) 是由美国国内外1 7 2 个电视技术公司组成的，其主要 业务之一是制订包括数字式高清晰度电视( h d ) 在内的先进电视系统的技术标 准。该委员会于1 9 9 5 年9 月1 5 日正式通过a t s c 数字电视国家标准。 美国于1 9 9 6 年1 2 月2 4 日已决定采用以h d t v 为基础的a t s c 作为美国国家数 字电视d t v 标准。美国联邦通信委员会( f c c ) 决定用9 年时间完成模拟电视向数 字电视的历史性过渡。2 0 0 9 年美国将全面停止模拟电视的播放，a t s c 制数字电视 的销量将会大幅度增长，国内许多厂家纷纷瞄准了a t s c 标准的数字电视产品的研 发，因此对于a t s c 数字机顶盒研究对于国内数字机顶盒厂商打入国际先进技术市 场有着很强的实用性。 本文首先阐述了a t s c 传输层基于m p e g - 2 系统标准定制的传输流( t s ) 格式 以及基于m p e g - 2 系统标准的传输原理，并且着重讲述了a t s c 的核心p s i p ( 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 0 1 ) 的原理，以及通过p s i p 解决的 一些m p e g 一2 系统欠缺的问题。可配置实时操作系统e c o s 主要是面向嵌入式系统， 它能够满足嵌入式系统设计时的要求，本文利用e c o s 组件框架设计了一套完整的 中间层组件来解析和保存p s i p 各表中的节目信息和描述符信息，通过这套组件提 供的接口用户可以很方便的为a t s c 机顶盒开发商定制相关的应用软件。本文还为 a t s c 设计了一套应用数据库系统( 存储和访问一些扫台节目、用户设定、电子节 目指南等信息) ，将数据库分为记录管理器和描述符管理器，并且提供了一套通用 数据库接口，方便用户管理这两套数据库。另外，为了方便用户定制特有的o s d 界 面，本文还提出了一套基于o s d 控件的图形控件接口概念。最后本文还对a t s c 的 些上层应用软件例如电子节目指南系统( e p g ) 、紧急信息报警系统( e a s ) 、闭路 字幕系统( c l o s ec a p t i o n ) 等的概念和实现方法进行了简单的描述。 关键词： a t s c ，数字机顶盒，p s i p ，数据库 a b s t r a c t w i t hd e e p e n i n go fv i d e oc o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y , av a r i e t yo fs t a n d a r d sc o n c e r n e d a c c o r d i n g l ye m e r g e di ne a r l y9 0 s ，i nw h i c ho fm p e g - 2w a se x t e n s i v e l ys p r e a d ； m e a n w h i l e ，t h ed e v d o p m e n to f i ct e c h n o l o g yh a s t a ：1 e d t h em a n u f a c t u r e r st op r o d u c e c h i p se x c l u s i v e l yu s e df o rv i d e oc o m p r e s s i o n ；a l lo fw h i c hg r e a t l yp u s h e dd i 百t a lt v t e c h n o l o g yf o r w a r d 19 9 5w i t n e s s e da t s cs t a n d a r d sf o rd i 百t a lt vw a sp a s s e di nu s a a t s c ，n a m e l ya d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ，i sc o m p o s e do f17 2d i g i t a lt v c o m p a n i e s o n eo fi t sj o bi st os e ts t a n d a r d sf o ra d v a n c e dt vt e c h n o l o g y , i n c l u d i n g t h o s ef o rh d t v i ti st h i sc o m m i t t e ew h i c ho f f i c i a l l yg r a n t e da t s cn a t i o n a ls t a n d a r d s f o rd i g i t a lt vo n1 5 也，s e p ，1 9 9 5 a t s cb a s e do nh d t vw a sa d o p t e da sn a t i o n a l s t a n d a r d sf o rd i g i t a lt vi nu s ao n2 4 也，d e c ，19 9 6 f c cd e t e r m i n e dt oc o m p l e t et h e h i s t o r i c a lt r a n s f o r m a t i o nf r o ma n a l o gt vt 0d i 百t a lt vi nn i n ey e a r s i n2 0 0 9 ，a n a l o g t vw i l lb ea l l a r o u n da b a n d o n e da n ds a l e so fa t s cd i g i t a lt vw i l li n c r e a s e t r e m e n d o u s l y t h e r e f o r e ，al o to fm a n u f a c t u r e sf o c u so nd e v e l o p m e n to fp r o d u c t sb a s e d o n 触r s cd i 酉t a lt v t h et h e s i s f i r s t l ye l a b o r a t e so na t s ct r a n s m i s s i o nt h e o r yb a s e do nm p e g - 2 s y s t e ms t a n d a r d sa n dp s i p ( 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 0 1 ) t h e o r y , t h ec o r e o fa t s ca sw e l la ss o m ep r o b l e m sp s i ps o l v e d b ym i n u t e l ya n a l y z i n gp s i pt a b l e s ，a c o m p l e t es e to fc o m p o n e n t sa r ed e s i g n e dt op a r s ea n ds a v ed a t ai nt h o s et a b l e s t h e d e v e l o p e r se a s i l yc u s t o m i z ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ef o ra t s cs t bt h r o u g ht h ei n t e r f a c e s p r o v i d e db yt h ec o m p o n e n t s m o r e o v e r , t h et h e s i sd e s i g n sa s e to fd a t a b a s ew h i c hs t o r e s a n da c c e s s e st vp r o g r a m s ，s y s t e ms e t t i n ga n de p qe t ca n dg r a p h i cc o m p o n e n t s i n t e r f a c e ，c u s t o m i z e do s d t h et h e s i sf i n a l l ym a k e sab r i e fi n t r o d u c t i o nt od e s i g no f a t s ca p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，s u c ha se p ge a s ，c l o s ec a p t i o n af u l lf r a m e w o r ki ss e t b yt h et h e s i sf o rd e s i g no f a t s cd i g t a ls t b k e y w o r d s ： a t s c ，s t b ，p s i p , d a t a b a s e 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 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得电子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已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：童l 鱼颦 日期：。吒年5 月2 7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 刻鱼蜀导师签名： 日期：2 。8 年5 月司日 第一章引言 1 1a t s c 介绍 1 1 1a t s c 背景介绍 第一章引言 在数字电视技术领域，国际上最具代表性且最有发言权的三大协会，分别是 美国高级电视业务顾问委员会a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m i t t e e ) 、 欧洲的欧洲广播联盟e b u ( e u r o p e a nb r o a d c a s tu n i o n ) 和日本的数字广播推动组织 d b e g ( d i g i t a lb r o a d c a s t i n ge x p e r t sg r o u p ) ，其分别制定的数字广播地面标准( 即 美国的a t s c 、欧洲的d v b - t 和日本的i s d b - t ) 是全球范围内的主流标准格式( 包括 了7 2 0 p 6 0 h z 、1 0 8 0 1 6 0 h z 和1 0 8 0 1 5 0 h z ) 。 美国是世界上较早发展数字电视的国家，在技术领域不仅完成了数字电视三 大标准的制订工作，而且已经率先实现了商用播出。据保守估计，美国数字电视 市场规模达1 5 0 0 亿美元以上，目前已经进入大规模商业应用阶段，另据美国消费 电子协会( c e a ) 提供的最新数字显示，消费者购买的数字电视机、数字显示器和 数字接收设备正在呈指数级增加。1 9 9 6 年1 2 月，美国联邦通信委员会( f c c ) 正式 确定采用a t s c 作为美国数字电视地面广播标准。1 9 9 7 年4 月，f c c 颁布实施数字 电视地面广播的时间表及电视频道分配方案。按照该时间表，到1 9 9 9 年5 月1 日， 美国最大的四家电视网络公司( a b c ，c b s ，n b c ，f o x ) 在全美1 0 个最大电视市场 ( 按家庭户数计算的最大城市) 的4 0 多个附属电视台将全部发射和播出数字电视 ( d t v ) 节目，覆盖3 0 的美国电视用户；到1 9 9 9 年的1 1 月1 日，这四大网络公 司在电视用户市场排名前3 0 位城市的1 2 0 多家附属台将全部发射和播出d t v 节目， 覆盖全美5 3 的电视用户；到2 0 0 2 年5 月1 日，全部商业电视台发射和播出d t v 节目；到2 0 0 3 年5 月1 日，全部非商业电视台发射和播出d t v 节目；到2 0 0 6 年将 全部停止n t s c 模拟电视广播，收回全部现有n t s c 占用的频道资源。 在信息技术的推动下，广播电视进入从模拟广播到数字广播的过渡阶段。美 国，欧洲，澳大利亚，日本，新加坡等相继确定了本国的数字电视广播标准。在 数字电视的国家标准方面我国还处在探索之中。目前，我国卫星数字电视广播传 输标准已确定采用d v b - s ：有线数字电视广播标准初步确定为d v b - c ：有关数字( 高 电子科技大学硕士学位论文 清晰度) 电视的演播室标准、视音频编码及复用标准将相继出台；地面数字广播电 视标准尚处于研究、试验阶段。因此对a t s c 这种已被广泛采用的标准进行研究对 我国的数字电视的发展，有着比较实际的意义。 随着视频压缩技术的深入研究，九十年代初出现了一系列视频压缩标准，其 中尤以m p e g - 2 影响圈较大；同时随着集成电路制造技术的进步，许多芯片厂商相 继推出了相应专用芯片，这些都极大地推动了数字电视的发展。美国于1 9 9 5 年通 过了a t s c 数字电视标准。欧洲制定了包括d v b - t 在内的一体化数字电视广播标准， 目前侧重于标准清晰度数字电视。日本从模拟高清晰度电视研究转向数字电视之 后，确立了i s d b - t 的地面广播标准。 a t s c 是由美国国内外1 7 2 个电视技术公司组成的，其主要业务之一是制订包 括数字式高清晰度电视( h d t v ) 在内的先进电视系统的技术标准。该委员会于1 9 9 5 年9 月1 5 日正式通过a t s c 数字电视国家标准。 美国于1 9 9 6 年1 2 月2 4 日已决定采用以h d t v 为基础的a t s c 作为美国国家数 字电视d t v 标准。美国联邦通信委员会( f c c ) 决定用9 年时间完成模拟电视向数 字电视的历史性过渡。 1 9 9 8 年1 1 月1 日开始实施数字电视地面广播( d t v ) ，有2 4 个电视台发送全 数字电视，1 9 9 9 年1 1 月1 日有1 2 0 个电视台播出数字电视节目，其余的电视台在 2 0 0 3 年5 月5 日播出数字电视。美国的a t s c 标准是1 9 9 7 年国际电讯联盟( i t u ) 的第一个数字电视国际标准。 现今为止，加拿大、韩国和阿根廷已接受采用a t s cd t v 标准。 韩国早在1 9 9 7 年便选择了a t s c 作为本国的d t t 传输标准，并于2 0 0 1 年开始 在汉城地区开通了地面数字电视服务，随后还于次年将这一服务扩展到了邻近地 区。韩国政府一直热忠于采用a t s c ，认为该标准在传输和压缩效率方面具有优势， 而且，如果改用欧洲d v b t 的成本将十分巨大因为目前韩国内拥有逾1 0 0 万 台在用a t s c 机顶盒。 2 0 0 9 年美国将全面停止模拟电视的播放，a t s c 制数字电视的销量将会大幅度 增长，因此，国内许多厂家纷纷瞄准了a t s c 标准的数字电视产品的研发。由于我 国大部分数字电视工程师都具有一定的d v b 产品的开发经验，而d v b 和a t s c 的标 准虽然在原理上相似，但实际的标准还是存在着很大的差异。和d v b 相比，a t s c - s i 的结构试图在不增加网络带宽的前提下，加速事件的处理。 2 第一章引言 1 1 2 研究a t s c 数字机顶盒的目的和意义 目前a t s c 液晶电视在美国仍属高端产品，只有普通的美国用户都采用了a t s c 液晶电视后，中国的电视机数字机顶盒才能大规模进入这个市场，这预计要到2 0 0 8 年中期。美国f c c 规定在今年3 月份以前，所有进入美国市场的电视机，包括大 尺寸和小尺寸必须全部支持a t s c 制式。现在正是中国数字机顶盒厂商进入美国 a t s c 市场的重要时刻，因此对a t s c 数字机顶盒的研究有着较大的应用前景。 数字化进程使广播电视，计算机网络和通信之间的行业界线变得越来越模糊， 三者既渗透又融合的特点将持续一段时间。在此背景下，数字电视也将随着业务 和技术的进一步发展逐渐走向成熟。对a t s c 数字机顶盒这种先进的数字电视机顶 盒研究不但会使已知的领域功能更趋完善，也将在未知的领域里开拓更广阔的空 间。 1 2a t s c 数字机顶盒的基本概念 1 2 1 数字机顶盒 机顶盒是一个很广泛的概念，从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设 备都可称为机顶盒。不过，我们常常根据节目数据流的传输媒介，将数字电视机 顶盒分为以下三类： 1 卫星数字电视机顶盒：又叫做集成接受器，用于接收通过卫星电视广播网 络传输的电视节目，支持数据广播，但用户交互能力较差；我国主要由电视运营 商接收下来通过有线电视网传送给用户收看，个人使用的情况并不多，国外的情 况要好一些。相关的应用标准是d v b - s ； 2 有线数字电视机顶盒：它用于接收通过有线电视广播网传输的电视节目， 支持数据广播，上网，游戏，炒股等附加值可观的功能，相关的应用标准是d v b - c ； 3 地面数字电视机顶盒：用于接收通过地面广播信道传输网传输的电视节 目，有较强的用户交互能力，相关的标准有欧洲的d v b - t ，美国的a t s c 。本论文 就是以a t s c 标准为主。 1 2 2 机顶盒体系结构 数字电视机顶盒包括硬件和软件两部分。它大体上一般可以分为一个4 层结 3 电子科技大学硕士学位论文 构，从底向上分别为：硬件、底层软件( e c o s + 底层) 、中间层( m i d d l e w a r e ) 和 应用软件。 4 硬件：提供数字电视机顶盒的硬件平台。 5 底层软件：提供实时操作系统( e c o s ) 以及驱动程序。e c o s 主要作用是控 制各种资源，包括各种硬件的控制，系统资源的分配等。驱动程序主要实现对机 顶盒硬件平台中的相关硬件的初始化、监控、读写操作等。 6 中间层：是指数字机顶盒内部实时操作系统与应用软件中间部分，或者是 用来替代操作系统部分功能而直接与硬件交互的软件层。中间层将应用软件与依 赖于硬件的底层软件分割开来，使应用软件不依赖于具体的硬件平台。本文以中 间层设计为中心，并且以a t s c 的p s i p 协议作为核心设计了多个模块来解析和存 储码流中的p s i p 各表数据信息。 7 应用软件：执行服务商提供的各种服务功能，如电子节目指南( e p g ) ，数 据广播，紧急报警系统( e a s ) ，闭路字幕( c l o s ec a p t i o n ) ，条件接受( c a ) 等。 此外，用户可编程接口由操作系统提供( 中间层或e c o s ) ，使用户能够对软件 进行修改。 1 2 3a t s c 数字机顶盒 a t s c 制机顶盒系统可分为两个相对独立的模块：前端信道解调和后端信源解 码。前端和后端接口的数据格式是t s 码流。前端部分主要完成高频下变换和8 v s b 信道解调，并输出t s 流；后端部分实现t s 流的解复用，并将视频和音频的e s p e s 流分别送入相应的音视频解码器，最终输出视频和音频信号。系统的整体控制部 分由后端的主控c p u 负责，包括1 2 c 总线，前端的信道解调，t s 流解复用，音频 解码和视频解码，以及遥控器和键盘等流程控制。 数字电视机顶盒的源程序装载于f l a s hr o m 内。加电启动后，各芯片进行上 电复位，主控c p u 从f l a s hr o m 内加载并运行程序。程序首先完成软硬件初始化， 包括时钟初始化，系统内存初始化，前端解调初始化以及音视频解码寄存器初始 化等，并建立多个工作进程。多进程模式使主控c p u 能同时处理多个工作流程， 还可以进行进程间的通讯控制。 系统完成初始化后，用户通过遥控器选择频道，频道选择界面通过o s d 显示。 主控c p u 响应遥控器指令，通过1 2 c 总线设置调谐器，使调谐器输出中频信号。 中频信号经信道解调器处理后，输出t s 流。主控c p u 内p i d 过滤器实现t s 流解 4 第一章引言 复接，将相关的e s 或p e s 流分别送入音视频解码器，最终输出音频和视频信号。 t s 流中的节目信息经过解析并存储，用户通过o s d 查询菜单，了解相关的节目信 息。对于多节目复合的t s 流，用户还可以通过节目指南e p g 指定收看t s 流中的 某个具体节目。 1 3 嵌入式可配置实时操作系统e c o s 1 3 1e c o s 介绍 e c o s 组件框架主要是面向嵌入式系统，它能够满足嵌入式系统设计时的要求； 通过使用这个框架，就可用那些可重用的软件模块开发出具有多功能的应用。e c o s 组件框架可对组件进行控制，以方面可减少组件占用内存空间的大小，另一方面 还允许用户对组件中那些与时间相关的行为控制，从而满足系统实时方面的需要。 组件框架也使得用户在开发时可使用一些常见的编程语言，例如c 、c + + 以及汇编 语言；硬件抽象层( h a l ，h a r d w a r ea b s t r a c t i o n ) 中部分功能使用汇编语言实现。 e c o s 支持当前很多流行的嵌入式处理器体系结构。如果某个公司需要在自己 不同产品线中使用多种硬件体系结构，那么e c o s 是一个非常不错的选择。只要把 e c o s 的h a l 移植到新的体系结构上，应用层就可以平滑地转移到这个体系结构上 支持新的应用需求。 1 3 2e c o s 的可配置性 如今在大多数嵌入式软件系统中都提供了非常丰富的功能，而其中有些功能 对于某个具体的应用来说可能是不需要的，这样就经常会有一些额外的代码被包 含到嵌入式软件系统中，而它们提供功能是嵌入式系统开发人员根本无须关注的 或根本不需要的。额外的代码使系统变得愈加复杂，而且代码量越大，出错的几 率也就越高。例如，一个“h e l l ow o r l d ”程序，即使是对这样一个如此简单的应 用来说，大多数嵌入式操作系统也要包含诸多互斥、任务调度等功能的支持，而 实际上这类功能在这个简单的应用中根本是不需要的。然而，e c o s 把运行时需要 哪些组件的最终控制权交给了开发人员，不需要的组件可以用很容易地去掉。这 样e c o s 系统体积久可以小到几百字节，或是大到包含网络堆栈或一些第三方功能 时的几百k b 。 e c o s 可配置的组件框架使得开发人员可选择那些满足应用需求的组件，同时 5 电子科技大学硕士学位论文 对其中一些组件进行配置，从而满足实现特定应用的要求。这意味着对于e c o s 中 的一个组件来说，可以使用或者禁止它的某个特性，或者为它选择一种特定的实 现。 e c o s 的这种可配置性使得公司能够在内部建立起一个可重用的组件库，库中 的每个组件都包含其实现的源代码。由于这些组件具有较好的可移植性和广泛的 可适用性，因此通过适用它们，公司就能大大地缩短产品的开发时问和上市时间。 e c o s 组件框架还鼓励通过第三方的开发来扩展核心组件的功能和特性。随着越来 越多的开发人员在开发的产品中不断地扩展组件的功能，并且把这样的组件贡献 给e c o s 项目，e c o s 的功能就会不断地完善和提高。 1 3 3e c o s 核心组件 在嵌入式实时操作系统中通常都会包含一些标准化的软件组件，例如中断处 理，异常和错误处理，线程同步机制，调度器，定时器以及设备驱动程序等。这 些标准组件和实时内核一起构成了e c o s 的核心组件，包括以下内容u 1 ： 硬件抽象层：提供了一个访问底层硬件的公共接口。 内核( k e r n e l ) ：包括中断和异常处理、线程及同步支持、可选的多线程调度 机制、定时器、计数器和闹钟。 i s oc 和数学库：提供与标准库函数调用兼容的库。 设备驱动程序：包括标准串口、以太网、f l a s hr o m 等其他设备。 g n u 调试器( g d b ) 支持：通过提供的目标机软件与g d b 主机进行通信来实现 对应用的调试。 在e c o s 系统中，e c o s 内核和应用程序都是在特权模式下运行，没有核心态和 用户态之分。 1 4 论文工作和论文结构 1 4 1 本论文的主要工作 本论文的主要工作如下： 1 全面收集、整理、阅读、分析和综合了关于a t s c 的文献资料，以p s i p 为核 心进行深入的分析和研究，对国外有关最新研究与设计动态有了比较全面的 了解和认识。 6 第一章引言 2 了解p s i p 各表结构，分析基于p s i p 的中间层模型。熟悉各表数据内容，以 及这些内容在上层应用中起到的作用。设计了一套p s i p 的解析模式以及存储 模式。 3 设计一套能够在f l a s h 和s d r a m 上存储节目信息、e p g 信息、用户信息等的数 据库模块。 4 设计一套方便用户定制o s d 的图形接口。 1 4 2 论文的结构 本论文的章节安排如下： 第1 章绪论，详细介绍了a t s c 的背景以及研究目的，e c o s 的介绍，并且 阐述了数字机顶盒的概念。 第2 章简单介绍了a t s c 基于m p e g 一2 系统标准的传输原理。接着介绍了 a t s c 的核心内容p s i p ，p s i p 解决的“3 n 问题，以及p s i p 各表的一个简单描述。 第3 章同时从硬件、软件以及软件调试方法这三个方面探讨了该a t s c 数 字机顶盒的总体方案设计。 第4 章提出一套基于p s i p 的中间层设计，包括p s i p 的解析器和数据存 储器的详细设计。 第5 章为包括扫台、e p g 、用户设定等上层应用设计了一个完整的数据库 模块，包括记录管理器、描述符管理器和一个通用数据库接口。 第6 章设计了一套方便用户使用的图形接口，通过这个接口用户可以定 制自己的o s d 菜单。 第7 章对a t s c 的一些上层应用软件进行了一个大体的阐述。 第8 章总结全文并指出下一步的研究和工作方向。 7 电子科技大学硕士学位论文 21 传输原理 第二章a t s c 基本原理 a t s c 传输层基于m p e g2 系统标准定制的传输流( t s ) 格式。m p e g2t s 提供 了一种机制能够将视频编码、音频编码以及普通数据压缩成一种统一的码流。为 了能够更加便捷的解析码流中的信息，标准定制了一种带内( i n b a n d ) 控制信息， 即p s i 。t s 语法同时也包含了时间戳形式的适时信息，用来对视频、音频、应用 数据进行实时再现以及精确同步。m p e g 一2 系统标准还定制了一种t s 信息包格式， 用来更加方便的通过物理传输路径( 包括空中广播，有线电视网络) 实时的传输 和接收d t v 信号“1 。图2 - 1 展示的就是一个普通a t s c 传输接收系统的结构图。 。 e n c o d c t r o n 洲t 1 r e c e f r e d e c o c l e 图2 - 1a t s c 传输接收结构圈 一般情况下，在视频、音频编码器和a t s c 复用器作用下输出t s 格式的码流。 消费者接受器，例如数字电视机顶盒，通过反向t s 运行来重新获得节目信息( 例 如电影或者电视节目) ，再将其传送给解码器显示给观众。 211 复用的概念 一般来说，t s 可以被想象成个大的通信通道，它包含了个或者多个小的 通道。每一个小的通道可以就代表一个m e p g - 2 节目。图2 2 就是一个t s 携带了 8 第二章a t s c 基本原理 单独一套h e p g - 2 节目的例子“1 。在m e p g 里，一个节目就是一个独立的节目服务， 例如一个d t v 频道。每一个m p e g 一2 节目由一个或者多个节目元素组成，这些元素 包含了视频、一个或者多个音频( 例如多国语言) 以及数据流。另外一个节目可 以只由一个单独的音频流或者数据流组成。为了避免和通常意义上讲的“电视节 目”产生混淆，在本文中把电视节目称为事件。而“节目”如果没有附加说明， 都是指的是肝踮屯节目川。 图2 2t s 携带卯6 e 一2 节目的例子 这些由视频、音频编码器生成的元素流，被分割成连续的p e s 包( 见图2 3 ) ， 随着帧边界发送随机的访问其中的显示单元。一帧表示一张运行或者隔行扫描的 图片，或者个音频采样的一些采样集合。一个显示单元就是一个编码表示的图 片或者音频帧。为了方便实时传输，p e s 包依次被分割为固定长度的t s 包。将包 含有一套以上节目的t s 包交错的放入一个标准码流，同时保证每一套节目的完整 以及时间上的同步的过程，被称之为多路技术。这种标准码流一般被叫做多节目 t s ( m p t s ) ，有时也被称作复用服务。 包验证符( p i d ) 中包含了每一个t s 包的包头，是挑选t s 中的组成或者基础 元素的关键。p i d 用于定位在复用服务中特定组成流中的t s 包，以便对每个t s 包 的有效载荷重新组装成它的高等级结构，例如将t s 包组合为p e s 包再将p e s 包组 合为一个基本流。一个节日单元包含一系列具有相同p i d 的t s 包，例如一个视频 基本流或者一个或者多个节目单元的描述信息( 例如p s i 表) 。 9 电子科技大学硕士学位论文 212i s 基础 图2 3t s 包结构 m p e g 一2 系统标准定义了码流结构以及一些方法，这些方法用丁接收和解复用 时间同步的编码视频、编码音频、m p e g 标准定义的带内控制信息( p s i ) 和一些没 有在m p e g 标准t 扣定义的数据( 私有数据) ，标准还包含以下内容：对包格式的定 义，同步模式，识别码流内容的机制，使接收装置能够对视频、音频、数据解码 和重组的缓冲器模式。a t s c 标准作为盱e g2 系统标准的扩展，能够更好的适应和 提高在传输d t v 节目中的实际需求。 一个m p e g 一2t s 是- 一段连续的t s 包( 见图2 3 ) 。每一个t s 包的长度为1 8 8 字节，而其总是以同步字节0 x 4 7 作为起始字节。起始的4 个字节( 包台同步字节) 构成了t s 包的包头。而剩余的1 8 4 字节用来携带t s 包的有效载荷。 对t s 包有效载荷内容的定义可能与m p e g 一2 码流类型( s t r e a m t y p e ) 和封装 方法不同“。 1t s 包头字段( 岱p a c k e th e a d e rf i e l d ) ：在t s 包头( 见表2 - 1 ) 中，用于 标识船e g2 t s 中的复用包的p i d 是一个1 3 位的值。对每一个组成流分配一 个唯一的p i d 值可以使t s 中最多携带8 1 9 2 ( 2 1 3 ) 个独立流。p i d 为每个t s 包提供一个唯一的码流关联。 j 0 第二章a t s c 基本原理 表2 - im p e g - 2 系统t s 表结构 s v n 协x n u m l 增r o f 8 l l s 伽m s p o np a d 侧 碍n c 姆把 蠢 t r a n s p o r le r r o r _ i n d i a t o r l i m y l o a d , m i t s 协r ti n d i c t o r i t r a n s p o r tp r i o r i t y i n d 1 3 t r n s p o r ts c r a m b l i n l l e o t r o l 2 a d a p t a t i o n _ f i e l d _ c o n t r o l 2 e 啦n l i 脯枉i 够c o h 秘圣矿 毒 l 壤a d j | i 舰i i a 吧霸e l l _ c 抛t lz z i o l la d a p t a t i o n _ f i e l dc l m v o lm z l1 ) a d 却t a l i 饥蜀c 蛾 i f ( a c l a p m f i o nf i e l d 。c o n l r o l 。z 。o l # a d a p l a t i o nf i e l dc o n t r o l = = 。il i j f o r i ；。；i n ：i 抖l d a t a _ b y t e 8 ； l p a y l o a d _ u n i t s t a r t i n d i c a t o r ：1 比特标志位，用来指示t s 包带有p e s 分 组或p s i 数据时的情况。当t s 包的有效负载带有p e s 分组数据时， p a y l o a d _ u n i t s t a r t i n d i c a t o r 具有以下特性：1 表明t s 包的有效负载 将以p e s 分组的第一个字节开始；0 表示在t s 包的开始不是p e s 分组。 当p a y l o a d _ u n i t s t a r t i n d i c a t o r 置为1 时，在所有t s 包中有且仅有一 个以p e s 分组开始。当t s 包的有效负载带有p s i 数据时， p a y l o a d _ u n i t s t a r t i n d i c a t o r 具有以下性质：如果t s 包带有一个p s i 部分 的第一个字节，p a y l o a d _ u n i t s t a r t i n d i c a t o r 值应被置l 。表明t s 包 的第一个字节带有p o i n t e r f i e l d 。如果t s 包不带有一个p s i 部分的第一个 字节，p a y l o a d u n i t s t a r t i n d i c a t o r 值应被置o ，表明在有效负载中没 有p o i n t e r f i e l d 。 t r a n s p o r t s c r a m b l i n g _ c o n t r o l ：2 位字段，用来指示t s 包有效负载的加密 模式。t s 包首部包括调整字段，不应被加密。 a d a p t a t i o n _ f i e l d _ c o n t r o l ：2 位字段。用于指示本t s 包首部是否跟随有调 整字段或有效负载。 c o n t i n u i t y _ c o u n t e r ：4 位字段。随着每一个具有相同p i d 的t s 包而增加， 1 1 电子科技大学硕士学位论文 当它达到最大值后又回复到0 。如果a d a p t a t i o n _ f i e l d _ c o n t r o l 字段为o o 或1 0 ，则c o n t i n u i t y _ c o u n t e r 不应增加。在t s 包中，复制的分组可能 被做为两个连续的具有相同p i d 的t s 包送出。复制的分组和原分组有着相同 的c o n t i n u i t y _ c o u n t e r 值，而a d a p t a t i o n _ f i e l d _ c o n t r o l 字段应为0 1 或者1 l 。在一个特定的t s 包中那些具有相同p i d 的包的 c o n t i n u i t y c o u n t e r 或者与前一个有相同p i d 的包相差1 或者遇到“不增加 条件( a d a p t a t i o n _ f i e l d _ c o n t r o l 为o o 或者1 0 ，或上面描述的复制 分组) 时c o n t i n u i t y将不连续。_counter 2 空t s 包：空t s 包是一种特别的t s 包，它与其他有效t s 包一起构成了一个 恒定比特率的码流。每一个在复用中单独服务都是具有可变比特率特性，一 个完整的t s 必须是恒定比特率以便在应用网络中能够正确操作。当没有其他 有效t s 包准备发送时就会发送空t s 包。在解复用过程中，空t s 包可能被添 加或者删除。系统为空t s 包分配的p i d 为o x l f f f 。 3 t s 包有效负载数据结构：与空t s 包不同，t s 包有效负载携带着实际有用的 数据内容。m p e g - 2 系统定义了两种基本码流数据结构：p e s 包和s e c t i o n 。 p e s 包用来压缩视频编码、音频编码以及节目编码。 s e c t i o n 用来压缩复用服务中对视频编码、音频编码以及数据基础的描述信 息。s e c t i o n 也可用来压缩私有数据。 表2 - 2m p e g - 2 私有数据结构 s y n t a x n u m b e ro f8 i t s p r i v a t e s e c t i o n ( j 屯盐b i e 黼鬈 s e c r i o n _ s y n t a x _ i m i k a l e r l p r i v a t ei b d i c a t o r i 赫e r v 商2 p r i v a t es e c t i o n _ i e n g t h 1 2 i f ( s e c t i o n 一磅n t o x _ i n d i c 馥t o r # # 秽) l f b r i 钴f ：i n ：i 中+ ，f p r i v a t ed a t a _ b y t e 8 ； e l s e t a b l e i d e x t e n s i o n 1 6 r e s e r v e d 2 v e r s i o n _ n u m b e r 5 ( ：u r r e ntn e x tt n d i e a t 0 1 l 擘e 嚏i o nn u m b e rs l s ls e c t i o ng l u m b e t s f o r ( i o ：i l p r i v a t ed a t a _ b y t t 8 c l t c3 23 2 ， 1 2 第二章a t s c 基本原理 1 )表和节：m p e g - 2 系统标准定义的表用于为带内控制提供信息。逻辑上的表可 以由一个或多个节组成。这些表被统称为p s i 。另外，m p e g - 2 系统标准提供 了一种机制来添加一些不在标准范围内的附加表。表的结构被认为是 p r i v a t e s e c t i o n 。a t s c 标准包括p s i p 标准，通过p r i v a t e s e c t i o n 来定义 关于p s i 的兼容扩展。 m p e g - 2 p r i v a t e _ s e c t i o n ( 见表2 - 2 ) 定义了一种数据封装方法来将私有数据 ( 没有在m p e g - 2 标准中出现，但在a t s c 中有定义) 以最小的数量结构放置 到t s 包中。 每一个s e c t i o n 都是由一个8 - b i t 的t a b l e _ i d 开始的，这个t a b l e i d 唯一 的标识了这个s e c t i o n 构成的表。其他部分，s e c t i o n _ s y n t a x _ i n d i c a t o r 用 来指定私有数据语法是否使用简易格式还是长格式。简易格式限制在一个 s e c t i o n 中最多携带4 0 9 3 b y t e s 的负载，而在长格式则最多2 5 6 4 0 8 4b y t e s 。 在一个t s 包中放入s e c t i o n 的数量取决于s e c t i o n 的大小。如果一个s e c t i o n 的长度小于t s 包的负载则在一个t s 包中包含多个s e c t i o n 。相反如果s e c t i o n 的长度大于t s 包的负载，则会被分割到多个t s 包中。当一个s e c t i o n 没有 将一个t s 包填满同时没有其他新的s e c t i o n 来填充剩余的负载空间，则该部 分负载由o x f f 来填充。为了避免与填充字段冲突，m p e g - 2 系统标准禁止使用 o x f f 来做任何表的t a b l e i d 值。 2 ) p e s 包：p e s 包用于对视频编码、音频编码以及数据基本流进行压缩。同步信 息以及其他又用信息被包含在p e s 包头。元素流各自独立的传输与单独的p e s 包中，因此一个p e s 包中包含且唯一包含一个元