（模式识别与智能系统专业论文）基于地面数字电视的交通信息发送编码与接收解码研究.pdf

中文摘要 摘要 近年来 随着地面数字电视技术不断发展 利用数字电视开展的增值业务越 来越多 由于数字电视网络具有3 0 m b p s 以上的数据传输能力 可以在传统的模 拟地面传输电视的一套模拟电视节目带宽上传送多达7 8 套标清数字电视节目 大 大提高了无线频谱的利用率 可以节省出许多宝贵的无线频谱资源 提供多种多 样的增值服务内容 本文提出的基于地面数字电视的交通信息发送编码与接收解 码系统是国家8 6 3 计划专题课题 课题名称 基于地面数字电视的出行者实时交 通信息服务与动态导航技术 的一个重要部分 该课题要实现利用地面传输数字 电视无线网络 向出行者发布实时交通信息 通过数字电视接收机完成信息接收 解码 从而得到实时交通信息 本文主要做了两部分工作 包括发送端交通信息数据编码和接收端实现数据 的接收解码 在发送端 交通信息通过编码将数据转换成数字电视传输流的格式 首先将数据封装成段的形式 然后再配置成传输流数据包 通过码流发送卡输入 到复用器与其它电视节目复用成一路传输流后进行发射 在接收端 利用数字电 视机顶盒实现数据的接收 解复用 完成了解复用系统的设计及具体实现 包括 通道分配设置 过滤器分配设置的软件实现 传输流解码的实现 本文实现的系统充分利用地面数字电视传输网的潜能 不需要改变原有的数 字电视地面传输网络 不需要占用单独的无线频段 无须建设新的无线覆盖网络 具有重要的现实意义 关键词 数字电视 传输流t s 解复用 机顶盒 本课题由国家8 6 3 课题资助 课题名称 基于地面数 乒电视的出行耆实时交通信息服务与动态导航技术 编号 2 0 0 7 a a i i z 2 2 3 a bs t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e r r e s t r i a ld i g i t a lt v t e c h n o l o g i e s t h e r ea r em o r ea n dm o r ev a l u e a d d e ds e r v i c eo fd i g i t a l b e c a u s e d i g i t a lt v n e t w o r kh a st h ea b i l i t yt ot r a n s m i t3 0 mb y t e sp e rs e c o n d i tm a yt r a n s m i t7 8 s e t so fs t a n d a r dc l e a rd i g i t a lt e l e v i s i o np r o g r a m si no n es e to fa n a l o gt e l e v i s i o np r o g r a m b a n d w i d t h t h i sr a i s e st h eu s eo ft h ew i r e l e s sf r e q u e n c ys p e c t r u mg r e a t l ya n dm a ys a v e m a n yp r e c i o u sw i r e l e s sf r e q u e n c ys p e c t r u mr e s o u r c e st op r o v i d em a n ya n dv a r i e d v a l u e a d d e ds e r v i c e s t h ep a p e rm e n t i o n e dar e a l t i m et r a f f i ci n f o r m a t i o nc o d i n ga n d d e c o d i n gs y s t e mb a s e do nt e r r e s t r i a ld i g i t a lt vw h i c hi s a l li m p o r t a n tp a r to f 8 6 3 p r o g r a m i ti su s e dt ob r o a d c a s tr e a l t i m et r a f f i ci n f o r m a t i o nt ot h ed r i v e r su s i n g t e r r e s t r i a ld i g i t a lt vt r a n s m i s s i o nw i r e l e s sn e t w o r k a n dt h et e r m i n a lw h i c hh a s t e r r e s t r i a ld i g i t a lt e l e v i s i o nr e c e i v i n gf u n c t i o nr e c e i v e st h er e a l t i m et r a f f i ci n f o r m a t i o n t h i sp a p e rh a st w op a r t s i n c l u d i n gt h et r a n s m i s s i o no ft r a f f i ci n f o r m a t i o nd a t a e n c o d i n ga n dd a t ad e c o d i n gi nt h et e r m i n a l a tt h et r a n s m i t t i n ge n d t r a f f i ci n f o r m a t i o n i se n c o d e da n dt r a n s f o r m e di n t od i g i t a lt e l e v i s i o nt r a n s p o r ts t r e a m t h ed a t aw i l lb e f i r s t l yp a c k a g e di n t h ef o r mo fp a r a g r a p h a n dt h e nc o n f i g u r e dt ot r a n s p o r ts t r e a m p a c k e t s t h e ni ti sm u l t i p l e x e dw i t ho t h e rt e l e v i s i o np r o g r a m si n t oo n et r a n s p o r ts t r e a m t ol a u n c h a tt h er e c e i v i n ge n d d i 垂t a lt v s e t t o pb o x i su s e dt or e c e i v ed a t a t h ep a p e r m a i n l yc o m p l e t e st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fd e c o d i n gs y s t e mi n c l u d i n gt h ea l l o c a t i o n a n ds e t t i n g so fc h a n n e l t h es e t t i n g so ff i l t e r s r e a l i z a t i o no ft r a n s p o r ts t r e a m sd e c o d i n g 砀es y s t e mm e n t i o n e di np a p e rm a k e sf u l lu s eo ft e r r e s t r i a ld i g i t a lt e l e v i s i o n t r a n s m i s s i o nn e t w o r k p r o v i d e st h ep o s s i b i l i t yf o rt h el a r g ec a p a c i t yd i g i t a l m u l t i m e d i a i n f o r m a t i o nb r o a d c a s t i n g i td o e sn o tn e e dt ot a k et h ei n d e p e n d e n tw i r e l e s sf r e q u e n c y b a n d d o e sn o tn e e dt oc o n s t r u c tt h en e ww i r e l e s sn e t w o r k s oi th a sav i t a lp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e k e y w o r d s d i g i t a lt v t r a n s p o r ts t r e a m d e m u x s e t t o p b o x t h et o p i ci ss u b s i d i z e db yt h es u b j e c to f8 6 3p r o g r a mo fc h i n a t o p i cn a m e r e a l t i m e t r a f f i c 嗣 i a n d d y n a m i cn a v i g a t i o nt e c h n o l o g y b a s e do nt e r r e s t r i a ld i g i t a l t e l e v i s i o n n u m b e r 2 0 0 7 a a ii z 2 2 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留 使用学位论文的规定 特 授权北京交通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 并采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编以供查阅和借阅 同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名 导师签名 j 一n j l 守jt l 签字日期 年月 日 签字日期 2 嘶年石月 日 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和取得的研 究成果 除了文中特别加以标注和致谢之处外 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交通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已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名 亩芦飞 签字日期 埘年占月 占日 致谢 本论文的工作是在我的导师赵守国副教授的悉心指导下完成的 赵守国副 教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响 在此衷心感谢 二年来赵守国老师对我的关心和指导 赵守国副教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作 在学习上和生活上都 给予了我很大的关心和帮助 在此向赵老师表示衷心的谢意 刘杰副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见 在此表示衷 心的感谢 在实验室工作及撰写论文期间 张昭朝 赵礼菁等同学对我论文中的系统设 计研究工作给予了热情帮助 在此向他们表达我的感激之情 另外也感谢我的父母 他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业 1 引言 1 1 课题的背景及意义 本文所要实现的基于地面数字电视的交通信息发送编码与接收解码系统是国 家8 6 3 计划专题课题 课题名称 基于地面数字电视的出行者实时交通信息服务与 动态导航技术 的一个重要部分 该课题是针对目前在面向出行者的综合交通信息 服务方面存在的缺乏大范围 大容量 低成本的信息发布有效途径以及难以实现向 出行者提供实时交通信息这种情况下提出了利用地面数字电视网络进行交通信息 广播 随着社会经济的发展和城市化进程的推进 城市交通状况日益恶化 我国由于 交通 通信等基础设施不完备 到现在为止还没有建立起一套完整的实时交通信息 采集 处理 发布的有效途径 还没有一套统一 完善的实时交通信息服务体系 目前国内交通信息发布可用的技术有f m 广播 基于短信方式的g s 删c d m a 手持 设备 基于g p r s c d m a l x 的导航终端 城市道路电子牌等方式 由于这些方式 存在着内容有限 无法实时传输 成本较高等不足 它们在交通信息发布中产生的 作用都比较小 因此目前都没有成为出行和交通诱导的主要方式 另一方面 近年来 数字广播地面传输技术已经逐渐成熟 各国标准已经或者 即将确定 例如地面数字电视传输标准d v b t a t s c i s d b t d t m b 等 很 多地区已经开通了地面数字电视广播网络 其运行模式没有变化 依旧是通过广播 网络传输音频和视频信号 用户使用专用接收机接收信号 由于电视广播网络的覆 盖范围广 传输数据量大等特点 将实时交通信息通过电视网络进行广播就成为一 种切实可行的方法 实现的方法是将实时交通信息通过编码成数字电视传输流接入 地面数字电视网络进行传输 利用终端数字电视机顶盒对实时交通信息进行实时接 收 解码 然后将数据送到导航终端 更新地图数据库 利用地面数字电视无线传输网络进行交通信息发布与接收有重要的现实意 义 该技术方案充分利用地面数字电视传输网的潜能 不需要单独占用无线频谱 不用建设新的无线覆盖网络 可在大地域范围实现面向出行者 车辆驾驶员的实 时交通信息发布 有助于对出行车辆实施动态的交通诱导 缓解大城市日益严重 的交通拥挤 阻塞状况 从而提高出行效率 1 2 课题研究技术的国内外现状及发展趋势 1 2 1 已有的技术和解决方案 1 v i c s v i c s 是日本东京一家具有半官方半民营性质的交通信息处理 发布 中心 它将警察部门和高速公路管理部门提供的交通堵塞 驾驶所需时间 交通 施工 车速及路线限制 以及停车场空位等信息在v i c s 中心编辑处理后及时传输 给参与者 v i c s 由四部分功能组成 实时交通信息的采集 交通信息的编辑与处 理 交通信息的无线传输 车载单元对交通信息的接收和使用 实时交通信息的 采集由警察部门和高速公路管理部门完成 v i c s 中心是核心部分 负责编辑和处 理实时交通信息 并将处理后的结果发送出去 v i c s 采用三种无线通讯方式 红外信标 短波信标和调频副载波广播 2 r d s t m c 在欧洲r d s t m c 服务中 交通信息的编码采用a l e r t c 协 议 编码后的t m c 消息主要包括五个方面的内容t 事件描述 位置 影响范围 持续时间 改道建议 其中 时问描述和位置是t m c 消息的核心 a l e r t c 中 有专门的事件编码协议和位置编码协议 通信是车辆导航系统发展的关键因素 欧洲实时交通信息的发布采用的是r d s r d s t m c 的结构 接收r d s t m c 需要 一个特别的无线电接收机 其最主要部分就是t m c 卡 该卡包含了具体的路线信 息等 假如要从甲地到乙地 在离开甲地前 先购买或租用甲地到乙地路线的t m c 卡 这样才能收到路线中最新的交通信息 r d s t m c 技术起源于欧洲 同时也在 欧洲应用最为广泛 r d s t m c 是目前欧洲唯一的大规模交通信息解决方案 3 t r a v l e k t r a v t e k 1 9 9 0 1 1 9 9 5 9 是美国有代表性的城市交通诱导系统 它以实时路线引导和服务信息系统实用化为目的 由交通管理中心 信息与服务 中心 装有导航装置的车辆组成 交通管理中心进行道路交通信息的收集 管理 与提供 同时可提供系统运行所必需的信息 信息服务中心收集观光设施 旅馆 饭店等为对象的各种服务信息 车载导航装置由车辆定位模块 路线选择模块及 接口构成 可显示交通堵塞地段 事故及施工等信息的地图 以及按驾驶员需要 进行的路线引导及提供服务的文字信息等 1 2 2 课题研究技术的现状与趋势 目前 车辆系统在无线通信方面发展基本是g p s 与常规通信系统 g p s 与集 群通信系统组合 属于专网方式 是早期的通信模式 一般只能实现话音通信 模 拟信号 这种方式不需要专门的通信费用 但建网和维护的投资高 覆盖范围 2 小 传输质量差 并且这种方式一般针对高档轿车 个别行业 政府或者企业集 团内部的车辆监控调度 日本的v i c s 英国的r d s t m c 美国的t r a v t e k 都属 于这种无线通信模式 结合数字音频技术来传送实时交通信息的研究目前国际上已经有一些基本的 思路和初步的探索 但还远没有形成主流的技术体系和主导产品 而结合地面数 字电视传输技术来传送实时交通信息的研究目前国际国内还没有公开的报道 相 应的 利用地面数字电视技术实现交通信息发送与接收的相关设备 产品也就没 有出现 在分析已有相关技术或方案的基础上 可以认为 一个实用的面向出行者或 者汽车驾驶员的交通信息发布与接收解决方案需要具有的一个关键方面是就是必 须有足够的无线传输能力 通信是交通信息发布的关键 尤其是无线通信技术 随着无线通信技术以及近年来数字电视技术的发展 除了专用交通电台能作为实 时交通信息的传输媒介外 数字电视广播系统也可以用来传输实时交通信息 而 且传输媒介比专用交通电台的数据传输能力强 因此 利用地面数字电视无线网 络来提供实时交通信息服务将是一个发展趋势 1 2 3 课题研究技术的优势 1 充分利用地面数字电视传输网的潜能 我国已经公布了地面传输数字电视 的强制性国家标准 并且规定在2 0 0 7 年8 月开始强制实施 按照广电总局的规划 我国到2 0 1 5 年为止全面实现电视广播数字化 停止模拟电视信号广播 目前 国 内已经有不少省市开始了国标d t m b 的试运营 d t m b 网络覆盖全国是时代的潮 流 地面数字电视普及后 可以节省出大量的无线频谱资源 可以充分用来提供 增值服务业务 2 大容量数字 多媒体信息发布的能力 地面数字电视信道有充分的传输能 力 与g p r s c d m a1 x 无线通信技术相比 地面数字电视传输技术能提供3 0 m b p s 以上的无线传输能力 单一天线的无线覆盖范围一般能达5 0 公里以上 且不受接 收用户数限制 这为大容量数字 多媒体信息发布提供了可能性 3 变过去的 死 地图为 活 地图 车载导航的电子地图数据可自动更新 可以实时接收道路信息 并且反映到行车导航 实现交通路况信息发布的数字化 自动化 实时化 4 可扩展性 该系统不仅可以提供城市实时交通信息 还可以为市民出行提 供公交信息服务 以及提供广告等多种增值服务功能 本课题要实现的系统以针 对车载导航用户为主要目的 1 3 论文的主要工作及内容安排 一 论文所做的主要工作 本文以数字电视技术为背景 提出了利用地面数字电视无线传输网络进行实时 交通信息广播 研究了发送端数据编码与接收端数据接收解码 主要做了两大部 分工作 一是在发送端 将实时交通信息通过编码将数据转换成数字电视传输流 的格式 采取了利用分段承载实时交通信息的方式 首先将数据封装成事件信息 段的形式 然后再打包成t s 包 通过码流发送卡输入到复用器与其它电视节目复 用成一路t s 流后进行发射 利用地面传输数字电视无线传输方式 向出行者发布 实时交通信息 二是在接收端 利用数字电视机顶盒实现数据的接收 解复用 主要包括解复用系统的设计及具体实现 包括通道分配设置 过滤器分配设置的 实现 传输流解复用的具体实现 二 论文共分为5 章 内容安排如下 第一章介绍了本文所研究系统的目的意义 分析了当今国内外交通信息服务 系统的现状 总结了本文研究技术的优势以及发展趋势 第二章简单介绍了数字电视系统的组成 以及数字机顶盒的工作原理 运行 模式 并介绍了对机顶盒接收解复用码流起着重要作用的p s i 信息 第三章介绍了系统的总体构成 提出了发送端方案涉及 包括交通信息传输 方式和复用方法 接收端解码系统构成及所要做的工作 第四章详细介绍数据封装成分段后再配置成t s 包的具体实现 并详细说明了 前端发送数据生成数字电视传输流的过程及实现 第五章重点介绍了接收端传输流解复用的实现过程 详细描述了硬件模块中 通道过滤器的分配设置 介绍了数据解码软件模块的实现过程和段的解析 第六章对全文作了总结 指出了在目前研究中还存在的一些问题和不足 并 指出了下一步需要研究的方向和相应的设想 4 2 数字电视技术简介 2 1 数字电视系统组成 数字电视广播由节目源 广播和接收三大环节组成 一个完整的数字电视系 统由数字节目制作平台 数字电视信号传输平台及数字电视接收终端共同组成 详细的数字电视系统结构n 3 如图2 i 所示 图2 1 数字电视系统结构 由图2 i 可见 数字电视系统主要由信源编解码 节目流与传送流多路复用 解复用 信道传输 信道编解码等设备组成 其中信源编码主要包括视频编码 音频编码 数据编码三部分 在接收端 可以采用数字电视接收机 也可以采用 模拟电视接收机加数字机顶盒的方式实现接收 其中数字电视的传送复用 解复 用技术是数字电视的一个关键技术 多路复用分为节目复用和系统复用雎3 前者是 将一路数字电视节目的视频 音频 数据等各种媒体流按照一定的方法复用成单 一的数据流 后者是将各路数字电视节目的数据流进行再复用 实现节目间动态 带宽分配 提供各种增值业务 图2 2 是节目复用和系统复用的方框图 视频p e s 节 音频p e s 目 t s l 日砂火 辅助数据p e s 复 r 系 用 增值业务数据p e s 1 统 1r 爿节目复用4 t s 4 复 用 p s i 数据t s 一 增值业务数据t s 图2 2 节目复用和系统复用方框图 复用 解复用设备是数字电视系统的关键部分 从发送端的信息流向来看 复用设备将视频 音频 数据等信源编码器送来的比特流经处理复合成单路的串 行比特流 送给信道编码系统及调制系统 接收端与此过程正好相反 在模拟电 视系统中不需要复用器 在数字电视系统中 复用器把视频 音频 数据等组成 的混合码流通过打包器进行打包处理 然后再复合成单路串行码流 2 2 数字电视机顶盒简介 数字机顶盒是数字电视系统中不可缺少的重要组成部分 基本功能是接收和 解码数字电视广播 此外还具有数据广播与交互式多媒体应用的功能 围绕数字 机顶盒的数字视频 数字信息与交互式应用三大核心功能 可开发出许多增值业 务 本文所实现的系统就是利用机顶盒开展的一种增值业务 一 数字电视机顶盒的组成 一个完整的数字机项盒由硬件平台和软件系统组成口1 可以将其分成四层 如图2 3 所示 从底向上分别为 硬件平台 底层软件 中间件 应用软件 其中 底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序 应用软件包括本机存储的应 用程序和下载的应用程序 这些应用程序实现了机顶盒的各种功能 中间件将应 用程序与依赖于硬件平台的底层软件分隔开来 使应用程序不依赖于具体的硬件 平台 6 应用软件 l 下载的应用程序 i 本机存储的应用程序f 中间件 中间件 l 广 1 广 一 1 底层软件 实时操作系统 i 驱动程序 i j1 j 硬件 硬件平台 图2 3 数字电视机顶盒的组成 二 数字电视机项盒运行模式 下面以机顶盒如何找到一个视频节目来说明数字电视机顶盒的工作流程h 1 1 首先 接收机应该找到一个有数字信息的频点并知道其符号率 调制方式 等物理参数 锁定这个频点 接收到数字信号 2 接下来的步骤是先去搜索节目关联表 因为节目关联表是一个传输流所有 节目的总入口点 节目关联表的搜索很简单 只要将p i d 0 的数据进行过滤即可 获得 3 解析节目关联表 可以得到这个传输流存在的所有节目或者业务 并且每 一个节目的节目映射表的p i d 均可以得知 根据所得的p i d 值 设置p i d 过滤 获得某一个节目映射表的表数据 从这个表数据可以得知构成这个业务的所有基 本数据流 以及每一个基本数据流的类型和p i d 4 将获得的基本数据流的p i d 进行存储 这就是对于音视频节目进行播放所 需要的p i d 以上的过程是找视频节目的最基本过程 理论上讲 只要有p s i p r o g r a m s p e c i f i ci n f o r m a t i o n 信息 就可以完成基本的视频 音频数据接收 2 3 数字电视业务信息p s i 一 节目特定信息 在数字电视中 一个频道的t s 流由多个节目及业务组成 在t s 流中如果没 有引导信息 数字电视的终端设备将无法找到需要的码流 所以在m p e g 一2 中专 门定义了节目特定信息p s i p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n 信息 其作用是自动设置 和引导接收机进行解码 p s i 信息是d v b 标准体系中的重要组成部分 它对接收 机来说 起着处理码流的入口和引导作用 p s i p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n 由节目关联表 p a t p r o g r a ma s s o c i a t i o n t a b l e 节目映射表 p m t p r o g r a mm a pt a b l e 条件接收表 c a t c o n d i t i o n a l a c c e s st a b l e 和网络信息表 n i t n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e 组成怕1 这些表插入 7 到t s 中传输 p s i 指定了如何从一个携带多个节目的传输流中正确找到特定的节 目 当接收机要接收某一个指定节目时 它首先从节目关联表中取得这个节目的 节目映射表的p i d 值 然后从t s 中找出与此p i d 值相对应的节目映射表 从这个 节目映射表中获得构成这个节目的基本码流的p i d 值 根据这个p i d 值过滤出相 应的视频 音频和数据等基本码流 解码后复原为原始信号 p s i 中最重要的表是p a t 表和p m t 表 p a t 表是p s i 信息的索引表 在p a t 表中列出了该传输码流中所有节目的节目映射表的p i d 在接收一个节目时 根据 这个p i d 解出来对应于该节目的p m t 表 在该p m t 表中可以查询到该节目所 有相关的基本码流的p i d 根据这些p i d 就可以只接收相应p i d 的包 下面只介 绍这两个表 l 节目关联表 要保证传输流能正常接收 6 在该流中至少有一个完整有效的节目关联表 p a t p a t 是接收机和前端约定好接收方式的入口点 是机顶盒获得数据的开始 p a t 的结构如图2 5 所示 c u r r e n tl a s t t a b l e s e c t i o n s e c t i o bt r a n s p o r tv e r s l o ns e c t i o nnc r c s y n t a x n e x ts e c t l o n i d l e n g t hs t r e a mi d n u m b e rn u m b e r l o o p 3 2 i n d i c a t o ri n d i c a t o rn u m b e r 81121 21 625l883 2 图2 5p a t 表结构 p a t 的目的是告诉接收机 整个t s 流中有多少路的节目 由于数字电视和模 拟电视不同 传统意义上的模拟频点 经数字调制后 往往可以传输多路节目 称我m p t s m u l t i p r o g r a mt r a n s f e rs t r e a m 因此 需要有一个指引 来告知接收机 此t s 流中所存在的节目 这就是p a t 循环体中的 n 值 而位于同一循环体中 的p r o g r a mn u m b e r 和p r o g r a mm a p p i d 则表示每一路节目的标识号 以及此节目 所在下一级信息的p i d 也就是p m t 的p i d 值 这样 接收机就可以再进行下一 步的搜索 搜索p m t 2 节目映射表 p m t 全称是p r o g r a mm a pt a b l e 即节目映射表 节目映射表给出了节目号码和 组成它们的节目元素之间的映射 该映射的一个单一实例被称为 节目定义 一个 传输流中所有 节目定义 的集合就组成了节目映射表 单个实例实际上是描述一个 节目中所有元素的信息 一般来说 一个实例会用一个p i d 进行分组传输 其值 可以由前端系统定义 但必须和p a t 中相对应的p r o g r a m 体的p r o g r a m m a p p i d 一致 也就是说 p m t 是由多个子表组成的 每一个子表 由一个p i d 标识 并且与p a t 中的循环一一对应 p m t 的结构如图2 6 所示 831 341 2 图2 6p m t 表结构 p m t 中最重要的部分是其中的循环体 整个循环体告诉接收机这个业务中包 含了多少个基本元素流 依靠循环体中的s t r e a mt y p e 和e l e m e n t a r y 还可以 pid 知道这些基本元素流的类型和它所在的p i d 二 p s i 与传输流解复用关系及处理流程 各种p s i 表的关系如图2 7 所示 机项盒主要是根据这些信息进行信息接收 并解复用 p a t 提供当前t s 流中所有节目的节目号和包含这些节目定义的p m t 的p i d 值之间的映射 p m t 提供节目号与组成此节目的基本流之间的映射盯1 所 以解复用器首先要分析p a t 以获得节目的p m t 的p i d 值 然后根据获得的p m t 的p i d 值得到相应节目的基本流的p i d 9 p a t 表p i d 0 p i d 1 0 p m t 表p i d 2 5 码流1视频 p i d5 4 码流2音频1 p i d5 5 码流3音频2p i d5 6 码流n数据 p i d5 8 t s 流 p m t 表p i d 4 0 码流1视频 p i d3 4 码流2音频1 p i d3 5 码流3音频2p i d3 6 码流n数据 p i d3 8 节目1节目k 节目k节目1节目k节目1 p a tn i tc a t 视频音频1 p m tp b l t 视频音频2 p i d 05 43 54 02 52 03 45 6l 图2 7 各p s i 表之间的关系 各种表的处理流程以p a t p m t 表为例来说明一个完整表解析的具体操作步 骤 其它表的解析过程与其类似 就不再介绍 图2 8 所示为p a t p m t 表处理 流程图 首先 在得到完整的p a t 表数据后 根据p a t 的s e c t i o n 结构找到所有的节目 号和各节目号所对应的p m t 的p i d 并保存 然后 分别对p a t 中列出的每一个 节目进行如下操作 根据该节目的p m tp i d 去申请通道过滤器 并进行设置从 而可以得到p m t 表中对应该节目号的s e c t i o n 按照p m ts e c t i o n 的结构进行分析 进而找到所有该节目的基本流p i d 值加以保存 l o 图2 8p a t p m t 表处理流程 ll 口 入 3 系统总体构成 3 1 系统基本设计思想 现在的数字电视机项盒基本功能是接收多路复用的电视节目音视频码流 经 过解复用 解码后进行播放 而对其他的没有形成标准的数据广播无法进行接收 解复用 对于一些文本数据如电视屏幕上显示的交通路况播报也并不是作为一路 电视节目或一路单独的文本数据码流来进行广播的 而只是穿插在每一个具体电 视节目中进行传输的 其数据传送量有限 否则会影响正常电视节目音视频的发 送接收 本论文旨在提出一种基于地面数字电视的实时交通信息广播发送编码和 接收解码系统 但在发送端需要发送的交通数据并不是现在常见的电视屏幕下方 显示的关于交通情况描述的字幕数据 而是采用t p e g t r a n s p o r t p r o t o c o le x p e r t s g r o u p 传输协议专家组 标准编码好的数据文件 接收端接收到这些信息后并不是 为了在屏幕上显示 而是需要输出到导航终端地图数据库中 以便在需要规划计 算行车路经时考虑到这些信息 所以并不能简单作为电视节目的字幕数据插入到 节目码流中 而且通常这些数据量会很大且需要重复发送 所以必须作为单独的 一路数据进行传输 这些数据必须符合数字电视的传输流格式 即需要进行码流 转换 另一方面 在接收端 现在的机顶盒只有电视节目音视频的专用通道 若 要让数字接收机接收承载交通数据的单独传输码流数据 在接收端必须完成解复 用系统的设计和实现 实现终端接收机数据接收解复用的功能 本文主要完成的是在发送端对实时交通信息通过编码转换成数字电视传输码 流 与其它码流复用后进行广播 在接收端设计并实现数字接收机解复用系统对 数据的接收解复用 提取出交通信息 然后将交通信息数据送到导航终端 更新 地图数据库 系统从结构上分为发送端和接收端两大部分 发送端主要是软件部分 即主要 研究发送端交通数据采用何种方式进行发射传输 以及数据到数字电视传输流格 式转换的具体编码实现 接收端主要是解复用系统的实现 通道的设置 以及将 多路数据复用后的码流解复用后段的解析处理过程及实现 系统整体结构如图3 1 所示 j 誊 童t 鼍髫 h 写六 4 二 隅 溺 电视节目 s 码彩 缴募q 器发射机 一 d t m b 调制器 图3 1 系统总体结构 如图3 1 所示 系统包括综合交通信息服务系统 码流转换 码流复用器 调制设备四部分 其中综合交通信息服务系统 码流复用器和调制器及发射机是 已有设备 本文不做这方面的工作 本文主要完成的是交通信息服务系统提供的 交通信息数据到数字电视传输流的码流转换 在接收端 完成车载接收机的解复 用 获得交通信息数据 3 2 发送端方案设计 3 2 1t s 流复用方法 多路复用分为节目复用和系统复用 前者是将一路数字电视节目的视频 音 频 数据等各种媒体流按照一定的方法复用成单一的数据流 后者是将各路数字 电视节目的数据流进行再复用 1 实现节目间动态带宽分配 提供各种增值业务 因此 如果想在数字电视中实现交通信息传输 有两种加入的方法 一种方法是 从节目复用中加入 在一路正常的电视信号中 在节目复用时加入数据 与音频 视频p e s 一起形成t s 流在电视系统中传输 接收端再把附加的数据从电视数据中 分离出来 这种方法的特点是方便简单 不需要专门的信道 只要在收 发端的 复用和解复用中作相应的改动就行 它的缺点是数据量不能太大 否则会影响数 字电视节目的传输 另一种方法就是从系统复用中加入 当数据量比较大时 可 以开辟一个专门的t s 流 与其他的数字电视节目流t s 无关 本文提出的系统中需要广播的交通数据信息有时数据量会较大而且需要重复 广播 不能插入到节目的音视频码流中进行传输 所以采取从系统复用中加入 即作为一个单独的t s 流进行系统复用后传输 而要进行复用 要发送的数据必须 进行码流转换 即生成数字电视传输流的标准格式 3 2 2 数据传输方式 在d v b 系统中 除了音视频 字幕数据不是利用段之外 其余包括p s i s i 数据广播 私有数据等都是先以段的形式进行封装 1 之后再封装成t s 包 而前 面提到了要发送的交通信息数据并不是简单的字幕数据 所以要完成交通的数据 广播传输 必须先将数据封装成段的形式 再将段配置成t s 包进行复用 最后发 射传输 本文采用事件信息段的格式 即先将要发送的数据生成事件信息表的格 式 然后按照事件信息段的语法将表切分成事件信息段 事件信息段的定义以及 数据封装成段的实现方法将在下一章作详细介绍 3 3 接收端解码系统结构 本文提出的系统在接收端是利用数字接收机接收信息并进行解码 现在的数 字接收机解码芯片的功能一般只是针对节目的音视频信息解码 其他数据不会也 不可能进行接收解码 因为电视广播只发送电视节目信息即便有发送其他文本数 据广播 也是穿插在具体的某个电视节目中作为字幕数据进行显示 如一些天气 预报 重大新闻等 并不是作为一路单独的传输流进行广播 因此 本文的接收端解复用系统是针对发送端的数据转换成数字电视传输流 进行设计和实现的 现有的解码芯片一般含有多个硬件通道 其中两个是音频和 视频专用通道 专门用来接收电视节目信息 如果要接收作为一路单独数据的交 通信息 必须重新分配通道和过滤器 并进行相关寄存器的设置 这是硬件模块 的设置 另外 解复用器还必须有软件模块 对接收解复用后到的数据进行解析 处理 图3 2 是接收端解码系统的总体结构图 1 4 片外s d r a m 图3 2 接收端解码系统总体结构 从图中可以看出 解码系统主要包括两大部分 解复用系统硬件模块中的p i d 过滤模块 传输流解复用后的数据解码处理软件模块 3 4 本章小结 本章首先介绍了系统的总体构成 包括发送端的方案设计和接收端的解复用 和对段的解析 首先分析了发送端数据采取的传输方式和复用方法 采取发送端 数据利用段的形式进行传输 首先将要发送的数据封装成段 然后配置成传输流 复用方式采取系统复用 即作为一个单独的t s 流 介绍了接收端解复用系统的设 计以及所要做的工作 首先对段过滤通道进行设置 段的提取解复用由硬件实现 发送端和接收端将作为两部分在第4 5 章分别详细介绍 4 发送端数据码流转换实现 4 1 段语法结构 在d v b 系统中除了音视频 字幕数据不是利用段之外 其余包括p s i s i 数据广播等都是先以段的形式进行封装n 们 之后再封装成t s 包 因此段的定义很 重要 本文提出的数据传输方式是在事件信息段的基础上进行的 即先将数据封 装成事件信息表的形式 然后按照段语法将表切分成分段 然后再将段配置成t s 包 事件信息段的语法结构n 门如表4 1 所示 1 6 表4 1 事件信息段 e v e n t i n f o r m a t i o n s e c t i o n t a b l e i d 8 s e c t i o n s y n t a x i n d i c a t o r l r e s e r v e d f u t u r e u s e 1 r e s e r v e d2 s e c t i o n l e n g t h 1 2 s e r v i c e i d 1 6 r e s e r v e d2 v e r s i o n n u m b e r 5 c u r r e n t n e x t i n d i c a t o r 1 s e c t i o n n u m b e r 8 l a s t s e c t i o n n u m b e r 8 t r a n s p o r t s t r e a m i d 1 6 o r i g i n a l n e t w o r k i d 1 6 s e g m e n t l a s t s e c t i o n n u m b e r 8 l a s t t a b l e i d 8 f o r i o i n i h e v e n t i d 1 6 s t a r t t i m e 4 0 d u r a t i o n2 4 r u n n i n g s t a t u s 3 f r e e c a m o d e l d e s c r i p t o r s l o o p l e n g t h 1 2 f b 哟 0 j i e v e n t i d i e v e n t i d p s e r v i c e i r u l l i i i n g s t a t u s i r u n n i n g s t a t u s p s e r v i c e 一 b f i e e c a b f r e e c a p s e r v i c e 一砌e x t n u l l p s e r v i c e p f i r s t d e s c r i p t o r n u l l i f p e i t p r s t s e r v i c e n u l l pe i t p f i r s t s e r v i c e p s e r v i c e e l s e 2 0 d v b p s it i ts e r v i c e t p l a s t s e r v i c e p e i t p f i r s t s e r v i c e w h i l e p l a s u s e r v i c e pn e x t n u l l p l a s t s e r v i c e p l a s t s e r v i c e p n e x t p l a s t s e r v i c e p n e x t ps e r v i c e r e t u r np s e r v i c e 4 2 3 数据添加及分段的生成 在事件信息表中 短事件描述符以文本方式提供了事件的简短描述 其语法 格式如表4 2 所示 描述符结构体 s t r u c td v b p s i d e s e r i p t o r s u i n t 8 t i t a g u i n t 8 ti l c n g t h uint8一t拳p data s t r u c td v b p s i d e s c r i p t o r s p n e x t void幸p decoded 其中变量i l e n g t h 的值为描述符中数据的字节数 在进行数据解析时要用到这 个值 2 1 表4 2 短事件描述符 语法位数 s h o r t e v e n t d e s c r i p t o r d e s c r i p t o r t a g 8 d e s c r i p t o r l e n g t h 8 l a n g u a g e c o d e 2 4 e v e n t n a m e l e n g t h 8 f o r i 0 i e v e n t n a m e l e n g t h e v e n t n a m e c h a r 8 t