DVB-C数据广播系统概述

1、DVBC 数据广播系统概述提 要：本文介绍 DVB 中有关数据广播的标准，讨论了如何通过IP OVER DVB 的方式将丰富的互联网资源通过 DVB C 信道广播到用户家中， 并对多协议封装 MPE 的实现方式进 行了讨论和研究。关键词：DVBC DATA BROADCASTING（数据广播 ） IP OVER DVB MPE（ 多协议封装 ）1 数据广播简介广播电视节目的数字化以及压缩技术、 传输技术的发展使得现有的有线电视网络在传送原有 的模拟节目之外， 还有较大的余力传送数据业务， 这就为基于有线网络的数据广播的发展提供了 空间。数据广播是一种能够以很高的速度将文本、图形、视频、音频、数

2、据等传输到诸如PC、机顶盒等智能设备的一项技术。 数据广播服务商可以从因特网或其他途径获取大量的信息，通过数字广播信道，将丰富的多媒体信息送到用户家中，通过镜像存储，由用户按照需求取用。这种数据传播方式不仅信源丰富，传播广泛，而且还避免了信道拥堵， 不能保存等短处， 继广播电视 和互联网之后称为第五媒体。现在利用HFC网络开展数据业务一般有两种解决方案。一种是通过Cable Modem接入实现双向业务。另一种是通过数据广播提供单向业务，当然也可以利用其他回传信道（例如电话线等）实现准双向的接入。目前我国大多数有线网是单向的，如果采用Cable Modem接入则需要对有线网进行双向改造。而采用数

3、据广播的方式则可以直接利用现有的HFC网络，有较大的可行性。MPEG-2是的对运动图像及其伴音进行压缩的通用标准，在此基础上美国和欧洲都提岀了自己的数字电视的标准，即ATSC和DVB在ATSC和DVB中都有各自的关于数据广播的标准。由于DVB具有价格低廉、节约频率资源等优点，在我国受到了广泛的应用。DVB主要有三种传输标准DVB-S,DVB-T,DVB-C。在这里我们主要介绍基于DVB-C的数据广播。2 DVB数据广播标准图1给岀了 DVB数据广播规范的协议结构：数据的传输是基于 MPEG-2 TS流的，针对不同的应用类型，DVB定义了以下六种方式:数据管道数据流多协议封装数据传送带对象传送带

4、用户自定义的服务应曲层_图1 DVB数据广播协议结构如图1所示，数据广播标准针对不同的应用类型规定了不同的服务级别。数据管道标准对如何从MPEG-2TS流中恢复数据并没有给岀具体的细节，它只是简要描述了如何将数据放入MPEG-2TS流的分组中去。数据流标准增加了更多的功能，特别是定时。这使得进行异步的数据广播、被同步的数据广播以及同步的数据广播变得可能。多协议圭寸装、数据传送带、对象传送带标准都是建立在使用 MPEG-2的DSM-CO帧结构的基础上。它是基于MPEG-2 ISO/IEC 13818-1 中定义的MPEG-2中的私有部分。DVB增加的一些特定的信息以使该帧结构在DVB环境中工作，

5、特别是同业务信息（ SI ）的结合。下面我们将简要介绍这几种数据广播的方式：（ 1 ）数据管道数据广播规范中规定数据管道方式支持在DVB兼容的广播网络中传送简单的、异步的、端到端的数据。数据管道规定直接将需要广播的数据插入MPEG2-TS流的净荷中。数据管道没有规定数据报分割和重组的方式。如果需要可以在应用部分规定，例如 payload_unit_start_indicator可用于标志数据报的开始， 而 transport_priority 可用于标志数据报结束，同时 contin uity_cou nter字段应符合MPEG-2标准。（2）数据流数据广播规范中规定数据流方式支持在DVB兼容

6、的广播网络中传送面向流的、端到端的、异步的或同步的数据。需要广播的数据插入 MPEG中的PES分组中。对于异步数据流，如RS-232数据， 没有任何定时的要求。 同步数据流和被同步的数据流均是要求定时的数据流。同步数据流在接收端可以恢复其时钟和数据， 如 E1,T1 ；被同步的数据流可以实现与其他数据流的同步回放， 如视频流、音频流。（ 3）多协议封装多协议封装方式支持使用通信协议传输数据报的数据广播业务。传输的数据报要按照DSM-CC方式封装。多协议封装提供了在MPEG-2 TS流之上传送使用其他通信协议数据的一种机制。对传送IP协议的数据做了优化，但是也可以通过LLC/SNAP（Logic

7、al Link Control/Sub-NetworkAttachment Point 逻辑链路控制层 /子网附着点）封装方式传送使用其他协议的数据。它包括单址分配给接收机。由于DVB网络的广播性质，数据的安全是十分重要的。封装协议支持对数据包 的加密以及动态变换 MAC地址以确保传送数据的安全。（4）数据传送带数据传送带方式支持周期性的传输数据模块的数据广播业务。数据模块的长度已知并且可以从数据传送带中及时的更新、添加或者删除内容。 模块可以分割为一组更小的模块， 也可将多个模块组成一个超级模块。在接收端，如果想要获得特定模块中的内容，仅仅只需要等待该模块再次被广播。图2数据传送带实例数据被

8、装入称作模块的结构中。这些数据可能仅仅只是一系列文件的内容， 如图2中的“文件1”， “文件2”，“文件3 ”。每个模块被分为一个或者多个按照DSM-CCDownload Data Block语法定义的download data message净荷。图2中，每个下载信息仅被插入一次，且同一模块的但是并没有限制一个特定的信息是多个下载数据块是按照顺序依次插入数据传送带的循环中的因此可以按照某一应用的最佳方式如何插入的， 对插入的先后顺序以及插入的位置也未作规定 创建数据传送带，插入的次数和顺序也不是固定的，可以动态的变化。数据要按照MPEG-2 DSM-CC中定义的DSM-CC数据传送带的方式进

9、行传送。（ 5）对象传送带对象传送带方式支持需要周期性广播DSM-CC用户到用户数据对象的数据广播业务。DSM-CC寸象传送带使用目录对象、 文件对象和流对象。 对象传送带方式将一组结构化的对象进行广播。 实际 的目录和内容都存放在服务器中。服务器只需要周期性的将需要广播的对象放入DVB兼容的MPEG-2 TS流中即可。发送的目录对象和文件对象包含对象的内容，发送的流对象参考广播中的其他流对象。流对 象中也可以包含在特定流中广播的 DSM-CC事件的信息。DSM-CC事件可以广播规范的流数据也可 以用于DSM-CC勺申请触发。多个客户端可以通过周期的读取传送的循环数据恢复对象实现，从而在客户端

10、模拟服务器端。循环对象提供客户端获取应用及这些应用内容的方式，从而好像与服务器端有交互式的连接。3 IP OVER DVB3.1 系统结构IP OVER DVB系统融合了 DVB和IP两种技术的优势，其系统结构如图3所示：图3 IP OVER DVB C系统结构前端各种信源服务器与DVB网关通过局域网的方式（例如以太网）相连，DVB网关的源可以是磁盘中的文件，也可以是动态的IP数据包和动态的证券信息。DVB网关的基本流程是侦听网上的IP数据报，根据设置滤岀需要发送到用户端的IP数据包；按照 DVB的标准将IP数据包封装成MPEG-2传输流，接着通过复用器同其他 TS流（包括从编码器或者卫星转发

11、器等得到的TS流）进行复用。再将复用后的TS流调制到某个模拟频道并同其他模拟节目混合在一起通过有线网络进行传输。在接收端，用户通过安装在个人电脑上的DVB数据接收卡将从有线电视网中传来的符合DVB-C标准的有线电视信号并进行解调、纠错、解扰、解复用等处理，最后将数据存储到PC上用户可以根据自己的需要定制不同的节目，让DVB数据接收卡有选择的进行接收。在系统中，还可以加入CA模块，实现有条件接收。传统的模拟的电视节目采用的是广播的方式，只要用户端有接收设备就可以收看，对用户的管理和收费都比较困难。而数据广播系统中而且还拥有分级控制的能加入了用户管理系统和 CA,在前端就可以方便的实现对接收端的控

12、制,力，让普通的用户只能看到一般的节目，只有付费用户才能收到相应的信息。这种方式满足了用户个性化的需求，也为提供增值服务提供了必要的条件。3.2在MPEG-2 TS流上传送IP数据业务MPEG-2标准的系统部分描述了如何将视频、音频和数据流复用成一个或者多个适用于存储 或传输的流。其中，传输流作为一种流， 是专门针对在那些可能会出现显著错误的环境进行节目 存储和传输而定义的。V、?TS头0=4-7A自趨应城搜剧pin 传输忧笹挖制y传输代先顷y再右蚪婚棉示传聃強煲措丽传输流的包长为固定的188个字节，包含TS头、适配域和净荷数据。TS头是由同步字节、标志比特、指示比特、PID加上其他诸如纠错的

13、定时的信息组成的。其中PID用于区别不同的流和不同的节目特定信息（PSI）。一共有五种不同的 PSI :节目关联表（PAT,节目映射表（PMT , 网络信息表（NIT）,条件接收表（CAT ,数字存储媒体命令与控制（ DSM-CCDVB规范中有三种基本的方法将IP数据插入 MPEG-2的TS流中。图5说明IP数据的几种可能的接入方式。（1） 数据经过封装后在 PES中传输，这种方式称为数据流。（2）数据可以在 DSM-CC中定义的段中传输，称为多协议封装（ MPE。（3 ）可以使用一个自适应层协议将数据直接插入TS流中。这种方式称为数据管道。MPEG-2为第一种和第二种方式提供了具体的实现方法

14、，分割是自动实现的。而使用第三种 方式则需要一个单独的层来实现分割与重组的机制。这是因为一个TS信元携带的净荷为 184个字节。当需要传输更长的数据报时，就必需有一个自适应层的协议来实现数据报的重组和封装。在接收端， 接收机要对收到的信元进行识别， 以确定数据究竟是按照哪一种方式进行传输的， 然后才能送入相应的模块进行处理。通过读取 PID 值可以完成识别的工作， PID 位于 PSI 表的特 定的PMT中。书目01T书和羽1萼S PAT J* (Tin DIEUE1罔她Wcltail1*RHEXSS-* *-* + 1firr 莪mi1忌raA?t*F：!眄L育嫁sued-4-+ -亠 祐世

15、逋eHi)图5 PSI结构和TS流的关系实例图3.3 多协议圭寸装 MPE (Multiprotocol Encapsulation)由于MPE方式专门为携带IP数据报进行了优化，因此我们将对它作详细的介绍。Multiprotocol encapsulation多协议封装方式包含了一整套IP协议数据封装的解决方案，包括数据链路层的纠错校验以及TS包封装时的优化实现。MPE方式使用私有段传送 IP数据报，并专门根据IEEE LAN/MAN标准制定了封装的方法。数据包被封装在datagram_section 中，并与DSM-CC勺私有数据的段格式兼容。 datagram_sectio n() 结构

16、可以有效地被映射到 TS包的负载中 进行传送。这种封装使用了 MAC级的设备地址。地址格式遵循 ISO/IEEE的LAN/MAN准。图6 明确直观地表示岀IP数据包是如何被封装入 DVB MPE datagram_section() 中，之后再被分割， 加上MPEG专输包头信息最终形成 188字节的MPEG专输包的整个流程。P舄创申捷母血F舉Md ilM bpi和阳 FwM “ IN! RH暉呵瑪j-dt- jMw Bk SJ5-PHhHilJDf 恤*；EF h#Wi-W MilFHlohg i杠tFEj n nprl FlrarH ei-hjE屮 rtagisM 血呻:1丸厂*Hf 川齐r

17、t图6 IP数据进行DVB多协议封装的流程图通过图6我们可以看岀，IP数据多协议封装的整个过程大致分为下面几个步骤：(1对IP数据包进行分割由于受用户端机顶盒硬件资源的限制，网络的最大传输单元MTU为1K字节。因此，datagram_section()中的有效负载长度最大只能为 1008字节。IP数据包大小可以达到 65,536字节。要在datagram_section() 中来传送IP数据包，必须将IP数据包分割成为不大于 1008字 节的片段再送到数据链路层。在数据链路层IP数据包片断被封装成为 DVB多协议封装datagram_sectio n()。同样的，当 DVB MPE datag

18、ram_sectio n()传送到接收端，解圭寸装后的IP数据包片断将被重组形成一个完整的IP数据包。(2)对分割好的IP数据包进行多协议封装将分割好的IP数据包封装入DVB多协议封装的datagram_section()中去，就要按照 DVB标准规定的datagram_section()语法格式进行填充。datagram_section()的语法格式可以参照DVB标准相关部分，在这里不多作介绍。(3) 对圭寸装后的 DVB MPE datagram_sectio n() 进行分割由于最终要将 DVBMPEdatagram_section()封装到 MPEG-2TS包中传输，而 MPEG-2T

19、S包的大小是固定 188个字节的，所以要对DVB MPE datagram_section()进行碎片化。 MPEG-2 TS包的包头固定 4个字节，所以DVBMPEdatagram_section()的碎片最大为 184个字节。当DVBMPEdatagram_section()的最后一个碎片的长度不足184字节时，按照TS包的定义，将在后面加入填充比特使其负载达到184字节，但这样的同时就造成资源浪费。因此，我们利用剩余的空间装下一个 DVBMPEdatagram_section() 。当 MPEG-2TS包中存在新的 DVB MPEdatagram_section() 时，需要重新定义 T

20、S头中的PUSI字段，并且加入一个 NMP( Next Message Pointer )字段(1 字节)，用于指岀下一个信息包在当前TS包中的开始位置。图7给岀了具体的示例。0时EDalwgi百旳血b 1配!Hndcr* *HolderPaddingi bUFEG Irarrefarl眶11iMoiTrinkMh-ICa-fnirr脸 li it卩Add CHCfl| i1 Mi也IlihititijI.T-v 1片；耳厂1 F心 2d：图 7 NMP 的作用图7PUSI= 1表明有NMP存在；PUSI= 0表明没有 NMP存在。也就是当前 TS包中如果有新的 DVBMPE datagram

21、_section() ，则 PUSI 为 1。但若 DVB MPE datagram_section() 的起始是紧跟 NMP 的，贝U NMP= 0。在插入 NMP( Next Message Pointer )的TS包中，TS包有效载荷为 183个字节， 碎片的大小也就要相应的置为 183 字节。(4) 分割好的 DVB MPE datagram_section() 映射到 TS包的负载中按照MPEG-2标准规定的格式进行填充。包括：获取该数据流的PID ； continuity_counter值的递增；对于有 DVB MPE datagram_section()在当前的 MPEG-2 T

22、S包中开始的，要设置 PUSI域为T ,插入NMP字节，并对NMF字节进行合适的填充使其指向新的DVBMPEdatagram_section()的开始字节。最后将已经碎片化的DVB MPE datagram_section() 装入MPEG-2 TS包的有效载荷中。( 5)填充 PSI 和 SI 信息节目专用信息 PSI是在接收端用于 MPEG-2对节目进行解码所需设置参数的信息，它包括有关视频、音频、数据的PID的规定，以及有关节目PID之间的关系(MPEG-2的PID总数为8191个)。MPEG-2规定了 PSI信息有4个；节目相关表 PAT(PAT表包的PID始终为0)，节目映射表 PM

23、T条件接收表 CAT(CAT表包的PID值为1)，网络信息表 NIT。有着特定 PID值的MPEG专输包 组成了一个PID流，它将与视频流、音频流和其它数据PID流进行复用最终形成 MPEGlk务流。MPEG业务流将包含一个 PMT PID流，这个 PMT PID流包含了 PMT PMT用于识别组成 MPEG业务 的各种视频、音频、数据成分的PID值。通过多播 MAC地址的映射，在 PMT中将引入一个新的PMTB述符来识别每个数据PID流所装载的数据。多种业务流，连同一个包含PAT的PID为0的PID流，将被复用在一起形成 MPEGTS流。PMT中stream_type 值为OxOD的传送IP数据的MPEG 服务流可以在PMT内包含一个专用的描述字符。这个描述字符帮助接收端解码器判断某个PID流包是否包含接收机感兴趣的IP数据。MAC地址的数量被限制在150个以内