1、有线电视数字机顶盒与视频点播
2、基于DVB-SI的数字有线电视机顶盒节目指南的设计实现
3、关于数字电视机顶盒的八个问题
4、构建数字有线机顶盒软件应用通用平台
5、DVB标准数字视频广播技术
1、有线电视数字机顶盒与视频点播
本文分为两部分:第一部分简要介绍了数字机顶盒的原理级基本功能;第二部分介绍了数字机顶盒的关键技术和VOD点播系统。
一 有线电视数字机顶盒的基本原理
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(STB)。从狭义上说,我们可以将模拟设备排除在外,按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒以及有线电视数字机顶盒。
上网机顶盒是利用电话网络做为传输平台,利用电视机做为显示平台,实现Internet接入功能的设备。因此,可以将其看成是一种非PC类的互联网接入设备。数字卫星机顶盒、数字地面机顶盒与数字有线电视机顶盒的基本原理相同,只是信号传输平台不同。有线电视数字机顶盒用于全电缆网络或光纤/同轴混合网。
2、基于DVB-SI的数字有线电视机顶盒节目指南的设计实现
摘要 本文介绍了电子节目指南信息的构成以及MPEG-2 PSI和DVB-SI信息规范,提出了一种EPG信息的存储结构和节目数据库的生成方案,并据此讲述了如何在数字有线电视机顶盒中生成电子节目指南EPG。
关键词 机顶盒 MPEG-2 PSI节目专用信息 DVB-SI业务信息 电子节目指南
1 引言
目前数字电视已经进入快速发展阶段,与数字电视相关的业务也将大幅度增长。当节目运营商将大量的节目信息通过有线网络提供给用户,用户在欣赏高质量节目源的同时如何才能方便快捷地找到这些业务或信息就成了开发者们需要解决的一个关键问题。电子节目指南(EPG,Electronic Program Guide)正是为了方便用户对信息的获取而制作的运行于用户端综合接收解码器(IRD,Integrated Receiver Decoder)的应用程序,它通过电视屏幕向用户提供由文字、图形、图像组成的人机交互界面,负责电视节目和各种业务的导航[1]。用户通过电子节目指南,能够了解到节目的相关信息(包括节目时间、播放时间、内容梗概等),并且实现对节目的快速检索和访问。
EPG的形成依赖于节目播出前端将符合DVB(Digital Video Broadcasting)标准的业务信息(SI,Service Information)插入到承载节目信息的传送流(TS,Transport Stream)中,这些SI信息携带了EPG所需的全部数据。
2 电子节目指南信息的组成和传输
电子节目指南信息(以下简称EPG信息)由两部分组成:基本EPG信息和扩展EPG信息。
基本EPG信息是指完全可以用《数字广播业务信息规范(GY/Z174-2001)》中的网络信息表NIT、业务群关联表BAT、业务描述表SDT、事件信息表EIT等进行描述的EPG信息。
扩展EPG信息是指在基本EPG信息之外,通过数据轮播传递的EPG信息,这些信息的入口采用EPG映射表EMT进行描述,信息的内容被封装成具有多级目录结构的文件系统,称为扩展EPG内容信息(XECI)。
一个EPG系统至少应该包括基本EPG信息[ 2 ]。
本文也仅就基本EPG信息进行论述。
“数据广播业务信息规范”中NIT、BAT、SDT、EIT和EMT表都被分成一个或若干个段(section)来表示,然后插入到TS包中。段是一种用来把SI信息表和EPG信息表映射为TS包的语法结构,这些信息符合GB/T 17975.1定义的专用段语法结构。段可直接映射到TS包中。段可能起始于TS包有效负载的起始处,但这并不是必须的,因为TS包有效负载的第一个段的起始位置是由pointer_field字段指定的[ 3 ]。
3 MPEG-2 PSI节目专用信息与DVB-SI信息简介
在数字电视中,所有的音、视频信号和数据信息经过编码后,在进入传输系统前,必须按照MPEG-2标准打包,形成固定长度的TS包,包长为188字节或204字节。对于这些长度相同的包,如果没有引导信息,IRD是无法找到所需要的码流的。为此在MPEG-2标准中专门定义了节目专用信息(PSI,Program Specification Information),其作用在于自动设置和引导IRD进行解码[ 4 ]。
PSI信息由以下四种表组成: (1)节目关联表PAT; (2)节目映射表PMT; (3)网络信息表NIT; (4)条件访问表CAT。
在实际应用中,解码器IRD要对某一路特定码流进行解码时,首先要找到PAT表,根据PAT表找到所需的节目及该节目对应的PMT表的PID。PMT表中可能包含多个数字码流,每个码流都有一个唯一的PID与之对应。如果要解码的是视频码流,则在PMT表中找到video PID值,再从TS流中过滤出PID值与之匹配的TP包并送到视频解码器。
MEPG-2的PSI信息提供了相关节目组成和相互关系的信息,从而使得接收端IRD可以对多路传输流进行解析,但是这些信息在实际应用中仍显得不够,它不能提供节目的名称、节目的开始时间、持续时间及节目的附加信息等。为此在DVB中扩展定义了SI业务信息。PSI信息基本上都是与现行流(AS,Actual Stream)相关的,而SI信息则可以包括不在现行流中的一些业务和事件信息,从而允许用户进行更多的选择和了解更多的其它业务信息。
与PSI定义的四种表不同,SI中定义了9种表,其中构成基本EPG信息的最重要的表是网络信息表NIT、业务描述表SDT和事件信息表EIT。 SI 表传送的信息都是通过描述符(descriptor)的形式给出的。
每个描述符都以descriptor_tag(用于唯一标识descriptor的类型)和descriptor_length开始。不同的描述符用于描述不同SI表中承载的信息[ 6 ]。
4 系统介绍
本EPG系统是在STMicroelectronic公司所提供的机顶盒开发方案上实施的,其主控制芯片采用STi5518,内部集成有32位主CPU、专用DVB传输流解复用和解扰模块、MEPG-2音、视频解码单元、数字视频编码器及各种接口等。与之配套的软件开发平台选用的也是该公司开发的STLite/OS20嵌入式操作系统,支持多任务、存储器管理、进程调度、定时器管理等实时特性。该系统能实时接收用户通过遥控按键或前面板触发的交互信号,实现节目基本信息的浏览、节目列表的生成、节目之间的跳转以及节目预告信息的查询等。
5 系统设计及实现
5.1 EPG信息的存储结构
TS流里携带的EPG数据信息通过IRD接收以后都以树状链表的结构存储在PROG_INFO_STRUCT和TRANSPONDER_INFO_STRUCT这样两个结构中。
在本机顶盒有关节目操作的各项功能中,绝大部分都与节目数据库有关,比如自动节目搜索时,需要建立节目数据库,并为搜索到的节目在数据库中建立相应的数据单元,用于存储该节目的各种信息;在切换节目时,需要根据不同节目中音、视频数据的PID值从而选择不同的码流进行音、视频解码等。
节目数据库主要来自PSI表的内容。
在具体的软件实现过程中,节目数据库的建立主要通过ParsePAT()、ParsePMT()两个函数来实现。ParsePAT()函数调用的结果是得到有线传输系统中不同的节目PID,而ParsePMT则获取各个节目中音、视频码流的PID值。
5.2 节目跳转的实现
系统响应用户在不同节目之间的切换时,需要将用户选定节目的音、视频码流从复用的多路节目码流中提取出来并分别送到音、视频解码器进行解码。它依赖于硬件可编程传输接口(PTI,Programmable Transport Interface)来实现。在系统生成的节目数据库结构中的stProgNo变量存储有转发器号TransponderId及节目的音、视频PID值。
5.3 事件信息的获取
事件信息表EIT按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息。(这里的事件相当于传统意义上的节目,而业务则指的是提供节目源的某个电视台,如业务“中央电视台-1”的事件“新闻联播”。)EIT包含两种不同类型的表,分别为EIT present/following(简称EIT p/f)和EIT Schedule(EIT-S)。EIT p/f给出了指定业务中当前和后一个事件的信息,而EIT-S则包含一周内或更长时间的节目预告信息。任何构成EIT的event information section均在PID为0x0012的TS包中传输,它给出了业务中事件的名称、事件开始时间、持续时间及其他一些信息。
以下以EIT p/f为例来讲述事件信息的获取方式:
在EIT p/f中,每个业务service都用两个section分别来描述当前(present)和后续(following)信息,其中的section number为0 的用来描述当前事件,而section number为1的section则用来描述后续事件。
在节目信息结构PROG_INFO_STRUCT中,定义了EVENT_INFO_BASIC类型的二维数组event_info_database[2]用来存放一个业务中的present和following事件的信息。这些信息包括事件的名称、事件的开始时间、事件的持续时间。
事件的日期和时间在TS流里是按照MJD(Modified Julian Date,修正的儒略日期)+ UTC(Universal Time Co-ordinate,通用时间坐标)的格式并以16进制的形式给出的。在MJD+UTC和local MJD+local time之间的转换可参照GY/Z174-2001来进行。如TS流里的数据为0xCE1F 0056 0001 0600,则转换以后得到的信息为:该事件的播出时间为2003年5月8日,星期四,开始时间为00:56:00,持续时间为01:06:00。
而事件的名称则通过解析描述符short_event_descriptor来实现。并将得到的信息存储在event_info_database结构中。
所有解析得到的信息最终都将存储在节目数据库中,提供给显示模块直接调用。
6 结束语
真正完整意义上的EPG的功能是十分强大的,它不仅能提供节目表单和当前节目播放等基本功能,还可提供节目预定和家长分级控制等高级功能。本文从实用的角度给出了一个基本EPG系统的实现方案。另外我们也实现了EPG交互式应用中的SI增值业务如天气预报、新闻、股票数据等的接收,以菜单触发的形式提供给用户一个由文本和图形组成的反馈信息。
(作者:王景存 王瑞胡 北京科技大学信息工程学院武汉科技大学信息科学与工程学院)
3、关于数字电视机顶盒的八个问题
在数字有线电视广播DVB-C平台中,数字电视机顶盒(Set Top Box,STB)是技术与营运问题最集中的关键,同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。本文将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。
数字高清晰度电视(Digital High Definition Television,HDTV)是电视的一场革命。其收视质量大幅度提高,大屏幕画面细腻逼真,并配以环绕音响,已接近目前视听娱乐业中顶级质量的电影。凡是观看过数字高清晰度电视演示的人们,都会深信HDTV是每一个家庭在数字信息时代所应该拥有的、真正的“家庭影院”。目前,国内数字电视的发展还处于起步阶段,数字卫星电视广播已采用DVB-S; 数字有线电视广播已采用DVB-C标准(行业标准); 数字地面电视广播标准制定工作正在进行,目前已有高清晰度电视总体组等单位提出的5套备选方案。由于今年将有14个省市的数字有线电视网络试验播出,数字有线电视将在国内率先投入商业营运。在数字有线电视广播DVB-C平台中,数字电视机顶盒(Set Top Box,STB)是技术与营运问题最集中的关键,同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。下面将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。
问题一: 数字电视机顶盒的市场潜力有多大?
中国正形成一个宽带通讯产品的巨大消费市场,截至目前:
●中国已拥有超过3.4亿的电视机,居世界首位;
●中国已拥有超过9000万的有线电视用户,并且以每年600万的速度在增加;
●中国已拥有超过3000万的英特网用户、并且用户数目每年以200%以上的速度在增加,中国家庭的PC拥有量已超过200万,年增长率超过100%;
鉴于中国目前VCD和DVD产业的巨大发展,可以预见,一旦市场启动,Cable Modem、宽带网络、数字电视都将获得高速发展。
由于自身市场巨大,中国无意采用其它国家的标准(地面广播),这样可以避免支付高昂的知识产权方面的费用,并且有助于国内公司争得尽可能多的市场份额。中国尽力制定自己的标准,这些标准包括地面HDTV、有条件接收、卫星传输,所有这些标准的实现都需要专用集成电路。由于缺少先进的信号处理技术和高素质的芯片设计人员,至今这些产品都依赖进口。由于国内数字电视及宽带产品市场的巨大发展以及本身芯片供应的不足,中国迫切需要能有国内公司推出符合自己标准的IC产品。
问题二: 为什么国内的有线数字电视广播还没有大规模投入营运?
国内的数字电视广播大规模投入营运必须具备以下条件:
●网络营运商完成网络基础设施和数字电视广播系统平台的构建。
●“内容为王” ——必须有大量的专业数字频道,比如: VOD,交互式电视节目,数据广播,信息,交互式网络游戏,电子商务等等。专业数字频道的制作与播出很大程度上取决于国家的政策及节目供应商的行为。
●国内观众对专业数字频道感兴趣的程度。专业数字频道能否真正体现出数字电视较模拟电视的优势。
●国内观众所能够接受的收视费及机顶盒的价格(最终用户购买价格)。收视费的多少又取决于: 国家的政策、数字电视系统的成本(其中主要是机顶盒的成本)、专业数字频道的制作成本、其他营运相关成本等等。
●国家制定出一系列完备的与数字电视相关的技术标准与规范,例如: 中间件标准、机顶盒标准、条件接收标准、交互式电视节目规范、数据广播规范等等。
现在,因为以上条件还不完全具备,所以国内的有线数字电视广播大规模投入营运大约还有两年时间。
问题三: 如何定义三代数字电视机顶盒?
数字电视系统的成功运营离不开机顶盒。机顶盒中需要集成 CA和中间件,即CA和中间件厂家不仅通过收取相关的软件费用,也会通过机顶盒的使用收取一定的费用。而且在整个系统运营中,机顶盒费用是最大的。
根据机顶盒的体系结构——软件及硬件配置,可以将机顶盒划分为三代(种):
(1)第一代机顶盒: 配置电子节目指南EPG,简单的应用,无中间件,有或无条件接收系统,一般无回传信道。所有应用程序都是基于嵌入式实时操作系统编制。
(2)第二代机顶盒: 配置电子节目指南EPG,交互式的应用,中间件,条件接收系统,有或无回传信道。应用程序都是基于中间件编制。
(3)第三代机顶盒: 配置电子节目指南EPG,高级交互式的应用,全开放的 MHP中间件,条件接收系统,有或无回传信道。应用程序都是基于MHP中间件及JAVA语言编制。
问题四:如何进行有线数字电视机顶盒的选型?
在整个数字有线电视系统中,机顶盒作为用户端产品,数量多,投资大,因此占有重要地位。以下是在选择机顶盒时的一些考虑。
特殊性
说它特殊是因为虽然它在整个数字有线电视系统的投资中所占比例最大,但在中间件和 CA系统选定以后,机顶盒的选择变数并不大(基本上只有价格、可靠性和售后服务的比较)。也就是说,它的选择不像中间件和 CA的选择那样具有战略性意义,也不是一次性的。
另外,机顶盒不同于像电视机这样的普通家电产品。电视机可以把平面直角、大屏幕或画中画作为卖点,而机顶盒的卖点是表现出来的服务。这就是为什么国外数字电视网络运营商通常是免费向用户提供机顶盒的原因。
目前,国内的家电生产商还没有大举进入数字电视领域,这只是因为数字电视市场在中国还没有真正启动。圈内活跃的主要是一些国外产品供应商和国内的集成商。从美国和欧洲数字电视的营运经验看,机顶盒供应商的最后赢家将是国内的家电生产巨头们。
项目进程与首批机顶盒的选择: CA 的集成时间大约为半年。这就意味着,首先要尽快确定中间件和CA,其次要选择有足够的技术实力的机顶盒提供商,以保证集成进度和产品质量。另外,由于项目启动所需的机顶盒数量并不多,所以价格不应成为选择这批机顶盒首先考虑的因素。
价格
随着项目的进行,机顶盒需求量的增加,价格将变得越来越敏感。我们也采取相应措施以获得最优的价格。
机顶盒价格几乎是数字电视运营成功与失败的首要原因。 不论是进口还是国产,机顶盒的价格取决于硬件设置及先进设计。硬件设置受限于中间件的要求,硬件设置越低,价格越低;而先进设计取决于从设计到生产的时间,时间越长,设计越落后,所以价格越高。
例如,从对硬件设置要求而言,OpenTV支持四个档次的方案: (1)基本交互,(2)HTML或网页浏览,(3)机顶盒硬盘,(4)MHP JAVA。四个档次在服务上反向兼容, 其中OpenTV的基本交互平台是所有交互电视中间件平台中对硬件要求较低的平台。
更多的提供商
引入更多的机顶盒提供商,以增强竞争。当然,如果提供商太多,反而得不到很好的批量价格,而且不利于我们对机顶盒的管理。因此,最终的机顶盒提供商的数目不应超过3家。
厂家的技术实力
机顶盒提供商雄厚的技术实力将决定能否保证项目的启动时间,能否在运营中和系统升级时提供有力的技术支持。特别是考虑到机顶盒的发展方向( PVR,HDD,MHP等),厂商必须有足够的技术储备,不断地跟踪国际的技术动向,有力地配合我们进行技术升级。
问题五: 为什么必须采用数字电视软件平台——中间件?
数字电视软件平台——中间件(Middleware)尚无统一的定义和标准。美国“大联盟”ATSC系统提出数字电视应用软件环境DASE标准; 欧洲DVB系统提出多媒体家用平台MHP标准。美国SUN公司正在积极推广其Java平台进入电视、机顶盒、有线电视领域,并提出基于Java 2 Micro Edition(消费电子、嵌入式系统)的Java TV API标准。中国HDTV功能样机系统的研制成功,使我国成为继美国、欧洲等国之后世界上第四个拥有自制数字高清晰度电视地面广播传输完整系统的国家; 实现了数字电视系统关键技术上的重大突破。但是,目前软件平台还是采用国外产品,开发具有中国特色的、通用的接收机软件平台是中国数字电视开发的战略重点!
我国数字电视业务的开展与国外相比,历史还很短,我国的有线电视网络运营商应该吸取国外的经验和教训,选择世界上真正先进的技术。作为数字交互业务的基础平台,中间件的选择至关重要。
中间件指居于数字电视机顶盒内部实时操作系统与应用程序中间的软件部分,它以应用程序接口API的形式存在,整个API集合被存储在机顶盒的闪存Flash中。
节目服务商将各种服务项目以应用程序的形式通过传输信道(例如宽带多媒体数据网,有线电视网络)发布(例如电子节目指南EPG),用户打开电视机通过机顶盒浏览。用户的需求信息(例如视频点播VOD)通过上传信道(例如电话线Modem,或有线电视电缆)传输到视频服务器,并根据请求选择相应的服务项目以应用程序的形式通过传输信道下载到用户终端机顶盒的闪存Flash中。应用程序调用机顶盒Flash内的中间件所包含的API,执行应用程序,完成用户请求的功能。
中间件的目的是使机顶盒基本的和通用的功能以应用程序接口API的形式提供给机顶盒生产厂
家,以实现数字电视交互式功能的标准化,同时使服务项目(以应用程序的形式通过传输信道)下载到用户终端机顶盒的数据量减小到最低限度。中间件产品一般由非节目提供商和机顶盒厂家的第三方提供,对于使节目提供商制作节目和厂家生产机顶盒的进一步简化和标准化都是非常有利的。这正是知识经济时代市场更加细分的具体表现。
问题六: 数字电视接收机中间件的发展状况如何?
随着数字电视市场的不断发展,节目开发商正在寻求一种多功能、经济而且可靠的软件平台,建立新一代的交互电视服务,使数字电视交互应用也能像Java语言,可在各式各样不同种机器、不同种操作平台的网络环境中开发应用节目软件——“一次编译,到处运行”。如: 电子节目导视,视频点播及高质量的广播服务。
以SUN微系统公司Java TV API规范为基础,欧洲DVB组织首先提出家用多媒体数据平台MHP规范。MHP 成为世界上第一个数字电视接收机软件平台——中间件规范。
美国ATSC的T3/S17专家组正在进行向消费者递送数据广播与交互业务的DTV接收机内软件环境的标准化,称为DTV应用软件环境(DASE)。在ISBT’99会议上,飞利浦公司着重介绍了DASE的要点及实现的DASE测试样版。
高级电视增强论坛(ATVEF,1988年成立)已有约60家公司参加,以实施ATVEF的内容规范。创立ATVEF的公司中有一半以上与电视节目直接有关,包括NBC、PBS、华纳兄弟公司等,主要的传输公司包括有线电视研究所(CableLabs)、DirecTV与TCI,以及计算机厂商英特尔、微软与消费电子厂商索尼等。ATVEF的目标是在实现交互电视时有共同的规范,并能支持所有的电视环境(模拟或数字、有线、卫星或地面广播),这一规范要尽量利用现有的内容格式,主要是因特网与万维网。
2002年1月3日,美国CableLabs宣布完成有线数字电视的中间件标准: OCAP1.0(OpenCable Application Platform)。OCAP1.0很大程度上基于MHP标准,这为全球性交换应用和内容交互操作性的实现提供了基础。OCAP的特点是基于Java技术的驱动引擎(Execution Engine,EE)。OCAP是一个应用界面标准,包括所有应用程序接口API、内容和数据格式、应用层面的各种协议等,在其上开发的应用,可以在符合OpenCable的主机上运行。
目前,世界上流行的数字电视软件平台主要有: OpenTV;Liberate;Microsoft TV;CANAL+ MediaHighway;NDS和DAVID。
问题七: 电视网络在设计数字交互业务时应注意的问题?
2001年5月24日,国家广播电影电视总局发布了《有线数字电视广播信道编码与调制规范》GY/T170-2001 equ ITU-TJ.83。今年,中国的有线数字电视广播开始启动。
由于对国外中间件应用状况的不了解,我国的网络运营商在需用中间件的时候,往往缺乏有效数据来评价中间件的作用并做出选择。以下是笔者个人针对有线数字电视网络DVB-C系统集成的一些看法。
对于数字付费电视项目,中国网络营运商的基本需求应该是:
●CA: 符合DVB标准、能够支持同密和多用户管理系统、支持机—卡配对、支持多运营商、支持多种寻址方式;
●中间件: 能够下载升级、支持中文、有足够机顶盒支持、有足够的系统支持;
●应用软件: 应用程序价格低、能够下载升级。
可以从三个方面来剖析和对比中间件主流产品OpenTV和Canal+: 先进性、可行性、开放性。
4、构建数字有线机顶盒软件应用通用平台
1 前言
中国数字电视产业进程的加快,无疑会催生无数巨大的商机。数字有线机顶盒作为数字电视产业链中重要的一环,其研发和应用也成了我们关注的焦点。
通过分析中国的数字有线机顶盒市场状况和数字有线机顶盒的组成结构,我们发现在一个机顶盒产品的开发过程当中,软件的工作量占用了绝大部分的时间和成本。原因如下:
(1)中国的市场环境复杂,市场细分成为很多个区域,每个区域的运营商都有自己的特殊要求:比如需求的产品等级不同,采用的CA不同,提供的增值服务不同等。
(2)提供数字有线机顶盒核心芯片的芯片厂商多:比如ST,LSI,富士通,PHILIPS等。
(3)芯片的系列多:比如ST目前提供的就有标清机顶盒芯片系列STi5518,STi5516以及高清机顶盒芯片系列ST7020等。
(4)CA提供商多:比如Irdeto,中视联,NDS,Nagravision,清华同方等。
(5)中间件提供商多:比如OpenTV,Media Highway,Alticast,中视联等。
在以上这些情况当中,绝大部分的工作量都集中在软件的修改之上。
虽然每个机顶盒芯片厂商都会提供一套完整的API和demo软件给机顶盒开发厂商,但是这些软件各不相同,导致机顶盒开发厂商在开发不同芯片的机顶盒软件时不得不分成多个项目组,而且各个项目组的软件应用开发成果大部分都不能互相继承,造成很大的人力和时间的浪费。那么,有没有办法能够缩短软件开发时间呢?
我们可以参考一下PC机的软件开发。PC机的主机和外部设备比机顶盒的硬件多得多也复杂得多,但PC机上面的应用软件却具有广泛的通用性以及设备无关性。这得益于PC机基础软件(如操作系统)良好的分层和架构设计。进而言之,只要我们能构建一个具有良好分层和架构设计的机顶盒基础软件平台,那么在这个基础软件之上的应用开发就能够实现硬件无关性,从而具有广泛的适用性,同时也能够大大减少软件开发和维护的工作量。
2 数字有线机顶盒的硬件结构
无论是哪家芯片厂商提供的机顶盒方案,硬件总体上具有大致相同的架构,如图1所示。
5、DVB标准数字视频广播技术
DVB标准有线传输技术即“数字视频广播有线传输技术”或“数字电视广播有线传输技术”,简称“DVB-C传输技术”。数字视频广播或数字电视广播的概念是在20世纪80年代由欧洲率先提出的。之后,欧美国家的企业和研发机构用了近8年的时间,完成了数字视频广播技术的研发以及标准的制订,并先后于1998年11月和1999年春分别开播了数字电视。
由于我国目前没有发展卫星电视广播的个体接收,人们收看电视主要是通过地面无线广播和有线电视广播两种方式。在用户群方面,接收地面电视广播的用户,大部分分布在农村,这部分电视观众已购置的模拟电视机,要全部增加数字视频广播终端设备变为数字电视接收机还有一个过程,而庞大的有线电视用户大部分为城市人口,对数字视频广播的需求较强。在节目源方面,有线数字视频广播除少量自办节目外,大多数为中央电视台和各省(市)电视台的卫星数字电视信号,这是一种采用MPEG-2压缩编码技术的标准清晰度的数字电视信号,如果有线电视台将前端设备稍加改造,便可将这种数字电视信号直接传送给用户。在市场方面,国际有线数字视频广播标准基本统—一在DVB-C标准之下,发展有线数字视频广播系统的不确定性要小很多,市场风险也小。在技术方面,有线数字视频广播系统对网络的抗干扰能力、频谱利用率等的要求较低,技术难度和设备的复杂性也相对较低。在系统投资方面,在已经建成的有线电视网上播出数字节目增加的系统设备投资要少于同样的地面广播。因此,我国电视广播的数字化将从有线数字电视广播开始。2001年国家广电总局已颁布行业标准《有线数字电视广播信道编码和调制规范》,该标准等同于DVB-C标准。
DVB标准数字视频5-播技术
DVB标准提供了一套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范。DVB选定ISO/IEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式,对信源编码进行了统一,随后对MPEG-2码流进行打包形成传输流(TS),进行多个传输流复用,最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。
1.DVB标准的核心
DVB标准的核心主要包括以下几方面:
●系统采用MPEG压缩的音频、视频及数据格式作为数据源。
●系统采用公共MPEG-2传输流(TS)复用方式。
●系统采用公共的用于描述广播节目的系统业务信息(S1)。
●系统的第一级信道编码采用R-S前向纠错编码保护。
●调制与其它附属的信道编码方式,由不同的传输媒介来确定。
●使用通用的加扰方式以及有条件接收界面。
2.DVB音频特点
DVB系统的音频编码使用MPEG-1 LayerⅡ(第二层)音频编码,也称做MUSICAM。音频的MPEG-1LayerⅡ编码压缩系统利用了声音的低声音频谱掩蔽效应,这一人体生理学效应允许我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率编码,这一技术的采用可以大大地降低音频编码速率。MPEG-1LayerⅡ音频编码可用于单音、立体声、环绕声和多路多语言声音的编码。
3. DVB视频特点
对于视频,国际上采用标准的MPEG-2压缩编码,MPEG-2视频编码系统由一个大家族构成,每一个系统之间都有兼容性和共同性,根据图像清晰度的不同,它分成四种信源格式或称“级”(LEVEL),从录像带(VCR)的低图像清晰度,到高清晰度电视。除了根据图像 清晰度定义的“级”以外,DVB视频标准还定义了“类”(PROFILE)的概念,每一个不同的“类”能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。
1.1 “类”(Profile)
目前在MPEG-2系统中存在5个“类”。在“类”中存在两种图像取样方式,即:4:2:2和4:2:0格式。
“类”的最初级叫做简单类(SimpleProfile)、随后是主类(MainProfile)、信噪比可分级
类(SnrscalableProfile)、及空间频谱可分级类(SpaciallScalableProfile),最后为高级“类”(HighProfile)。
2.2 “级”(Level)
根据图像节目源清晰度由低到高的不同,DVBMPEG-2标准分成4个“级”:最初为低级(LowLevel),随后是主级(MainLevel)、1440高级(HiZh-1440Level)和高级(HighLevel),高级采用了更高的每行1920的取样方法。
目前在世界上最常用的MPEG-2标准是MP@ML,即;MAINPROFILE@MAINLEVEL(主类/主级),它是第一代数字有线电视和数字卫星电视的基础,节目提供者可以提供625线质量的节目,图像的长宽比可以是4:3或16:9,至于码流率,它是由节目提供者根据节目质量宋选定的,图像质量越高,所需码流率越高,反之则越低。
4. MPEG-2码流复用及业务信息
音视频及数字信号首先经过MPEG-2编码器进行数据压缩,通过节目复用器形成基本码流(ES),基本码流经过打包后形成有包头的基本码流(PES)。代表不同音频、视频信号的PES码流被送入传输复用器进行系统复用,复用后的码流叫做传输流(TS),传输流中包括多个节目源的不同信号。为了区分这些信号,在系统复用器上需要加入业务信息(S1),使接收端可以识别不同的节目。
每个传输码流数据包的长度定义为188个字节长。每个传输流数据包的前4个字节为包头(Header),包头后面就是需要传送的有用信息,包括音频、视频或数据信息,通常是184个字节长度,有时在有用信息(UsefullData)中插入一段适配区域(Adaptation Field),用于补充长度不完整的传输流,放置解码时钟(PCR)。传输流的包头是识别传输流的关键,大小为32位。
在包头的32位数据中,长度为13位的PID码特别重要,它是辨别码流信息性质的关键,是节目信息的“身份证”,不同的电视节目和业务信息(S1)对应有不同的PID码。对于一台解码接收机而言,为了找到它所要接收的电视节目,它首先会通过PID码找到业务信息(S1)所对应的不同表格(Table),然后通过这些业务信息表格查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR,将节目进行还原。
除PSI(ProgramSpecificlnformation)节目说明信息外,业务信息(S1)主要包含:
●节目业务群关联表BAT(Bouquet Association Table)
●网络信息表NIT(Networklnformatio Table)
●节目业务描述表SDT(Service Description Table)
●节目段信息表EIT(Event lnformation Table)
●运行状态表RST(Running Status Table)
●时间及日期表TDT(Time and Date Table)
●时间偏移表TOT(Time Offset Table)
●填充表ST(Stuffing Table)
●节目关联表PAT(Program Allocation Table)
●有条件接收表CAT(Conditional Access Table)
●节目映射表PMT(Program Map Table)
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