DVB-C標(biāo)準(zhǔn)下傳輸流解復(fù)用器的軟件系統(tǒng)設(shè)計

歐陽利，林巖，張烽

(北京航空航天大學(xué)，北京 100191)

DVB-C標(biāo)準(zhǔn)下傳輸流解復(fù)用器的軟件系統(tǒng)設(shè)計

歐陽利，林巖，張烽

(北京航空航天大學(xué)，北京 100191)

本文介紹了DVB-C標(biāo)準(zhǔn)下傳輸流的復(fù)用/解復(fù)用原理,提出了利用軟件對傳輸流解復(fù)用及服務(wù)信息解析的解決方案，并通過STM320DM8168芯片實現(xiàn)了靈活、高效的軟件解復(fù)用系統(tǒng)。整個解復(fù)用系統(tǒng)主要包括了PID過濾、PSI解析和SI解析三部分。

DVB-C；解復(fù)用；嵌入式軟件；STM320DM8168

引 言

MPEG-2作為數(shù)字音視頻壓縮的國際通用標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用[1]。而隨著全球數(shù)字電視的發(fā)展，數(shù)字電視業(yè)務(wù)變得復(fù)雜多樣，數(shù)據(jù)傳輸需要更完善的標(biāo)準(zhǔn)。DVB-C標(biāo)準(zhǔn)基于MPEG-2的數(shù)據(jù)壓縮和復(fù)用技術(shù)，在MPEG-2已有的4個PSI(Program Specific Information)表的基礎(chǔ)上進行擴充，增加了9個表用來提供電子節(jié)目指南服務(wù),發(fā)展為SI(Service Information)[2]。SI是對整個網(wǎng)絡(luò)所有傳輸流的描述，包括網(wǎng)絡(luò)信息、音視頻數(shù)據(jù)流、條件接收系統(tǒng)、業(yè)務(wù)信息以及節(jié)目信息和節(jié)目時間表等。實現(xiàn)對DVB-C傳輸流的高效解復(fù)用，提取出音視頻流和相關(guān)業(yè)務(wù)信息對于有線數(shù)字電視系統(tǒng)具有重要意義。本文提出了一種利用軟件實現(xiàn)對DVB-C傳輸流的解復(fù)用，并通過對SI的解析生成電子節(jié)目指南(EPG)的實現(xiàn)方案。

1 復(fù)用/解復(fù)用概述

MPEG-2系統(tǒng)層規(guī)范[3]描述了多路音視頻的ES流和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的復(fù)用機制。根據(jù)ISO/TFC 13818-1協(xié)議，原始音視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過音視頻編碼器壓縮編碼，得到基本流ES (Elementary Stream)，系統(tǒng)編碼器將ES流進行分組打包，并加入同步時鐘TPS及DTS，得到PES 流(Packed Elementary Stream)；同一個節(jié)目的多個PES流及節(jié)目信息經(jīng)過節(jié)目復(fù)用器，得到一路TS流。為了充分利用帶寬，再將多個節(jié)目的TS流進行第二層復(fù)用。將第一層復(fù)用得到的節(jié)目TS流以及系統(tǒng)相關(guān)信息通過傳輸復(fù)用器進行二次復(fù)用，同時加入節(jié)目參考時鐘PCR(Program Clock Reference)，得到最終的DVB-C TS流。雙層復(fù)用原理如圖1所示。

圖1 雙層復(fù)用原理

最終得到的TS流的包長度是相對固定的，每個包長為188字節(jié)或204字節(jié)，分為包頭和有效負載兩部分[4]。包頭的PID值為TS包的標(biāo)識，用來表示TS包的類型，如同一個表的所有TS包具有相同PID。解復(fù)用與復(fù)用相反，是從TS流中分離出各個節(jié)目的音視頻碼流，并解析出相應(yīng)的節(jié)目信息。

2 解復(fù)用軟件系統(tǒng)設(shè)計

整個解復(fù)用軟件系統(tǒng)分為三大部分：PID過濾、PSI解析和SI解析。依據(jù)DVB標(biāo)準(zhǔn)對各個表PID定義，PID過濾模塊對TS包進行分類處理，為后續(xù)TS包拼接及表的解析做準(zhǔn)備；PSI解析模塊完成各個節(jié)目的音視頻流信息的獲取，實現(xiàn)節(jié)目的正常播放；SI解析模塊則主要獲取節(jié)目基本信息和電視節(jié)目時間表等，為用戶生成電子節(jié)目指南。

2.1 PID過濾

對DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的TS流的解析，實際是對DVB-C標(biāo)準(zhǔn)中定義的各個表的正確解析，解析的前提是根據(jù)包標(biāo)識符PID將所有的TS包按表類型過濾，進而選用正確合理的解析方式。根據(jù)解析流程，首先進行PSI解析，其次在其基礎(chǔ)上進行SI信息的解析，PID過濾流程與之對應(yīng)。

在PID過濾前，首先應(yīng)對輸入的TS流進行TS包同步處理。TS包頭部以同步字0x47開始，在取得0x47字節(jié)時，以每個包長188字節(jié)或204字節(jié)計算，如若之后兩個包的包頭也是同步字0x47，則可認為同步成功。

DVB-C標(biāo)準(zhǔn)對表的PID分配如圖2所示。在PID過濾時，首先進行PSI數(shù)據(jù)流的過濾。根據(jù)TS包PID判斷此包是否屬于PSI的4個表，其次判斷是否為PMT表中的基本音視頻流，最后判斷是否為PCR或CA數(shù)據(jù)，若屬于上述數(shù)據(jù)流，送入PSI解析模塊。PID過濾過程如圖3所示。

圖2 PID分配表

圖3 PID過濾

如果不滿足PSI過濾條件，則進入SI過濾。SI表之間的聯(lián)系相對PSI四個表的聯(lián)系要弱很多，根據(jù)特定條件解析順序也不同，本文采用較為常見的順序。首先判斷是否為SDT或BAT，其次判斷是否為EIT或RST，最后判斷是否為TDT或TOT，符合條件的都進入EPG信息解析模塊進行相應(yīng)解析處理。

2.2 PSI解析

實現(xiàn)音視頻的播放是解復(fù)用最基本的目標(biāo)。解復(fù)用的目的是從傳輸流中恢復(fù)出各個節(jié)目的音頻、視頻流和其他系統(tǒng)服務(wù)信息，解析出各個節(jié)目。要實現(xiàn)節(jié)目的解析，主要需要用到PSI的PAT表、PMT表、CAT表和NIT表[5]。圖4描述了PSI四個表的關(guān)聯(lián)。PAT表是整個PSI信息的根節(jié)點，節(jié)目的解析從PAT表開始，由PAT表可以獲取到NIT表的PID和傳輸流中所有節(jié)目的PMT表的PID。如果希望獲取其中一個節(jié)目，則根據(jù)其PMT的PID獲得PMT表，從PMT中查詢與該節(jié)目相關(guān)的所有碼流PID，從而選擇性地接收相應(yīng)PID的TS包，通過解擾及解碼等處理，再進行顯示。

圖4 PSI表關(guān)聯(lián)圖

以圖4為例，DVB-C標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定PAT的PID=0x0，通過PID 0x0 找到PAT表，解析得到NIT的PID(0x10)和各個節(jié)目號及對應(yīng)的PMT表的PID，如節(jié)目8，其PMT的PID為0x51。獲取PID為0x10的TS包，解析該NIT得到網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息(如多個TS流分別對應(yīng)的頻率)并保存。如果希望收看節(jié)目8，則根據(jù)0x51找到對應(yīng)的PMT表,通過PMT表，可以查到該節(jié)目的音視頻和PCR及其他私有信息的PID，獲取相應(yīng)PID的傳輸包進行解碼并顯示,就得到我們平時觀看的電視節(jié)目。

對于加擾的節(jié)目，在解碼時需要利用CAT表，并在特定的智能卡配合下進行解擾。DVB-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定CAT的PID為0x1，CAT表描述了CA系統(tǒng)與對應(yīng)的授權(quán)管理信息EMM所在TS包的PID，提供了解擾系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。條件接收系統(tǒng)采用三重密鑰傳輸機制，解擾時首先從PMT及CAT表獲取包含ECM和EMM信息的TS包的PID，解析獲取相關(guān)TS包，將得到的EMM或ECM信息送給智能卡，智能卡解出解擾器需要的CW密鑰，解擾器拿到CW密鑰即可還原音視頻流。

圖5展現(xiàn)了PSI的解析以及后續(xù)處理的整體過程。通過以上步驟，基本完成了PSI信息的解析，獲取到最終的節(jié)目，實現(xiàn)正常的節(jié)目播放。

圖5 PSI解析流程

2.3 SI解析

PSI信息保證了節(jié)目的正常播放，而關(guān)于節(jié)目的其他詳細信息，即電子節(jié)目指南(EPG)的獲取，則需要通過DVB擴展的SI表的解析得到。EPG是數(shù)字電視的重要組成部分，它提供了節(jié)目的名稱、類型、播放列表、時間等。

SI的解析在PSI信息解析的基礎(chǔ)上進行，按照SDT—BAT—EIT—RST—TDT (TOT)進行(雖然在DVB標(biāo)準(zhǔn)中，NIT實際屬于SI信息范疇，但本文在PSI解析模塊對其進行了解析)。本文不考慮僅僅解析單個節(jié)目情況，而是對所有信息進行解析，且不考慮當(dāng)前流和其他流信息解析的先后。圖6描述了SI表解析的整體流程。從整體看，對經(jīng)過PID過濾后進入SI解析模塊的TS流的處理流程，主要包括table_id分析、基本信息分析、服務(wù)信息解析三大部分。

圖6 SI解析流程

一個PID可以對應(yīng)多個表，而解析以表為單位進行，故首先通過table_id區(qū)分每一個表及其作用。在服務(wù)信息解析前需要完成每個表的段拼接工作，而后進行表的解析。如圖7所示，對于每一個表，都需要為其在內(nèi)存開辟一個單獨的緩存區(qū)，用來其全部分段的接收，同時通過分段號來判斷一個表的所有分段是否全部接收完成。而版本號是表更新的關(guān)鍵，當(dāng)版本有更新時，需要重新接收此表。最后才能進行表的解析工作，提取服務(wù)信息。

圖7 表接收流程

SI表的解析，最終目的是獲取各個表所攜帶的服務(wù)信息，服務(wù)信息解析的關(guān)鍵是descriptor_tag。服務(wù)信息一般包括兩層循環(huán)，外循環(huán)是服務(wù)的基本信息，內(nèi)循環(huán)是服務(wù)的詳細描述。以EIT為例，在第一層循環(huán)可以解析得到事件id、開始及持續(xù)時間、運行狀態(tài)以及是否加擾，然而這個事件的名稱及描述則需要通過對第二層循環(huán)解析得到。對于第二層循環(huán)，通過descriptor_tag，可以獲知描述的是什么內(nèi)容，比如事件名字或語言代碼。descriptor_tag在DVB-C中的定義如圖8所示。

圖8 descriptor分配表(部分)

通過SI的解析，利用TOT和TDT表可以獲取到時間信息；利用SDT表可以獲取服務(wù)的詳細描述；利用EIT表可以得到頻道節(jié)目播放時間表；RST可以對EIT動態(tài)更新，適時對節(jié)目進行切換；而BAT則對服務(wù)進行了分類，便于進行節(jié)目選擇。通過以上信息，已基本可以構(gòu)造各種各樣的EPG。

整個軟件解復(fù)用系統(tǒng)，通過PID過濾、PSI解析和SI解析三大模塊，實現(xiàn)了對TS流的解復(fù)用。PSI解析完成了雙層解復(fù)用，保證了節(jié)目的正常播放，SI解析獲取了節(jié)目信息，并根據(jù)需要生成了電子節(jié)目指南。DVB-C標(biāo)準(zhǔn)中各個表的關(guān)系、作用以及最終得到的解析結(jié)果簡圖如圖9所示。

圖9 解析結(jié)果簡圖

結(jié) 語

[1] ISO/ IEC International Standard 13818, Information technology-generic coding of moving pictures and associated audio[S].Sweden: ISO/IEC Copyright Office,2004.

[2] ETSI.Digital Video Broadcasting(DVB),Specification for Service Information (SI) in DVB systems,2012.

[3] ISO/IEC 13818-1.Information technology-Generic coding of moving pictures and associated audio information:Systems,2012.

[4] 黃鯤鵬,劉丹,胡蓉.MPEG-2傳輸流解復(fù)用的軟件實現(xiàn)[J].軟件導(dǎo)刊,2008(10):150-152.

[5] 高鵬,陳詠恩.MPEG-2傳輸流解復(fù)用器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程與應(yīng)用,2006(9):96-98.

Software Design for De-multiplexer Based on DVB-C

Ouyang Li,Lin Yan,Zhang Feng

(Beihang University,Beijing 100191,China)

In the paper,the theory of transport stream multiplexer/de-multiplexer based on DVB-C system is introduced.A solution that depends on software is proposed to accomplish transport stream demultiplexing and service information analysis,which implements a flexible and efficient demultiplexing system with STM320MD8168.The whole demultiplexing system is divided into three parts:PID filtering,PSI analysis and SI analysis.

DVB-C;demultiplex;embedded software;STM320DM8168

TP302.1

A

?士然

2017-03-23)