DVB系統(tǒng)中多路TS流的軟件復(fù)用關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

本文分析了多路數(shù)字電視節(jié)目系統(tǒng)級復(fù)用原理,并對數(shù)字電視節(jié)目專用信息PSI的提取和重構(gòu)及系統(tǒng)層節(jié)目時間參考PCR值的修正等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出了進(jìn)行軟件復(fù)用的具體方法，最后在Windows平臺上，應(yīng)用VC++開發(fā)環(huán)境設(shè)計實現(xiàn)了TS流分析與復(fù)用軟件系統(tǒng)TSAM，測試結(jié)果表明軟件復(fù)用速率達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一路傳輸碼流的處理速度，該軟件復(fù)用方案是有效可行性的。用軟件實現(xiàn)傳輸流的復(fù)用，可以節(jié)約硬件成本，降低系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用；且算法全部軟件實現(xiàn)，可移植性高，具有良好的擴(kuò)展性，可以方便靈活的加入數(shù)字電視節(jié)目指南等輔助信息。

1．引言 TPF FPT

數(shù)字圖像通信的最廣泛也是最常見的應(yīng)用就是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)[1]，與此對應(yīng)的 DVB 標(biāo)準(zhǔn)的建立更是加速了數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。DVB 標(biāo)準(zhǔn)選定 ISO JIEC MPEG-2 標(biāo)準(zhǔn)作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，信源編碼進(jìn)行了統(tǒng)一，隨后對 MPEG-2 碼流進(jìn)行打包形成 TS流(transport stream)，進(jìn)行多個傳輸流復(fù)用，最后通過衛(wèi)星、有線電視等不同媒介傳輸方式進(jìn)行傳輸。

對多個傳輸流進(jìn)行復(fù)用的意義在于復(fù)用后的傳輸流只占用一個物理的傳輸信道， 傳輸流中的每個節(jié)目所占用的是傳輸流提供的虛擬信道。在解碼器端，只需要一套固定的接收設(shè)備，對不同節(jié)目的選擇只是在傳輸流中選擇不同的原始碼流，這大大簡化了接收機(jī)的實現(xiàn)，節(jié)省了成本，提高了靈活性，而且根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)定義，解碼器的系統(tǒng)時鐘與調(diào)制解調(diào)器的時鐘是完全獨(dú)立的。這使得在實現(xiàn)這兩個子系統(tǒng)彼此功能時是完全分開的，因此接口變得很簡單。

在數(shù)字電視節(jié)目制作及發(fā)送時，對多路節(jié)目的復(fù)用，由于一般的計算機(jī)很難處理幾十兆到幾百兆碼率的碼流，所以，目前大部分的復(fù)用器都是用硬件實現(xiàn)的，但其價格昂貴[2,3]。然而，隨著計算機(jī)速度越來越快，在多 CPU的服務(wù)器上，完全能夠?qū)崿F(xiàn)多路節(jié)目的實時軟件復(fù)用。 與硬件復(fù)用相比，軟件復(fù)用具有靈活性高，開發(fā)成本低的優(yōu)點。在軟件復(fù)用實現(xiàn)方案中，服務(wù)器從衛(wèi)星電視或其它片源中實時采集 TS流，經(jīng)過分析和過濾將所選擇的基本流復(fù)用成一路 TS 流，然后通過普通的 TS 流播出卡發(fā)送出去。論文分析多路 TS 流復(fù)用原理，針對 TS 流中的信息提取和節(jié)目專用信息 PSI (program specific information)合成，及軟件復(fù)用中的節(jié)目時鐘參考 PCR ( program clock reference)的修正等問題進(jìn)行研究，提出了進(jìn)行軟件復(fù)用的 具體方法，最后在 Windows 平臺上設(shè)計并實現(xiàn)多路 TS流的軟件復(fù)用。

2．TS流的系統(tǒng)級復(fù)用

數(shù)字電視節(jié)目的復(fù)用包括兩個階段， 對音/視頻 PES包的節(jié)目復(fù)用和對 TS流的系統(tǒng)復(fù)用[4]。本文研究第二個階段即 TS系統(tǒng)級復(fù)用，將多個單路的 TS流合成一個多節(jié)目 TS流。數(shù)字電視系統(tǒng)級復(fù)用是數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一， 其中數(shù)字電視節(jié)目專用信息 PSI 的提取和重構(gòu)及系統(tǒng)層節(jié)目時間參考 PCR 值的修正，是復(fù)用器的兩項關(guān)鍵技術(shù)。

基于 MPEG-2 的 TS 流多路數(shù)字電視節(jié)目 TS 流系統(tǒng)級復(fù)用原理如圖 1 所示。當(dāng)多路 TS 流復(fù)用成一路 TS流時，首先將對各路 TS流的 PSI 進(jìn)行搜集并分析其碼流，得到各路 TS碼流中相應(yīng)的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信息的碼率、對各路節(jié)目的包標(biāo)識 PID, 數(shù)字電視節(jié)目專用信息PSI，節(jié)目時間參考 PCR 等信息進(jìn)行處理，丟棄各路原有的 PSI 信息。當(dāng)出現(xiàn)兩路 TS 流中的 PID發(fā)生沖突時， 需要修改一路或者多路 TS流中某一數(shù)據(jù)流的 PID(即復(fù)用器需要對修改了 PID的視頻/音頻包或其他數(shù)據(jù)包進(jìn)行 PID更新)?？梢钥吹?，無論是否出現(xiàn) PID沖突，復(fù)用器都需要重構(gòu) PSI 信息，其濾波的處理過程如圖 2 所示。對不同節(jié)目的 PID 值進(jìn)行修改后，與本地產(chǎn)生的這類數(shù)據(jù)重新整合為復(fù)用后新的 PSI 等系統(tǒng)級控制信息，同時插入符合 DVB-SI 規(guī)范的業(yè)務(wù)信息， 并在攜帶有調(diào)整字段的 TS包中， 判斷帶有 PCR標(biāo)志位字段的值， 如果該值為“1”，那么在該 TS 流離開復(fù)用器的時刻，需要對 TS 包中的 PCR 值做相應(yīng)的修正或重新插入新的節(jié)目時鐘參考，具體方法將在后面詳細(xì)介紹。

3．TS流節(jié)目專用信息的提取與重構(gòu)

數(shù)字電視節(jié)目專用信息 PSI 描述 TS流的組成結(jié)構(gòu)，在 MPEG-2 系統(tǒng)層中極為重要，一個有多路節(jié)目和私有數(shù)據(jù)的 TS 流，需要 PSI 信息將每一路節(jié)目的音視頻對應(yīng)起來[5]。PSI 信息將 TS 流中的內(nèi)容描述成一個樹狀的結(jié)構(gòu)，如圖 3 所示。在 TS 流中可以復(fù)用多個節(jié)目，每個節(jié)目又可以包含多個基本碼流(通常是單個視頻流、多個音頻流)。DVB 系統(tǒng)沿用 MPEG-2 的節(jié)目專用信息 PSI 來確定傳輸?shù)墓?jié)目和包標(biāo)識 PID 的關(guān)系以及節(jié)目的組成結(jié)構(gòu)等情況。 PSI 主要包括以下四個表:節(jié)目關(guān)聯(lián)表(PAT: Program Association Table)、條件訪問表(CAT: Conditional Access Table)、節(jié)目映射表(PMT: Program Map Table)、網(wǎng)絡(luò)信息表 NIT: Network Information Table)，本文需要涉及到節(jié)目關(guān)聯(lián)表 PAT 和節(jié)目映射表 PMT。

由于 TS 流復(fù)用后的相關(guān)聯(lián)內(nèi)容發(fā)生了變化，因此要對 PSI 信息進(jìn)行處理。PSI 信息的處理 包括 PAT 和 PMT 表的替換，PID 的重映射，還有就是連續(xù)計數(shù)器的修改，雖然這不算 PSI 信息， 但是這部分工作與 PSI 信息修改關(guān)系很密切， 同時在實際的實現(xiàn)過程中可以同時完成。

復(fù)用后的流中有多路節(jié)目，原來每一路節(jié)目中的 PAT 和 PMT 都只有自身的內(nèi)容，為此需要 將 PAT 和 PMT 替換。首先根據(jù)輸入流的數(shù)目和預(yù)占的頻道號，在一開始動態(tài)生成 PAT 表，PMT 表則在最初計算好，生成靜態(tài)的 PMT 對應(yīng)替換即可,同時根據(jù)每個 PMT_PID找到實現(xiàn) 計算好的 PMT 表，將其中的視音頻 PID 找到，作為將要替換的視音頻 PID。之所以在一開 始生成或者直接使用靜態(tài)表是因為 PAT 和 PMT有 32 位 CRC，無法完成實時計算。