DVB系統中多路TS流的軟件復用關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現

本文分析了多路數字電視節目系統級復用原理,并對數字電視節目專(zhuān)用信息PSI的提取和重構及系統層節目時(shí)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)行軟件復用的具體方法，最后在Windows平臺上，應用VC++開(kāi)發(fā)環(huán)境設計實(shí)現了TS流分析與復用軟件系統TSAM，測試結果表明軟件復用速率達到并遠遠超過(guò)了一路傳輸碼流的處理速度，該軟件復用方案是有效可行性的。用軟件實(shí)現傳輸流的復用，可以節約硬件成本，降低系統的開(kāi)發(fā)費用；且算法全部軟件實(shí)現，可移植性高，具有良好的擴展性，可以方便靈活的加入數字電視節目指南等輔助信息。

1．引言 TPF FPT

數字圖像通信的最廣泛也是最常見(jiàn)的應用就是數字電視廣播系統[1]，與此對應的 DVB 標準的建立更是加速了數字電視廣播系統的大規模應用。DVB 標準選定 ISO JIEC MPEG-2 標準作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，信源編碼進(jìn)行了統一，隨后對 MPEG-2 碼流進(jìn)行打包形成 TS流(transport stream)，進(jìn)行多個(gè)傳輸流復用，最后通過(guò)衛星、有線(xiàn)電視等不同媒介傳輸方式進(jìn)行傳輸。

對多個(gè)傳輸流進(jìn)行復用的意義在于復用后的傳輸流只占用一個(gè)物理的傳輸信道， 傳輸流中的每個(gè)節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備，對不同節目的選擇只是在傳輸流中選擇不同的原始碼流，這大大簡(jiǎn)化了接收機的實(shí)現，節省了成本，提高了靈活性，而且根據該標準定義，解碼器的系統時(shí)鐘與調制解調器的時(shí)鐘是完全獨立的。這使得在實(shí)現這兩個(gè)子系統彼此功能時(shí)是完全分開(kāi)的，因此接口變得很簡(jiǎn)單。

在數字電視節目制作及發(fā)送時(shí)，對多路節目的復用，由于一般的計算機很難處理幾十兆到幾百兆碼率的碼流，所以，目前大部分的復用器都是用硬件實(shí)現的，但其價(jià)格昂貴[2,3]。然而，隨著(zhù)計算機速度越來(lái)越快，在多 CPU的服務(wù)器上，完全能夠實(shí)現多路節目的實(shí)時(shí)軟件復用。 與硬件復用相比，軟件復用具有靈活性高，開(kāi)發(fā)成本低的優(yōu)點(diǎn)。在軟件復用實(shí)現方案中，服務(wù)器從衛星電視或其它片源中實(shí)時(shí)采集 TS流，經(jīng)過(guò)分析和過(guò)濾將所選擇的基本流復用成一路 TS 流，然后通過(guò)普通的 TS 流播出卡發(fā)送出去。論文分析多路 TS 流復用原理，針對 TS 流中的信息提取和節目專(zhuān)用信息 PSI (program specific information)合成，及軟件復用中的節目時(shí)鐘參考 PCR ( program clock reference)的修正等問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了進(jìn)行軟件復用的 具體方法，最后在 Windows 平臺上設計并實(shí)現多路 TS流的軟件復用。

2．TS流的系統級復用

數字電視節目的復用包括兩個(gè)階段， 對音/視頻 PES包的節目復用和對 TS流的系統復用[4]。本文研究第二個(gè)階段即 TS系統級復用，將多個(gè)單路的 TS流合成一個(gè)多節目 TS流。數字電視系統級復用是數字電視系統的關(guān)鍵技術(shù)之一， 其中數字電視節目專(zhuān)用信息 PSI 的提取和重構及系統層節目時(shí)間參考 PCR 值的修正，是復用器的兩項關(guān)鍵技術(shù)。

基于 MPEG-2 的 TS 流多路數字電視節目 TS 流系統級復用原理如圖 1 所示。當多路 TS 流復用成一路 TS流時(shí)，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碼流中相應的視頻、音頻、數據信息的碼率、對各路節目的包標識 PID, 數字電視節目專(zhuān)用信息PSI，節目時(shí)間參考 PCR 等信息進(jìn)行處理，丟棄各路原有的 PSI 信息。當出現兩路 TS 流中的 PID發(fā)生沖突時(shí)， 需要修改一路或者多路 TS流中某一數據流的 PID(即復用器需要對修改了 PID的視頻/音頻包或其他數據包進(jìn)行 PID更新)?？梢钥吹?，無(wú)論是否出現 PID沖突，復用器都需要重構 PSI 信息，其濾波的處理過(guò)程如圖 2 所示。對不同節目的 PID 值進(jìn)行修改后，與本地產(chǎn)生的這類(lèi)數據重新整合為復用后新的 PSI 等系統級控制信息，同時(shí)插入符合 DVB-SI 規范的業(yè)務(wù)信息， 并在攜帶有調整字段的 TS包中， 判斷帶有 PCR標志位字段的值， 如果該值為“1”，那么在該 TS 流離開(kāi)復用器的時(shí)刻，需要對 TS 包中的 PCR 值做相應的修正或重新插入新的節目時(shí)鐘參考，具體方法將在后面詳細介紹。

3．TS流節目專(zhuān)用信息的提取與重構

數字電視節目專(zhuān)用信息 PSI 描述 TS流的組成結構，在 MPEG-2 系統層中極為重要，一個(gè)有多路節目和私有數據的 TS 流，需要 PSI 信息將每一路節目的音視頻對應起來(lái)[5]。PSI 信息將 TS 流中的內容描述成一個(gè)樹(shù)狀的結構，如圖 3 所示。在 TS 流中可以復用多個(gè)節目，每個(gè)節目又可以包含多個(gè)基本碼流(通常是單個(gè)視頻流、多個(gè)音頻流)。DVB 系統沿用 MPEG-2 的節目專(zhuān)用信息 PSI 來(lái)確定傳輸的節目和包標識 PID 的關(guān)系以及節目的組成結構等情況。 PSI 主要包括以下四個(gè)表:節目關(guān)聯(lián)表(PAT: Program Association Table)、條件訪(fǎng)問(wèn)表(CAT: Conditional Access Table)、節目映射表(PMT: Program Map Table)、網(wǎng)絡(luò )信息表 NIT: Network Information Table)，本文需要涉及到節目關(guān)聯(lián)表 PAT 和節目映射表 PMT。

由于 TS 流復用后的相關(guān)聯(lián)內容發(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，還有就是連續計數器的修改，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(shí)在實(shí)際的實(shí)現過(guò)程中可以同時(shí)完成。

復用后的流中有多路節目，原來(lái)每一路節目中的 PAT 和 PMT 都只有自身的內容，為此需要 將 PAT 和 PMT 替換。首先根據輸入流的數目和預占的頻道號，在一開(kāi)始動(dòng)態(tài)生成 PAT 表，PMT 表則在最初計算好，生成靜態(tài)的 PMT 對應替換即可,同時(shí)根據每個(gè) PMT_PID找到實(shí)現 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(kāi) 始生成或者直接使用靜態(tài)表是因為 PAT 和 PMT有 32 位 CRC，無(wú)法完成實(shí)時(shí)計算。