數(shù)字電視前端技術(shù)研究

李　良

摘要:文章首先概述了目標(biāo)提取的諸多算法,然后重點(diǎn)分析了基于ASI矩陣數(shù)字電視前端的信號(hào)調(diào)度和IP/MPEG路由交換技術(shù),指出了IP/MPEG路由交換的是數(shù)字電視發(fā)展的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:數(shù)字電視;MPEG;TCP協(xié)議;UDP協(xié)議

中圖分類號(hào):TN941.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)24-0143-01

數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的模擬電視被取代已是必然的趨勢(shì)。數(shù)字電視前端技術(shù)更是研究熱點(diǎn)之一,它的作用就在于在數(shù)字電視信源和分配網(wǎng)絡(luò)之間架起貫通的橋梁。本文主要研究的就是數(shù)字電視前端系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

一、數(shù)字電視發(fā)展概述

數(shù)字電視,是從電視節(jié)目錄制、播出到發(fā)射、接收全部采用數(shù)字編碼與數(shù)字傳輸技術(shù)的新一代電視。它具有許多優(yōu)點(diǎn)[1],如可實(shí)現(xiàn)雙向交互業(yè)務(wù)、抗干擾能力強(qiáng)、頻率資源利用率高等,它可提供優(yōu)質(zhì)的電視圖像和更多的視頻服務(wù)。在數(shù)字電視系統(tǒng)中,無論在信源部分還是在數(shù)字電視業(yè)務(wù)中心,所有可用的節(jié)目都被復(fù)用并通過分布式網(wǎng)絡(luò)傳輸。基于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的傳送流(TS流)結(jié)構(gòu)中可以包含多路視頻、音頻信號(hào)和獨(dú)立的數(shù)據(jù),其中的包識(shí)別標(biāo)識(shí)(PID)可以唯一地識(shí)別所有的節(jié)目。為了只讓有權(quán)限的用戶訪問,采用條件訪問(CA)機(jī)制把需付費(fèi)收看的內(nèi)容進(jìn)行加密。有關(guān)頻道分配的系統(tǒng)信息(SI)被加入到數(shù)據(jù)流中,這樣用戶可以在家中調(diào)諧并通過電子節(jié)目指南(EPG)選擇節(jié)目。傳輸網(wǎng)絡(luò)將最終的節(jié)目流傳給用戶,按信號(hào)傳輸方式分為三類:地面無線傳輸、衛(wèi)星傳輸、有線傳輸。

二、早期數(shù)字電視平臺(tái)解決方案

早期數(shù)字電視平臺(tái)采用ASI切換矩陣統(tǒng)一調(diào)度,能實(shí)現(xiàn)基于TS流的切換,這帶來信號(hào)調(diào)整組合的不便。當(dāng)節(jié)目增加到200套以上時(shí),采用ASI矩陣調(diào)度幾乎不可能[2]。傳統(tǒng)前端采用大量的獨(dú)立設(shè)備構(gòu)成,需要大量的電纜連接,通過ASI接口,傳送TS流。傳統(tǒng)數(shù)字電視前端主要由節(jié)目源接收、處理和輸出三部分組成。

三、采用MPEG/IP路由調(diào)度節(jié)目

數(shù)字電視平臺(tái)核心系統(tǒng)要求能把任一個(gè)輸入端口的任一個(gè)節(jié)目調(diào)度至任一輸出端口重新組合,以實(shí)現(xiàn)基于節(jié)目PID號(hào)的調(diào)度。

(一)基于IP的MPEG平臺(tái)構(gòu)架

在MPEG-2協(xié)議的傳輸層上,系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)獨(dú)立節(jié)目的識(shí)別是以PID號(hào)來實(shí)現(xiàn)的,也就是說核心系統(tǒng)應(yīng)一該是一個(gè)基于內(nèi)容的路由調(diào)度平臺(tái)。

新型前端采用MPEG over IP路由交換技術(shù),省去了龐大的ASI切換矩陣,大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所涉及的可以是傳輸流層,也可以是節(jié)目層,甚至是某個(gè)獨(dú)立的PID;此外,其路由交換不僅僅針對(duì)ASI傳輸流(MPEG),也可以是來自快速以太網(wǎng)(FE)和/或千兆以太網(wǎng)(GbE)的IP信號(hào)。

新型前端的特點(diǎn)是作為一個(gè)基于內(nèi)容的媒體交換機(jī)或媒體路由器,它要實(shí)現(xiàn)從任意一個(gè)輸入口的MPTS中,把任意一個(gè)節(jié)目通過內(nèi)部交換功能插入到任意一個(gè)輸出口的MPTS中去,內(nèi)部采用TS流的處理機(jī)制無法完成這一功能,采用包交換技術(shù)可以很方便的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)備的端口到內(nèi)核之間首先轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的IP包,通過TS流中的PAT表可以解析出各個(gè)節(jié)目的PID,每個(gè)節(jié)目單獨(dú)打包,每個(gè)(或幾個(gè))PID映射到一個(gè)端口號(hào),從而實(shí)現(xiàn)節(jié)目層的交換調(diào)度。其內(nèi)核實(shí)際上是一個(gè)四層交換機(jī),它的QoS保證是依賴于高速的CPU處理能力、大容量的I/O能力和固定路由。

(二)傳輸協(xié)議的選擇

TCP/IP協(xié)議是異地網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)互連和通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),但是,單純的TCP/IP協(xié)議很難適應(yīng)視音頻通信,特別是連續(xù)的視頻流傳輸?shù)囊蟆P協(xié)議負(fù)責(zé)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸,不進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。因此,經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或失序現(xiàn)象。當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)包丟失或錯(cuò)誤時(shí),就會(huì)要求發(fā)送端重新發(fā)送,這樣一來就不可避免地引起了傳輸延時(shí)和耗用網(wǎng)絡(luò)的帶寬。因此傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議傳輸實(shí)時(shí)視音頻數(shù)據(jù)流的能力較差。

而UDP協(xié)議和RTP協(xié)議適合與流媒體的傳輸。UDP是一個(gè)無鏈接的傳輸層協(xié)議,它不提供傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量保證,但由于其傳輸?shù)母咝Ш偷蜁r(shí)延,常用于實(shí)時(shí)的視音頻數(shù)據(jù)傳輸。TS流中的每個(gè)節(jié)目的PID映射到UDP頭部的端口號(hào)中,每7個(gè)188字節(jié)的TS包封裝成一個(gè)UDP包,UDP包再封裝成IP包進(jìn)行傳輸。UDP協(xié)議用在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)傳輸中,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)情況比較復(fù)雜,可能會(huì)有傳輸抖動(dòng)、丟包和亂序時(shí),UDP協(xié)議則無法處理。

RTP (Real-Time Transport Protocol)是一個(gè)提供端到端傳輸服務(wù)的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議,它是一個(gè)應(yīng)用層和傳輸層之間的協(xié)議,應(yīng)用程序要求傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)在RTP層封裝后再交給UDP封裝傳輸。RTP/RTCP+UDP+IP使得實(shí)時(shí)傳輸既可以有UDP傳輸?shù)母咝Ш偷蜁r(shí)延,又有較好的傳輸質(zhì)量保證。

四、結(jié)語(yǔ)

本文介紹的新型數(shù)字電視前端采用IP交換技術(shù),支持IP廣播、IP機(jī)頂盒等,取代了傳統(tǒng)ASI切換矩陣,大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),增強(qiáng)了系統(tǒng)靈活性和可靠性,同時(shí)提供了更多、更強(qiáng)的服務(wù)和功能,為數(shù)字電視多業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了良好的承載平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1]余兆明.數(shù)字電視和高清新度電視[M].人民郵電出版社.2006.

作者簡(jiǎn)介:李良(1973- ),男,陜西綏德人,陜西廣電網(wǎng)絡(luò)傳媒股份有限公司綏德支公司助理工程師,研究方向:有線電視傳輸工程和寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸工程。