復用器配置軟件設計與實現(xiàn)

黃 鍇，楊秀芝

（福州大學數(shù)字電視工程研究中心，福建 福州 350002）

責任編輯:孫 卓

0 引言

數(shù)字前端系統(tǒng)由編碼器、復用器、加擾器、調(diào)制器等諸多設備組成。為了能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)運行，這些設備需要人工進行大量的參數(shù)配置工作，由于設備硬件部分的限制，無法提供良好的交互配置接口，因此，如果能夠提供一套軟件對設備進行統(tǒng)一配置和管理具有重要的意義。本文主要研究對復用器進行統(tǒng)一配置和管理的配置軟件。

1 系統(tǒng)層信息

MPEG-2標準對傳輸系統(tǒng)層制定了規(guī)范，使用一系列的PSI表運載系統(tǒng)信息和私有數(shù)據(jù)，這些信息使解碼器能夠進行多節(jié)目解碼，即通過分析PSI數(shù)據(jù)就可以從TS流中找到所需要的節(jié)目信息[1]。這一系列的PSI表包括節(jié)目關聯(lián)表（PAT）、節(jié)目映射表（PMT）、條件訪問表（CAT）以及被定義為私有數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡信息表（NIT）。DVB在MPEG-2標準的基礎上添加了SI（Service Infor?mation），其作用是添加更多的業(yè)務和事件信息[2-3]。SI主要包括業(yè)務描述表（SDT）、組關聯(lián)表（BAT）和事件信息表（EIT）。

標準中還限定了單個PSI和SI表段的數(shù)據(jù)容量，若相關的節(jié)目描述信息數(shù)據(jù)較多，則在傳輸時需要進行分段處理，每個分段都含有表頭信息、相關節(jié)目數(shù)據(jù)和CRC字段3部分。表頭信息中的一個標識“分段號”就是用來識別PSI和SI表的各個分段，是查找完整PSI表的關鍵[4]。在實際傳輸時，PSI和SI數(shù)據(jù)也是負載在TS包中傳送，若數(shù)據(jù)超過TS包的容量，還需要進行分包處理，PSI表和SI表最終以分包的形式在傳輸流中傳輸。

2 配置軟件的設計

配置軟件主要完成下列任務:

1）由于復用器硬件部分的限制，無法提供良好的人工交互界面，因此提供自由的用戶交互界面是復用器配置軟件的首要任務。

2）復用器的主要工作是將多路輸入碼流合并為一路碼流進行輸出，各路輸入的PID是各自進行分配的，因此多路輸入中存在PID重復的情況，合并為單路輸出時需要解決PID重復問題。

3）各個輸入都有各自的PSI和SI數(shù)據(jù)，因此輸出時需要將輸出節(jié)目的相關信息打包為新的PSI和SI數(shù)據(jù)，并丟棄各路原始的PSI和SI數(shù)據(jù)。

由于配置軟件同時完成了PID重新分配以及重新生成PSI與SI數(shù)據(jù)等工作，硬件部分在調(diào)度輸出時只需修改相關TS包的PID號，以及在適當?shù)臅r機將PSI和SI數(shù)據(jù)輸出即可，這樣減輕了硬件部分的負擔以及開發(fā)難度。

2.1 通信機制

配置軟件和復用器硬件部分通過以太網(wǎng)接口進行通信，需要交換的數(shù)據(jù)只有PSI與SI數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)以及一些輔助數(shù)據(jù)。由于交換的數(shù)據(jù)量并不大，因此可以采用單步確認機制，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分割為許多大小固定的數(shù)據(jù)包，發(fā)送一塊數(shù)據(jù)并等待確認后再發(fā)送下一塊數(shù)據(jù)，這樣能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

2.2 PSI和SI數(shù)據(jù)分析

從用戶角度看，各種系統(tǒng)信息和參數(shù)信息本應該是按照各套節(jié)目進行區(qū)分的，而在實際碼流中，各種系統(tǒng)信息和參數(shù)信息是按必要性進行區(qū)分的。一套節(jié)目包含的信息有該套節(jié)目的節(jié)目號、PID號、節(jié)目名稱、節(jié)目提供商、節(jié)目類型、所在網(wǎng)絡、所處傳輸流、音視頻流個數(shù)、音視頻流的類型、音視頻流的PID號以及許多的描述信息，在這些信息中，節(jié)目號和節(jié)目PID號信息存放在PAT中，包含的音視頻及其類型和PID信息存放在PMT中，而節(jié)目名稱、節(jié)目提供商以及節(jié)目類型信息存放在SDT中（PAT，PMT屬于PSI，SDT屬于SI）。從必要性上看，PAT和PMT是必需的，而SDT不是必需的，就是說只要碼流中存在PAT和PMT，即使沒有SDT也可以將一套節(jié)目識別出來，只是少了各種描述該套節(jié)目的信息，但這并不會對區(qū)分該套節(jié)目造成影響。為滿足用戶的需求，將各種系統(tǒng)信息和參數(shù)信息按照節(jié)目進行重新分類是必需的，即需要對PSI和SI數(shù)據(jù)進行分析并從中獲取各套節(jié)目的數(shù)據(jù)。存儲節(jié)目數(shù)據(jù)時使用鏈表進行存儲，鏈表的每個節(jié)點是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含的內(nèi)容有節(jié)目號、PID號、PCR_PID號、節(jié)目名稱、節(jié)目提供商、業(yè)務標志、業(yè)務類型、音視頻列表和ECM描述列表，其中的音視頻列表和ECM描述子列表又是另外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同時要給各套節(jié)目和每套節(jié)目中的音視頻流分配邏輯值，以便在后續(xù)處理中進行區(qū)分。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)構(gòu)中的Program_value和Stream_value就是邏輯分配值，用于區(qū)分各套節(jié)目以及各個音視頻流，具體的分配值是輸入通道序號×100000+節(jié)目序號×100+音視頻流序號。例如，第1路輸入碼流中的第3套節(jié)目的分配值是100300；第3路輸入碼流中的第15套節(jié)目的第2個音視頻流的分配值是301502。按照這種分配方法，就可以給每套節(jié)目以及每道音視頻流分配唯一的標識值，便于進行查找及區(qū)分。最終的顯示效果如圖2所示。

分類工作完成后，就需要根據(jù)用戶的選擇進行節(jié)目篩選，將要傳輸?shù)墓?jié)目添加到列表中。用戶還可以根據(jù)需要修改節(jié)目的各種參數(shù)，如節(jié)目號、PID號、節(jié)目提供商等，以及添加刪除各種描述信息。

2.3 PID替換

由于復用器的功能是將多路輸入合并為一路輸出，這就產(chǎn)生了一個問題，就是用于區(qū)分各套節(jié)目的分配號有可能重復，即各套節(jié)目的節(jié)目號和PID號會重復。節(jié)目號是區(qū)分各套節(jié)目的根據(jù)，PID號是區(qū)分不同TS包的根據(jù)，因此必須對節(jié)目號和PID號進行重新分配。對節(jié)目號進行重新分配比較簡單，只要按順序?qū)λY選的節(jié)目進行節(jié)目號的累加即可，而PID號的重新分配比較麻煩，PID號包含的范圍比較廣泛，有節(jié)目PID號、音視頻PID號、PCR的PID號以及加擾系統(tǒng)相關的PID號等，因此需要考慮的因素比較多。PID號相同的情況大致有兩種:一種是不同的輸入碼流含有相同的PID號，這種相同的PID號必須重新分配為不同的PID號；另一種是單個輸入碼流中包含相同的PID號，典型的例子是PCR的PID號和視頻數(shù)據(jù)包的PID號相同，就是說PCR數(shù)據(jù)實際是存放在視頻數(shù)據(jù)TS包中的（當然也有可能PCR的PID號是獨立的），在這種情況下，輸出碼流中的相關PID號也必須保持相同。還有一種情況是在單個輸入碼流中的不同節(jié)目可能共享同一個或多個音視頻流，此時不同節(jié)目含有相同的音視頻PID號，這樣輸出的相關PID號也必須保持相同?？偟膩碚f，PID號是保持相同還是需要改為不同，這要根據(jù)相同PID號是存在與同一路碼流還是不同碼流來判斷。

總結(jié)以上分析，重新分配PID號可采用以下的方案為各路輸入碼流準備各自的新舊PID映射表，而所有碼流使用同一個PID分配種子。具體做法是:首先給PID分配種子賦予一個起始PID號，然后按順序?qū)斎氪a流的PID進行重新分配。假設輸入碼流從1～N，那么先對碼流1進行分配。分配時按順序?qū)Υa流1中所有的PID進行檢查和分配，首先將原始PID號與碼流1的PID映射表中的原始PID號進行比對，檢查是否已經(jīng)存儲此原始PID號，如果已經(jīng)存在，那么就使用PID映射表中所對應的新PID號進行分配。如果新舊PID映射表中不存在此原始PID號，那么就使用PID分配種子的PID號進行分配，同時將原始PID號和新分配的PID號作為映射表的一項填入碼流1的PID映射表中，并將PID分配種子的PID號加1，以便用于下次分配。當碼流1中的PID分配完成后，接著對碼流2進行分配，注意，此時的新PID分配種子是上次分配后的累加值。重復操作直到碼流N分配完成。經(jīng)過以上操作，就可以保證正確的PID號的重新分配。PID分配流程如圖3所示。

當用戶設置相關的參數(shù)信息時，同時也要檢查是否需要對其他相關信息進行更新。例如用戶對一個PID號進行手動設置，此時就需要檢查所設置的PID號是否已經(jīng)被使用，即是否會造成PID號重復，同時還要檢查是否存在與此PID號聯(lián)動的PID號（比如PCR的PID號和視頻數(shù)據(jù)包的PID號），如果有，還需要更新其聯(lián)動的PID號。

2.4 PSI重新打包

當所有系統(tǒng)信息和參數(shù)信息配置完成后，就需要將這些信息重新轉(zhuǎn)換為傳輸所需要的PSI和SI形式，PSI和SI有標準的格式，只要按照其標準重新封裝數(shù)據(jù)即可。PSI和SI封裝完成后還需要根據(jù)TS包的標準將PSI和SI封裝為TS包，然后將這些TS包通過網(wǎng)絡接口發(fā)送給硬件部分，同時還包括一些輔助數(shù)據(jù)，例如新舊PID替換數(shù)據(jù)，硬件部分需要根據(jù)這些信息更新TS包的PID號。由于軟件部分已經(jīng)將PSI和SI的TS包封裝完成，因此硬件部分只需要在適當?shù)臅r間按照調(diào)度策略將這些TS包輸出即可。

3 實際測試

首先將衛(wèi)星接收機接收的實際碼流接入復用器硬件部分（最多可同時接入16路碼流），接著通過復用器配置軟件獲取并分析碼流中的PSI和SI數(shù)據(jù)，然后根據(jù)用戶的選擇和配置進行PID分配以及PSI和SI數(shù)據(jù)的重新生成和打包，最后將重新生成的PSI和SI數(shù)據(jù)、PID替換數(shù)據(jù)以及相關的配置數(shù)據(jù)回傳給復用器硬件部分，硬件部分根據(jù)接收的回傳數(shù)據(jù)進行更新操作。配置完成后將復用器輸出通過調(diào)制器后接到碼流分析儀中，碼流分析儀的各項參數(shù)都顯示正常。同時還將輸出碼流接到測試用機頂盒中，并通過電視正常播放輸出碼流中的節(jié)目，通過以上步驟驗證了本設計的可行性和正確性。由于數(shù)字電視前端的各種設備在配置上存在許多相同或相似的部分，因此只要對設計進行稍加擴充和修改，就可以對加擾器以及調(diào)制器進行配置和管理，成為一套前端設備綜合管理系統(tǒng)。

[1]阮象華，龔建榮.MPEG-2系統(tǒng)中多路TS流復用器的實現(xiàn)[J].電視技術，2001，25（10）:54-59.

[2]ETSI ETS 300468，Specification for service information in DVB sys?tems[S].1997.

[3]方濤.數(shù)字電視業(yè)務信息及其編碼[M].北京:國防工業(yè)出版社，2003.

[4]ISO/IEC International Standard 13818-1，Generic coding of moving picture and associated audio:system[S].2000.