數(shù)字電視自組織并播技術(shù)研究

薛炳青

（濱州職業(yè)學院，山東 濱州 256603）

0 引言

數(shù)字電視自組織并播技術(shù)是根據(jù)內(nèi)容有序整合廣播前端眾多電臺資源的技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)目的自組織整體推送，是構(gòu)建播存電視[1]系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。文中對數(shù)字電視自組織并播技術(shù)進行理論與縮比實驗研究，為實現(xiàn)“優(yōu)勢互補的雙網(wǎng)融合”和“語義化的網(wǎng)絡(luò)管理”的播存結(jié)構(gòu)應(yīng)用模型積累必要的理論依據(jù)與實驗數(shù)據(jù)。

1 數(shù)字電視內(nèi)容的UCL標引與映射方案

1.1 數(shù)字電視UCL標引

基于 UCL[2-3]的數(shù)字電視并播系統(tǒng)的實現(xiàn)首先依賴于UCL標引框架的建立，數(shù)字電視UCL標引框架設(shè)計的目標是建立一類符合廣播網(wǎng)環(huán)境、適合節(jié)目管理要求的元數(shù)據(jù)標準，便于終端接收軟件對數(shù)字視頻內(nèi)容的理解。

縮比實驗中節(jié)目源選擇央視16套節(jié)目的128個欄目作為節(jié)目源，各節(jié)目文件統(tǒng)一為MPEG-4格式標清錄制節(jié)目，程序中對節(jié)目內(nèi)容的語義標引相對簡單，其標引框架如表1所示。

1.2 數(shù)字電視UCL映射

數(shù)字電視的 UCL映射是將已經(jīng)完成標引的UCL信息進行某種變換，以方便某種傳輸和表示的需要。對于數(shù)字電視的UCL的映射可采用多映射的方式，以分別滿足不同用途和不同階段的需求。

（1）全部節(jié)目的UCL信息映射方案

縮比實驗中，對數(shù)字電視內(nèi)容的UCL信息的映射是采用將標引的全部節(jié)目的 UCL信息組織在一起，通過局域網(wǎng)UDP輪播方式傳輸?shù)浇K端，供終端軟件解析生成電子節(jié)目單。廣播網(wǎng)在總帶寬16 Mb/s（每路1 Mb/s）時，這個輪播的時間間隔應(yīng)不大于100 ms，以保證接收端能隨時收到UCL信息。實驗中，設(shè)置時間間隔為80 ms。

表1 數(shù)字電視UCL標引框架

（2）正在并播節(jié)目的UCL信息映射方案

UCL映射中除包含節(jié)目信息外，還需要包含正在并播節(jié)目的傳輸流占用的PID信息，相當于DVB PSI中節(jié)目關(guān)聯(lián)表的作用。實驗中，其TS包封裝的結(jié)構(gòu)體定義如下：

typedef struct TS_PACKET_PID

{

BYTE Sync_byte; //同步字節(jié)0x47

BYTE hiPid;

BYTE loPid; //加上高位PID,專用PID為0x42

BYTE tac; //連續(xù)計數(shù)器位,0x0-0xf

UCL_PID pid[46];

}TS_PACKET_PID;

typedef struct UCL_PID

{

BYTE bProgTV; //電臺代碼

BYTE bProgCode; //與電臺代碼組合成欄目代碼

BYTE hiPid; //此節(jié)目傳輸流占用的PID的高位PID

BYTE loPid; //此節(jié)目傳輸流占用的PID的低位PID

}UCL_PID;

由TS包封裝的結(jié)構(gòu)體可知，1個TS包可最多描述46個并播節(jié)目的PID信息，使用固定專用PID傳輸，程序中并播16路時，可只使用一個TS包，程序設(shè)定并播的16路節(jié)目傳輸使用固定的PID，為0x43-0x53。

2 數(shù)字電視自組織并播系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 實驗室網(wǎng)絡(luò)平臺的構(gòu)建

播存電視系統(tǒng)實驗平臺如圖1所示。前端并播服務(wù)器上的硬件配置有以太網(wǎng)卡和MPEG-2傳輸流發(fā)送卡（北京藍拓撲），服務(wù)器上的自組織并播軟件把 UCL信息和本地的數(shù)字電視節(jié)目內(nèi)容打包復用成MPEG-2傳輸流，經(jīng)發(fā)送卡發(fā)送到64QAM調(diào)制器（九州QAM），調(diào)制器把信號調(diào)制到一個特定的8MHz帶寬的模擬電視頻道上，在有線電視網(wǎng)上傳送。信號經(jīng)過頻率分配器進行衰減，終端的 PC機使用DVB-C接收卡（BDR-10C）接收數(shù)據(jù)[4]。終端的智能接收軟件解析TS流中的UCL信息及多媒體數(shù)據(jù)。

圖1 播存電視系統(tǒng)實驗平臺

并播系統(tǒng)同時通過局域網(wǎng)廣播全部節(jié)目的UCL信息，終端軟件接收形成節(jié)目單，并把用戶節(jié)目預(yù)定情況通過局域網(wǎng)反饋到前端。前端自組織并播軟件通過統(tǒng)計用戶的興趣度來確定不同節(jié)目的自組織發(fā)送順序。

2.2 數(shù)字電視自組織并播系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

軟件層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

UCL信息標引與廣播：實現(xiàn)對央視節(jié)目進行手動UCL標引，將UCL信息以UDP廣播方式發(fā)送到終端。

數(shù)據(jù)管道封裝與并播：根據(jù)節(jié)目熱度確定并播順序，對并播節(jié)目的UCL信息與節(jié)目數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)管道方式進行封裝，并復用成TS流。

數(shù)據(jù)解析：終端接收解析UDP數(shù)據(jù)包形成節(jié)目單，同時解析TS流中的UCL信息，并把預(yù)定的節(jié)目數(shù)據(jù)寫入本地文件。

用戶興趣度分析：統(tǒng)計互聯(lián)網(wǎng)信道反饋的用戶興趣度信息，建立節(jié)目的自組織傳輸機制。

根據(jù)系統(tǒng)的模塊化和層次化特征，程序分別采用了面向?qū)ο蟮乃枷牒投嗑€程思想。在Windows系統(tǒng)下，程序采用了面向?qū)ο蟮腃++語言，開發(fā)環(huán)境采用VC 6.0結(jié)合MFC類庫。

2.3 多路節(jié)目自組織并播的設(shè)計與實現(xiàn)

縮比實驗中節(jié)目文件存放在本地，軟件通過對不同節(jié)目源（電臺）分別開辟緩沖區(qū)來模擬來自不同源端的節(jié)目傳送流分組。系統(tǒng)中設(shè)定了 16個Cache分別用來緩存并播的 16路節(jié)目，通過 UCL數(shù)據(jù)庫中“用戶興趣度”字段的大小來確定各個節(jié)目的發(fā)送順序，即以各個欄目的熱度決定下一個并播的對象，各欄目平等地占用發(fā)送子信道。

并播線程將對應(yīng)的 Cache內(nèi)容調(diào)入發(fā)送緩沖區(qū)，系統(tǒng)對節(jié)目數(shù)據(jù)的組織和傳送采用時分復用方式，以固定的時間片來傳送不同節(jié)目文件長度固定的數(shù)據(jù)包。同時在并播過程中，插入并播節(jié)目的PID信息，即1.2節(jié)中介紹的封裝的TS包。并播機制示意圖如圖3所示。

由于每隔16個節(jié)目數(shù)據(jù)包發(fā)一次UCL信息，因此可計算得這種方式的節(jié)目數(shù)據(jù)發(fā)送效率為16/17＝94.1%，因此，這種方式是有效的，能滿足接收要求。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 并播傳輸可靠性分析

由于數(shù)字電視廣播系統(tǒng)運行于單工信道，為保證數(shù)據(jù)廣播的服務(wù)質(zhì)量 QoS，實驗中可能出現(xiàn)信息包丟失、亂序等問題，系統(tǒng)中前端通過分組頭部的連續(xù)計數(shù)器位進行標識，用戶端通過進行檢測該位來解決；同時，數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于電磁干擾，可能引起接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容出錯。因此，在數(shù)據(jù)鏈路層通過CRC校驗解決。

3.2 并播傳輸有效性分析

實驗利用傳輸帶寬來分析系統(tǒng)并播傳輸?shù)挠行浴闇y量實驗傳輸數(shù)據(jù)的速率，實驗中采用發(fā)送16路相同大?。?07.488 MByte）的音視頻內(nèi)容，平均發(fā)送時間為59 min，小于節(jié)目播放時間1 h 35 min，傳輸節(jié)目的速率為：

則節(jié)目的傳輸流傳輸速率為：

則每路的帶寬為：

由于實驗中未考慮發(fā)送卡處理傳輸流并發(fā)送到信道中的時間影響，因此，實際發(fā)送帶寬1 023.36 kb/s，小于并接近每路的理論帶寬1 024 kb/s，該實驗結(jié)果達到了預(yù)期實驗?zāi)繕?，該誤差可通過調(diào)整發(fā)送延時時間，并進行帶寬的實際測試來減小或解決。

4 結(jié)語

基于UCL的數(shù)字電視自組織并播系統(tǒng)符合數(shù)據(jù)廣播標準，擁有創(chuàng)新的自主協(xié)議，是播存電視系統(tǒng)在實驗階段首先需要解決的關(guān)鍵問題，文中在理論與實驗方面對其進行了研究，分析了必要的實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)，進行了傳輸?shù)挠行院涂煽啃詥栴}分析，取得了階段性的成果，實驗結(jié)果表明基于 UCL的數(shù)字電視自組織并播傳輸?shù)目尚行?，為實際應(yīng)用模型的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。但播存電視系統(tǒng)涉及到復雜的實驗環(huán)境，同時本設(shè)計未考慮實時節(jié)目傳輸問題，因此還有很多需要完善和研究的地方。

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[2] 馬建國，刑玲，李幼平，等.數(shù)據(jù)廣播中的 UCL標引與傳輸機制[J].電子學報,2004,32(10):1621-1624.

[3] 王娟娟.網(wǎng)頁數(shù)據(jù)多層語義描述標簽設(shè)計[J].通信技術(shù),2009,42(08):99-101.

[4] 薛炳青，馬建國，孫玉博，等.播存電視的實驗室系統(tǒng)構(gòu)建[J].計算機工程，2008,34(19):280-282.