TS流復用器中EPG信息處理的優化*

葛 倩，于鴻洋，張 萍

（電子科技大學 電子工程學院，四川 成都 611731）

1 引言

在數字電視廣播系統中，在TS（Transport Stream）傳輸流最終被送到信道設備進行信道發送之前，TS流復用器將不同來源的傳輸流合并為一個新的傳輸流。電子節目指南（Electronic Program Guide，EPG）是指在符合MPEG-2（13818-1）的TS傳輸流中插入DVB標準定義的業務信息（Service Information，SI），是一種收視導航工具，是交互電視的關鍵技術。EPG協助觀看電視節目的用戶選擇節目，用戶通過EPG可以得到節目的相關信息。

復用時，EPG等其他服務信息要通過復用器插入到TS流中。由于輸入到復用器的各TS流的EPG信息可能不完整或需要在原TS流中插播節目，所以復用之前需對各個待復用TS流的EPG信息進行添加或修改。同時，復用器會對節目號等信息重新賦值，攜帶EPG信息的各個表也要根據復用器的修改情況進行相應的修改和合并。EPG的處理在TS復用中非常重要，筆者介紹了一種TS流復用器中EPG信息相關表的處理方法。

EPG信息由兩部分信息組成：基本EPG信息和擴展EPG信息。基本EPG信息是指完全可以用《數字廣播業務信息規范（GY/Z174-2001）》中的網絡信息表（NIT）、業務群關聯表（BAT）（可選）、業務描述表（SDT）和事件信息表（EIT）進行描述的EPG信息[1-3]。筆者主要介紹基本EPG的處理，包括對NIT，SDT和EIT的處理，BAT的處理方式與其他表相似。

2 EPG處理系統框圖

筆者設計基于IP多路輸入、多路復用輸出的TS軟件復用器中的EPG處理部分，復用器與設計均在Linux系統下實現。整個設計主要可分為EPG獲取、EPG數據存儲編輯、EPG發生等模塊，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

EPG獲取模塊主要完成對EPG信息的接收提取與分析。之后由EPG數據存儲編輯模塊將得到的信息存入數據庫MySQL，并由用戶進行導入或編輯操作，對EPG進行相應的添加或修改，最后EPG發生模塊根據數據庫中存儲的新EPG信息和復用信息，產生新的EPG數據，按一定的時間間隔插入到輸出TS流中。筆者將通過對各模塊的實現方法介紹來論述TS流復用器中EPG信息處理的實現。

3 模塊實現方法

3.1 EPG獲取模塊優化及實現

3.1.1 EPG獲取優化

為了提高EPG的接收效率，對EPG獲取的兩個處理過程進行了優化，即各表section接收和接收信息完整性的判斷。

1）section接收優化

部分機頂盒由于處理器主頻和存儲空間的限制，在接收PSI/SI表的section時采用PAT→NIT→SDT→EIT順序接收的方法，即在一個時間段內只對一種PSI/SI表進行接收。會出現接收到SDT或EIT的包時，因為PAT或NIT沒有接收完成或者丟包而放棄接收分析的情況，當需要接收這些表時又要等到下一個發送周期，這樣接收完所有的表可能需要幾個發送周期，接收效率較低。由于系統在PC上實現，存儲空間和處理器主頻的限制較小，故對接收方式進行了優化，采用并行接收，即先接收PAT，之后并行接收NIT，SDT和EIT，可以節省時間。并行接收主要體現在section的接收處理上，接收步驟為：

（1） 過濾 PID=0x000的包，分析PAT，獲得 NIT的PID、該流的節目數量以及所有節目的節目號，存入節目數據鏈表。由于PAT發送周期較短（為40ms），這一步驟可在很短的時間內完成。

（2）對其余3種表的section進行并行接收。程序根據TS包的PID過濾出需要的包，分別送入NIT，SDT和EIT各自的接收通道中，每個通道利用獨立的數據結構來記錄section接收情況信息和獨立的存儲空間，存儲接收到的section內容，使得各通道互不干擾。

（3）section進入各自的接收通道后，先判斷是否丟包，之后對TS包解包，將section內容存入緩沖，根據section_length來判斷一個section是否接收完成，如果完成，按照各表的結構，分析該section，存儲相關信息，最后判斷接收信息的完整性，決定是否繼續接收。

2）判斷信息完整性優化

在判斷接收信息的完整性時，不采用以往一些設計中根據last_section_number來判斷的方法，這要求section以section_number的順序依次接收，若開始接收時錯過section_number為0的包或者丟包，則導致之后section_number的包需等到下一發送周期才能接收，降低了接收效率，PSI/SI發送周期較長或者網絡質量較差時影響尤為嚴重。

筆者采用一種改進的接收判斷方法，可以解決這個問題，即利用段存在標志數組來判斷信息完整性，不要求按照section_number順序接收。具體實現為：程序首次收到該表section時，通過last_section_number（EIT還需要segment_last_section_number和last_table_id以及本TS流中的節目數和節目的program_number）計算出該表的section總數和所有section_number，以此建立section存在標志數組。以SDT為例，若得到last_section_number為1，則可以計算出該流SDT分段有2個section，section_number分別為0和1，即可建立標志數組，把0和1的位置置位為存在。之后每接收完一個section，把對應標志數組中的該section標志置位為已接收，并檢查所有的存在標志，若有存在標志未置位為已接收，則繼續接收該表，否則該表接收完成，停止接收。

3）優化結果

優化以存儲空間為代價來提高接收效率，適合于在存儲空間限制較小的PC上實現。若不經優化，系統可能需要接收端接收到數次完整的信息才能完成接收，而優化之后的系統接收端只須收到一次完整的信息，就可以完成接收，減小了PSI/SI發送周期和丟包的影響。

3.1.2 表分析處理流程圖

系統對各表采用介紹的優化方法進行并行接收，完成EPG信息的分析存儲，接收框圖如圖2所示。

3.2 EPG數據存儲和編輯

EPG相關表格接收完畢后，形成數據鏈表，結構如圖3所示。

這樣的結構可以通過輸入TS流標號和節目號迅速定位節目信息，使之在鏈表中的添加刪除靈活簡便，也便于之后的表生成模塊的處理。

選用的數據庫為MySQL。MySQL是一個開放源碼的關系數據庫管理系統，支持Linux操作系統，CPU利用率高，查詢速度快，還提供多種語言支持，滿足EPG信息的多語言要求。基于這些特性，MySQL可以滿足設計中對EPG處理的要求。

所有的EPG信息存入創建的database中，程序根據輸入TS流的EPG建立table：SDT，EIT_PF和EIT_schedule_stream.No_prog_program.No，存入相關信息。

用戶通過EPG編輯器對EPG信息進行編輯。其功能模塊包括網絡配置和事件編輯（包括節目編輯和節目單導入導出），完成后，將修改的信息導入數據庫。

圖3 EPG信息數據鏈表

3.3 EPG數據打包發送

3.3.1 各表section生成

為了便于表的生成，為各輸出流建立一個數據結構數組mult_infomation，存儲該流的復用信息，其中包含了stream_id（輸入 TS 流標號），origin_program_number（該節目的原始節目號），new_program_number（在復用流中的節目號）等信息，數組的項數為該復用流中所包含的節目數，通過該數據結構可以方便地得到節目被復用到輸出流中的位置。

NIT，SDT和EIT在TS流中的獨立性各不相同，所以section生成方式稍有不同。NIT對網絡信息進行描述，在同一網絡中，所有流的NIT是相同的，只須生成一種NIT section之后進行打包，作為同一網絡中所有流的NIT包，對于SDT，每個流的SDT section各不相同，需對各輸出流生成各自的SDT section，之后再打包，EIT是以節目為單位獨立的，即相同節目的EIT section除了service_id，其余部分在各TS流中都是相同的，所以先對各輸入TS流的各節目生成EIT section，之后輸出流根據mult_infomation從這些EIT section中選出需要的section，修改service_id，進行打包。

生成section的信息從數據庫中讀取，之后根據各表的結構建立section，完成后計算CRC并插入。輸出TS流還需帶有同一網絡中其他TS流的SDT和EIT信息，傳輸這些信息需修改 table_id（SDT改為 0x4F，EIT在原table_id上加上0x10）和重新計算CRC。

3.3.2 生成各表的待發送TS包鏈表

SDT和EIT作為其他流信息發送時只須改變table_id和CRC，所以同一網絡TS流中的SDT和EIT除table_id和CRC部分不同之外，其余部分完全相同，同時，一個網絡中所有流共用一個NIT。由于設計的復用器輸出流均在同一網絡中，故各表可分別僅用一個TS包鏈表和相應的修改信息構成網絡中所有輸出流的待發送包。

為了建立鏈表，須對生成的section打包并存儲到TS包數據結構中，該數據結構除了有TS包的完整內容之外，還帶有output_id（輸出流編號）和需要替換的內容（table_id和CRC）。建立好的鏈表如圖4所示（以SDT為例），其中NEXT_SDT_USE[output_id]為指向TS包數據結構的指針，每個輸出流均有1個，用于在發送TS包時指示當前應發送的包，header_n和rear_n為指向輸出流n的本流SDT包鏈表的頭和尾。

圖4 TS包鏈表結構

3.3.3 各輸出流EPG包發送

對于每一個輸出流，需發送的表為：網絡NIT、流SDT和EIT、同一網絡中其他流SDT和EIT分段。DVB關于SI表的傳輸間隔要求如表1[4]所示。

表1 DVB關于SI表的傳輸間隔

以SDT發送為例，每隔2 s發送一次本流SDT分段，每隔10 s發送一次本流和其他流SDT分段，每發送一個包，NEXT_SDT_USE[output_id]就指向下一個包，當發現發送完成標志（僅發送當前流分段時標志為rear_n，發送所有分段時標志為header_n）即停止發送，等待下一發送周期，EIT和NIT的發送與此類似。當TS包作為其他流分段 （根據結構體中output_id和當前輸出流id判斷）發送時，須根據結構體中的修改信息進行修改。

3.3.4 EPG信息更新

EPG更新可以采用兩種方式：僅允許用戶手動更新和根據輸入TS流更新。更新方式的選擇以輸入TS流為單位。

1）用戶手動更新。在復用過程中，用戶通過EPG編輯器更新EPG信息，導入數據庫，程序根據數據庫中的信息重新生成表，并使表的version_number加1，完成更新。

2）根據輸入TS流更新。開始復用后，程序監視各種表的version_number，若發現版本號變化，進行相關表的重新接收存儲，按照復用信息mult_infomation確定應該重建哪些表，同樣，使表的version_number加1。更新原則為[5]：

（1）若NIT變更，重新建立整個網絡的傳輸流和業務信息。

（2）若SDT變更，重新建立對應傳輸流里的業務信息。

（3）若EIT變更，不改變整個網絡的傳輸流和業務信息，只改變相應的事件信息。

4 實驗結果與分析

TS流復用器的EPG處理系統工作于Linux系統下，完成復用器中EPG信息的添加、刪除等處理，進行測試，結果與分析如表2所示。

表2 系統EPG接收效率測試結果

測試中的丟包由隨機刪去發送流PSI/SI包來模擬，丟包程度為能夠保證接收端在1min內收到一次完整的信息，接收超時時間設為1 min，若在網絡環境較差的情況下，可適當增加接收超時時間，以保證獲取完整的信息。在不丟包的情況下，理論上，對于TS1和TS2，優化后的接收方式需要的最長時間分別為5 s和30 s。由表2的測試結果可以看到，優化后的接收方式所用的時間小于未優化的接收方式，并且丟包對優化后的接收方式影響較小，對于沒有優化的接收方式，丟包的影響在發送周期較長的分段時尤為嚴重。

之后對EPG信息通過EPG編輯器進行修改，輸出流經EPG分析軟件分析，各表均正常。EPG編輯器界面如圖5所示。

圖6和圖7分別為輸入輸出流的EPG在數據庫中的情況 （系統對復用輸出流再次進行接收可分析得到輸出流的EPG情況），右半部分為數據庫中的table，左半部分為SDT內容。輸入為2個TS流，第1個流沒有EPG信息，SDT中的provide_name和program_name默認為節目號。經EPG編輯后輸出，輸出為1個流，第1個流選取節目號為ec1的流，第2個流選取所有節目，可以看到，節目號均重新賦值，并且對ec1節目的SDT進行了添加。

[1]王大鵬.電子節目指南（EPG）在機頂盒中的實現[C]//國際有線電視技術研討會論文集，2003.杭州：中國廣播電視協會技術工作委員會，2003：406-410.

[2]ISO/IEC 13818-1，Third edition 2007.10 information technologygeneric coding ofmoving pictures and associated audio information：system[S].2007.

[3]方濤.數字電視業務信息及其編碼[M].北京：國防工業出版社，2003.

[4]Guidelines on implementation and usage of service information[EB/OL].[2010-04-13].http：//www.bjpace.com.cn/data/tec/tec-DVB/DVB-20BlueBooks-20Standards/Specifications-20and-20Standards/multiplexing/dvb-si/a005r1.pdf.

[5]陳德林.EPG前端SI發表和機頂盒終端收表策略[J].廣播與電視技術，2005（8）：99-101.