基于SaaS模式的數(shù)字電視字幕控制系統(tǒng)

巫 江，楊 峰，唐繼勇，管金稱

（電子科技大學(xué) 自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 611731）

1 引言

傳統(tǒng)電視實(shí)現(xiàn)字幕播出系統(tǒng)是通過專業(yè)字幕機(jī)設(shè)備完成其功能的。各地方廣電網(wǎng)絡(luò)傳輸站將通過HFC網(wǎng)絡(luò)得到節(jié)目流，字幕機(jī)根據(jù)需要加載的頻點(diǎn)和ServiceID加載字幕及圖片等相關(guān)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為模擬信號后發(fā)送給該區(qū)域內(nèi)的各個(gè)模擬用戶終端。數(shù)字電視字幕系統(tǒng)完全顛覆了傳統(tǒng)字幕系統(tǒng)的模式，數(shù)字電視字幕系統(tǒng)通過集中分級管理來管理字幕播出，各地方廣播網(wǎng)絡(luò)傳輸站不再需要字幕機(jī)。只需要通過中心服務(wù)器就可以完成各個(gè)地方的字幕播出任務(wù)。給地方管理通過SaaS（Software as a Service）模式就可以管理該區(qū)域的字幕播出。

該數(shù)字電視字幕系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）采用基于SaaS的字幕控制系統(tǒng)，只需要通過IE瀏覽器就可以完成編輯和發(fā)送，不需要安裝其他客戶端軟件。安全性和可靠性高，而且系統(tǒng)升級方便。

2）擺脫了傳統(tǒng)字幕機(jī)的控制軟件和字幕機(jī)在一起的模式，該系統(tǒng)可以用于能夠連接到服務(wù)器的任意計(jì)算機(jī)，編輯人員甚至可以在家完成字幕控制。

3）不需要字幕機(jī)，字幕的TS流通過軟件生成。

4）可擴(kuò)展性能好，主服務(wù)器可以與字幕服務(wù)分離開，通過標(biāo)準(zhǔn)XML數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。

2 數(shù)字電視字幕系統(tǒng)原理

數(shù)字電視字幕系統(tǒng)是通過中心服務(wù)器將字幕信息根據(jù)協(xié)議要求寫入TS數(shù)據(jù)流，并和節(jié)目進(jìn)行復(fù)用，通過HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁鱾€(gè)數(shù)字電視機(jī)頂盒，機(jī)頂盒作為字幕播放終端，將接收到的信號進(jìn)行解復(fù)用，通過協(xié)議對字幕流進(jìn)行解析，并將字幕顯示到電視終端。該系統(tǒng)分為前端字幕編輯管理和數(shù)據(jù)生成下發(fā)兩部分。

前端字幕編輯部分主要功能：各編輯站通過字幕編輯系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和命令通過IP數(shù)據(jù)專網(wǎng)傳輸給前端字幕存儲管理中心，編輯完成后生成標(biāo)準(zhǔn)XML數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 前端編輯站工作示意圖

數(shù)據(jù)生成部分主要功能：各播出站實(shí)時(shí)檢測前端字幕存儲管理中心是否有新的XML數(shù)據(jù)，如果檢測到有新的數(shù)據(jù)生成就獲取最新數(shù)據(jù)并更新版本號，然后讀取XML數(shù)據(jù)并根據(jù)協(xié)議生成TS數(shù)據(jù)流，各區(qū)域TS流信息包括:區(qū)域ID號，StreamID ServiceID，字幕內(nèi)容，字幕位置等。各個(gè)區(qū)域的字幕流通過字幕流復(fù)用為一個(gè)流，再將這個(gè)流發(fā)送到 371 MHz，379 MHz，387 MHz，403 MHz 這4個(gè)不同的頻點(diǎn)上，將這4個(gè)頻點(diǎn)的節(jié)目數(shù)據(jù)流同字幕流進(jìn)行復(fù)用，然后通過QAM調(diào)制器將信號加載到高頻信號并發(fā)送到數(shù)字電視客戶端機(jī)頂盒。機(jī)頂盒根據(jù)協(xié)議解析TS流，首先接收引導(dǎo)信息流，引導(dǎo)信息流包括播出頻道、PID等，將引導(dǎo)流信息保存到機(jī)頂盒。然后接收字幕數(shù)據(jù)信息。判斷是否為該區(qū)域的流，如果是則判斷是否為最新版本，如果是，機(jī)頂盒就接收下來并存儲到機(jī)頂盒，根據(jù)引導(dǎo)信息的條件進(jìn)行播出，如圖2所示。

3 數(shù)字電視字幕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 客戶端控制部分

由于客戶端控制部分采用基于SaaS模式的操作系統(tǒng)，所以為了達(dá)到同桌面應(yīng)用程序等同效果，該系統(tǒng)大量采用AJAX技術(shù)。

異步 JavaScript和 XML（Asynchronous JavaScript and XML，AJAX）是指一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁應(yīng)用的網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)。這個(gè)術(shù)語源自描述從基于網(wǎng)頁的Web應(yīng)用到基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的轉(zhuǎn)換。在基于數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，用戶需求的數(shù)據(jù)如聯(lián)系人列表，可以從獨(dú)立于實(shí)際網(wǎng)頁的服務(wù)端取得并且可以被動(dòng)態(tài)地寫入網(wǎng)頁中，給緩慢的Web應(yīng)用體驗(yàn)著色使之像桌面應(yīng)用一樣。

利用AJAX的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換同傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換對比如圖3所示。

傳統(tǒng)的用戶界面同Web服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換是實(shí)時(shí)的，即每當(dāng)服務(wù)器執(zhí)行完第一條指令過后才能執(zhí)行第二條指令。這樣的缺點(diǎn)在于如果服務(wù)器處理指令過于頻繁或服務(wù)器繁忙，用戶界面就會(huì)等待服務(wù)器處理完命令后才會(huì)執(zhí)行其他操作，這樣用戶界面部分就會(huì)存在響應(yīng)慢的問題。通過AJAX處理命令就完全不一樣，界面命令會(huì)發(fā)送到AJAX engine的中間件，再由AJAX engine發(fā)送到服務(wù)器，這樣的優(yōu)點(diǎn)就在于用戶界面上不會(huì)存在等待現(xiàn)象，只需向AJAX engine發(fā)送命令，AJAX engine再將命令交于服務(wù)器，服務(wù)器把命令處理完以后，將會(huì)把結(jié)果返回給AJAX engine。最后AJAX engine將結(jié)果發(fā)送至用戶界面。從而在用戶界面不需要等待服務(wù)器的命令處理，這樣就可以達(dá)到同桌面應(yīng)用程序相等同的效果[1-2]。

圖3 傳統(tǒng)Web命令和AJAX命令響應(yīng)對比

下面闡述控制部分3個(gè)重要環(huán)節(jié)：

1）新數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。該系統(tǒng)的編輯部分為SaaS模式，用戶只需要通過IE瀏覽器就可以將字幕的文本信息、字幕位置、字幕播出時(shí)間、字幕移動(dòng)速度等相關(guān)信息設(shè)置通過HTTP協(xié)議添加到Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)確定編輯完成某個(gè)時(shí)段的字幕廣告后，調(diào)用Webservice的XML生成接口，將添加到數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)生成為XML標(biāo)準(zhǔn)文檔。如圖4所示。

2）數(shù)據(jù)的預(yù)生成。該功能支持各個(gè)編輯客戶端對該區(qū)域的廣告進(jìn)行預(yù)編輯，即各個(gè)區(qū)域可以提前將播出任務(wù)編輯好，然后提交相關(guān)部門審核，審核通過后將會(huì)將狀態(tài)修改為可生產(chǎn)狀態(tài)。伺服軟件將會(huì)每天凌晨0時(shí)檢測是否有當(dāng)天需要生產(chǎn)任務(wù)，如果有就自動(dòng)生成當(dāng)天XML文檔。整個(gè)伺服監(jiān)視流程如圖5所示。

3）字幕優(yōu)先級與一般級之間的切換。由于系統(tǒng)存在不同的發(fā)布優(yōu)先級，優(yōu)先級最高的字幕可以將各個(gè)區(qū)域的字幕替換為自己的字幕，這樣主要是為了方便統(tǒng)一發(fā)布通知等。當(dāng)優(yōu)先級最高字幕完成播放時(shí)將恢復(fù)之前播出數(shù)據(jù)。流程如圖6所示。

圖5 伺服軟件工作流程

圖6 優(yōu)先級數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

3.2 傳輸部分

數(shù)據(jù)傳輸主要分服務(wù)器與播出端的數(shù)據(jù)傳輸和播出端到客戶端的數(shù)據(jù)傳輸，下面分別闡述2個(gè)部分的傳輸。

服務(wù)器與播出端的數(shù)據(jù)傳輸：該系統(tǒng)采用的是標(biāo)準(zhǔn)XML數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，XML具有包含數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)關(guān)系的優(yōu)勢。由服務(wù)器生成當(dāng)天XML數(shù)據(jù)。各播出端實(shí)時(shí)檢測該區(qū)域XML數(shù)據(jù)是否為最新，如果是最新XML數(shù)據(jù)則通過socket讓播出端和數(shù)據(jù)服務(wù)器建立連接并進(jìn)行通話（該過程稱為握手過程）。然后播出端再與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接并索取相關(guān)XML文件。播出端完成文件的下載過后就重新開始新的檢索，直到發(fā)現(xiàn)新的XML數(shù)據(jù)，然后產(chǎn)生新的握手連接。

播出端到客戶端的數(shù)據(jù)傳輸：該部分的中各區(qū)域播出端將接收到的XML數(shù)據(jù)，根據(jù)各自的區(qū)域號碼打包成不同的TS數(shù)據(jù)包，通過ASI卡發(fā)送到中心機(jī)房的復(fù)用器，然后將各個(gè)不同區(qū)域的TS數(shù)據(jù)流復(fù)用為1路信號，將這些信號通過加載到需要播出的頻點(diǎn)上 （本系統(tǒng)共有4個(gè)頻點(diǎn)），各個(gè)頻點(diǎn)將字幕TS流同節(jié)目復(fù)用后通過HFC網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各個(gè)數(shù)字電視終端。

3.3 數(shù)據(jù)生成部分

字幕TS流協(xié)議原理如圖7所示。

該協(xié)議允許字幕廣告為若干個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段里面存在若干個(gè)廣告，每條廣告分為信息段和數(shù)據(jù)段。播出端軟件根據(jù)該協(xié)議讀取通過socket傳輸過來的XML數(shù)據(jù)到編寫的結(jié)構(gòu)中，最后將所有的字幕信息寫到TS流的NIT表里面生成TS流[3-4]。

4 系統(tǒng)測試與結(jié)論

該系統(tǒng)已經(jīng)在河北承德成功運(yùn)行，客戶端只需要IE就可以完成整個(gè)播出的編輯和控制。能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)不同區(qū)域客戶端的數(shù)據(jù)編輯審核和提交，能夠?qū)崿F(xiàn)不同權(quán)限級別的管理，能夠?qū)崿F(xiàn)最高權(quán)限對于各個(gè)區(qū)域播出的禁播控制。該系統(tǒng)在使用過程中還在不斷的改進(jìn)，經(jīng)過改進(jìn)后將會(huì)更方便客戶端控制和操作字幕的播出。

[1]吳吉義，平玲娣.Web 2.0主流應(yīng)用技術(shù)——AJAX性能分析[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)， 2008， 29（8）：1913-1914.

[2]張美枝，高潤月，楊永平.基于SaaS模式下軟件設(shè)計(jì)方法的研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息， 2007（12）：169－170.

[3]周建.MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的一種改進(jìn)[J].電視技術(shù)，2001（2）：27－29.

[4]張東升，周金陵.DVB數(shù)字電視機(jī)頂盒中字幕解碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國有線電視，2006（17）：1702-1703.