數字電視自組織并播技術研究

薛炳青

（濱州職業學院，山東 濱州 256603）

0 引言

數字電視自組織并播技術是根據內容有序整合廣播前端眾多電臺資源的技術，實現節目的自組織整體推送，是構建播存電視[1]系統的關鍵技術之一。文中對數字電視自組織并播技術進行理論與縮比實驗研究，為實現“優勢互補的雙網融合”和“語義化的網絡管理”的播存結構應用模型積累必要的理論依據與實驗數據。

1 數字電視內容的UCL標引與映射方案

1.1 數字電視UCL標引

基于 UCL[2-3]的數字電視并播系統的實現首先依賴于UCL標引框架的建立，數字電視UCL標引框架設計的目標是建立一類符合廣播網環境、適合節目管理要求的元數據標準，便于終端接收軟件對數字視頻內容的理解。

縮比實驗中節目源選擇央視16套節目的128個欄目作為節目源，各節目文件統一為MPEG-4格式標清錄制節目，程序中對節目內容的語義標引相對簡單，其標引框架如表1所示。

1.2 數字電視UCL映射

數字電視的 UCL映射是將已經完成標引的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）全部節目的UCL信息映射方案

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

表1 數字電視UCL標引框架

（2）正在并播節目的UCL信息映射方案

UCL映射中除包含節目信息外，還需要包含正在并播節目的傳輸流占用的PID信息，相當于DVB PSI中節目關聯表的作用。實驗中，其TS包封裝的結構體定義如下：

typedef struct TS_PACKET_PID

{

BYTE Sync_byte; //同步字節0x47

BYTE hiPid;

BYTE loPid; //加上高位PID,專用PID為0x42

BYTE tac; //連續計數器位,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; //此節目傳輸流占用的PID的高位PID

BYTE loPid; //此節目傳輸流占用的PID的低位PID

}UCL_PID;

由TS包封裝的結構體可知，1個TS包可最多描述46個并播節目的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，程序設定并播的16路節目傳輸使用固定的PID，為0x43-0x53。

2 數字電視自組織并播系統的設計

2.1 實驗室網絡平臺的構建

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

圖1 播存電視系統實驗平臺

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

2.2 數字電視自組織并播系統總體結構

軟件層次結構如圖2所示。

UCL信息標引與廣播：實現對央視節目進行手動UCL標引，將UCL信息以UDP廣播方式發送到終端。

數據管道封裝與并播：根據節目熱度確定并播順序，對并播節目的UCL信息與節目數據以數據管道方式進行封裝，并復用成TS流。

數據解析：終端接收解析UDP數據包形成節目單，同時解析TS流中的UCL信息，并把預定的節目數據寫入本地文件。

用戶興趣度分析：統計互聯網信道反饋的用戶興趣度信息，建立節目的自組織傳輸機制。

根據系統的模塊化和層次化特征，程序分別采用了面向對象的思想和多線程思想。在Windows系統下，程序采用了面向對象的C++語言，開發環境采用VC 6.0結合MFC類庫。

2.3 多路節目自組織并播的設計與實現

縮比實驗中節目文件存放在本地，軟件通過對不同節目源（電臺）分別開辟緩沖區來模擬來自不同源端的節目傳送流分組。系統中設定了 16個Cache分別用來緩存并播的 16路節目，通過 UCL數據庫中“用戶興趣度”字段的大小來確定各個節目的發送順序，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送子信道。

并播線程將對應的 Cache內容調入發送緩沖區，系統對節目數據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目文件長度固定的數據包。同時在并播過程中，插入并播節目的PID信息，即1.2節中介紹的封裝的TS包。并播機制示意圖如圖3所示。

由于每隔16個節目數據包發一次UCL信息，因此可計算得這種方式的節目數據發送效率為16/17＝94.1%，因此，這種方式是有效的，能滿足接收要求。

3 實驗結果分析

3.1 并播傳輸可靠性分析

由于數字電視廣播系統運行于單工信道，為保證數據廣播的服務質量 QoS，實驗中可能出現信息包丟失、亂序等問題，系統中前端通過分組頭部的連續計數器位進行標識，用戶端通過進行檢測該位來解決；同時，數據在傳輸過程中，由于電磁干擾，可能引起接收到的數據內容出錯。因此，在數據鏈路層通過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并播傳輸的有效性。為測量實驗傳輸數據的速率，實驗中采用發送16路相同大小（407.488 MByte）的音視頻內容，平均發送時間為59 min，小于節目播放時間1 h 35 min，傳輸節目的速率為：

則節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送卡處理傳輸流并發送到信道中的時間影響，因此，實際發送帶寬1 023.36 kb/s，小于并接近每路的理論帶寬1 024 kb/s，該實驗結果達到了預期實驗目標，該誤差可通過調整發送延時時間，并進行帶寬的實際測試來減小或解決。

4 結語

基于UCL的數字電視自組織并播系統符合數據廣播標準，擁有創新的自主協議，是播存電視系統在實驗階段首先需要解決的關鍵問題，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果與數據，進行了傳輸的有效性和可靠性問題分析，取得了階段性的成果，實驗結果表明基于 UCL的數字電視自組織并播傳輸的可行性，為實際應用模型的設計奠定基礎。但播存電視系統涉及到復雜的實驗環境，同時本設計未考慮實時節目傳輸問題，因此還有很多需要完善和研究的地方。

[1] 李幼平.IPTV引發的較量[J].中國傳媒科技,2006,15(05):40-43.

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

[3] 王娟娟.網頁數據多層語義描述標簽設計[J].通信技術,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構建[J].計算機工程，2008,34(19):280-282.