TS流复用器中EPG信息处理的优化*

葛 倩，于鸿洋，张 萍

（电子科技大学 电子工程学院，四川 成都 611731）

1 引言

在数字电视广播系统中，在TS（Transport Stream）传输流最终被送到信道设备进行信道发送之前，TS流复用器将不同来源的传输流合并为一个新的传输流。电子节目指南（Electronic Program Guide，EPG）是指在符合MPEG-2（13818-1）的TS传输流中插入DVB标准定义的业务信息（Service Information，SI），是一种收视导航工具，是交互电视的关键技术。EPG协助观看电视节目的用户选择节目，用户通过EPG可以得到节目的相关信息。

复用时，EPG等其他服务信息要通过复用器插入到TS流中。由于输入到复用器的各TS流的EPG信息可能不完整或需要在原TS流中插播节目，所以复用之前需对各个待复用TS流的EPG信息进行添加或修改。同时，复用器会对节目号等信息重新赋值，携带EPG信息的各个表也要根据复用器的修改情况进行相应的修改和合并。EPG的处理在TS复用中非常重要，笔者介绍了一种TS流复用器中EPG信息相关表的处理方法。

EPG信息由两部分信息组成：基本EPG信息和扩展EPG信息。基本EPG信息是指完全可以用《数字广播业务信息规范（GY/Z174-2001）》中的网络信息表（NIT）、业务群关联表（BAT）（可选）、业务描述表（SDT）和事件信息表（EIT）进行描述的EPG信息[1-3]。笔者主要介绍基本EPG的处理，包括对NIT，SDT和EIT的处理，BAT的处理方式与其他表相似。

2 EPG处理系统框图

笔者设计基于IP多路输入、多路复用输出的TS软件复用器中的EPG处理部分，复用器与设计均在Linux系统下实现。整个设计主要可分为EPG获取、EPG数据存储编辑、EPG发生等模块，系统框图如图1所示。

图1 系统框图

EPG获取模块主要完成对EPG信息的接收提取与分析。之后由EPG数据存储编辑模块将得到的信息存入数据库MySQL，并由用户进行导入或编辑操作，对EPG进行相应的添加或修改，最后EPG发生模块根据数据库中存储的新EPG信息和复用信息，产生新的EPG数据，按一定的时间间隔插入到输出TS流中。笔者将通过对各模块的实现方法介绍来论述TS流复用器中EPG信息处理的实现。

3 模块实现方法

3.1 EPG获取模块优化及实现

3.1.1 EPG获取优化

为了提高EPG的接收效率，对EPG获取的两个处理过程进行了优化，即各表section接收和接收信息完整性的判断。

1）section接收优化

部分机顶盒由于处理器主频和存储空间的限制，在接收PSI/SI表的section时采用PAT→NIT→SDT→EIT顺序接收的方法，即在一个时间段内只对一种PSI/SI表进行接收。会出现接收到SDT或EIT的包时，因为PAT或NIT没有接收完成或者丢包而放弃接收分析的情况，当需要接收这些表时又要等到下一个发送周期，这样接收完所有的表可能需要几个发送周期，接收效率较低。由于系统在PC上实现，存储空间和处理器主频的限制较小，故对接收方式进行了优化，采用并行接收，即先接收PAT，之后并行接收NIT，SDT和EIT，可以节省时间。并行接收主要体现在section的接收处理上，接收步骤为：

（1） 过滤 PID=0x000的包，分析PAT，获得 NIT的PID、该流的节目数量以及所有节目的节目号，存入节目数据链表。由于PAT发送周期较短（为40ms），这一步骤可在很短的时间内完成。

（2）对其余3种表的section进行并行接收。程序根据TS包的PID过滤出需要的包，分别送入NIT，SDT和EIT各自的接收通道中，每个通道利用独立的数据结构来记录section接收情况信息和独立的存储空间，存储接收到的section内容，使得各通道互不干扰。

（3）section进入各自的接收通道后，先判断是否丢包，之后对TS包解包，将section内容存入缓冲，根据section_length来判断一个section是否接收完成，如果完成，按照各表的结构，分析该section，存储相关信息，最后判断接收信息的完整性，决定是否继续接收。

2）判断信息完整性优化

在判断接收信息的完整性时，不采用以往一些设计中根据last_section_number来判断的方法，这要求section以section_number的顺序依次接收，若开始接收时错过section_number为0的包或者丢包，则导致之后section_number的包需等到下一发送周期才能接收，降低了接收效率，PSI/SI发送周期较长或者网络质量较差时影响尤为严重。

笔者采用一种改进的接收判断方法，可以解决这个问题，即利用段存在标志数组来判断信息完整性，不要求按照section_number顺序接收。具体实现为：程序首次收到该表section时，通过last_section_number（EIT还需要segment_last_section_number和last_table_id以及本TS流中的节目数和节目的program_number）计算出该表的section总数和所有section_number，以此建立section存在标志数组。以SDT为例，若得到last_section_number为1，则可以计算出该流SDT分段有2个section，section_number分别为0和1，即可建立标志数组，把0和1的位置置位为存在。之后每接收完一个section，把对应标志数组中的该section标志置位为已接收，并检查所有的存在标志，若有存在标志未置位为已接收，则继续接收该表，否则该表接收完成，停止接收。

3）优化结果

优化以存储空间为代价来提高接收效率，适合于在存储空间限制较小的PC上实现。若不经优化，系统可能需要接收端接收到数次完整的信息才能完成接收，而优化之后的系统接收端只须收到一次完整的信息，就可以完成接收，减小了PSI/SI发送周期和丢包的影响。

3.1.2 表分析处理流程图

系统对各表采用介绍的优化方法进行并行接收，完成EPG信息的分析存储，接收框图如图2所示。

3.2 EPG数据存储和编辑

EPG相关表格接收完毕后，形成数据链表，结构如图3所示。

这样的结构可以通过输入TS流标号和节目号迅速定位节目信息，使之在链表中的添加删除灵活简便，也便于之后的表生成模块的处理。

选用的数据库为MySQL。MySQL是一个开放源码的关系数据库管理系统，支持Linux操作系统，CPU利用率高，查询速度快，还提供多种语言支持，满足EPG信息的多语言要求。基于这些特性，MySQL可以满足设计中对EPG处理的要求。

所有的EPG信息存入创建的database中，程序根据输入TS流的EPG建立table：SDT，EIT_PF和EIT_schedule_stream.No_prog_program.No，存入相关信息。

用户通过EPG编辑器对EPG信息进行编辑。其功能模块包括网络配置和事件编辑（包括节目编辑和节目单导入导出），完成后，将修改的信息导入数据库。

图3 EPG信息数据链表

3.3 EPG数据打包发送

3.3.1 各表section生成

为了便于表的生成，为各输出流建立一个数据结构数组mult_infomation，存储该流的复用信息，其中包含了stream_id（输入 TS 流标号），origin_program_number（该节目的原始节目号），new_program_number（在复用流中的节目号）等信息，数组的项数为该复用流中所包含的节目数，通过该数据结构可以方便地得到节目被复用到输出流中的位置。

NIT，SDT和EIT在TS流中的独立性各不相同，所以section生成方式稍有不同。NIT对网络信息进行描述，在同一网络中，所有流的NIT是相同的，只须生成一种NIT section之后进行打包，作为同一网络中所有流的NIT包，对于SDT，每个流的SDT section各不相同，需对各输出流生成各自的SDT section，之后再打包，EIT是以节目为单位独立的，即相同节目的EIT section除了service_id，其余部分在各TS流中都是相同的，所以先对各输入TS流的各节目生成EIT section，之后输出流根据mult_infomation从这些EIT section中选出需要的section，修改service_id，进行打包。

生成section的信息从数据库中读取，之后根据各表的结构建立section，完成后计算CRC并插入。输出TS流还需带有同一网络中其他TS流的SDT和EIT信息，传输这些信息需修改 table_id（SDT改为 0x4F，EIT在原table_id上加上0x10）和重新计算CRC。

3.3.2 生成各表的待发送TS包链表

SDT和EIT作为其他流信息发送时只须改变table_id和CRC，所以同一网络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，同时，一个网络中所有流共用一个NIT。由于设计的复用器输出流均在同一网络中，故各表可分别仅用一个TS包链表和相应的修改信息构成网络中所有输出流的待发送包。

为了建立链表，须对生成的section打包并存储到TS包数据结构中，该数据结构除了有TS包的完整内容之外，还带有output_id（输出流编号）和需要替换的内容（table_id和CRC）。建立好的链表如图4所示（以SDT为例），其中NEXT_SDT_USE[output_id]为指向TS包数据结构的指针，每个输出流均有1个，用于在发送TS包时指示当前应发送的包，header_n和rear_n为指向输出流n的本流SDT包链表的头和尾。

图4 TS包链表结构

3.3.3 各输出流EPG包发送

对于每一个输出流，需发送的表为：网络NIT、流SDT和EIT、同一网络中其他流SDT和EIT分段。DVB关于SI表的传输间隔要求如表1[4]所示。

表1 DVB关于SI表的传输间隔

以SDT发送为例，每隔2 s发送一次本流SDT分段，每隔10 s发送一次本流和其他流SDT分段，每发送一个包，NEXT_SDT_USE[output_id]就指向下一个包，当发现发送完成标志（仅发送当前流分段时标志为rear_n，发送所有分段时标志为header_n）即停止发送，等待下一发送周期，EIT和NIT的发送与此类似。当TS包作为其他流分段 （根据结构体中output_id和当前输出流id判断）发送时，须根据结构体中的修改信息进行修改。

3.3.4 EPG信息更新

EPG更新可以采用两种方式：仅允许用户手动更新和根据输入TS流更新。更新方式的选择以输入TS流为单位。

1）用户手动更新。在复用过程中，用户通过EPG编辑器更新EPG信息，导入数据库，程序根据数据库中的信息重新生成表，并使表的version_number加1，完成更新。

2）根据输入TS流更新。开始复用后，程序监视各种表的version_number，若发现版本号变化，进行相关表的重新接收存储，按照复用信息mult_infomation确定应该重建哪些表，同样，使表的version_number加1。更新原则为[5]：

（1）若NIT变更，重新建立整个网络的传输流和业务信息。

（2）若SDT变更，重新建立对应传输流里的业务信息。

（3）若EIT变更，不改变整个网络的传输流和业务信息，只改变相应的事件信息。

4 实验结果与分析

TS流复用器的EPG处理系统工作于Linux系统下，完成复用器中EPG信息的添加、删除等处理，进行测试，结果与分析如表2所示。

表2 系统EPG接收效率测试结果

测试中的丢包由随机删去发送流PSI/SI包来模拟，丢包程度为能够保证接收端在1min内收到一次完整的信息，接收超时时间设为1 min，若在网络环境较差的情况下，可适当增加接收超时时间，以保证获取完整的信息。在不丢包的情况下，理论上，对于TS1和TS2，优化后的接收方式需要的最长时间分别为5 s和30 s。由表2的测试结果可以看到，优化后的接收方式所用的时间小于未优化的接收方式，并且丢包对优化后的接收方式影响较小，对于没有优化的接收方式，丢包的影响在发送周期较长的分段时尤为严重。

之后对EPG信息通过EPG编辑器进行修改，输出流经EPG分析软件分析，各表均正常。EPG编辑器界面如图5所示。

图6和图7分别为输入输出流的EPG在数据库中的情况 （系统对复用输出流再次进行接收可分析得到输出流的EPG情况），右半部分为数据库中的table，左半部分为SDT内容。输入为2个TS流，第1个流没有EPG信息，SDT中的provide_name和program_name默认为节目号。经EPG编辑后输出，输出为1个流，第1个流选取节目号为ec1的流，第2个流选取所有节目，可以看到，节目号均重新赋值，并且对ec1节目的SDT进行了添加。

[1]王大鹏.电子节目指南（EPG）在机顶盒中的实现[C]//国际有线电视技术研讨会论文集，2003.杭州：中国广播电视协会技术工作委员会，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]方涛.数字电视业务信息及其编码[M].北京：国防工业出版社，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]陈德林.EPG前端SI发表和机顶盒终端收表策略[J].广播与电视技术，2005（8）：99-101.