数字电视自组织并播技术研究

薛炳青

（滨州职业学院，山东 滨州 256603）

0 引言

数字电视自组织并播技术是根据内容有序整合广播前端众多电台资源的技术，实现节目的自组织整体推送，是构建播存电视[1]系统的关键技术之一。文中对数字电视自组织并播技术进行理论与缩比实验研究，为实现“优势互补的双网融合”和“语义化的网络管理”的播存结构应用模型积累必要的理论依据与实验数据。

1 数字电视内容的UCL标引与映射方案

1.1 数字电视UCL标引

基于 UCL[2-3]的数字电视并播系统的实现首先依赖于UCL标引框架的建立，数字电视UCL标引框架设计的目标是建立一类符合广播网环境、适合节目管理要求的元数据标准，便于终端接收软件对数字视频内容的理解。

缩比实验中节目源选择央视16套节目的128个栏目作为节目源，各节目文件统一为MPEG-4格式标清录制节目，程序中对节目内容的语义标引相对简单，其标引框架如表1所示。

1.2 数字电视UCL映射

数字电视的 UCL映射是将已经完成标引的UCL信息进行某种变换，以方便某种传输和表示的需要。对于数字电视的UCL的映射可采用多映射的方式，以分别满足不同用途和不同阶段的需求。

（1）全部节目的UCL信息映射方案

缩比实验中，对数字电视内容的UCL信息的映射是采用将标引的全部节目的 UCL信息组织在一起，通过局域网UDP轮播方式传输到终端，供终端软件解析生成电子节目单。广播网在总带宽16 Mb/s（每路1 Mb/s）时，这个轮播的时间间隔应不大于100 ms，以保证接收端能随时收到UCL信息。实验中，设置时间间隔为80 ms。

表1 数字电视UCL标引框架

（2）正在并播节目的UCL信息映射方案

UCL映射中除包含节目信息外，还需要包含正在并播节目的传输流占用的PID信息，相当于DVB PSI中节目关联表的作用。实验中，其TS包封装的结构体定义如下：

typedef struct TS_PACKET_PID

{

BYTE Sync_byte; //同步字节0x47

BYTE hiPid;

BYTE loPid; //加上高位PID,专用PID为0x42

BYTE tac; //连续计数器位,0x0-0xf

UCL_PID pid[46];

}TS_PACKET_PID;

typedef struct UCL_PID

{

BYTE bProgTV; //电台代码

BYTE bProgCode; //与电台代码组合成栏目代码

BYTE hiPid; //此节目传输流占用的PID的高位PID

BYTE loPid; //此节目传输流占用的PID的低位PID

}UCL_PID;

由TS包封装的结构体可知，1个TS包可最多描述46个并播节目的PID信息，使用固定专用PID传输，程序中并播16路时，可只使用一个TS包，程序设定并播的16路节目传输使用固定的PID，为0x43-0x53。

2 数字电视自组织并播系统的设计

2.1 实验室网络平台的构建

播存电视系统实验平台如图1所示。前端并播服务器上的硬件配置有以太网卡和MPEG-2传输流发送卡（北京蓝拓扑），服务器上的自组织并播软件把 UCL信息和本地的数字电视节目内容打包复用成MPEG-2传输流，经发送卡发送到64QAM调制器（九州QAM），调制器把信号调制到一个特定的8MHz带宽的模拟电视频道上，在有线电视网上传送。信号经过频率分配器进行衰减，终端的 PC机使用DVB-C接收卡（BDR-10C）接收数据[4]。终端的智能接收软件解析TS流中的UCL信息及多媒体数据。

图1 播存电视系统实验平台

并播系统同时通过局域网广播全部节目的UCL信息，终端软件接收形成节目单，并把用户节目预定情况通过局域网反馈到前端。前端自组织并播软件通过统计用户的兴趣度来确定不同节目的自组织发送顺序。

2.2 数字电视自组织并播系统总体结构

软件层次结构如图2所示。

UCL信息标引与广播：实现对央视节目进行手动UCL标引，将UCL信息以UDP广播方式发送到终端。

数据管道封装与并播：根据节目热度确定并播顺序，对并播节目的UCL信息与节目数据以数据管道方式进行封装，并复用成TS流。

数据解析：终端接收解析UDP数据包形成节目单，同时解析TS流中的UCL信息，并把预定的节目数据写入本地文件。

用户兴趣度分析：统计互联网信道反馈的用户兴趣度信息，建立节目的自组织传输机制。

根据系统的模块化和层次化特征，程序分别采用了面向对象的思想和多线程思想。在Windows系统下，程序采用了面向对象的C++语言，开发环境采用VC 6.0结合MFC类库。

2.3 多路节目自组织并播的设计与实现

缩比实验中节目文件存放在本地，软件通过对不同节目源（电台）分别开辟缓冲区来模拟来自不同源端的节目传送流分组。系统中设定了 16个Cache分别用来缓存并播的 16路节目，通过 UCL数据库中“用户兴趣度”字段的大小来确定各个节目的发送顺序，即以各个栏目的热度决定下一个并播的对象，各栏目平等地占用发送子信道。

并播线程将对应的 Cache内容调入发送缓冲区，系统对节目数据的组织和传送采用时分复用方式，以固定的时间片来传送不同节目文件长度固定的数据包。同时在并播过程中，插入并播节目的PID信息，即1.2节中介绍的封装的TS包。并播机制示意图如图3所示。

由于每隔16个节目数据包发一次UCL信息，因此可计算得这种方式的节目数据发送效率为16/17＝94.1%，因此，这种方式是有效的，能满足接收要求。

3 实验结果分析

3.1 并播传输可靠性分析

由于数字电视广播系统运行于单工信道，为保证数据广播的服务质量 QoS，实验中可能出现信息包丢失、乱序等问题，系统中前端通过分组头部的连续计数器位进行标识，用户端通过进行检测该位来解决；同时，数据在传输过程中，由于电磁干扰，可能引起接收到的数据内容出错。因此，在数据链路层通过CRC校验解决。

3.2 并播传输有效性分析

实验利用传输带宽来分析系统并播传输的有效性。为测量实验传输数据的速率，实验中采用发送16路相同大小（407.488 MByte）的音视频内容，平均发送时间为59 min，小于节目播放时间1 h 35 min，传输节目的速率为：

则节目的传输流传输速率为：

则每路的带宽为：

由于实验中未考虑发送卡处理传输流并发送到信道中的时间影响，因此，实际发送带宽1 023.36 kb/s，小于并接近每路的理论带宽1 024 kb/s，该实验结果达到了预期实验目标，该误差可通过调整发送延时时间，并进行带宽的实际测试来减小或解决。

4 结语

基于UCL的数字电视自组织并播系统符合数据广播标准，拥有创新的自主协议，是播存电视系统在实验阶段首先需要解决的关键问题，文中在理论与实验方面对其进行了研究，分析了必要的实验结果与数据，进行了传输的有效性和可靠性问题分析，取得了阶段性的成果，实验结果表明基于 UCL的数字电视自组织并播传输的可行性，为实际应用模型的设计奠定基础。但播存电视系统涉及到复杂的实验环境，同时本设计未考虑实时节目传输问题，因此还有很多需要完善和研究的地方。

[1] 李幼平.IPTV引发的较量[J].中国传媒科技,2006,15(05):40-43.

[2] 马建国，刑玲，李幼平，等.数据广播中的 UCL标引与传输机制[J].电子学报,2004,32(10):1621-1624.

[3] 王娟娟.网页数据多层语义描述标签设计[J].通信技术,2009,42(08):99-101.

[4] 薛炳青，马建国，孙玉博，等.播存电视的实验室系统构建[J].计算机工程，2008,34(19):280-282.