有线电视数字机顶盒与视频点播

有线电视数字机顶盒与视频点播
2、基于DVB-SI的数字有线电视机顶盒节目指南的设计实现
摘要本文介绍了电子节目指南信息的构成以及MPEG-2 PSI和DVB-SI信息规范，提出了一种EPG信息的储备结构和节目数据库的生成方案，并据此讲述了如何在数字有线电视机顶盒中生成电子节目指南EPG。

关键词机顶盒MPEG-2 PSI节目专用信息DVB-SI业务信息电子节目指南
1 引言
目前数字电视差不多进入快速进展时期，与数字电视相关的业务也将大幅度增长。

当节目运营商将大量的节目信息通过有线网络提供给用户，用户在观赏高质量节目源的同时如何才能方便快捷地找到这些业务或信息就成了开发者们需要解决的一个关键问题。

电子节目指南（EPG，Electronic Program Guide）正是为了方便用户对信息的猎取而制作的运行于用户端综合接收解码器（IRD，Integrated Receiver Decoder）的应用程序，它通过电视屏幕向用户提供由文字、图形、图像组成的人机交互界面，负责电视节目和各种业务的导航[1]。

用户通过电子节目指南，能够了解到节目的相关信息（包括节目时刻、播放时刻、内容梗概等），同时实现对节目的快速检索和访问。

EPG的形成依靠于节目播出前端将符合DVB（Digital Video Broadcasting）标准的业务信息（SI，Service Information）插入到承载节目信息的传送流（TS，Transport Stream）中，这些SI信息携带了EPG所需的全部数据。

2 电子节目指南信息的组成和传输
电子节目指南信息（以下简称EPG信息）由两部分组成：差不多EPG信息和扩展EPG 信息。

差不多EPG信息是指完全能够用《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、业务描述表SDT、事件信息表EIT等进行描述的EPG 信息。

扩展EPG信息是指在差不多EPG信息之外，通过数据轮播传递的EPG信息，这些信息的入口采纳EPG映射表EMT进行描述，信息的内容被封装成具有多级名目结构的文件系统，称为扩展EPG内容信息（XECI）。

一个EPG系统至少应该包括差不多EPG信息[ 2 ]。

本文也仅就差不多EPG信息进行论述。

“数据广播业务信息规范”中NIT、BA T、SDT、EIT和EMT表都被分成一个或若干个段（section）来表示，然后插入到TS包中。

段是一种用来把SI信息表和EPG信息表映射为TS包的语法结构，这些信息符合GB/T 17975.1定义的专用段语法结构。

段可直截了当映射到TS包中。

段可能起始于TS包有效负载的起始处，但这并不是必须的，因为TS包有效负载的第一个段的起始位置是由pointer_field字段指定的[ 3 ]。

3 MPEG-2 PSI节目专用信息与DVB-SI信息简介
在数字电视中，所有的音、视频信号和数据信息通过编码后，在进入传输系统前，必须按照MPEG-2标准打包，形成固定长度的TS包，包长为188字节或204字节。

关于这些长度相同的包，假如没有引导信息，IRD是无法找到所需要的码流的。

为此在MPEG-2标准中专门定义了节目专用信息（PSI，Program Specification Information），其作用在于自动设置和引导IRD进行解码[ 4 ]。

PSI信息由以下四种表组成：（1）节目关联表PA T; （2）节目映射表PMT; （3）网络信息表NIT; （4）条件访问表CAT。

在实际应用中，解码器IRD要对某一路特定码流进行解码时，第一要找到PAT表，依照PA T表找到所需的节目及该节目对应的PMT表的PID。

PMT表中可能包含多个数字码流，每个码流都有一个唯独的PID与之对应。

假如要解码的是视频码流，则在PMT表中找到video PID值，再从TS流中过滤出PID值与之匹配的TP包并送到视频解码器。

MEPG-2的PSI信息提供了相关节目组成和相互关系的信息，从而使得接收端IRD能够对多路传输流进行解析，然而这些信息在实际应用中仍显得不够，它不能提供节目的名称、节目的开始时刻、连续时刻及节目的附加信息等。

为此在DVB中扩展定义了SI业务信息。

PSI信息差不多上差不多上与现行流（AS，Actual Stream）相关的，而SI信息则能够包括不在现行流中的一些业务和事件信息，从而承诺用户进行更多的选择和了解更多的其它业务信息。

与PSI定义的四种表不同，SI中定义了9种表，其中构成差不多EPG信息的最重要的表是网络信息表NIT、业务描述表SDT和事件信息表EIT。

SI 表传送的信息差不多上通过描述符（descriptor）的形式给出的。

每个描述符都以descriptor_tag（用于唯独标识descriptor的类型）和descriptor_length 开始。

不同的描述符用于描述不同SI表中承载的信息[ 6 ]。

4 系统介绍
本EPG系统是在STMicroelectronic公司所提供的机顶盒开发方案上实施的，其主操纵芯片采纳STi5518，内部集成有32位主CPU、专用DVB传输流解复用和解扰模块、MEPG-2音、视频解码单元、数字视频编码器及各种接口等。

与之配套的软件开发平台选用的也是该公司开发的STLite/OS20嵌入式操作系统，支持多任务、储备器治理、进程调度、定时器治理等实时特性。

该系统能实时接收用户通过遥控按键或前面板触发的交互信号，实现节目差不多信息的扫瞄、节目列表的生成、节目之间的跳转以及节目预告信息的查询等。

5 系统设计及实现
5.1 EPG信息的储备结构
TS流里携带的EPG数据信息通过IRD接收以后都以树状链表的结构储备在PROG_INFO_STRUCT和TRANSPONDER_INFO_STRUCT如此两个结构中。

在本机顶盒有关节目操作的各项功能中，绝大部分都与节目数据库有关，比如自动节目搜索时，需要建立节目数据库，并为搜索到的节目在数据库中建立相应的数据单元，用于储备该节目的各种信息；在切换节目时，需要依照不同节目中音、视频数据的PID值从而选择不同的码流进行音、视频解码等。

节目数据库要紧来自PSI表的内容。

在具体的软件实现过程中，节目数据库的建立要紧通过ParsePAT（）、ParsePMT（）
两个函数来实现。

ParsePAT（）函数调用的结果是得到有线传输系统中不同的节目PID，而ParsePMT则猎取各个节目中音、视频码流的PID值。

5.2 节目跳转的实现
系统响应用户在不同节目之间的切换时，需要将用户选定节目的音、视频码流从复用的多路节目码流中提取出来并分别送到音、视频解码器进行解码。

它依靠于硬件可编程传输接口（PTI，Programmable Transport Interface）来实现。

在系统生成的节目数据库结构中的stProgNo变量储备有转发器号TransponderId及节目的音、视频PID值。

5.3 事件信息的猎取
事件信息表EIT按时刻顺序提供每个业务中包含的事件的信息。

（那个地点的事件相当于传统意义上的节目，而业务则指的是提供节目源的某个电视台，如业务“中央电视台-1”的事件“新闻联播”。

）EIT包含两种不同类型的表，分别为EIT present/following（简称EIT p/f）和EIT Schedule（EIT-S）。

EIT p/f给出了指定业务中当前和后一个事件的信息，而EIT-S则包含一周内或更长时刻的节目预告信息。

任何构成EIT的event information section均在PID 为0x0012的TS包中传输，它给出了业务中事件的名称、事件开始时刻、连续时刻及其他一些信息。

以下以EIT p/f为例来讲述事件信息的猎取方式：
在EIT p/f中，每个业务service都用两个section分别来描述当前（present）和后续（following）信息，其中的section number为0 的用来描述当前事件，而section number为1的section则用来描述后续事件。

在节目信息结构PROG_INFO_STRUCT中，定义了EVENT_INFO_BASIC类型的二维数组event_info_database[2]用来存放一个业务中的present和following事件的信息。

这些信息包括事件的名称、事件的开始时刻、事件的连续时刻。

事件的日期和时刻在TS流里是按照MJD（Modified Julian Date，修正的儒略日期）+ UTC（Universal Time Co-ordinate，通用时刻坐标）的格式并以16进制的形式给出的。

在MJD+UTC和local MJD+local time之间的转换可参照GY/Z174-2001来进行。

如TS流里的
数据为0xCE1F 0056 0001 0600，则转换以后得到的信息为：该事件的播出时刻为2003年5月8日，星期四，开始时刻为00：56：00，连续时刻为01：06：00。

而事件的名称则通过解析描述符short_event_descriptor来实现。

并将得到的信息储备在event_info_database结构中。

所有解析得到的信息最终都将储备在节目数据库中，提供给显示模块直截了当调用。

6 终止语
真正完整意义上的EPG的功能是十分强大的，它不仅能提供节目表单和当前节目播放等差不多功能，还可提供节目预定和家长分级操纵等高级功能。

本文从有用的角度给出了一个差不多EPG系统的实现方案。

另外我们也实现了EPG交互式应用中的SI增值业务如天气预报、新闻、股票数据等的接收，以菜单触发的形式提供给用户一个由文本和图形组成的反馈信息。

（王景存王瑞胡北京科技大学信息工程学院武汉科技大学信息科学与工程学院）
3、关于数字电视机顶盒的八个问题
在数字有线电视广播DVB-C平台中，数字电视机顶盒(Set Top Box，STB)是技术与营运问题最集中的关键，同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。

本文将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。

数字高清晰度电视(Digital High Definition Television，HDTV)是电视的一场革命。

其收视质量大幅度提高，大屏幕画面细腻逼真，并配以围绕音响，已接近目前视听娱乐业中顶级质量的电影。

凡是观看过数字高清晰度电视演示的人们，都会深信HDTV是每一个家庭在数字信息时代所应该拥有的、真正的“家庭影院”。

目前，国内数字电视的进展还处于起步时期，数字卫星电视广播已采纳DVB-S; 数字有线电视广播已采纳DVB-C标准(行业标准); 数字地面电视广播标准制定工作正在进行，目前已有高清晰度电视总体组等单位提出的5套备选方案。

由于今年将有14个省市的数字有线电视网络试验播出，数字有线电视将在国内领先
投入商业营运。

在数字有线电视广播DVB-C平台中，数字电视机顶盒(Set Top Box，STB)是技术与营运问题最集中的关键，同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。

下面将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。

问题一: 数字电视机顶盒的市场潜力有多大？
中国正形成一个宽带通讯产品的庞大消费市场，截至目前:
●中国已拥有超过3.4亿的电视机，居世界首位;
●中国已拥有超过9000万的有线电视用户，同时以每年600万的速度在增加;
●中国已拥有超过3000万的英特网用户、同时用户数目每年以200%以上的速度在增加，中国家庭的PC拥有量已超过200万，年增长率超过100%;
鉴于中国目前VCD和DVD产业的庞大进展，能够预见，一旦市场启动，Cable Modem、宽带网络、数字电视都将获得高速进展。

由于自身市场庞大，中国无意采纳其它国家的标准(地面广播)，如此能够幸免支付高昂的知识产权方面的费用，同时有助于国内公司争得尽可能多的市场份额。

中国尽力制定自己的标准，这些标准包括地面HDTV、有条件接收、卫星传输，所有这些标准的实现都需要专用集成电路。

由于缺少先进的信号处理技术和高素养的芯片设计人员，至今这些产品都依靠进口。

由于国内数字电视及宽带产品市场的庞大进展以及本身芯片供应的不足，中国迫切需要能有国内公司推出符合自己标准的IC产品。

问题二: 什么缘故国内的有线数字电视广播还没有大规模投入营运？
国内的数字电视广播大规模投入营运必须具备以下条件:
●网络营运商完成网络基础设施和数字电视广播系统平台的构建。

●“内容为王” ——必须有大量的专业数字频道，比如: VOD，交互式电视节目，数据广播，信息，交互式网络游戏，电子商务等等。

专业数字频道的制作与播出专门大程度上取决于国家的政策及节目供应商的行为。

●国内观众对专业数字频道感爱好的程度。

专业数字频道能否真正表达出数字电视较模拟电视的优势。

●国内观众所能够同意的收视费及机顶盒的价格(最终用户购买价格)。

收视费的多少又取决于: 国家的政策、数字电视系统的成本(其中要紧是机顶盒的成本)、专业数字频道的制作成本、其他营运相关成本等等。

●国家制定出一系列完备的与数字电视相关的技术标准与规范，例如: 中间件标准、机顶盒标准、条件接收标准、交互式电视节目规范、数据广播规范等等。

现在，因为以上条件还不完全具备，因此国内的有线数字电视广播大规模投入营运大约还有两年时刻。

问题三: 如何定义三代数字电视机顶盒？
数字电视系统的成功运营离不开机顶盒。

机顶盒中需要集成CA和中间件，即CA和中间件厂家不仅通过收取相关的软件费用，也会通过机顶盒的使用收取一定的费用。

而且在整个系统运营中，机顶盒费用是最大的。

依照机顶盒的体系结构——软件及硬件配置，能够将机顶盒划分为三代(种):
(1)第一代机顶盒: 配置电子节目指南EPG，简单的应用，无中间件，有或无条件接收系统，一样无回传信道。

所有应用程序差不多上基于嵌入式实时操作系统编制。

(2)第二代机顶盒: 配置电子节目指南EPG，交互式的应用，中间件，条件接收系统，有或无回传信道。

应用程序差不多上基于中间件编制。

(3)第三代机顶盒: 配置电子节目指南EPG，高级交互式的应用，全开放的MHP中间件，条件接收系统，有或无回传信道。

应用程序差不多上基于MHP中间件及JA V A语言编制。

问题四：如何进行有线数字电视机顶盒的选型？
在整个数字有线电视系统中，机顶盒作为用户端产品，数量多，投资大，因此占有重要地位。

以下是在选择机顶盒时的一些考虑。

专门性
说它专门是因为尽管它在整个数字有线电视系统的投资中所占比例最大，但在中间件和CA系统选定以后，机顶盒的选择变数并不大(差不多上只有价格、可靠性和售后服务的比较)。

也确实是说，它的选择不像中间件和CA的选择那样具有战略性意义，也不是一次性
的。

另外，机顶盒不同于像电视机如此的一般家电产品。

电视机能够把平面直角、大屏幕或画中画作为卖点，而机顶盒的卖点是表现出来的服务。

这确实是什么缘故国外数字电视网络运营商通常是免费向用户提供机顶盒的缘故。

目前，国内的家电生产商还没有大举进入数字电视领域，这只是因为数字电视市场在中国还没有真正启动。

圈内活跃的要紧是一些国外产品供应商和国内的集成商。

从美国和欧洲数字电视的营运体会看，机顶盒供应商的最后赢家将是国内的家电生产巨头们。

项目进程与首批机顶盒的选择: CA 的集成时刻大约为半年。

这就意味着，第一要尽快确定中间件和CA，其次要选择有足够的技术实力的机顶盒提供商，以保证集成进度和产品质量。

另外，由于项目启动所需的机顶盒数量并不多，因此价格不应成为选择这批机顶盒第一考虑的因素。

价格
随着项目的进行，机顶盒需求量的增加，价格将变得越来越敏锐。

我们也采取相应措施以获得最优的价格。

机顶盒价格几乎是数字电视运营成功与失败的首要缘故。

不论是进口依旧国产，机顶盒的价格取决于硬件设置及先进设计。

硬件设置受限于中间件的要求，硬件设置越低，价格越低；而先进设计取决于从设计到生产的时刻，时刻越长，设计越落后，因此价格越高。

例如，从对硬件设置要求而言，OpenTV支持四个档次的方案: (1)差不多交互，(2)HTML 或网页扫瞄，(3)机顶盒硬盘，(4)MHP JA V A。

四个档次在服务上反向兼容，其中OpenTV 的差不多交互平台是所有交互电视中间件平台中对硬件要求较低的平台。

更多的提供商
引入更多的机顶盒提供商，以增强竞争。

因此，假如提供商太多，反而得不到专门好的批量价格，而且不利于我们对机顶盒的治理。

因此，最终的机顶盒提供商的数目不应超过3家。

厂家的技术实力
机顶盒提供商雄厚的技术实力将决定能否保证项目的启动时刻，能否在运营中和系统升级时提供有力的技术支持。

专门是考虑到机顶盒的进展方向( PVR，HDD，MHP等)，厂商必须有足够的技术储备，不断地跟踪国际的技术动向，有力地配合我们进行技术升级。

问题五: 什么缘故必须采纳数字电视软件平台——中间件？
数字电视软件平台——中间件(Middleware)尚无统一的定义和标准。

美国“大联盟”A TSC 系统提出数字电视应用软件环境DASE标准; 欧洲DVB系统提出多媒体家用平台MHP标准。

美国SUN公司正在积极推广其Java平台进入电视、机顶盒、有线电视领域，并提出基于Java 2 Micro Edition(消费电子、嵌入式系统)的Java TV API标准。

中国HDTV功能样机系统的研制成功，使我国成为继美国、欧洲等国之后世界上第四个拥有自制数字高清晰度电视地面广播传输完整系统的国家; 实现了数字电视系统关键技术上的重大突破。

然而，目前软件平台依旧采纳国外产品，开发具有中国特色的、通用的接收机软件平台是中国数字电视开发的战略重点！
我国数字电视业务的开展与国外相比，历史还专门短，我国的有线电视网络运营商应该吸取国外的体会和教训，选择世界上真正先进的技术。

作为数字交互业务的基础平台，中间件的选择至关重要。

中间件指居于数字电视机顶盒内部实时操作系统与应用程序中间的软件部分，它以应用程序接口API的形式存在，整个API集合被储备在机顶盒的闪存Flash中。

节目服务商将各种服务项目以应用程序的形式通过传输信道(例如宽带多媒体数据网，有线电视网络)公布(例如电子节目指南EPG)，用户打开电视机通过机顶盒扫瞄。

用户的需求信息(例如视频点播VOD)通过上传信道(例如线Modem，或有线电视电缆)传输到视频服务器，并依照要求选择相应的服务项目以应用程序的形式通过传输信道下载到用户终端机顶盒的闪存Flash中。

应用程序调用机顶盒Flash内的中间件所包含的API，执行应用程序，完成用户要求的功能。

中间件的目的是使机顶盒差不多的和通用的功能以应用程序接口API的形式提供给机顶盒生产厂
家，以实现数字电视交互式功能的标准化，同时使服务项目(以应用程序的形式通过传输信道)下载到用户终端机顶盒的数据量减小到最低限度。

中间件产品一样由非节目提供商和机顶盒厂家的第三方提供，关于使节目提供商制作节目和厂家生产机顶盒的进一步简化和标准化差不多上专门有利的。

这正是知识经济时代市场更加细分的具体表现。

问题六: 数字电视接收机中间件的进展状况如何？
随着数字电视市场的不断进展，节目开发商正在寻求一种多功能、经济而且可靠的软件平台，建立新一代的交互电视服务，使数字电视交互应用也能像Java语言，可在各式各样不同种机器、不同种操作平台的网络环境中开发应用节目软件——“一次编译，到处运行”。

如: 电子节目导视，视频点播及高质量的广播服务。

以SUN微系统公司Java TV API规范为基础，欧洲DVB组织第一提出家用多媒体数据平台MHP规范。

MHP 成为世界上第一个数字电视接收机软件平台——中间件规范。

美国ATSC的T3/S17专家组正在进行向消费者递送数据广播与交互业务的DTV接收机内软件环境的标准化，称为DTV应用软件环境(DASE)。

在I SBT’99会议上，飞利浦公司着重介绍了DASE的要点及实现的DASE测试样版。

高级电视增强论坛(A TVEF，1988年成立)已有约60家公司参加，以实施A TVEF的内容规范。

创立ATVEF的公司中有一半以上与电视节目直截了当有关，包括NBC、PBS、华纳兄弟公司等，要紧的传输公司包括有线电视研究所(CableLabs)、DirecTV与TCI，以及运算机厂商英特尔、微软与消费电子厂商索尼等。

ATVEF的目标是在实现交互电视时有共同的规范，并能支持所有的电视环境(模拟或数字、有线、卫星或地面广播)，这一规范要尽量利用现有的内容格式，要紧是因特网与万维网。

2002年1月3日，美国CableLabs宣布完成有线数字电视的中间件标准:
OCAP1.0(OpenCable Application Platform)。

OCAP1.0专门大程度上基于MHP标准，这为全球性交换应用和内容交互操作性的实现提供了基础。

OCAP的特点是基于Java技术的驱动引擎(Execution Engine，EE)。

OCAP是一个应用界面标准，包括所有应用程序接口API、内容和数据格式、应用层面的各种协议等，在其上开发的应用，能够在符合OpenCable的主机上运行。

目前，世界上流行的数字电视软件平台要紧有: OpenTV；Liberate；Microsoft TV；CANAL+ MediaHighway；NDS和DA VID。

问题七: 电视网络在设计数字交互业务时应注意的问题？
2001年5月24日，国家广播电影电视总局公布了《有线数字电视广播信道编码与调制规范》GY/T170-2001 equ ITU-TJ.83。

今年，中国的有线数字电视广播开始启动。

由于对国外中间件应用状况的不了解，我国的网络运营商在需用中间件的时候，往往缺乏有效数据来评判中间件的作用并做出选择。

以下是笔者个人针对有线数字电视网络DVB-C系统集成的一些看法。

关于数字付费电视项目，中国网络营运商的差不多需求应该是:
●CA: 符合DVB标准、能够支持同密和多用户治理系统、支持机—卡配对、支持多运营商、支持多种寻址方式;
●中间件: 能够下载升级、支持中文、有足够机顶盒支持、有足够的系统支持;
●应用软件: 应用程序价格低、能够下载升级。

能够从三个方面来剖析和对比中间件主流产品OpenTV和Canal+: 先进性、可行性、开放性。

图为中间件与条件接收系统示意图。

问题八: 如何选择有条件接收系统？
有条件接收系统(Conditional Access systems，CA)是数
字电视项目中重要的组成部分，它完成了系统用户的认证、授权和节目加扰工作。

它解决了两个问题，即如何从用户处收取费用和如何阻止用户收看那些未经授权的付费频道。

条件接收系统是一个综合性的系统，它集成了多种先进的技术，所涉及的技术包括: 系统调度治理、网络技术数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、复用器技术、调制解调技术、机顶盒技术、智能卡技术等，同时也涉及到用户治理、节目治理、收费治理等数据应用技术。

其中，CA系统的性能和安全性是整个系统尤为关键的问题。

几家的CA系统设计差不多框架是一致的。

外部接口也都符合DVB标准。

除了NDS 是基于算法的安全，即通过更换算法来保证系统的安全性以外，其他几个系统差不多上基于密钥的安全，也确实是依靠密钥的分级和分组来加强系统的安全性。

另外几家也都采纳了智能卡技术，它可容纳更先进的加密算法和功能更强的微处理器，这使得系统可更灵活地同意加密技术上的新算法和新成果。

衡量一个有条件接收系统好坏的重要指标在于系统功能的完整性、性能、使用规模及安全稳固。

Canal+ Technologies的算法及密钥分配、生成、储备及更换等各步骤的解决方案较好地保证了系统的安全需要。

另外，Canal+作为运营商，积存了大量的体会，这些关于快速解决系统在涉及运行中显现的问题专门重要。

北京歌华有线电视网络拟采纳Canal+的解决方案。

Nagravision系统目前已有了超过1600万的用户; 它所使用的算法在时刻和大规模系统上均被证明具有良好的安全性。

它的智能卡支持对储备器的动态寻址，可防止黑客轻易找到密钥的储备位置。

Nagra整个系统的功能完备、灵活，可支持从少量用户到大量用户的扩展并平滑升级，而且整体性能优良，因此是相当不错的系统。

Nagra拥有包含Philips、Nokia 在内的近30家机顶盒供应商，国内也有中科院声学所(DSP)支持。

上海有线网络已采纳Nagra 的CA。