数字电视网络前端监视系统的开发.pdf

《数字电视网络前端监视系统的开发.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电视网络前端监视系统的开发.pdf（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、中国有线电视 2006（13）CHINA DIGITAL CABLE TV数字电视中图分类号：TN949.197 文献标识码：B 文章编号：1007-7022（2006）13-1235-07数字电视网络前端监视系统的开发陆永忠，谭 晶（华中科技大学，湖北 武汉 430074）摘 要：针对目前数字电视监控系统的匮乏及其自动化管理的需要，按照 MPEG-2 及欧洲 DVB（DigitalVideo Broadcasting）的标准，采用模块化和复用的方法，设计并实现了一套视频监控系统。在该系统开发过程中，提出一种解析描述子的相对优化的算法；提出将输入接口、通道、可复用的过滤器和高效队列缓存区结合起

2、来，开发了一种能有效地接收和分发数字业务平台传输流的接收器，该系统不仅能实现MPEG-2 流的分析、DVB SI 的分析、PES 流的播放等功能，而且还能对数字电视各节目的码流量和相关记录值进行统计，有助于数字电视实现自动化管理。关键词：MPEG-2；数字电视广播；视频监视Design and Implementation on a Novel Front Monitoring System of Digital TV NetworkLU Yong-zhong，TAN Jing（Huazhong University of Science&Technology，Hubei Wuhan 4300

3、74，China）Abstract：According to the MPEG-2 and DVB standards，the modularized and reused methods are exploitedto design and implement a set of front monitoring system of digital TV owing to the scarcity of digital TV moni-toring system and desire of digital TV automation management.In the course of de

4、veloping the system，a com-paratively optimal arithmetic for parsed descriptors is presented；an effective receiver which can receive andsend transmission signals from data business platform is developed in combination of input interface，channel，reusable filter，and efficient queue buffers.Thus it can

5、not only complete analysis of MPEG-2，DVB-SIand play PES stream，but also record the program digital flow number and related other values.The systemwill contribute automation management to digital TV.Key words：MPEG-2；digital video broadcasting；video monitoring1 引言广电网络作为信息时代的产物，与广大人民群众的物质生活、精神文化生活息息相连。

6、根据 广播影视科技“十五”计划和 2010 年远景规划，数字电视的建设已经启动，根据有关部门的战略框架，到 2008 年奥运会之前，不仅直播卫星上天，而且有线数字电视基本在大城市普及，同时，在汽车、火车、轮船上将可以看上真正的电视而不是录像。随着数字电视技术的发展与普及，数字电视已经成为家庭获取信息、娱乐与消费的主要平台。作者简介：陆永忠（1969-），男，副教授，研究方向为人工智能、软件工程、工业控制、图像处理；谭 晶（1978-），男，硕士研究生，研究方向为软件工程。5321 在数字电视日益发展的今天，数字电视的检测分析设备将广泛应用于数字电视系统中的各个环节，它对于迅速有效地找到系统中的

7、故障源有着十分重要的意义。目前国内大量用于检测的这类设备主要是各个公司生产的码流分析仪，这些设备一般在便携式工控机上开发，携带不是非常方便，并且价格十分昂贵1 3，适合我国国情、价格相对低廉、使用方便灵活的数字电视检测系统还不多见，因此对其进行深入的研制是十分必要的。另一方面，在 PC 机上安装一套这样的前端码流监视系统，可以对码流进行详细分析，并且根据其结果对节目流播放进行实时监控，当问题容易发生时予以报警，当问题产生时能够正确分析错误产生的原因，当错误可恢复时自动恢复，难以恢复时可给予维护人员修复的建议，这套数字电视监控系统的研制必将有助于数字电视的自动化管理。2 系统的设计与实现图 1

8、为目前数字电视运营的基本框图，卫星接收机直接接收卫星上的标准 DVB 码流，通过复用器过滤出所需要的节目，扰码器用来给特定的节目加密，再经过调制器使输出的信号与普通节目一起通过混合器，然后进入有线电视网络进行传播4 5。图 1 卫星数字电视运营框图视频监视系统能够对数据码流进行分析和监视，它可以位于图 1 所示卫星接收机与复用器之间或码流通过复用器后及通过调制器后的各个位置，处于不同的位置，监视具有不同的意义，我们所设计的系统位于码流通过复用器后的位置，通过异步传输流信号（A-synchronism Stream Information，ASI）接收卡来接收进入调制器前的 TS 流，并对该路数

9、据流进行监控。2.1 系统整体架构系统程序采用模块化和复用技术来进行设计实现，主要可分为主程序、数据接收模块、解析模块、播放模块、统计报警模块几部分。系统实现以下功能：MPEG 流的分析、DVB SI 的分析、PES 流的播放。如图 2 所示，视频监视系统采用模块化设计，整个程序拥有如下几个模块：主模块、接收模块、解析模块、播放模块、日志模块、统计报警模块。图 2 视频监视系统整体结构图系统采用多个独立模块来处理不同的功能，功能模块用 Windows 动态链接库的方式实现，主应用程序直接加载需要使用的功能件来实现各种功能。系统采用注册表的方式来管理各个模块和功能，因此具有功能的可控性，而用户界

10、面也可以根据功能的多少而产生变化。另外，对于每个模块分别加以授权，可以使系统生成各种不同的版本与最终用户的需求相对应，后继功能的开发也可以直接采用加载相关模块的方式来进行，从而更好地利用现有的代码资源，减少不必要的重复工作。2.2 系统的功能结构（1）接收模块接收模块是整个系统稳定实现的关键，它将读取ASI 硬件接收卡缓存中的数据，对数据进行识别和分析6，如果是用户指定需要的 PSI/SI 信息，接收模块将把这些数据添加到正确的通道，并发送消息通知主程序数据到达，如果是用户指定要接收的节目原始流，接收模块将把它放入初始化好的队列缓冲。（2）解析模块解析模块提供对 PAT、PMT、SDT、NIT

11、、BAT、EIT、TOT、TDT 表和大部分的描述子的解析函数，根据这些提取出用户所需要的事件列表、服务列表等信息，对没有解析的描述子将预留接口，以便于添加。（3）播放模块由主模块调用，提供对 MPEG 原始流的播放。（4）统计、报警模块应用程序统计、报警相对于其他模块较为独立，它6321陆永忠等：数字电视网络前端监视系统的开发 中国有线电视 2006 年第13 期不要向其他模块请求数据而只是被动地接收各种统计、报警信息，模块通过固定的接口接收其他各个模块的数据传递操作，通过预定义的代码来标志传递的各种数据，而且能够自动地根据代码和数据生成方便用户读写的可维护数据，然后通过用户界面来显示给用户

12、。（5）日志模块日志模块对整个系统运行中的各种事件进行记录，并生成可独立打开的文本记录。（6）主模块主模块依据用户的设定，初始化程序的各个模块，完成各个模块之间的协调，管理所有的用户界面和与用户的交互。2.3 系统各模块间的逻辑关系视频监视系统采用数据驱动的逻辑结构，尤其当需要解析大量的各种 PSI/SI 信息和其他各种特定的信息时，数据驱动将拥有更好的性能和更顺畅的结构，其流程为：当 TS 数据到达时，由接收模块接收数据，将数据识别、分析并组装完毕后将其添加到指定的相应通道，然后通知主线程数据到达，从而驱动整个程序运行。与数据驱动相对应的流程是不采用数据驱动而让主程序调用解析程序以一定的时间

13、间隔一轮一轮地去扫描所有的通道，这样做效率极低而且容易导致错误，本系统采用的是数据驱动的程序流程。数字视频监视系统由3 个互相独立的执行流程组成，分别为接收、主流程和播放，这 3 个执行流程在实现时采用 3 个单独的线程。（1）主流程系统启动时主模块将开始执行，主模块读取注册表中的信息，按照用户的设定，初始化系统的各个设置并启动接收线程，系统初启完毕，等待消息。当接收线程通知用户数据到达时，主模块调用解析模块对通道内的数据进行解析，并将原始表和解析后的结果提供给用户。主模块响应用户的各种输入，当用户要求播放指定的节目流时，主模块调用播放模块对指定的PES 流进行播放，用户需要显示日志和各种统计

14、、报警信息时，主模块将调用统计和日志模块。（2）接收流程接收流程由主流程所开启，主流程退出时将其关闭。接收线程首先由输入接口接收 ASI 卡缓存中的数据并对这些数据进行分析，寻找传送流包，当成功找到完整的 ASI 传送流数据包时，通知过滤器进行检查，过滤器将对拥有主模块指定需要解析的 PID 的传送流数据包进行分析，每个 PID 将对应一个缓存链表，过滤器将数据包放到每个 PID 所对应的缓存链表里进行 sec-tion 组装，剥离包头，当成功收到一个 section 时，过滤器将这个 section 送入指定的通道，如果是节目原始流，将直接添加进队列缓冲，通道收到过滤器添加的数据将发送消息通

15、知主流程数据到达。（3）播放流程播放线程也是由主流程所控制，主流程有权开启和关闭一个播放线程，播放线程用于播放主线程指定的 PES 流。2.4 系统子模块设计2.4.1 接收模块接收模块在执行时由接收线程单独运行，收到数据后发送消息通知主线程，由系统整体框架图可看到接收模块主要由输入接口、过滤器、通道和队列缓冲几个部分组成，下面分别详细说明。（1）输入接口ASI 硬件卡插于标准的 PCI 接口，输入接口首先打开 ASI 接收卡，开启接收线程，然后从 ASI 接收卡缓存中读取数据，并将这些数据拷贝至内存中的缓冲区内，分析这些数据，从中间找寻 TS 数据包，将找出的TS 包添加进过滤器，并对总流量

16、及同步字节错进行统计，这些记录能够通过模块载入时的参数来保存到相应的内存储存区中，继而可以让其他模块进行存取，本系统接口向过滤器提供的数据均为 188 字节的 TS 包，输入接口流程如图 3 所示。图 3 输入接口流程（2）过滤器过滤器首先对输入接口送来的 TS 包进行 PID 判断，由系统的用户定义哪些信息需要收集，这就决定着哪些 PID 将进行解析、哪些 PID 将丢弃，需要解析的TS 流分为两类，一类是 PSI/SI 信息，另一类是原始流。如图 4 所示，对于 PSI/SI 信息的 TS 流，每个 PID将对应一段缓冲区（图中 buffer），过滤器将所有需要7321中国有线电视 200

17、6 年第13 期 陆永忠等：数字电视网络前端监视系统的开发图 6 过滤器设计图 4 过滤器示意图解析的 PID 发送到 PID 对应的 buffer 中并去掉包头，在相应的 buffer 中进行 section 组装，判断 ver-sion-number、section-length、continuity-counter 得到正确的 section，当一个 section 完全到达时，用该 buffer 对应的过滤规则对其进行判断，符合规则的将添加进相应的通道。一个规则对应一个通道，这是为了区分同一 PID 载有多种 PSI/SI 表的情况。在此过程中，需记录各个通道的流量，如出现错误则更新相

18、应的错误位，这些将留待统计和报警模块读取，PID 判断后的 buffer 缓冲和过滤规则设计如图5 所示。图 5 buffer 缓冲和过滤规则设计对于原始流，将把对应 PID 的流直接添加进队列缓冲，一个原始流对应一个队列缓冲，并用链表和映射表对所有队列缓冲进行管理，过滤器设计如图 6 所示，程序流程如图 7 所示。（3）通道通道拥有通知主线程的权利，当通道获取数据后，进行 CRC 校验和版本判断，初始版本号为-1，同时利用一个 32 字节的字符串来记录 section 已接收情况，初始全为 0，当收到一个 section 后即将相应位置 1，当所有位均为 1 后，记录版本号，发送消息到主线程

19、，通知主程序来取数据，以后收到的数据若版本号未变，将不再通知主线程，如果主线程需要强制重新接收，则只需将版本号置-1 即可。通道设计如图 8 所示，由Channel 基类派生出短通道和长通道两个类，长通道拥有更长的内存空间，用于处理 section 长度最长达 到 4 096 字 节 的EIT 表。（4）队列缓冲原始流数据非常庞大，不像 PSI/SI 信息解析完毕后原始 TS 包即可丢弃7。为了连续播放视频节目，需要保存一定长度的视频，系统采用一组队列缓冲区来存放原始视频流，每一个节目对应一个视频队列缓冲区，该队列缓冲区由主程序申请，然后交由接收线程管理，接收线程根据 PSI 信息得到原始流的

20、 PID，然后将收到的原始流添加进相应的队列缓冲区。播放线程读取用户指定节目的队列缓冲，播放该节目，并清除已读的内存。队列缓冲由许多小的内存块组成，接收线程从对列尾添加数据，然后将该数据块拷贝到队列头，播放线程在队列头读取数据。该管道缓冲自己拥有操作锁，防止同时读写错误，缓冲区的访问被封装成保护成员，访问操作必须通过读写8321陆永忠等：数字电视网络前端监视系统的开发 中国有线电视 2006 年第13 期图 7 过滤器流程对象来完成，需要访问内存块时生成访问对象，访问完毕后立即将此对象删除，以使其他线程访问。队列缓冲区设计原理与实现如图 9、图 10 所示，整个接收模块被设计成一个动态库来实现

21、，这样易于扩展和复用。图 8 通道设计2.4.2 解析模块该模块提供对 PAT、PMT、SDT、NIT、BAT、EIT、TOT、TDT 表和大部分的描述子的解析函数，对没有解析的描述子将预留接口，以便于添加。描述子繁多又极其重要，选择一个好的数据结构对描述子进行计算对系统性能的影响是巨大的，PSI/图 9 队列缓冲区设计原理示意图SI 信息中相应描述子的语义空间实际是否带有描述子以及带有什么描述子都是未定的，因此数据结构的实现要能够满足在结构中灵活地反映各种描述子。描述子的实现如下：首先每个描述子都用相应的结构实现，然后用一个 union（联合）将所有的描述子进行封装，每个原始表的数据结构均包

22、括其特定信息和可能出现的描述子结构链表指针，描述子联合体封装如图 11 所示，描述子统一结构如图 12 所示。这样 PSI/SI 信息中的描述子均可以用 Descriptor$这样一个链表表示，Descriptor 链表中的 DescInfo 用联合的方式节省了空间，并且这样处理后所有的描述子拥有统一的结构，方便解析，具体解析时通过分析描述子的标志位以确定描述子的类型。将原始的表和描述子从 TS 流中提取出来后，按照原始表的格式存储已解析的 PSI/SI 信息，用于用户直接查看原始表信息。另外，将原始表的信息进行提取，由这些原始表系统得到用户感兴趣的服务列表、节目9321中国有线电视 2006

23、 年第13 期 陆永忠等：数字电视网络前端监视系统的开发图 10 队列缓冲区设计的实现图 11 描述子联合体封装组相关列表、频率列表、事件列表展现给用户，解析结构如图 13 所示。2.4.3 播放模块播放模块设计为 MPEGPlay.dll，播放频道如图 14图 12 描述子统一结构所示。通过软解压的方式播出节目流，实现多频道循环监控、自动/手动切换频道（无间隔）。播放模块通过解析出的原始表的 PSI/SI 信息，得到指定节目原始流的 PID，将这路节目的原始流存入数据缓存先进先出队列，由主程序调用播放动态库接口函数，播图 13 解析提取列表信息图 14 播放频道放指定的原始流，接口如图 15

24、 所示。2.4.4 日志统计、报警模块对系统运行期间发生的各种事件进行记载，包括系统监测到的各种错误、警报与用户的操作等信息。0421陆永忠等：数字电视网络前端监视系统的开发 中国有线电视 2006 年第13 期图 15 播放模块接口日志信息必须能够很好地反映一段时间来系统的工作状态和各种事件的详细资料，使用户能够通过这些描述更好地了解设备的运行状态。对于系统的报警操作必须及时地传递给用户，这里采用消息机制来处理，能够快速地响应并处理，报警模块接口如图 16 所示。图 16 报警模块接口这里的处理过程主要是通过定义若干组 32 位的事件标识码来实现各种信息的添加，在各个模块和主应用程序框架中都

25、包含了对这个模块添加事件的接口指针，这个接口通过向日志处理线程发送事件消息来告知系统出现了某些状况，然后系统根据事件码的定义来确定是否向用户发出相关的报警消息，由于可能采用多种报警方式，这里通过枚举报警方式代码的办法来实现动态设定变化。2.4.5 主模块主模块负责对接收模块发出的各种消息进行响应，并判断当前正在浏览的界面，如果新到达的数据正在被用户浏览，则对当前正在显示的界面进行刷新显示。主程序响应用户的各种操作，播放用户指定的节目，统计显示各种信息和错误报警，并且生成整个系统运行过程中的日志。主模块根据用户的需求，控制相应的模块正确工作。主模块获取数据后即调用解析模块的解析函数进行解析工作，

26、并整理服务列表、节目组相关列表、频率列表、事件列表，完成后进行更新显示，当收到 PAT 和PMT 表时添加相应的通道并存储原始节目流，如果PAT、PMT 和 NIT 表信息变化，则重新初始化整个程序，流程如图 17 所示。图 17 主模块重构程序流程2.5 系统的实现按照上述设计方案对系统进行了实现，系统初启的时候将访问注册表，读出用户的设置，根据设置初始化系统，系统初始化后的界面如图 18 所示。图 18 系统初始化界面3 结束语为了解决目前数字电视监控系统的匮乏及其自动化管理等问题，本文提出并设计实现了一套适合我国国情、价格相对低廉、使用方便灵活的视频监控系统，该系统主要是按 MPEG 标

27、准及欧洲 DVB 标准对输入码流进行分析，实现了对数字业务平台中传输流进行监控、对 ESTI ETR290 中所规定的 3 层错误及 MPEGTS 中的多种错误进行分析记录，实现了对传输流中含有的节目异常发出报警信息，并且能够对运行时间内发生的事件和消息进行记录，形成可以维护的各种日常参数。参考文献：1 易 鹏，解 炜.DVB-C 有线电视数字综合解码接收机 J.广播与电视技术，2000，（5）：1-5.2 尹 日，陈惠明，张学凡.DVB-C 系统的计算机模拟与实验研究 J.上海大学学报，2002，6（1）：1-6.3 刘永志，王芙蓉，黄本雄.DVB-ASI 接收系统解码规则实现过程 J.电信

28、快报，2000，（12）：1-3.1421中国有线电视 2006 年第13 期 陆永忠等：数字电视网络前端监视系统的开发中国有线电视 2006（13）CHINA DIGITAL CABLE TV数字电视中图分类号：TN949.197 文献标识码：B 文章编号：1007-7022（2006）13-1242-05有线数字电视中EPG 信息介绍及其系统的实现赵宇峰，包 杰（重庆邮电大学，重庆 400065）摘 要：电子节目指南（Electronic Program Guide，EPG）在数字电视中的应用越来越普及，首先介绍 EPG的信息来源 PSI/SI 信息，然后介绍 EPG 系统的形成和其中用到

29、的关键技术，最后总结目前 EPG 系统的缺陷和不足。关键词：电子节目指南；PSI；SIIntroduction of EPG Information and Implement of EPG System in Cable DTVZHAO Yu-feng，BAO Jie（Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）Abstract：The application of EPG in DTV is more and more popular.In this paper，its consis

30、tence and imple-ment are introduced.Firstly，PSI/SI information，which is source of EPG information，is introduced.Thenthe implement and related key technology of EPG system are involved.Finally，the shortcoming of presentEPF system is concluded.Key words：EPG；PSI；SI 数字电视利用数字压缩技术可以在一个标准有线电视模拟频道中传输 4 10 套

31、电视节目，也就是说，数字电视能把目前的节目数量提高 4 10 倍，用户在选择收看节目时有了更多的选择，但如此之多的频道不可避免地让人感到眼花缭乱，如何才能让用户方便快捷地找到自己喜爱的电视节目呢？%有了电子节目指南4 张天舒.DVB 标准中 MPEG 物理接口 J.中国有线电视，2002，（11）：1-3.5 Sun Lei，Zhang Wenjun，Yu Songyu.Storagescheme of system information for digital televisionreceiver J.IEEE Transactions on Consumer E-lectronics，2

32、003，49（1）：147-151.6 Nam Ling，Nien-Tsu Wang.Real-time video deco-ding scheme for HDTV set-top boxes J.IEEETransactions on Broadcasting，2002，48（4）：353-360.7 Olsson S，Stroppiana M，Baina J.Objective meth-ods for assessment of video quality state of the artJ.IEEE Transactions on Broadcasting，1997，43（4）：487-495.收稿日期：2006-03-09作者简介：赵宇峰（1982-），男，硕士研究生，主要研究方向为宽带接入新技术和嵌入式应用；包 杰（1950-），男，副教授，主要研究方向为宽带通信、嵌入式技术应用、通信新技术与新业务。2421