数字电视前端技术研究

李　良

摘要:文章首先概述了目标提取的诸多算法,然后重点分析了基于ASI矩阵数字电视前端的信号调度和IP/MPEG路由交换技术,指出了IP/MPEG路由交换的是数字电视发展的趋势。

关键词:数字电视;MPEG;TCP协议;UDP协议

中图分类号:TN941.3 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)24-0143-01

数字电视技术的发展,传统的模拟电视被取代已是必然的趋势。数字电视前端技术更是研究热点之一,它的作用就在于在数字电视信源和分配网络之间架起贯通的桥梁。本文主要研究的就是数字电视前端系统若干关键技术的实现。

一、数字电视发展概述

数字电视,是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点[1],如可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率高等,它可提供优质的电视图像和更多的视频服务。在数字电视系统中,无论在信源部分还是在数字电视业务中心,所有可用的节目都被复用并通过分布式网络传输。基于MPEG-2标准的传送流(TS流)结构中可以包含多路视频、音频信号和独立的数据,其中的包识别标识(PID)可以唯一地识别所有的节目。为了只让有权限的用户访问,采用条件访问(CA)机制把需付费收看的内容进行加密。有关频道分配的系统信息(SI)被加入到数据流中,这样用户可以在家中调谐并通过电子节目指南(EPG)选择节目。传输网络将最终的节目流传给用户,按信号传输方式分为三类:地面无线传输、卫星传输、有线传输。

二、早期数字电视平台解决方案

早期数字电视平台采用ASI切换矩阵统一调度,能实现基于TS流的切换,这带来信号调整组合的不便。当节目增加到200套以上时,采用ASI矩阵调度几乎不可能[2]。传统前端采用大量的独立设备构成,需要大量的电缆连接,通过ASI接口,传送TS流。传统数字电视前端主要由节目源接收、处理和输出三部分组成。

三、采用MPEG/IP路由调度节目

数字电视平台核心系统要求能把任一个输入端口的任一个节目调度至任一输出端口重新组合,以实现基于节目PID号的调度。

(一)基于IP的MPEG平台构架

在MPEG-2协议的传输层上,系统对每一个独立节目的识别是以PID号来实现的,也就是说核心系统应一该是一个基于内容的路由调度平台。

新型前端采用MPEG over IP路由交换技术,省去了庞大的ASI切换矩阵,大大简化了网络拓扑结构,所涉及的可以是传输流层,也可以是节目层,甚至是某个独立的PID;此外,其路由交换不仅仅针对ASI传输流(MPEG),也可以是来自快速以太网(FE)和/或千兆以太网(GbE)的IP信号。

新型前端的特点是作为一个基于内容的媒体交换机或媒体路由器,它要实现从任意一个输入口的MPTS中,把任意一个节目通过内部交换功能插入到任意一个输出口的MPTS中去,内部采用TS流的处理机制无法完成这一功能,采用包交换技术可以很方便的实现。在设备的端口到内核之间首先转换成统一的IP包,通过TS流中的PAT表可以解析出各个节目的PID,每个节目单独打包,每个(或几个)PID映射到一个端口号,从而实现节目层的交换调度。其内核实际上是一个四层交换机,它的QoS保证是依赖于高速的CPU处理能力、大容量的I/O能力和固定路由。

(二)传输协议的选择

TCP/IP协议是异地网络操作系统互连和通信的工业标准,但是,单纯的TCP/IP协议很难适应视音频通信,特别是连续的视频流传输的要求。IP协议负责主机之间的数据传输,不进行检错和纠错。因此,经常发生数据丢失或失序现象。当检测到数据包丢失或错误时,就会要求发送端重新发送,这样一来就不可避免地引起了传输延时和耗用网络的带宽。因此传统的TCP/IP协议传输实时视音频数据流的能力较差。

而UDP协议和RTP协议适合与流媒体的传输。UDP是一个无链接的传输层协议,它不提供传输的服务质量保证,但由于其传输的高效和低时延,常用于实时的视音频数据传输。TS流中的每个节目的PID映射到UDP头部的端口号中,每7个188字节的TS包封装成一个UDP包,UDP包再封装成IP包进行传输。UDP协议用在网络环境比较简单的实时传输中,当网络情况比较复杂,可能会有传输抖动、丢包和乱序时,UDP协议则无法处理。

RTP (Real-Time Transport Protocol)是一个提供端到端传输服务的实时传输协议,它是一个应用层和传输层之间的协议,应用程序要求传输的实时数据在RTP层封装后再交给UDP封装传输。RTP/RTCP+UDP+IP使得实时传输既可以有UDP传输的高效和低时延,又有较好的传输质量保证。

四、结语

本文介绍的新型数字电视前端采用IP交换技术,支持IP广播、IP机顶盒等,取代了传统ASI切换矩阵,大大简化了网络拓扑结构,增强了系统灵活性和可靠性,同时提供了更多、更强的服务和功能,为数字电视多业务的发展提供了良好的承载平台。

参考文献

[1]余兆明.数字电视和高清新度电视[M].人民邮电出版社.2006.

作者简介:李良(1973- ),男,陕西绥德人,陕西广电网络传媒股份有限公司绥德支公司助理工程师,研究方向:有线电视传输工程和宽带网络传输工程。