基于SaaS模式的数字电视字幕控制系统

巫 江，杨 峰，唐继勇，管金称

（电子科技大学 自动化工程学院，四川 成都 611731）

1 引言

传统电视实现字幕播出系统是通过专业字幕机设备完成其功能的。各地方广电网络传输站将通过HFC网络得到节目流，字幕机根据需要加载的频点和ServiceID加载字幕及图片等相关内容转换为模拟信号后发送给该区域内的各个模拟用户终端。数字电视字幕系统完全颠覆了传统字幕系统的模式，数字电视字幕系统通过集中分级管理来管理字幕播出，各地方广播网络传输站不再需要字幕机。只需要通过中心服务器就可以完成各个地方的字幕播出任务。给地方管理通过SaaS（Software as a Service）模式就可以管理该区域的字幕播出。

该数字电视字幕系统具有如下优点：

1）采用基于SaaS的字幕控制系统，只需要通过IE浏览器就可以完成编辑和发送，不需要安装其他客户端软件。安全性和可靠性高，而且系统升级方便。

2）摆脱了传统字幕机的控制软件和字幕机在一起的模式，该系统可以用于能够连接到服务器的任意计算机，编辑人员甚至可以在家完成字幕控制。

3）不需要字幕机，字幕的TS流通过软件生成。

4）可扩展性能好，主服务器可以与字幕服务分离开，通过标准XML数据进行通信。

2 数字电视字幕系统原理

数字电视字幕系统是通过中心服务器将字幕信息根据协议要求写入TS数据流，并和节目进行复用，通过HFC网络传输到各个数字电视机顶盒，机顶盒作为字幕播放终端，将接收到的信号进行解复用，通过协议对字幕流进行解析，并将字幕显示到电视终端。该系统分为前端字幕编辑管理和数据生成下发两部分。

前端字幕编辑部分主要功能：各编辑站通过字幕编辑系统将数据和命令通过IP数据专网传输给前端字幕存储管理中心，编辑完成后生成标准XML数据，如图1所示。

图1 前端编辑站工作示意图

数据生成部分主要功能：各播出站实时检测前端字幕存储管理中心是否有新的XML数据，如果检测到有新的数据生成就获取最新数据并更新版本号，然后读取XML数据并根据协议生成TS数据流，各区域TS流信息包括:区域ID号，StreamID ServiceID，字幕内容，字幕位置等。各个区域的字幕流通过字幕流复用为一个流，再将这个流发送到 371 MHz，379 MHz，387 MHz，403 MHz 这4个不同的频点上，将这4个频点的节目数据流同字幕流进行复用，然后通过QAM调制器将信号加载到高频信号并发送到数字电视客户端机顶盒。机顶盒根据协议解析TS流，首先接收引导信息流，引导信息流包括播出频道、PID等，将引导流信息保存到机顶盒。然后接收字幕数据信息。判断是否为该区域的流，如果是则判断是否为最新版本，如果是，机顶盒就接收下来并存储到机顶盒，根据引导信息的条件进行播出，如图2所示。

3 数字电视字幕系统实现

3.1 客户端控制部分

由于客户端控制部分采用基于SaaS模式的操作系统，所以为了达到同桌面应用程序等同效果，该系统大量采用AJAX技术。

异步 JavaScript和 XML（Asynchronous JavaScript and XML，AJAX）是指一种创建交互式网页应用的网页开发技术。这个术语源自描述从基于网页的Web应用到基于数据应用的转换。在基于数据的应用中，用户需求的数据如联系人列表，可以从独立于实际网页的服务端取得并且可以被动态地写入网页中，给缓慢的Web应用体验着色使之像桌面应用一样。

利用AJAX的网络数据交换同传统网络数据交换对比如图3所示。

传统的用户界面同Web服务器之间的数据交换是实时的，即每当服务器执行完第一条指令过后才能执行第二条指令。这样的缺点在于如果服务器处理指令过于频繁或服务器繁忙，用户界面就会等待服务器处理完命令后才会执行其他操作，这样用户界面部分就会存在响应慢的问题。通过AJAX处理命令就完全不一样，界面命令会发送到AJAX engine的中间件，再由AJAX engine发送到服务器，这样的优点就在于用户界面上不会存在等待现象，只需向AJAX engine发送命令，AJAX engine再将命令交于服务器，服务器把命令处理完以后，将会把结果返回给AJAX engine。最后AJAX engine将结果发送至用户界面。从而在用户界面不需要等待服务器的命令处理，这样就可以达到同桌面应用程序相等同的效果[1-2]。

图3 传统Web命令和AJAX命令响应对比

下面阐述控制部分3个重要环节：

1）新数据的产生。该系统的编辑部分为SaaS模式，用户只需要通过IE浏览器就可以将字幕的文本信息、字幕位置、字幕播出时间、字幕移动速度等相关信息设置通过HTTP协议添加到Web服务器的数据库，当确定编辑完成某个时段的字幕广告后，调用Webservice的XML生成接口，将添加到数据库的相关数据生成为XML标准文档。如图4所示。

2）数据的预生成。该功能支持各个编辑客户端对该区域的广告进行预编辑，即各个区域可以提前将播出任务编辑好，然后提交相关部门审核，审核通过后将会将状态修改为可生产状态。伺服软件将会每天凌晨0时检测是否有当天需要生产任务，如果有就自动生成当天XML文档。整个伺服监视流程如图5所示。

3）字幕优先级与一般级之间的切换。由于系统存在不同的发布优先级，优先级最高的字幕可以将各个区域的字幕替换为自己的字幕，这样主要是为了方便统一发布通知等。当优先级最高字幕完成播放时将恢复之前播出数据。流程如图6所示。

图5 伺服软件工作流程

图6 优先级数据转换流程

3.2 传输部分

数据传输主要分服务器与播出端的数据传输和播出端到客户端的数据传输，下面分别阐述2个部分的传输。

服务器与播出端的数据传输：该系统采用的是标准XML数据进行传输，XML具有包含数据和数据关系的优势。由服务器生成当天XML数据。各播出端实时检测该区域XML数据是否为最新，如果是最新XML数据则通过socket让播出端和数据服务器建立连接并进行通话（该过程称为握手过程）。然后播出端再与数据服务器连接并索取相关XML文件。播出端完成文件的下载过后就重新开始新的检索，直到发现新的XML数据，然后产生新的握手连接。

播出端到客户端的数据传输：该部分的中各区域播出端将接收到的XML数据，根据各自的区域号码打包成不同的TS数据包，通过ASI卡发送到中心机房的复用器，然后将各个不同区域的TS数据流复用为1路信号，将这些信号通过加载到需要播出的频点上 （本系统共有4个频点），各个频点将字幕TS流同节目复用后通过HFC网络发送到各个数字电视终端。

3.3 数据生成部分

字幕TS流协议原理如图7所示。

该协议允许字幕广告为若干个时段，每个时段里面存在若干个广告，每条广告分为信息段和数据段。播出端软件根据该协议读取通过socket传输过来的XML数据到编写的结构中，最后将所有的字幕信息写到TS流的NIT表里面生成TS流[3-4]。

4 系统测试与结论

该系统已经在河北承德成功运行，客户端只需要IE就可以完成整个播出的编辑和控制。能够实现各个不同区域客户端的数据编辑审核和提交，能够实现不同权限级别的管理，能够实现最高权限对于各个区域播出的禁播控制。该系统在使用过程中还在不断的改进，经过改进后将会更方便客户端控制和操作字幕的播出。

[1]吴吉义，平玲娣.Web 2.0主流应用技术——AJAX性能分析[J].计算机工程与设计， 2008， 29（8）：1913-1914.

[2]张美枝，高润月，杨永平.基于SaaS模式下软件设计方法的研究[J].农业网络信息， 2007（12）：169－170.

[3]周建.MPEG-2标准的一种改进[J].电视技术，2001（2）：27－29.

[4]张东升，周金陵.DVB数字电视机顶盒中字幕解码器的设计与实现[J].中国有线电视，2006（17）：1702-1703.