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数字电视的电子节目指南(EPG)及其系统


数字电视由于传输数字化,多种业务可以混合在一起通过一个信道传输。因此,数字电视已经不是单一的电视业务,而是指通过电视传输通道传输的数字业务,包括视频、音频、图像、数据等。全球数字电视已经进入快速发展阶段。可以预见,在今后几年,与数字电视相关的业务将大幅度增长。随之而来的问题是,当数字电视能为用户提供数倍于目前节目量的节目及多种业务时,用户怎样才能便捷地找到所要的节目和信息呢?电子节目指南(EPG)显然是必不可少的工具。

电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式,用户还可以通过该功能收看一个或多个频道,甚至所有频道近期将播放的节目。同时,EPG可提供分类功能,可以帮助用户浏览和选择各种类型的节目。当然电子节目指南对业务提供商也有很重要的意义。

数字电视的信息

1、节目说明信息

在数字电视中,所有的信息和信号,包括视频、音频、文字、图片等经数字化后都变成了数据。数据在传输前要按照有关标准(一般是MPEG-2)打包,形成固定长度的传送(TS)包,MPEG-2的TS包长为188字节,然后再通过网络快速传输到目的地。对于这些长度相同的TS包,如果没有引导信息,接收端解码器是无法找到需要的码流的。因此,在MPEG-2中专门定义了PSI。PSI的作用是自动设置和引导解码器进行解码。 PSI由节目关联表(PAT)、条件接收表(CAT)、节目映射表(PMT)和网络信息表(NIT)组成,每个表分成若干段映射(变换)到TS中传输。

PSI的几个表包含了解码和重现节目所需信息,其主要作用是找到节目和要解压缩的码流。其中PAT是所有表的根,它的PID值为0。实际应用中,解码器要对一特定码流解码时,首先要找到PAT。然后在PAT中找到所需节目(比如节目1),根据节目1相应的PMT的PID(如22),找到节目1的PMT。PMT中可能包括多个数字码流(包括视频码流、音频码流和数据码流),每个码流也有一个PID。如果要解码的是视频码流,则在PMT中找到视频码流的PID是54,再到TS中去找PID是54的包,并把所有PID是54的包送到视频解码器。在PAT中,节目0总是为NIT预留的。

这里PID值是十进制的,在有关标准中分配的PID值是十六进制的,即用0×开头的值表示。如十进制的22、54,在十六进制中分别是0×16、0×36。

2、业务信息

PSI数据提供接收机能自动设置的信息,使之能对复用流中的不同节目流进行解码。但是PSI表不能提供有关业务和节目的识别信息。因此,DVB组织对MPEG-2的PSI进行了扩展,提供了不同信息种类的多种表格,称之为SI。SI是用来描述传送系统、传送内容和广播数据流时间表等数据,它帮助综合接收解码器(IRD)自动调谐,给用户提供附加信息,使IRD能自动设置可供选择的业务。

SI由业务群关联表(BAT)、业务描述表(SDT)、事件信息表(EIT)等9个表提供,它们分成若干段映射到TS包中传输。

在PSI中,网络信息表(NIT)的内容是专用的且未作规定,但在SI表中专门定义了NIT的语法和语义,扩展了NIT的数据格式,旨在提供更多有关物理网络的信息。

与PSI中PAT、PMT、CAT不同的是,SI的9个表在实际使用中并不都是强制性传送的。在实际(现行)传送系统中,NIT、SDT、EIT及TDT的传送是强制性的。在其它传送系统中,NIT、SDT、EIT是可选传送的。BAT、RST、TOT在任何情况下都是可选传送的。ST、SIT和DIT则是需要时才存在。

除携带时间表信息的EIT外,所有的PSI和SI表都不能加扰,以免影响解码器正常工作。

在实际应用中,节目播出前端将符合标准定义的PSI和SI表插入TS包,构成数字电视广播码流,传输给用户。接收端解码器根据PSI解复用和解码所需的码流,利用SI提供的数据构成各种功能的EPG。解码器根据包标识符(PID)和表标识符找到所需的码流和数据。

在插入TS之前,PSI和SI表被分成一段或若干段。段是用来把PSI和SI变换为TS包的语法结构,其长度是可变的。EIT的段限长4096字节,其余PSI和SI表的段限长1024字节。每段包含以下元素:表标识符、表标识符扩展、版本号和当前/后续指示符。

PSI和SI表分段映射到TS包后,带有相应的包标识符,用以指示TS包的性质。表标识符是为了标识段是属于什么表的。

PSI表只能在确切知道节目是什么、在什么时间播出时才能找到要解码的码流,并不提供有关节目是什么、在什么时间开始等信息,也没有多种码流的选择信息。在数字电视业务不断增加的情况下,用户在选择业务时会感到很不方便。如果能将用户所需信息有序组织起来,提供类似节目报、又能在电视机上即时浏览的功能,将大大方便用户使用。EPG正好能起到这种作用。

根据《数字电视广播业务信息规范》对EPG的要求,EPG应提供节目单和当前节目播放等基本功能,还可提供节目附加信息、节目分类、节目预订和家长分级控制等高级功能。

在交互电视中,EPG更复杂,应能提供诸如节目内容背景资料、视角切换、天气预报、游戏等功能。

EPG的这些功能均可通过SI提供的数据来实现。也就是说SI是实现EPG功能的前提。在SI表中,最重要的是NIT、EIT和SDT,利用这3个表中的数据就可以构造出功能不同的EPG。

3、网络信息表

在PSI中定义的NIT的传送是可选的。在SI中,要求在实际(现行)传送流中,NIT的传送是强制性的。

NIT指出了传送当前业务的物理网络信息及该网络的特性,例如业务是通过何种传送系统(卫星或地面或有线)传送的、传送系统的有关参数等。任一网络由独立分配的网络标识符值唯一标识。

NIT主要携带网络标识符、网络名称和传送系统参数等信息。

传送系统有两个标识,即网络标识符和原始网络标识符。当NIT在产生TS的网络上传送时,网络标识符和原始网络标识符取同一值。在原始网络标识符中的每个业务标识符都是唯一的。含于TS中的某个业务转移到另一传送系统时,网络标识符改变,原始网络标识符保持不变。

卫星传送系统的参数有:轨道位置、轨道的东西标志、频率、调制方式、极化方式、符号率及前向纠错(FEC)内码。

有线传送系统参数包括:频率、调制方式、FEC外码、符号率、FEC内码。

地面传送系统参数我国还未定义。

NIT中提供的上述数据是供解码器自动搜索频道用的,也可以显示出来为用户提供参考数据。另外,还可以传输一些可选信息,如多语种提供网络名称、业务列表等。

4、业务描述表

SDT的每一个子表都对一个特定TS流中的业务进行描述。这些业务可能是实际TS流的一部分,也可能是其它TS流的一部分,可以通过不同的表标识符来区分。

SDT可分成若干业务描述段,任何构成SDT的段都要由PID为0×0011的TS包传送。

SDT提供业务所属的业务群、业务使用的加密系统、与其它业务的链接信息、该业务的准用国家、业务名称和业务提供者、业务是否允许NVOD,以及多画面的控制、实现交互式回传信道的电话号码和多语种业务名称等信息。

为了更容易获得有关业务,一般遵循这样一些规则:对于实际TS,SDT的传送是强制性的,而且在一特定TS的SDT中,SI码流至少应列出该TS中的所有业务信息;其它TS的SDT应当列出该TS的所有业务。

5、事件信息表

EIT按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息,其类型通过表识别符进行区别,见《数字电视广播业务信息规范》中的表2。任何构成EIT段均在PID为0×0012的传送包中进行传送。

当前/后续事件信息表只包含给定业务中的当前和后续一个事件的信息,但在NVOD情况下可以有多于两个事件描述信息。

EIT提供的信息包括:事件的标识号、起始时间、节目长度;播放状态、是否加密;事件的详细介绍;两段同样事件的时间偏移;事件多语种的简短介绍;节目限定的级别等。

在所有PSI和SI表中,只有EIT的时间表可以被加扰。

电子节目指南的构成

根据NIT、SDT和EIT等SI表提供的信息,可以构成各种各样的EPG,使用户能通过多种方式找到所要的信息。

在数字电视系统中,对于电视台和用户来说,增加EPG功能是非常必要的,而EPG所需的信息正是由SI提供的。

实际上SI表提供的各种信息是通过描述符来实现的。《数字电视广播业务信息规范》中的表12列出了描述符在SI表中最可能出现的位置,从中可以看到,同一类信息允许出现在多个SI表中,而且表示的是标识符最可能出现的位置,并没有限制在其它表中使用该标识符;此外,SI表提供的各种信息并不都是强制性的。这样就为EPG前端系统和SI编辑器的开发提供了较大的空间和灵活性,同时也表明EPG是一种定制系统,它的功能与节目业务提供商打算向用户提供什么样的服务有关。

EPG包含两个部分:一是播出前端的EPG编辑器;二是用户端数字电视接收机中相应的接收/显示/控制软件。两部分一一对应,如果一个厂家的接收机产品要进入一个业已采用某种EPG前端产品(数据结构封装)的传输网络(用户群体),则必须按照前端定义的数据结构来改造其接收机的相关部分,从而接收显示前端送出的业务信息。而在EPG前端编辑器中,根据所需的功能,将采用适当的描述符来提供有关的信息。

EPG系统的组成

EPG系统分为前端子系统和接收端子系统,前端子系统主要负责SI数据的组织和生成,一般来说,由一个专门的SI复用器(SI Server)来完成这部分工作,并把生成的SI数据与节目等的其它数据流进行系统层复用,在TS流中传输。

接收端子系统主要负责SI数据的接收、解析等。

综合接收解码器(Integrated Receive Decoder,IRD)从接收的TS流中解析出SI数据,并在本地建立SI数据库,用户通过EPG界面与SI数据库进行交互。为了方便用户的随机接入,SI数据是重复发送的,有关它的重传速率在EN 300 468[1]中有详细的规定。接收端不停地接收、解析来自发端的SI数据,当发端的SI数据改变时,SI数据库更新,否则接收的SI数据被丢弃。

EPG的应用程序运行于数字电视的机顶盒中,应用程序管理器负责EPG应用的管理,上层的EPG API屏蔽了下层的软硬件实体,使编写EPG应用程序时可以不考虑底层的具体实现,只需要调用相应的API函数,下层的DVB-SI API也是起同样的作用。下层的解复用模块接收TS流,解出DVB SI数据流,再经SI数据解析模块,生成在SI信息表,存于本地数据库中,由DVB-SI API提供的接口向上层提供服务。

国内外的EPG系统的实现方案,概括起来主要有以下两种:

(1)本地应用方案:这种实现方案要求节目列表及详细信息作为业务信息的形式复用于MPEG-2传输层中,数据经信道传输后,在接收端的解码器对这些数据进行解码,并在接收机RAM中形成专用的EPG数据库,EPG应用将检索数据库并根据用户输入的指令显示用户关心的节目信息。目前大多数厂商提供的EPG采用该种实现方案。

(2)交互式实现方案:这种实现方案首先要求数字电视机顶盒的软件系统中有中间件(以HTML引擎为例),在发送端的EPG服务器将把EPG信息按照HTML页面的形式组织,通过数据广播信道传输到机顶盒,机顶盒通过HTML引擎显示这些页面,如同在PC世界中的浏览网页。用户与EPG的交互分成两种形式,对于没有回传信道的情况下,HTML页面通过Data Carousel发送,实现本地交互;而对于有回传信道的情况下,机顶盒将根据用户的输入从网络中获取新的所需页面。该方案以OpenTV为代表。

上述两种实现方案都要求业务信息或HTML页面随着时间迁移或节目修改而做相应变更,对于本地应用和本地交互方案还要求数据有一定的重传率,以保证EPG的随机接入。

比较上述两种实现方案,前者的EPG显示形式是由接收机中的EPG应用完全决定的,发送端只提供必须的信息条目,比较容易实现;后者的EPG显示形式完全由EPG服务器提供的页面决定,即由发送端决定。

EPG系统的关键技术

实现EPG系统主要有以下几个关键技术:发端的SI数据的组织和生成,接收端SI数据的接收和解析,接收端SI数据库的建立,EPG界面的显示等。其中有些是用硬件实现,如SI数据的接收和解析;有些则用软件实现,如SI数据库的建立和EPG界面的显示。具体如下:

1、SI数据的组织和生成

发端的SI数据的组织和生成,由发端的SI服务器(SI Server)完成这部分功能,接收端的SI解析与此功能相反,主要负责SI数据表的重建。SI数据的组织要符合DVB-SI中的语法定义和MPEG-2的语法定义,同时要纵观传输网络中的所有业务信息。信息内容应与PSI和SI表中的信息相对应,它可按照Network-Transport Stream-Service-Event的分层顺序描述,同时内嵌Transport Stream-Program(Service)-Element Stream的分层顺序。

2、SI数据库的建立

SI数据必须按照一定的数据结构进行存储,这样才能方便、快捷地对其进行检索和数据的提取。特别是对EPG系统,运行于机顶盒的实时操作系统中,需要对用户的交互进行实时的动作。SI数据库建立的好坏对其性能有重要的影响。SI数据主要有:网络信息、传输流信息、业务(节目)信息,业务的事件信息等,并且大量的信息都是通过描述子来传输的,所以可用树状链表来存储数据,构成从网络、传输流、业务、事件的树状结构,传送不同信息的描述子用继承于同一基类的描述子类来表示。

3、EPG系统的显示技术

当电视节目和EPG应用同时启动时,用户看到的可能是节目画面和EPG界面的叠加,用户所看到的电视画面从前到后可以分为三层,依次为图形层、视频层和背景层。

这里的图形层也就是下面所说的OSD(On Screen Display)层,OSD界面显示技术指在图像画面上叠加文字显示,使屏幕为用户提供更多的附加信息。视频层为当前正在收看的节目(解码出来的活动图像);背景层为没有播放电视节目和启动EPG菜单时的屏幕图像。EPG画面在图形层上构建,EPG画面是由许多EPG图形元素(如按钮、文本框、选择按钮、组件容器等)叠加而成。界面的状态转移是通过消息驱动的机制来实现的,在消息响应函数中进行消息处理。见到的屏幕图像是这三层的叠加(blend)后的图像。

EPG界面显示的总体思想是:SI数据与图形元素分离。包括以下几部分:SI数据的检索与提取,EPG界面所需的图形元素库,状态转移控制器,OSD层绘制引擎,OSD层图、视频层、背景层及这三层的Blend操作。SI数据检索模块快速的检索本地SI数据库,提供EPG界面当前输入焦点所需的数据信息;OSD层图形元素库提供界面所需的图形元素,该库存于本地机顶盒的ROM中;状态转移控制器接收用户遥控器的输入,提供当前显示所需的活动焦点,控制状态转移的流向;OSD层图像是指EPG界面图形元素合成后的图像;OSD绘制引擎决定显示的相应算法,接收各模块提供的数据,完成OSD层图形的绘制,最后是OSD层、视频层和背景层的blend操作。

数字电视的优势不仅仅是提供高质量的视频、音频节目,更重要的是采用数字化处理后,提供了业务的灵活性和多样性。其中电子节目指南,它描述节目的播出时间和简要内容,可帮助观众方便快速地寻找自己感兴趣的节目。将为观众收看电视带来极大的帮助,因此,必须重视数字电视的电子节目指南系统的研究和内容的制作。

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