浅析基于DVBC的数据广播系统

浅析基于DVB-C的数据广播系统摘要：DVB－C数据广播是一种基于IP以及DVB标准协议的有线宽带网数据广播应用平台，本文简要介绍了数据广播的概念DVB数据广播标准及从前端到终端的基本实现流程。关键词：数字电视；DVB-C；机顶盒；1.数据广播简介什么是数据广播？首先从概念上来说，数据广播是指以点对面广播方式传输文本、图像、音频、视频等多媒体信息数据的技术方式；同时，以广播方式可以把海量的信息推送给用户，满足用户的各类信息需求。因此，数据广播既是一种技术，也是一种业务。广播电视节目的数字化以及压缩技术、传输技术的发展使得现有的有线电视网络在传送原有的模拟节目之外，还有较大的余力传送数据业务，这就为基于有线网络的数据广播的发展提供了空间。数据广播是一种能够以很高的速度将文本、图形、视频、音频、数据等传输到诸如PC、机顶盒等智能设备的一项技术。数据广播服务商可以从因特网或其他途径获取大量的信息，通过数字广播信道，将丰富的多媒体信息送到用户家中，通过镜像存储，由用户按照需求取用。这种数据传播方式不仅信源丰富，传播广泛，而且还避免了信道拥堵，不能保存等短处，继广播电视和互联网之后称为第五媒体。现在利用HFC网络开展数据业务一般有两种解决方案。一种是通过CableModem接入实现双向业务。另一种是通过数据广播提供单向业务，当然也可以利用其他回传信道（例如电话线等）实现准双向的接入。目前我国大多数有线网是单向的，如果采用CableModem接入则需要对有线网进行双向改造。而采用数据广播的方式则可以直接利用现有的HFC网络，有较大的可行性。MPEG-2是的对运动图像及其伴音进行压缩的通用标准，在此基础上美国和欧洲都提出了自己的数字电视的标准，即ATSC和DVB。在ATSC和DVB中都有各自的关于数据广播的标准。由于DVB具有价格低廉、节约频率资源等优点，在我国受到了广泛的应用。DVB数据广播平台，是一种基于IP以及DVB标准协议的应用平台，主要是将各种不同数据(如IP包)封装成符合DVB标准的TS码流，并通过数据推送技术，输出符合DVB数据广播标准的MPEG码流，进入复用器，或者直接调制到CATV广播网传输。数据广播的格式采用互联网的超文本格式，信息可以来自互联网、股票交易所、在线商店等数据源，也可以按照开发互联网网站的方法编选自有节目。在这里我们主要介绍基于DVB-C的数据广播。2.DVB数据广播标准图1给出了DVB数据广播规范的协议结构：数据的传输是基于MPEG-2TS流的，针对不同的应用类型，DVB定义了以下六种方式：数据管道数据流多协议封装数据传送带对象传送带用户自定义的服务图1DVB数据广播协议结构如图1所示，数据广播标准针对不同的应用类型规定了不同的服务级别。数据管道标准对如何从MPEG-2TS流中恢复数据并没有给出具体的细节,它只是简要描述了如何将数据放入MPEG-2TS流的分组中去。数据流标准增加了更多的功能，特别是定时。这使得进行异步的数据广播、被同步的数据广播以及同步的数据广播变得可能。多协议封装、数据传送带、对象传送带标准都是建立在使用MPEG-2的DSM-CC帧结构的基础上。它是基于MPEG-2ISO/IEC13818-1中定义的MPEG-2中的私有部分。DVB增加的一些特定的信息以使该帧结构在DVB环境中工作，特别是同业务信息（SI）的结合。下面我们将简要介绍这几种数据广播的方式：（1）数据管道数据广播规范中规定数据管道方式支持在DVB兼容的广播网络中传送简单的、异步的、端到端的数据。数据管道规定直接将需要广播的数据插入MPEG2-TS流的净荷中。数据管道没有规定数据报分割和重组的方式。如果需要可以在应用部分规定，例如payload_unit_start_indicator可用于标志数据报的开始，而transport_priority可用于标志数据报结束，同时continuity_counter字段应符合MPEG-2标准。（2）数据流数据广播规范中规定数据流方式支持在DVB兼容的广播网络中传送面向流的、端到端的、异步的或同步的数据。需要广播的数据插入MPEG2中的PES分组中。对于异步数据流，如RS-232数据，没有任何定时的要求。同步数据流和被同步的数据流均是要求定时的数据流。同步数据流在接收端可以恢复其时钟和数据，如E1,T1；被同步的数据流可以实现与其他数据流的同步回放，如视频流、音频流。（3）多协议封装多协议封装方式支持使用通信协议传输数据报的数据广播业务。传输的数据报要按照DSM-CC方式封装。多协议封装提供了在MPEG-2TS流之上传送使用其他通信协议数据的一种机制。对传送IP协议的数据做了优化，但是也可以通过LLC/SNAP（LogicalLinkControl/Sub-NetworkAttachmentPoint逻辑链路控制层/子网附着点）封装方式传送使用其他协议的数据。它包括单播、组播以及广播方式。48bit的MAC地址用作接收机的地址。但是DVB并未规定如何将MAC地址分配给接收机。由于DVB网络的广播性质，数据的安全是十分重要的。封装协议支持对数据包的加密以及动态变换MAC地址以确保传送数据的安全。（4）数据传送带数据传送带方式支持周期性的传输数据模块的数据广播业务。数据模块的长度已知并且可以从数据传送带中及时的更新、添加或者删除内容。模块可以分割为一组更小的模块，也可将多个模块组成一个超级模块。在接收端，如果想要获得特定模块中的内容，仅仅只需要等待该模块再次被广播。数据被装入称作模块的结构中。这些数据可能仅仅只是一系列文件的内容，每个模块被分为一个或者多个按照DSM-CCDownloadDataBlock语法定义的downloaddatamessage净荷。每个下载信息仅被插入一次，且同一模块的多个下载数据块是按照顺序依次插入数据传送带的循环中的。但是并没有限制一个特定的信息是如何插入的，对插入的先后顺序以及插入的位置也未作规定。因此可以按照某一应用的最佳方式创建数据传送带，插入的次数和顺序也不是固定的，可以动态的变化。数据要按照MPEG-2DSM-CC中定义的DSM-CC数据传送带的方式进行传送（5）对象传送带对象传送带方式支持需要周期性广播DSM-CC用户到用户数据对象的数据广播业务。DSM-CC对象传送带使用目录对象、文件对象和流对象。对象传送带方式将一组结构化的对象进行广播。实际的目录和内容都存放在服务器中。服务器只需要周期性的将需要广播的对象放入DVB兼容的MPEG-2TS流中即可。发送的目录对象和文件对象包含对象的内容，发送的流对象参考广播中的其他流对象。流对象中也可以包含在特定流中广播的DSM-CC事件的信息。DSM-CC事件可以广播规范的流数据也可以用于DSM-CC的申请触发。多个客户端可以通过周期的读取传送的循环数据恢复对象实现，从而在客户端模拟服务器端。循环对象提供客户端获取应用及这些应用内容的方式，从而好像与服务器端有交互式的连接。3.DVB-C数据广播的系统结构数据广播系统的重点在于开发各种具体的、详细的、实用的、新颖的、面向用户的具体业务。从整个系统的功能描述来看，可以分为系统服务器端和客户端。服务器端（或前端）的主要功能是完成数据的录入和播发；客户端（或终端）的功能则是信息呈现。对于有线数字电视终端机顶盒而言，由于受到CPU处理能力、外部缓冲区容量等硬件资源的限制，其应用处理能力也就相应较弱，但由于用户对数据业务的多样性及界面的美观性等的需求，又需要机顶盒能够实现尽可能多的业务呈现手段。根据现阶段的实际状况我们把信息来源主要分为4类：Internet，卫星，视频服务器及手工录入。其中较大量的数据信息如新闻、气象等主要通过网络获取，而其中的特殊数据如股票，则通过卫星获得。作为安全可控系统、本地实时数据需要手工编辑录入及审核。同时可以从视频服务器中添加伴音等，用来丰富业务。数据广播系统如图2所示节目机顶盒来源用户图2数据广播系统结构图(1)节目流编辑系统在节目编辑系统中由节目编辑人员将各种股票、新闻、交通等信息通过进行下载、编辑、审核、TS流打包等主要流程，得到经过处理后的TS包。根据ISO/IEC13818－1协议，所有TS包数据被分割成188字节大小的定长分组数据包，这些包在数字电视广播中用来传送数字视/音频以及相关的信息。实际上，这种定长的数据包可以用来传送各种信息。数据广播标准就是规定了用TS流来传送面向多种应用的数据的方法。传输流的包长为固定的节目信息编辑系统DVB网关CA管理QAM调制188个字节，包含TS头、适配域和净荷数据。TS头是由同步字节、标志比特、指示比特、PID加上其他诸如纠错的定时的信息组成的。节目信息编辑系统是前端对节目控制的窗口，经过编辑系统打包生成的TS流里除带有标示信息种类的PID信息之外，不带有任何PSI及SI信息。节目专用信息PSI是在接收端用于MPEG-2对节目进行解码所需设置参数的信息，它包括有关视频、音频、数据的PID的规定，以及有关节目PID之间的关系(MPEG-2的PID总数为8191个)。MPEG-2规定了PSI信息有4个；节目相关表PAT(PAT表包的PID始终为0)，节目映射表PMT，条件接收表CAT(CAT表包的PID值为1)，网络信息表NIT。有着特定PID值的MPEG传输包组成了一个PID流，它将与视频流、音频流和其它数据PID流进行复用最终形成MPEG业务流。MPEG业务流将包含一个PMTPID流，这个PMTPID流包含了PMT。PMT用于识别组成MPEG业务的各种视频、音频、数据成分的PID值。在数据广播播发服务器中，通过多播MAC地址的映射，在PMT中将引入一个新的PMT描述符来识别每个数据PID流所装载的数据。多种业务流，连同一个包含PAT的PID为0的PID流，将被复用在一起形成MPEGTS流，然后向网关发送。(2)前端硬件播发服务系统DVB数据广播前端子系统硬件构成主要包括DVB网关(数据服务器)、Web服务器、视频服务器、节目及用户管理工作站以及播控服务器，前端网关用于连接IP网和数字电视传输网络，有条件接收系统(CA)实现对用户的服务权限管理，控制服务器主要用来控制访问路由器上的用户登录，下行数据的加密、计费、网关和监控服务器配合在一起工作，监控服务器会根据客户端软件提供的用户卡号，生成加密字传给网关。前端各种信源服务器与DVB网关通过局域网的方式（例如以太网）相连。典型业务如股票信息服务，网站推送，文件下载，准视频点播等服务的IP报文按照DVB-Data多协议封装标准打入DSM-CC私有数据Section，并将Section打入TS流通过ASI/SPI接口实时播出，经过QAM调制器调制成射频信号，在HFC有线网上传送。与CATV前端的接口保证数据广播模块输出与普通下行电视节目的调制输出的频率及电平等指标相同，以频分复用方式一起进入HFC光纤电缆混合网中，而采用频分复用的方案是为了尽可能地降低用户端设备的成本。(3)用户端系统数据广播用户端系统实现广播电视网的数据信息的接收、浏览、查询。用户端支持双平台接收，用户既可是PC机用户，也可是电视机顶盒用户，PC机用户需要PC接收卡，电视机用户需要机顶盒。目前国内用户主要依靠机顶盒来实现，机顶盒从CATV网络中接收由服务器端发送过来的数据，并按照不同的数据类型来解释和呈现数据，同时在此过程中还可赋予客户一定限度的自主性，例如进行简单的选择和排序等操作。为了实现CA授权的解密与解扰，目前普遍采用的方法是由节目营运商（电视台）实现机、盒捆绑推出，即机顶盒与授权卡一一对应，节目的收视权限由机顶盒附带的收费授权卡来实现用户权限选择。数字电视主要终端设备－多媒体机顶盒也称综合业务机顶盒或全功能数字机顶盒。它可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，包括收看普通电视节目、数字加密电视节目、点播多媒体节目和信息、电子节目指南（EPG）、收发电子邮件、因特网浏览、网上购物、远程教育等，需要的条件是双向CATV网，鉴于目前国内的CATV