TS流復(fù)用器中EPG信息處理的優(yōu)化*

葛 倩，于鴻洋，張 萍

（電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，四川 成都 611731）

1 引言

在數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中，在TS（Transport Stream）傳輸流最終被送到信道設(shè)備進(jìn)行信道發(fā)送之前，TS流復(fù)用器將不同來(lái)源的傳輸流合并為一個(gè)新的傳輸流。電子節(jié)目指南（Electronic Program Guide，EPG）是指在符合MPEG-2（13818-1）的TS傳輸流中插入DVB標(biāo)準(zhǔn)定義的業(yè)務(wù)信息（Service Information，SI），是一種收視導(dǎo)航工具，是交互電視的關(guān)鍵技術(shù)。EPG協(xié)助觀看電視節(jié)目的用戶選擇節(jié)目，用戶通過(guò)EPG可以得到節(jié)目的相關(guān)信息。

復(fù)用時(shí)，EPG等其他服務(wù)信息要通過(guò)復(fù)用器插入到TS流中。由于輸入到復(fù)用器的各TS流的EPG信息可能不完整或需要在原TS流中插播節(jié)目，所以復(fù)用之前需對(duì)各個(gè)待復(fù)用TS流的EPG信息進(jìn)行添加或修改。同時(shí)，復(fù)用器會(huì)對(duì)節(jié)目號(hào)等信息重新賦值，攜帶EPG信息的各個(gè)表也要根據(jù)復(fù)用器的修改情況進(jìn)行相應(yīng)的修改和合并。EPG的處理在TS復(fù)用中非常重要，筆者介紹了一種TS流復(fù)用器中EPG信息相關(guān)表的處理方法。

EPG信息由兩部分信息組成：基本EPG信息和擴(kuò)展EPG信息?；綞PG信息是指完全可以用《數(shù)字廣播業(yè)務(wù)信息規(guī)范（GY/Z174-2001）》中的網(wǎng)絡(luò)信息表（NIT）、業(yè)務(wù)群關(guān)聯(lián)表（BAT）（可選）、業(yè)務(wù)描述表（SDT）和事件信息表（EIT）進(jìn)行描述的EPG信息[1-3]。筆者主要介紹基本EPG的處理，包括對(duì)NIT，SDT和EIT的處理，BAT的處理方式與其他表相似。

2 EPG處理系統(tǒng)框圖

筆者設(shè)計(jì)基于IP多路輸入、多路復(fù)用輸出的TS軟件復(fù)用器中的EPG處理部分，復(fù)用器與設(shè)計(jì)均在Linux系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)主要可分為EPG獲取、EPG數(shù)據(jù)存儲(chǔ)編輯、EPG發(fā)生等模塊，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

EPG獲取模塊主要完成對(duì)EPG信息的接收提取與分析。之后由EPG數(shù)據(jù)存儲(chǔ)編輯模塊將得到的信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL，并由用戶進(jìn)行導(dǎo)入或編輯操作，對(duì)EPG進(jìn)行相應(yīng)的添加或修改，最后EPG發(fā)生模塊根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的新EPG信息和復(fù)用信息，產(chǎn)生新的EPG數(shù)據(jù)，按一定的時(shí)間間隔插入到輸出TS流中。筆者將通過(guò)對(duì)各模塊的實(shí)現(xiàn)方法介紹來(lái)論述TS流復(fù)用器中EPG信息處理的實(shí)現(xiàn)。

3 模塊實(shí)現(xiàn)方法

3.1 EPG獲取模塊優(yōu)化及實(shí)現(xiàn)

3.1.1 EPG獲取優(yōu)化

為了提高EPG的接收效率，對(duì)EPG獲取的兩個(gè)處理過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化，即各表section接收和接收信息完整性的判斷。

1）section接收優(yōu)化

部分機(jī)頂盒由于處理器主頻和存儲(chǔ)空間的限制，在接收PSI/SI表的section時(shí)采用PAT→NIT→SDT→EIT順序接收的方法，即在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)只對(duì)一種PSI/SI表進(jìn)行接收。會(huì)出現(xiàn)接收到SDT或EIT的包時(shí)，因?yàn)镻AT或NIT沒(méi)有接收完成或者丟包而放棄接收分析的情況，當(dāng)需要接收這些表時(shí)又要等到下一個(gè)發(fā)送周期，這樣接收完所有的表可能需要幾個(gè)發(fā)送周期，接收效率較低。由于系統(tǒng)在PC上實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)空間和處理器主頻的限制較小，故對(duì)接收方式進(jìn)行了優(yōu)化，采用并行接收，即先接收PAT，之后并行接收NIT，SDT和EIT，可以節(jié)省時(shí)間。并行接收主要體現(xiàn)在section的接收處理上，接收步驟為：

（1） 過(guò)濾 PID=0x000的包，分析PAT，獲得 NIT的PID、該流的節(jié)目數(shù)量以及所有節(jié)目的節(jié)目號(hào)，存入節(jié)目數(shù)據(jù)鏈表。由于PAT發(fā)送周期較短（為40ms），這一步驟可在很短的時(shí)間內(nèi)完成。

（2）對(duì)其余3種表的section進(jìn)行并行接收。程序根據(jù)TS包的PID過(guò)濾出需要的包，分別送入NIT，SDT和EIT各自的接收通道中，每個(gè)通道利用獨(dú)立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)記錄section接收情況信息和獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)接收到的section內(nèi)容，使得各通道互不干擾。

（3）section進(jìn)入各自的接收通道后，先判斷是否丟包，之后對(duì)TS包解包，將section內(nèi)容存入緩沖，根據(jù)section_length來(lái)判斷一個(gè)section是否接收完成，如果完成，按照各表的結(jié)構(gòu)，分析該section，存儲(chǔ)相關(guān)信息，最后判斷接收信息的完整性，決定是否繼續(xù)接收。

2）判斷信息完整性優(yōu)化

在判斷接收信息的完整性時(shí)，不采用以往一些設(shè)計(jì)中根據(jù)last_section_number來(lái)判斷的方法，這要求section以section_number的順序依次接收，若開(kāi)始接收時(shí)錯(cuò)過(guò)section_number為0的包或者丟包，則導(dǎo)致之后section_number的包需等到下一發(fā)送周期才能接收，降低了接收效率，PSI/SI發(fā)送周期較長(zhǎng)或者網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較差時(shí)影響尤為嚴(yán)重。

筆者采用一種改進(jìn)的接收判斷方法，可以解決這個(gè)問(wèn)題，即利用段存在標(biāo)志數(shù)組來(lái)判斷信息完整性，不要求按照section_number順序接收。具體實(shí)現(xiàn)為：程序首次收到該表section時(shí)，通過(guò)last_section_number（EIT還需要segment_last_section_number和last_table_id以及本TS流中的節(jié)目數(shù)和節(jié)目的program_number）計(jì)算出該表的section總數(shù)和所有section_number，以此建立section存在標(biāo)志數(shù)組。以SDT為例，若得到last_section_number為1，則可以計(jì)算出該流SDT分段有2個(gè)section，section_number分別為0和1，即可建立標(biāo)志數(shù)組，把0和1的位置置位為存在。之后每接收完一個(gè)section，把對(duì)應(yīng)標(biāo)志數(shù)組中的該section標(biāo)志置位為已接收，并檢查所有的存在標(biāo)志，若有存在標(biāo)志未置位為已接收，則繼續(xù)接收該表，否則該表接收完成，停止接收。

3）優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化以存儲(chǔ)空間為代價(jià)來(lái)提高接收效率，適合于在存儲(chǔ)空間限制較小的PC上實(shí)現(xiàn)。若不經(jīng)優(yōu)化，系統(tǒng)可能需要接收端接收到數(shù)次完整的信息才能完成接收，而優(yōu)化之后的系統(tǒng)接收端只須收到一次完整的信息，就可以完成接收，減小了PSI/SI發(fā)送周期和丟包的影響。

3.1.2 表分析處理流程圖

系統(tǒng)對(duì)各表采用介紹的優(yōu)化方法進(jìn)行并行接收，完成EPG信息的分析存儲(chǔ)，接收框圖如圖2所示。

3.2 EPG數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和編輯

EPG相關(guān)表格接收完畢后，形成數(shù)據(jù)鏈表，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

這樣的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)輸入TS流標(biāo)號(hào)和節(jié)目號(hào)迅速定位節(jié)目信息，使之在鏈表中的添加刪除靈活簡(jiǎn)便，也便于之后的表生成模塊的處理。

選用的數(shù)據(jù)庫(kù)為MySQL。MySQL是一個(gè)開(kāi)放源碼的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，支持Linux操作系統(tǒng)，CPU利用率高，查詢速度快，還提供多種語(yǔ)言支持，滿足EPG信息的多語(yǔ)言要求?；谶@些特性，MySQL可以滿足設(shè)計(jì)中對(duì)EPG處理的要求。

所有的EPG信息存入創(chuàng)建的database中，程序根據(jù)輸入TS流的EPG建立table：SDT，EIT_PF和EIT_schedule_stream.No_prog_program.No，存入相關(guān)信息。

用戶通過(guò)EPG編輯器對(duì)EPG信息進(jìn)行編輯。其功能模塊包括網(wǎng)絡(luò)配置和事件編輯（包括節(jié)目編輯和節(jié)目單導(dǎo)入導(dǎo)出），完成后，將修改的信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖3 EPG信息數(shù)據(jù)鏈表

3.3 EPG數(shù)據(jù)打包發(fā)送

3.3.1 各表section生成

為了便于表的生成，為各輸出流建立一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)組mult_infomation，存儲(chǔ)該流的復(fù)用信息，其中包含了stream_id（輸入 TS 流標(biāo)號(hào)），origin_program_number（該節(jié)目的原始節(jié)目號(hào)），new_program_number（在復(fù)用流中的節(jié)目號(hào)）等信息，數(shù)組的項(xiàng)數(shù)為該復(fù)用流中所包含的節(jié)目數(shù)，通過(guò)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以方便地得到節(jié)目被復(fù)用到輸出流中的位置。

NIT，SDT和EIT在TS流中的獨(dú)立性各不相同，所以section生成方式稍有不同。NIT對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行描述，在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有流的NIT是相同的，只須生成一種NIT section之后進(jìn)行打包，作為同一網(wǎng)絡(luò)中所有流的NIT包，對(duì)于SDT，每個(gè)流的SDT section各不相同，需對(duì)各輸出流生成各自的SDT section，之后再打包，EIT是以節(jié)目為單位獨(dú)立的，即相同節(jié)目的EIT section除了service_id，其余部分在各TS流中都是相同的，所以先對(duì)各輸入TS流的各節(jié)目生成EIT section，之后輸出流根據(jù)mult_infomation從這些EIT section中選出需要的section，修改service_id，進(jìn)行打包。

生成section的信息從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取，之后根據(jù)各表的結(jié)構(gòu)建立section，完成后計(jì)算CRC并插入。輸出TS流還需帶有同一網(wǎng)絡(luò)中其他TS流的SDT和EIT信息，傳輸這些信息需修改 table_id（SDT改為 0x4F，EIT在原table_id上加上0x10）和重新計(jì)算CRC。

3.3.2 生成各表的待發(fā)送TS包鏈表

SDT和EIT作為其他流信息發(fā)送時(shí)只須改變table_id和CRC，所以同一網(wǎng)絡(luò)TS流中的SDT和EIT除table_id和CRC部分不同之外，其余部分完全相同，同時(shí)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有流共用一個(gè)NIT。由于設(shè)計(jì)的復(fù)用器輸出流均在同一網(wǎng)絡(luò)中，故各表可分別僅用一個(gè)TS包鏈表和相應(yīng)的修改信息構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)中所有輸出流的待發(fā)送包。

為了建立鏈表，須對(duì)生成的section打包并存儲(chǔ)到TS包數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了有TS包的完整內(nèi)容之外，還帶有output_id（輸出流編號(hào)）和需要替換的內(nèi)容（table_id和CRC）。建立好的鏈表如圖4所示（以SDT為例），其中NEXT_SDT_USE[output_id]為指向TS包數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針，每個(gè)輸出流均有1個(gè)，用于在發(fā)送TS包時(shí)指示當(dāng)前應(yīng)發(fā)送的包，header_n和rear_n為指向輸出流n的本流SDT包鏈表的頭和尾。

圖4 TS包鏈表結(jié)構(gòu)

3.3.3 各輸出流EPG包發(fā)送

對(duì)于每一個(gè)輸出流，需發(fā)送的表為：網(wǎng)絡(luò)NIT、流SDT和EIT、同一網(wǎng)絡(luò)中其他流SDT和EIT分段。DVB關(guān)于SI表的傳輸間隔要求如表1[4]所示。

表1 DVB關(guān)于SI表的傳輸間隔

以SDT發(fā)送為例，每隔2 s發(fā)送一次本流SDT分段，每隔10 s發(fā)送一次本流和其他流SDT分段，每發(fā)送一個(gè)包，NEXT_SDT_USE[output_id]就指向下一個(gè)包，當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)送完成標(biāo)志（僅發(fā)送當(dāng)前流分段時(shí)標(biāo)志為rear_n，發(fā)送所有分段時(shí)標(biāo)志為header_n）即停止發(fā)送，等待下一發(fā)送周期，EIT和NIT的發(fā)送與此類似。當(dāng)TS包作為其他流分段 （根據(jù)結(jié)構(gòu)體中output_id和當(dāng)前輸出流id判斷）發(fā)送時(shí)，須根據(jù)結(jié)構(gòu)體中的修改信息進(jìn)行修改。

3.3.4 EPG信息更新

EPG更新可以采用兩種方式：僅允許用戶手動(dòng)更新和根據(jù)輸入TS流更新。更新方式的選擇以輸入TS流為單位。

1）用戶手動(dòng)更新。在復(fù)用過(guò)程中，用戶通過(guò)EPG編輯器更新EPG信息，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，程序根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息重新生成表，并使表的version_number加1，完成更新。

2）根據(jù)輸入TS流更新。開(kāi)始復(fù)用后，程序監(jiān)視各種表的version_number，若發(fā)現(xiàn)版本號(hào)變化，進(jìn)行相關(guān)表的重新接收存儲(chǔ)，按照復(fù)用信息mult_infomation確定應(yīng)該重建哪些表，同樣，使表的version_number加1。更新原則為[5]：

（1）若NIT變更，重新建立整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸流和業(yè)務(wù)信息。

（2）若SDT變更，重新建立對(duì)應(yīng)傳輸流里的業(yè)務(wù)信息。

（3）若EIT變更，不改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸流和業(yè)務(wù)信息，只改變相應(yīng)的事件信息。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

TS流復(fù)用器的EPG處理系統(tǒng)工作于Linux系統(tǒng)下，完成復(fù)用器中EPG信息的添加、刪除等處理，進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果與分析如表2所示。

表2 系統(tǒng)EPG接收效率測(cè)試結(jié)果

測(cè)試中的丟包由隨機(jī)刪去發(fā)送流PSI/SI包來(lái)模擬，丟包程度為能夠保證接收端在1min內(nèi)收到一次完整的信息，接收超時(shí)時(shí)間設(shè)為1 min，若在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的情況下，可適當(dāng)增加接收超時(shí)時(shí)間，以保證獲取完整的信息。在不丟包的情況下，理論上，對(duì)于TS1和TS2，優(yōu)化后的接收方式需要的最長(zhǎng)時(shí)間分別為5 s和30 s。由表2的測(cè)試結(jié)果可以看到，優(yōu)化后的接收方式所用的時(shí)間小于未優(yōu)化的接收方式，并且丟包對(duì)優(yōu)化后的接收方式影響較小，對(duì)于沒(méi)有優(yōu)化的接收方式，丟包的影響在發(fā)送周期較長(zhǎng)的分段時(shí)尤為嚴(yán)重。

之后對(duì)EPG信息通過(guò)EPG編輯器進(jìn)行修改，輸出流經(jīng)EPG分析軟件分析，各表均正常。EPG編輯器界面如圖5所示。

圖6和圖7分別為輸入輸出流的EPG在數(shù)據(jù)庫(kù)中的情況 （系統(tǒng)對(duì)復(fù)用輸出流再次進(jìn)行接收可分析得到輸出流的EPG情況），右半部分為數(shù)據(jù)庫(kù)中的table，左半部分為SDT內(nèi)容。輸入為2個(gè)TS流，第1個(gè)流沒(méi)有EPG信息，SDT中的provide_name和program_name默認(rèn)為節(jié)目號(hào)。經(jīng)EPG編輯后輸出，輸出為1個(gè)流，第1個(gè)流選取節(jié)目號(hào)為ec1的流，第2個(gè)流選取所有節(jié)目，可以看到，節(jié)目號(hào)均重新賦值，并且對(duì)ec1節(jié)目的SDT進(jìn)行了添加。

[1]王大鵬.電子節(jié)目指南（EPG）在機(jī)頂盒中的實(shí)現(xiàn)[C]//國(guó)際有線電視技術(shù)研討會(huì)論文集，2003.杭州：中國(guó)廣播電視協(xié)會(huì)技術(shù)工作委員會(huì)，2003：406-410.

[2]ISO/IEC 13818-1，Third edition 2007.10 information technologygeneric coding ofmoving pictures and associated audio information：system[S].2007.

[3]方濤.數(shù)字電視業(yè)務(wù)信息及其編碼[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

[4]Guidelines on implementation and usage of service information[EB/OL].[2010-04-13].http：//www.bjpace.com.cn/data/tec/tec-DVB/DVB-20BlueBooks-20Standards/Specifications-20and-20Standards/multiplexing/dvb-si/a005r1.pdf.

[5]陳德林.EPG前端SI發(fā)表和機(jī)頂盒終端收表策略[J].廣播與電視技術(shù)，2005（8）：99-101.