電視中的數據廣播

為給觀眾提供更多的與節目相關或無關的信息，電視節目的製作者往往會在電視節目上疊加字幕，這個方法沿用至今。

基本介紹

• 中文名：電視中的數據廣播

概述

為給觀眾提供更多的與節目相關或無關的信息，電視節目的製作者往往會在電視節目上疊加字幕，這個方法沿用至今。到了20世紀70年代，英國和美國開發了利用傳統模擬電視信號來傳送數據進行通信的圖文電視技術。也就是在場逆程內疊加數據信號，並由專門的接收機接收顯示信息。這可以說是數據廣播的雛形，在歐美的許多國家有著廣泛的套用。由於受模擬電視信號頻寬的限制，一個頻道一般只能加入200kbit/s的數據。因此在形式和內容上也受到很大的限制。數位電視的出現，改變了這一狀況。數位電視就是將傳統的模擬電視信號數位化、離散化，變成0和1信號，然後在數字域對這些數位訊號進行處理、傳輸、存儲、接收、顯示。人們利用數位訊號壓縮技術，對信號進行壓縮。

目前，數位電視提供了兩種類型的數據服務：數據廣播業務和數據互動業務。數據廣播業務就是將大量的數據採用廣播的形式向廣大用戶傳送，用戶在客戶端根據自己的需要有選擇地收看，以實現用戶與客戶端的互動。例如局端傳送實時的股票行情，用戶利用機頂盒接收自己感興趣的股票的數據，局端也可以傳送各種內容的數據，提供不同的服務：電子節目指南(EPG)、網際網路熱門站點的瀏覽、公用信息查詢(天氣預報、飛機航班、家政資料等)、遠程教育等。數據互動業務則是利用電纜調製器、電話等設備，通過有線電視電纜或電話線等上行通道，將用戶的要求發回局端，再由局端傳送用戶所需的數據，提供個性化服務。同樣，局端通過向特定的用戶端發出查詢請求並通過上述通道獲取用戶信息。目前已經有的服務：軟體下載服務、電子郵件、節目訂購、電視購物、客戶信息統計等。

現今，我國使用的MEPG-2技術和標準，可以將數據量大大縮小。同時，我們可以根據標準，將其他的數據加入到信號流中。由於是數據，我們可以很方便地對特定的數據(節目數據)作注釋、加密，也就是在數據前加數據頭、變換數據值等。也可以接收帶某個記號的特定數據。數位電視的數據流內已不再是單純的視音頻以及相關數據，而是加入了其他信息數據的複合數據流。數位電視的廣播其實變成了數據的廣播。

美國的ATSC、歐洲的DVB和日本的ISDB等標準都對數據廣播非常重視，例如DVB的數據廣播標準已在1999年成為歐洲標準。各標準之間大同小異，無原則性區別。

數據廣播標準

現今，數位電視廣播都是遵循MPEG-2標準，採用TS流來編碼、打包、傳輸各種數據。如圖1所示。

圖1 數位電視廣播系統

為了在接收端正確接收並顯示傳送端傳送的數據，必須有一套通信協定來保證。在其中傳輸的數據伺服器的數據也不例外。在MPEG-2標準中，ISO13818的第六部分DSM-CC(數據存儲媒體的命令和控制)就是這樣一種數據廣播的開放的套用協定，它提供了用戶—用戶和用戶—網路的各種服務，提供了對數字存儲媒體的TS流的基本操作和控制函式。DSM-CC協定位於套用層之下，與傳輸層無關。獨立於所管理的DSM，建立在它之上的套用則獨立於所傳輸這種套用的網路協定，也就是可以在IP、ATM等各種網路上傳輸。DSM-CC具有很大的靈活性，對於一個特定的套用，DSM-CC中的每一個協定都可以單獨使用或和其他協定一起使用。DSM-CC包含了各個方面的協定，它由以下幾部分組成。

①錄像機式的視頻流控制(VCR-like Control of the Video Stream)。

② 網路會話和資源控制(Network Session and Resource Control)。

③客戶端配置(Configuration of a Client)。

④客戶端下載(Download of a Client)。

⑤ 通用互動套用服務(Generic Interactive Appli- cation Services)。

⑥ 通用廣播套用服務：數據和用戶—用戶對象傳送帶，和可切換數字廣播頻道的變動(Generic Broadcast Application Services-Data and User Object Carousel，and Switched Digital Broadcast Channel Change)。

DSM-CC有一個簡單的功能參考模型，如圖2所示。

圖2 DSM-CC功能參考模型

我們把客戶端和伺服器實體一同稱為用戶。整個功能模型由客戶端用戶、網路、伺服器用戶組成，提供用戶到用戶、用戶到網路的信息流傳輸功能。客戶端用戶是指機頂盒等終端設備，伺服器用戶是指提供內容和服務的頭端設備，網路是指各種不同的網路實體和形式。

在提供用戶到用戶的信息流傳輸方面DSM-CC沒有特別的定義，由客戶端和伺服器之間自己約定，許多接口都可以使用。當然，它也通過通用互動套用服務部分定義了一組通用服務，供伺服器和客戶端建立通信。通用互動套用服務部分提供了一組多媒體用戶—用戶接口，來支持各種多媒體套用。這組接口採用接口定義語言(IDL)，分為套用可移植接口部分和服務互操作接口部分。前一部分主要用於客戶端套用，後一部分則使不同的伺服器和客戶端能一起工作。圖3列出了接口的概要。

圖3 DSM-CC核心接口

接口類型可以分為抽象接口和實例接口。在抽象接口部分，Base和Access接口為實例接口提供接口公用權，First接口則使客戶端用戶能獲得第一個對象。在實例接口部分，Stream接口為客戶端提供了類似錄像機的控制功能。File接口為客戶端提供讀寫伺服器端的檔案。Direcriptor接口提供瀏覽的功能。BindingIterator接口提供處理信息列表。Session接口提供了連線和斷開服務網關的服務。可以看到這些接口之間有繼承關係。

用戶到網路的信息流主要用於控制會話和網路資源。會話和資源管理器(SRM)是它的實體，負責用戶和網路的連線控制。它可以被分配到網路的各個地方，涵蓋各種網路。DSM-CC規定了一個標準信息頭部用於用戶到網路的信息，它在傳輸層上傳輸，但對傳輸層的要求最少。它必須能識別和丟棄錯誤的信息，並可以被分段和重組而不必按次序傳輸。

DSM-CC是一種基於網路資源有限的通信協定。資源的分配取決於會話，一個服務結束，它所占用的資源也就被釋放。整個網路採用惟一的會話標識(SessionID)來定義某個會話。在會話過程中，伺服器可以要求網路增減資源。同時伺服器通過資源描述器(Resource Descriptor)來表述它。一個會話可以有多個資源連線。資源描述器是一組用來定義和描述資源信息在用戶和網路間傳遞的數據結構。比如TS流中的節目映射表(PMT表，Program Map Table)。DSM-CC允許資源和會話的管理和網路連線分開，也允許跨網路的信息傳輸。在跨網路傳輸時，由

SRM來負責將一種網路的資源描述器的內容轉換為另一個網路的資源描述器。

在客戶端配置部分DSM-CC給出了客戶端在網路中的設定標準，也給出了用戶的套用在網路中初始化設定的方法。我們稱為用戶到網路的配置(UNconfiguration)。通過它，客戶端通知網路並確認登錄，然後獲取SessionID、IP位址等有關信息。

在客戶端下載部分，DSM-CC同時支持有流量控制和無流量控制的下載。並且在下載控制信息中加入足夠的信息，來保證只要下載信息在傳送，客戶端就可以在任何時候開始下載。

在通用廣播套用協定部分DSM-CC規定了數據輪協定和用戶—用戶對象輪協定，數據輪協定主要適用於簡單套用，用戶端在預先約定的廣播頻道使用預定的參數接收下載數據和控制信息。這樣只要根據下載控制信息提供某個數據輪所攜帶的數據模組的列表信息客戶端就可以獲取相應的模組。如果想更好地提供數據輪服務，DSM-CC規定了用戶—用戶對象輪協定和廣播互操作協定(BIOP，Broadcast Interoperability Protocol)。此外，還規定了可切換數字廣播頻道變動協定，用於客戶端通知網路它要從一個頻道切到另一個頻道。它在客戶端和IWU單元(InterWorking Unit)之間傳遞。比如在多播方式(Multicasting)下，一些相同的內容傳給一群相同的用戶，而當其中的有些用戶想接收其他內容時，就要提出請求從一個頻道切到另一個頻道。

DVB數據廣播

基於DVB和ATSC標準的數據廣播在歐美發展非常迅速。兩種標準的數據廣播原理相同，但因為它們各自有不同的服務信息表(SI)，所以在具體的實現和支持的功能上有一些不同。這裡介紹DVB的數據廣播。

DVB標準中數據廣播有4種類型：數據管道、數據流、多協定封裝及數據輪和對象輪。

多協定封裝（Multi-Protocol Pipe）

多協定封裝為各種網路通信協定在DVB數據廣播中的使用提供了可能。它將一種協定的數據包進行分割並重新封裝成另一種協定的數據包。它按照MPEG-2私用分段的格式，在DSM-CC分段中傳送。它採用了6Byte的MAC地址來辨識客戶端，因此除了支持廣播外，它還支持點到點播出(Unicast)和多播(Multicast)。它可以直接封裝IP數據包(最大傳輸單元最好不要超過私用分段的最大傳輸長度4KB)，也可以採用LLC/SNAP(Logical Link Control/Sub-Network Attachment Point，邏輯鏈路控制/子網附著點)封裝方式來支持其他協定。

數據管道（Data Pipe）

數據管道方式利用私用數據段來傳送數據，在TS層打包傳輸，支持各種異步的端到端的簡單數據廣播，具體的傳輸協定由用戶決定。

數據流（Data Stream）

數據流和視音頻流類似，以流的方式將數據打包在PES包中傳送。它支持端到端的數據廣播，它有3種類型的數據流：同步數據流、異步數據流、存在同步關係的數據流。

同步數據流在發端傳送自己的時鐘信息，然後由接收端恢復出時鐘，實現數據同步。異步數據流不需要時鐘信息，只需將數據打包在PES_packet_length域後傳輸。同時將stream_id標識成private_stream_2就可以了，而PES包頭部的其他域都可以棄置不用。有同步關係的數據流是指它的接收顯示同步於其他數據流，比如一同傳輸的某個視頻流。就像音頻流必須同步於視頻流，才能在接收端顯示正確的聲畫關係一樣。為此，它採用了視音頻流間同步的機制，通過PTS來實現同步關係。PTS中包含了PCR(Program Clock Reference節目時鐘參考)信息。整個數據流採用PES包的PES_data_packet結構來打包。

數據輪和對象輪(Data Carousel and Object Carousel)

輪(Carousel)也稱為傳送帶，數據輪方式就是在網路上周期性的傳送數據塊，所有的數據塊(DSM-CC規定塊的大小是相同的)組合成各個模組，可以方便地更換、刪除、添加。模組可以組成模組組，模組組可以組成超群組。數據輪的數據結構符合DSM-CC的定義，所有的檔案分裝在各個數據模組中，各模組間的關係存放在下載控制信息中，各個模組的傳送順序可以是任意的。模組組和超群組結構如圖4所示。

圖4 數據輪模組結構圖

從圖4中可以看到，每個模組中最基本的單元是下載數據塊(DDB，Download Data Block)，數據塊大小一致(每個模組的最後一個DDB可能會小一點)，每個模組中DDB數量不等。每個模組組中都有一層DII(Download InfoIdication)，下載控制信息，其中的mi(module information)是模組信息。在超群組中在DII之上還有一層DSI(DownloadServerInitiate，下載控制信息)，其中的gi(group information)是模組組信息。如果數據輪中只有一個模組組，只有DII層我們就稱為單層數據輪；如果數據輪中有超群組，帶有DII層和DSI層，我們就稱為雙層數據輪。我們還看到不管是DII還是DSI，它都帶有transactionID域，通過它可以進行版本識別和下載控制信息的標識。新版本的數據替換舊數據會使模組的版本域發生變化，同時該模組所在的模組組的DII中描述該模組的相應域的數值也發生變化，這種DII內容的變化也使它的transactionID的值改變，同時DII內的其他任何變化也會使transactionID發生變化。如果是雙層結構，會引起DSI內相關內容的相同變化，這樣客戶端只要發現最高層的下載控制信息的transactionID發生變化，就可以知道有新的版本的內容在傳送並開始下載更新。

對象輪是用於傳輸一組帶有結構的對象的數據傳送方式，是數據輪的一種。DVB已對它定義了詳細的數據結構和類型。它符合DSM-CC中用戶到用戶對象輪的標準定義。對象輪內的對象數據採用符合BIOP協定的格式。數據可長可短，放在DDB中傳送。對象包含目錄、檔案、流。目錄和檔案是對象的實際內容，目錄中含有服務網關(相當於對象組的最高層目錄，用於提供對象名稱)和其他目錄內容，檔案中包含內容數據和檔案長度屬性。流對象包含了一組指向其他廣播數據的流的標識符列表(連線頭)，作為相互間的參考。對象由伺服器端在數據輪上循環傳送，客戶端在本地接收並存儲它想接收的對象的結構。客戶端的用戶程式在對象輪中接收相應的數據並使用。

我們把一組有結構的對象稱為服務域，服務域內的對象採用CORBA定義的IOR(Interoperable Object Reference)互操作對象參考結構來標識。IOR結構中有一個部分保存了對象的存儲地址信息，稱為類體。對象輪採用了兩種類體來指明對象。一類為BIOP類體，用於指明同一對象輪內的對象的類體。一類為Lite Options類體用於指明另一個服務域中的對象。IOR信息通過DSI來傳送。

BIOP類體指明了裝載傳輸對象的數據屬性的BIOP的地址，該類體由ObjectLocation和ConnBinder兩部分組成。ConnBinder部分由一系列標識符列表(連線頭)組成，這些連線頭至少有一個通過PMT(節目映射表)指明了傳送該對象的模組組的DII。然後由該DII中的連線頭再通過PMT指明帶有該對象數據的DDB。ObjectLocation包括了ModuleID、CarouselID、ObjectKey三部分。ModuleID用來標定DII中相應的ModuleID參數。CarouselID用來標定所在數據輪的信息。ObjectKey用來識別模組中的對象信息。

Lite Option類體指明另一網路服務域中的對象。它採用NSAP(Network Service Access Point)網路服務接入點地址來標識網路中的服務域。類體中包含了一個服務地址，其中含有NSAP地址。該地址中除了CarouselID外還有TransportID、ServiceID、OrginalnetworkID來標定另一個服務域。這個類體通過PAT(節目關聯表)和PMT來指明另一個服務域的DSI，再在DSI中找到相應的IOR，然後通過BIOP類體找到相應對象的DDB。

以上各種數據傳輸方式在使用時，必須在服務信息表(SI)中的SDT和EIT表中的相關域中作說明。