基于DVB的数据广播技术Word下载.docx

1、ATSC的数据广播标准则由 T3 技术组的 S13 专家组负责。无论是 DVB 还是 ATSC 或者其他的数字电视广播标准， 都是基于 MPEG2 的传送流机制，而标准只是定义了如何 在各种不同的传输媒质上进行 TS 包传送。根据ISO/IEC13818 - 1协议，所有数据被分割成 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。除了 TS流以外，ISO/IEC 13818 - 6数字存储媒体的命 令和控制（DSM - CC）是数据广

2、播的另一基础。所谓 DSM- CC 是一种特殊的协议，用于提供在数字存储媒体上管理 MPEG 码流所需的基本控制函数和操作。此协议位于操作系 统层之上、应用层之下，独立于所管理的数字存储媒体、所 关联的网络协议以及所在的操作系统，也和数字存储媒体是 本地的还是远程的无关。 DSM CC 是一个庞大的规范，数 据广播标准只是其应用的一个领域。DVB 系列数据广播协议标准包括 TR 101 202 DVB 数据广播规范执行指南和EN 301192DVB数据广播的规范。 而 ATSC 的数据广播标准则是 2000 年 7 月发布的 A90ATSC 数据广播标准 。两者从原理上来讲很接近，本文的介绍将

3、 以 DVB 的标准为主，因为它颁布较早且普及程度较高。3数据广播的基本原理数据广播可以分成四种类型，这四种类型分别针对不同 的应用。这四种类型为：（1）数据管道（ Data piping ）：数据直接由 MPEG TS 包的 负载携带，数据分割、组装和解释则都留给用户自己定义。（2）数据流（Data streaming）:数据由MPEG系统定义的 PES 的负载携带，用来实现广播网上传送面向流的端到端数据。（3 ）多协议封装 （Multiprotocol encapsulation MPE ）:将通 讯协议数据包封装成 DSM CC 分段，这种分段兼容 MPEG 2 私有分段，最终实现在广播

4、网上传送多种协议的数据包 如 IP 数据包。（4）数据集和对象集 （Data Carousel and Object Carousel）: 定义在 DCM CC 的数据集或对象集的基础上， 将需要周期 性发送的数据组织成大小相同的块进行广播网发送。数据管道协议说明并没有对如何从 TS 包中取出数据给 出具体说明，仅仅指定了如何将数据封装到 MPEG 2 传送 流包中。和其他的应用相比，要实现这种服务，发送和接收 双方需要较多的先验知识；数据流协议说明是定义在 MPEG 分组原始流（PES）基础上的，协议定义提供了更多的功能， 尤其是时间信息。这样就可以用来传递异步、从同步和同步 广播；多协议封

5、装， 数据集和对象集的应用都是建立在 DCM CC 的框架结构上， 共同基于 MPEG2 系统层定义的私有 分段基础之上。 DVB 标准仅仅增加了关于如何让这种框架结 构工作在 DVB 网络环境中的定义，尤其是和服务信息（ service information ）的接口说明。在 DVB 数据广播标准中， 所有应用都被分割成两部分： 控制和传送。其中控制部分涉及到服务信息（ SI ）和程序特殊信息（PSI），属于DVB用户服务信息协议定义的范畴， 而关于数据传送部分的说明属于 DVB 数据广播规范 定义 的范畴。4数据广播的具体协议实现4.1数据管道 数据管道是一种异步数据传送机制，数据被直接

6、插入到MPEG2 的传送包负载中。这种机制中并没有给出关于数据的分段和重组定义而是留给了应用自己定义。举个例子，TS 包头中的负载起始标志（ payload_unit_ start_indicator ）可 以被用来标志数据包的开始，而传送优先级标志（ transport_priority ）可以被用来标志数据包的结束。至于如 何将数据通过管道及时地传送则不在协议中规定而由应用 自己保证。数据服务将通过一个或多个数据广播描述子来说明对 数据管道的应用。每一个描述子通过成份标志（componen_tag）来唯一标志一个特定的数据管道。而且， 这个成份标志必须和可能在程序映射表（ PMT ）中提供

7、的流标志描述子 （ stream_identifier_descriptor ）中的成份标志完全 一致。流标志描述子用来指明哪一个流使用了数据管道，DVB 标准中定义了关于数据广播描述子的具体使用， 而对于 在PMT中的流类型（stream_type）的描述DVB没有定义 具体值。在 DVB 的具体应用中，数据管道机制用来传送任意用 户自定义的数据类型。4.2数据流 数据流分成三种：异步数据流，从同步数据流和同步数据流。无论哪种，最终都是被插入到 MPEG2 传送流的分组原始流（PES）层进行传送。异步数据流用来传送没有定时要求的数据流，在使用分组原始流层进行数据传送时需要遵循的语法如下（其中

8、关于该层的语法结构请参考 138181 协议）： setreamid ：该字段必须设置为 0xBF ，表示是私有流；PES packet length :这个16比特的字段必须设置为 非 0 值。同步数据流用于传送在接收端输出数据码率必须严格 精确控制的应用。 接收端的时钟通过 MPEG 标准定义的节目 参考时钟（PCR）机制和发送端实现同步，通过分组原始流 层的数据包结构来进行数据传递。这种结构提供一个 9 比特 的显示时间标签扩展（PTS_extension）字段用来精确定位数 据访问单元，这和视音频访问单元是类似的。单元的大小可 以是比特， 也可以是字节或多个字节， 完全取决于具体应用。

9、 注意这个 9比特的扩展将显示时间标签的精确度从 11 微秒（90k）提高到37纳秒（27M ）。这种精确定位可在多个接收 机接收同样的数据服务并需要以对齐的方式同步输出数据 时应用，或者用来在输入信号临时丢失的情况下保持数据输 出的同步。从同步数据流和同步数据流应用的区别在于从同步数据流传送的数据流需要和其他的 MPEG 2的打包原始流严格同步，其余的类似。和数据管道一样，无论同步数据流还是异步数据流都是 通过一个或多个数据广播描述子来说明 对数据流的应用。每一个描述子通过成份标志（ component_tag）来唯一标志一个特定的数据流。而且，这个成份标志必须和可能在程序映 射表（ PMT

10、 ）中提供的流标志描述子（ stream_identifier_ descrinor ）描述子中的成份标志完全一致。流标志描述子用 来指明哪一个流使用了数据流。 DVB 中同样定义了关于数据 广播描述子的具体使用。无论是同步还是异步数据流都必须在 PMT 中设置流类 型为 0x06 或者采用用户自定义的数值。4.3多协议封装多协议封装（MPE ）提供一种基于 MPEG - 2传送流的 在数字电视广播网络中传送数据的机制。该协议主要的一个 应用领域是传送基于 IP 协议的数据，也可以通过进行 LLC/SNAP 封装来传递按其他网络协议定义的数据流，并适 用于unicast, multicast和

11、broadcast等多种传播方式。 这些都 是通过一个 48 位的 MAC 地址来实现的，但是 DVB 并没有 规定如何为用户分配 MAC 地址。考虑到广播的实际安全性， 封装协议通过支持对数据包的加密和动态改变 MAC 地址来 保证安全。分段数据是通过数据段结构（datagram_section）来传递 的，并兼容于为私有数据定义的 DSM - CC段，具体定义读者可以参考 13818 - 6 协议，这里不作详述。这种分段格式 提供了一种有效的将数据表映射到 MPEG - 2传送流包格式 的机制，并且可以在现有的解复用的软硬件基础上利用 MAC 地址方便地实现数据包滤波。分段机制允许将一个数

12、据表分段映射入多个数据段，如 果数据表的长度小于或者等于 4080 字节（包括 LLC/SNAP 头），则数据表可以放入一个数据段而无需分段。对于 IP 协 议数据，由于 LLC SNAP 可以被忽略， 则 MTU （最大传输 单元） 应该被设置成 4080，这样可以让数据表无需被重新分 段，如果考虑 LLC/SNAP 则 MTU 应该被设置为 4074 或者更 小。6 字节的 MAC 地址在数据段结构中被划分成两个部分， 这样做的目的是为了使接收端方便采用硬件方式进行包滤 波。4.4数据集 数据集（也有称数据轮）是一种允许服务器或者某个应 用循环地、一次或者多次地发送一组相同数据模块的服务。

13、 如果一个接收者希望访问其中的某一个特定的模块，则仅仅 需要等到下一次广播的时候即可。一个典型的数据集的应用 是图文广播。数据集是定义在 DSM CC 的数据集的基础上的，提供一种循环传递数据到接收者的机制。在数据集中数据被划分成模块（ modules）,每个模块被划分成大小完全一样的块（ block ）。除了最后一个块可能会 小一些，一个数据集中其他所有的块的大小都是一样的。每 个模块代表逻辑上相互独立的数据，如文件。根据服务的需 要，多个模块可以组织成一个组（ group ），类似的多个组可 以进一步构成超组（ Super group）。数据集规范使用到了 DSM CC 下载规范中的四条消

14、 息；数据存放在下载数据块（ DownloadDataBlock DDB ）消 息中，关于模块的控制信息存放在下载信息说明 （ DownloadlnfoIndication DII ）、下载服务初始化（ Download ServerInitiate DSI ）以及下载取消 （ DownloadCancel ）消息中。 其中下载服务初始化消息描述一个超组中组的信息，而下载 信息说明消息描述一个组中模块的信息。基于这些控制消 息，用户可以从网络中获取模块的子集， DVB 标准定义了如 何使用上面四条消息。数据集可以组成两种结构：单层结构和双层结构。单层 结构中仅仅包含一个组，这种情况下， DVB

15、 的服务描述表（SDT ）、事件信息表（EIT）中的数据广播描述字段（data broadcastdescriptor ）指向下载信息说明消息，该消息利 用模块信息字节（ ModuleInfo Byte mi ）来描述组中的模块。 mi 中包含了一组循环的描述子描述各种信息，如指向 DDB 消息的指针信息等。两层结构中，下载服务初始化消息用来描述超组中不同 组的信息， 而下载信息说明消息的使用则一致。 DSI 消息使 用组信息字节（ GrouplnfoByte gi ）来描述内部的组的信息， 方法和 mi 类似，包括三种可能：（1） 数据集中包含单一的组的描述， 但如果该描述太大以 至超过了一

16、个 DII 消息的容量，就需要将一个大的组分成几 个小的组，每个组都有自己的 DII 消息描述。由于数据集只 能有一个处于最顶层的控制消息，因此需要使用两层结构。 为了重建最开始的大组，各个新的小组之间需要通过处于 DSI 中的组连接描述子进行连接。（2）数据集提供一种版本的应用但是支持多种特性的接 收者。这样就必须为每种特性的接收者提供一个组，这些组 之间可以共享一些模块。（3）数据集同时提供多种版本的服务给一种特性类型的 用户。这种情况下，由于没有版本信息的存在， DSI 总是指 向最新版本的组。如果有最新版本的服务加入，则 DSI 作相 应的修改而指向最新的版本组。这就是说，在接收端用户

17、为 了在新版本的应用加入后还能够继续以前的访问就必须保 存相关的 DSI 信息。作为接收机，必须能处理任何一种形式的数据集结构， 而作为发送方必须能选择任何一种方式的数据集进行服务。组和模块可以使用各自独立的 PID 进行传送， 也可以进 行 PID 共享。如果服务不提供数据明显的外部位置指示，则 需要从控制消息中获取这些信息。这些信息包括：指向特定 流的指针和唯一的模块标志，接收机根据这些信息来有效地提取数据。另外，在 DSI 和 Dll 中还包括模块和块的大小。一个典型的数据集的应用就是电子节目指南（ EPG ）的传送。4.5对象集对象集概念的定义主要是针对一种基于 DVB 网络的， 尤其

18、是 DVB 交互式网络的，需要周期性广播 DSM CC User -User （ U - U）协议的一种数据广播服务，是基于 13818 6 的对象集和数据集基础上的说明。 一个 DVB 对象集代表一 个由 DSM - CC U-U 对象集合而成的特殊服务，使得通过 路径对象（ directory objects ）、文件对象（ file objects ）和流 对象（stream objects）从服务器端向最终用户传递一组对象 结构变得十分方便。路径和内容存储在服务器上，服务器反 复地将涉及的对象通过对象集协议插入到 DVB 兼容的 MPEG- 2 传送流中。接收端可以通过访问对象集中周期

19、性 的数据来恢复对象应用，而在本地实现对服务的模仿。这样 对象集就提供了客户端一种访问服务器应用和内容的途径， 使服务器和客户端之间或多或少的具备了一些交互的连接。 对象集实际上是为最终用户提供了一种实现 DSM -CC U- U 访问的机制。对象集定义是平台无关且兼容 DSM- CC U -U 的，在一个 DSM - CC U-U 系统环境中，一组对象结 构就好像一个服务域，这个服务域有一个可以被看成是对象 组结构的顶层路径服务网关，该网关中包含所有用户的广播对象名称表。通过该表，可使广播网络中定位服务域上的对 象和交互式网络中的一致。对象集中单个对象的数据和特性是通过一个单独的消 息（Me

20、ssage）传送的，即 BIOP 消息（Broadcast Inter ORB Protocol ）。每个BIOP消息都是通过一个模块（ module ）传 送，每个模块可以包含一条或多条 BIOP 消息，数据封装则 是数据集定义的内容。服务域中的对象是通过对象参考（ Object reference ）来标识的，DSM - CC使用一种基于 CORBA模型的可以共用 的对象参考结构（ IOR Interoperable object reference structure）。对象参考中包含了从一个网络上的服务器中恢复 完整对象所需的全部信息。 在 IOR 的结构中， 称包含了单一 实例的存储

21、对象位置信息为属性体 （profile body ）。一个 IOR 也可以通过包含多个属性体来描述多重存储位置的对象。对 象集说明定义了两种属性体： BIOPProfileBody 和 Lite OptionsProfileBody ，分别用来说明处于同一个对象集中或者 不同对象集中的对象。其中前一个称为 Broadcast Inter ORB Protocol 属性体，通过对象集的标识符、对象集处于模块的 标识符以及模块中标志对象的唯一的 key 可以很方便地表示 一个对象， 而对象集的标识通过 PMT 中的描述子与 DVB 的 服务信息产生联系。第二个属性体称为 LiteOptionsPr

22、ofileBody ，可以通过全局唯一的 NSAP 地址和 其他的服务域发生联系。所谓 NSAP 指的是对象集的网络服 务访问点地址（ Network Service Access Point ），这个地址中 包含的网络细节说明使得该地址在整个网络中是唯一的，从 而将某个对象集和其他的服务域区分开来。对象集在设计上支持 DSM CC UU 的 API 接口，这 些接 口包括 DSM : Directory、DSM : File、DSM : Stream、 DSM : ServiceGateway、DSM : Stream Event。需要注意的是， 在语义上针对广播的 API 和针对交互业务的

23、 API 是不同的， 这是因为广播的网络没有回传信道。前面说过，对象集中一个 UU 对象的数据和特性是通 过一条 BIOP 消息传递的，该消息包括：消息头（MessageHeader）、消息子头（MessageSubHeade）和消息 体（MessageBody、。其中消息头提供 BIOP协议版本和消息 长度，消息子头中包括对象的类型和 key （注意key是在模块中对象的唯一标志） ，而消息体则是基于对象类型的并且 包含了 UU 对象的具体数据，注意 BIOP 的消息长度本身 是可变的。BIOP 的广播通过数据集的模块，每个模块由多个 BIOP 组成，模块内部通过 key 来对每个对象唯一标

24、识， BIOP 消 息最后封装成数据集的块再到 DSM CC 层进行段封装。接收端如果需要获取一个完整的对象首先需要获取完整的包 含该对象的模块，这就要求接收端对模块的版本、大小、块 的大小、时间以及广播通道等传送参量具备先验知识。在实 际应用中都是通过前面定义的下载信息来说明消息传递，一 个下载信息说明消息可以传递多个模块的传送参量，由此可 知从网络中恢复对象是经两个步骤完成的。关于 BIOP 以及 NSAP 的进一步阐述可以参考 13818 6 协议。对象集的传递最后是通过 MPEG 2 传送流的私有段来 完成的。 DSM CC 为了支持一些特殊应用需求而定义了一 种和 MPEG 2私有段

25、兼容的 DSM CC 段，该定义不影响 正常的 MPEG 2系统解码， DVB 仅仅给出了使用该私有段 的一些指导意见。13818 6 中定义的对象集是网络无关的， 也就是说可以 适用于各种广播网络。网络无关性是通过“分接” （Tap）的概念来实现的，分接通过一种联合标签实现各种具体的网络 的连接。因此，接收端需要一张关联表将 Tap和具体网络联系上。6 总 结 数据广播的自然延续就是交互业务。通过数据广播，用户可以从大量的信息中选择自己需要的信息。这种选择是在 用户本地发生的，称为本地交互。如果拥有回传信道，用户 还能向业务提供者上传信道来反馈信息，这时发生的交互称 为远程交互。可以看到，数据广播实际上是广播电视增值业务的基 础。其派生出来的实际应用很多， 如无回传的股票信息发送、 电视附加信息查看、公共信息浏览、大量回传的视频会议、 交互游戏、数据交换以及视频点播、下载等无一不是以数据 广播为基础。在广播数字化改造的浪潮中，数据广播技术将 扮演着越来越重要的角色。