DVB系统中多路TS流的软件复用关键技术及实现

1．引言TPF FPT

数字图像通信的最广泛也是最常见的应用就是数字电视广播系统[1]，与此对应的DVB标准的建立更是加速了数字电视广播系统的大规模应用。DVB标准选定ISO JIEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式，信源编码进行了统一，随后对MPEG-2码流进行打包形成TS流(transport stream)，进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视等不同媒介传输方式进行传输。

对多个传输流进行复用的意义在于复用后的传输流只占用一个物理的传输信道，传输流中的每个节目所占用的是传输流提供的虚拟信道。在解码器端，只需要一套固定的接收设备，对不同节目的选择只是在传输流中选择不同的原始码流，这大大简化了接收机的实现，节省了成本，提高了灵活性，而且根据该标准定义，解码器的系统时钟与调制解调器的时钟是完全独立的。这使得在实现这两个子系统彼此功能时是完全分开的，因此接口变得很简单。

在数字电视节目制作及发送时，对多路节目的复用，由于一般的计算机很难处理几十兆到几百兆码率的码流，所以，目前大部分的复用器都是用硬件实现的，但其价格昂贵[2,3]。然而，随着计算机速度越来越快，在多CPU的服务器上，完全能够实现多路节目的实时软件复用。与硬件复用相比，软件复用具有灵活性高，开发成本低的优点。在软件复用实现方案中，服务器从卫星电视或其它片源中实时采集TS流，经过分析和过滤将所选择的基本流复用成一路TS流，然后通过普通的TS流播出卡发送出去。论文分析多路TS流复用原理，针对TS流中的信息提取和节目专用信息PSI (program specific information)合成，及软件复用中的节目时钟参考PCR ( program clock reference)的修正等问题进行研究，提出了进行软件复用的具体方法，最后在Windows平台上设计并实现多路TS流的软件复用。

2．TS流的系统级复用

数字电视节目的复用包括两个阶段，对音/视频PES包的节目复用和对TS流的系统复用[4]。本文研究第二个阶段即TS系统级复用，将多个单路的TS流合成一个多节目TS流。数字电视系统级复用是数字电视系统的关键技术之一，其中数字电视节目专用信息PSI的提取和重构及系统层节目时间参考PCR值的修正，是复用器的两项关键技术。

基于MPEG-2的TS流多路数字电视节目TS流系统级复用原理如图1所示。当多路TS流复用成一路TS流时，首先将对各路TS流的PSI进行搜集并分析其码流，得到各路TS码流中相应的视频、音频、数据信息的码率、对各路节目的包标识PID,  数字电视节目专用信息PSI，节目时间参考PCR等信息进行处理，丢弃各路原有的PSI信息。当出现两路TS流中的PID发生冲突时，需要修改一路或者多路TS流中某一数据流的PID(即复用器需要对修改了PID的视频/音频包或其他数据包进行PID更新)。可以看到，无论是否出现PID冲突，复用器都需要重构PSI信息，其滤波的处理过程如图2所示。对不同节目的PID值进行修改后，与本地产生的这类数据重新整合为复用后新的PSI等系统级控制信息，同时插入符合DVB-SI规范的业务信息，并在携带有调整字段的TS包中，判断带有PCR标志位字段的值，如果该值为"1"，那么在该TS流离开复用器的时刻，需要对TS包中的PCR值做相应的修正或重新插入新的节目时钟参考，具体方法将在后面详细介绍。

3．TS流节目专用信息的提取与重构

数字电视节目专用信息PSI描述TS流的组成结构，在MPEG-2系统层中极为重要，一个有多路节目和私有数据的TS流，需要PSI信息将每一路节目的音视频对应起来[5]。PSI信息将TS流中的内容描述成一个树状的结构，如图3所示。在TS流中可以复用多个节目，每个节目又可以包含多个基本码流(通常是单个视频流、多个音频流)。DVB系统沿用MPEG-2的节目专用信息PSI来确定传输的节目和包标识PID的关系以及节目的组成结构等情况。PSI主要包括以下四个表:节目关联表(PAT: Program Association Table)、条件访问表(CAT: Conditional Access Table)、节目映射表(PMT: Program Map Table)、网络信息表NIT: Network Information Table)，本文需要涉及到节目关联表PAT和节目映射表PMT。

由于TS流复用后的相关联内容发生了变化，因此要对PSI信息进行处理。PSI信息的处理包括PAT和PMT表的替换，PID的重映射，还有就是连续计数器的修改，虽然这不算PSI信息，但是这部分工作与PSI信息修改关系很密切，同时在实际的实现过程中可以同时完成。

复用后的流中有多路节目，原来每一路节目中的PAT和PMT都只有自身的内容，为此需要将PAT和PMT替换。首先根据输入流的数目和预占的频道号，在一开始动态生成PAT表，PMT表则在最初计算好，生成静态的PMT对应替换即可,同时根据每个PMT_PID找到实现计算好的PMT表，将其中的视音频PID找到，作为将要替换的视音频PID。之所以在一开始生成或者直接使用静态表是因为PAT和PMT有32位CRC，无法完成实时计算。

作者：沈智鹏，刘剑，王金忠，孙云霞，高颖    来源：DVBCN数字电视中文网