数字电视广播系统 软件工程导论

数字电视广播是将图像和声音以数据包的方式从电视台发到电视的接收装置上。对此,要建立两种形式的数据编码流:传输流(TS-Transport Stream)和节目流(PS-Program Stream)。流(stream)表达数据包(Packets)必须是连续关联的,像小溪一样不能断流。断流意味着,视频卡死或音频变为断续的噪声。

一个广播系统分为节目播出端、传输网络系统以及节目接收端^[2],如图7-9和图7-10所示。

节目播出端的工作是把视频和音频数据分别打包,混合成PS流和TS流。混合是因为一个传输网可以同时传输多个电视台的多套节目的音视频流。

传输网络系统是泛指:可以是光盘(DVD)或U 盘(存储起来再播放,不需要实时传输),也可以是有线、无线或卫星广播网,还可以是互联网,用IP 数据包承载TS 和PS 流——称为IPTV 等,实现实时传输。

图7-9中的DSM-CC(数字存储媒体命令和控制,Digital Storage Media Command and Control)非常关键,目的是对多家电视台多套节目的混合传输和控制,确保这些数据包流传到每个电视接收装置上。DSM-CC是针对MPEG-2流标准设计的传输和存储的协议,可以多路复用多套音视频流。

图7-9 数字广播的播出端与传输网

电视接收端有一个机顶盒(Set up Box—最初是放置在电视机上面的),是一个特殊的计算机。机顶盒仍然有频道的概念,是指某个电视台的某套节目,例如,中央电视台的第一套节目。通道特定的解码器从DSM-CC中过滤出TS和PS流,然后,从多路混合的TS和PS流中选出所需的PS和TS流,送给视频解码器和音频解码器,进行解码,如图7-10所示。

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图7-10 数字电视接收端

图7-10中的时钟控制器是非常重要的,目的是把音频流数据包上的时间戳与视频流数据包上的时间戳对应上,保证播出时音频和视频是同步的。否则,就会出现音频和视频不同步的奇怪现象。

当然也可以建立数字广播电台(Digital broadcasting),即只传输声音,不传输视频。其声音效果比调频广播(FM)更好。

1993年,卡尔·马拉默德(Carl Malamud)推出了一档名为“Internet Talk Radio”的脱口秀节目,这档节目当时是通过互联网进行同步播出的。1994年,美国的WXYC电台是第一个进入互联网领域中的广播电台。

现在许多电视台和通信运营商合作支持IPTV 广播,接收端使用IPTV 机顶盒、PC 或手机等。IPTV 就是用互联网(而不是广播网)建立起来的电视广播系统。IPTV 具有更好的交互性,不像广播网只是单向的传输音、视频数据。现在,IPTV 已经在很大程度上替代了数字电视广播。

注意:从编程的角度看,网络传输与写入磁盘文件是一样的,网络接收与读盘是一样的。读写磁盘上的文件是用特定的数据格式把数据写到磁盘上,或从磁盘上把数据读出来。网络接收和发送只是把数据发送到网络设备的端口,或从端口读取数据。磁盘是外存设备,那么,网络端口的读写呢?道理是一样的。

从计算机的角度看,节目的播出端是用计算机对音频和视频的数据打包形成TS和PS流的过程;电视接收端(的机顶盒)是用计算机拆分数据包形式的TS和PS流的过程。那么,传输过程呢?(建议回顾5.3节,设想一个数字电视广播中间转发器的工作原理是什么样子的)。