DVB-S多業(yè)務數(shù)據廣播系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
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l 引言
歐洲ETSI協(xié)會制定的數(shù)字電視廣播DVB系列標準(DVB-T/C/S)不僅可傳送數(shù)字電視業(yè)務，還可提供數(shù)據廣播業(yè)務[1-2]。DVB數(shù)據廣播標準定義了7種數(shù)據廣播方式，但此協(xié)議只規(guī)定了數(shù)據廣播的下3層協(xié)議，并沒有規(guī)定應用層數(shù)據業(yè)務是如何封裝的。實際應用中存在著各種類型的數(shù)據業(yè)務，包括流媒體業(yè)務、文件業(yè)務、互動信息等，對于這些應用，各公司和廠商都定義了自己的業(yè)務傳輸協(xié)議。目前的應用協(xié)議及實現(xiàn)主要側重于特定業(yè)務的應用，而不是針對于各種業(yè)務的綜合設計與實現(xiàn)。
2 系統(tǒng)架構設計
2.1業(yè)務載體
為支持各種用戶業(yè)務，提高系統(tǒng)的擴展性，系統(tǒng)將用戶應用分成以下4種業(yè)務載體：
1)數(shù)字電視：以TS流形式傳輸?shù)臄?shù)字電視，包括高清數(shù)字電視和標清數(shù)字電視;
2)流媒體：用IP來承載的實時音視頻流業(yè)務;
3)文件業(yè)務：以文件形式播發(fā)的業(yè)務，例如教學課件、圖書、文檔等;
4)消息業(yè)務：消息指不采用文件形式，直接傳輸數(shù)據內容的數(shù)據業(yè)務，例如即時通信、天氣預報、政府公報，股票信息等。
這4種業(yè)務構成了系統(tǒng)最基本的業(yè)務載體，用戶的各種業(yè)務都可以用這些業(yè)務載體來承載。
2.2 系統(tǒng)架構
整個衛(wèi)星廣播系統(tǒng)組成如圖1所示，包括數(shù)據廣播中心、衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)和用戶接收終端。數(shù)字電視、流媒體、文件數(shù)據、消息數(shù)據等各種類型的數(shù)據在數(shù)據廣播中心完成接入、匯集、封裝及復用。復用后的信號進入衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)完成調制、上變頻、功率放大，此時的射頻信號通過衛(wèi)星轉發(fā)器轉發(fā)供用戶接收終端完成接收及處理。
2.3系統(tǒng)協(xié)議棧
系統(tǒng)協(xié)議棧如圖2所示。數(shù)字電視業(yè)務直接通過MPEG一2定義的TS包傳輸;由于廣播是點到多點的單向傳輸，流媒體、文件及消息都通過UDP/IP協(xié)議進行傳輸，IP包通過多協(xié)議封裝(MPE)封裝到TS包中。流媒體在UDP層之上，需要RTP/RTCP/RTSP等控制協(xié)議保證音視頻流的服務質量。在UDP層之上，根據不同的業(yè)務載體定義業(yè)務載體傳輸協(xié)議。
2.4業(yè)務載體傳輸協(xié)議
接收端的用戶必須能夠識別信道上傳輸各種媒體和數(shù)據信息，并下載所需信息，這就要業(yè)務載體傳輸協(xié)議來提供上述功能。業(yè)務載體傳輸協(xié)議包括以下幾個部分：
1)MPEG-PSI[3]：是MPEG定義的協(xié)議，用于解析信道上傳輸?shù)臄?shù)字電視節(jié)目信息，包括信道上的節(jié)目數(shù)、各節(jié)目的音頻和視頻的PID、音視頻所采用的編碼方式等;
2)數(shù)據業(yè)務公共頻道：給出了信道所傳輸業(yè)務的相關信息，例如某個文件傳輸?shù)腜ID，IP和端口(Port)、文件名、文件大小等，接收模塊獲取這些信息之后去相應的位置獲取文件;
3)文件傳輸協(xié)議：給出文件業(yè)務的傳輸格式; 4)消息傳輸協(xié)議：給出消息業(yè)務的傳輸格式。
業(yè)務載體傳輸協(xié)議格式參考了DVB-SI的協(xié)議格式，采用表(Table)的方式，以段(Section)為基本傳輸單位。一個表由多個段組成，每一段開始都有共同字段[1]，標準的DVB-SI段幀頭結構為
其中：Table_ID為表唯一的ID號;Section-syntax-indicator為此數(shù)據域固定設為l;Section-length為此段的長度;Version-number為此表的版本號;Section-number為當前段的編號;Last-section-number為一個表中最后一個段的編號;Current-next-indicator為表示當前的表是否有效。
3 協(xié)議設計
3.1數(shù)據業(yè)務公共頻道設計
接收端在接收數(shù)據時，通過公共頻道獲知當前信道中傳輸數(shù)據的預報信息及定位信息，從而從信道中解出其所需要的數(shù)據，其功能類似于MPEG一2標準中的PAT表。系統(tǒng)中的信息定位方法采用4級定位：TS流中的PID、廣播IP地址、廣播端口(Port)和Service_ID。在一個PID中可能傳有多個IP的數(shù)據，而相同IP的數(shù)據包的目的端口不一樣，傳輸?shù)膬热菀簿筒灰粯?。對于各種業(yè)務，每個文件都有一個File_lD，每個消息通道都有一個Mes-sage_ID，每個流媒體都有一個stream_ID，這些ID統(tǒng)稱為Service_ID。圖3給出了數(shù)據業(yè)務的分級定位結構，將一個(PID，IP，Port，Service_ID)組合稱為一個業(yè)務通道[4]。
公共頻道的PID，IP，Port是已知的，接收端通過固定通道接收公共頻道信息。公共頻道協(xié)議的幀格式為
Data-type給出了業(yè)務的類型(文件業(yè)務、消息業(yè)務和流媒體業(yè)務)。PID，Broadcast_IP和Broadcast-Port分別給出了承載業(yè)務的PID，IP地址和端口。Service-name給出了業(yè)務的名稱。描述符Descriptors()給出了與業(yè)務相關的其他信息，例如，文件業(yè)務還需要文件大小、文件類型、版本號等信息。CRC一32為段的CRC校驗。
用戶在收到公共頻道數(shù)據后，從中解析出當前信道中的數(shù)據廣播內容，按(PID，IP，Poit，Seivice_jD去定位其所需要的數(shù)據并解析。
3.2文件傳輸協(xié)議
在文件傳輸協(xié)議中，為提高文件接收的成功率，發(fā)射端把文件拆分成文件塊進行傳輸。每個文件塊都有唯一的編號，表示此文件塊在文件中的位置。同時為每一個文件塊加上頭和尾形成一個文件包，以此包為單位進行傳輸。圖4顯示了文件拆分和打包過程。
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