《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ATSC和DVB數(shù)字電視系統(tǒng)的比較
魏薇,IBM中國工程技術(shù)服務(wù)部(E&TS)研發(fā)工程師
摘要: 高級電視系統(tǒng)委員會是為數(shù)字電視制定一系列標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)會,ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)包括高清晰數(shù)字電視、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視、數(shù)據(jù)廣播、多聲道環(huán)繞音頻以及衛(wèi)星數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞: ATSC DVB 數(shù)字電視
Abstract:
Key words :

   高級電視系統(tǒng)委員會(Advanced Television Systems Committee, ATSC)是為數(shù)字電視制定一系列標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)會,ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)包括高清晰數(shù)字電視、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視、數(shù)據(jù)廣播、多聲道環(huán)繞音頻以及衛(wèi)星數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)。目前采用ATSC的國家有美國、加拿大和韓國。

  2009年美國將全面停止模擬電視的播放,ATSC制數(shù)字電視的銷量將會大幅度增長,因此,國內(nèi)許多廠家紛紛瞄準(zhǔn)了ATSC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電視產(chǎn)品的研發(fā)。由于我國大部分?jǐn)?shù)字電視工程師都具有一定的DVB產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗,而DVB和ATSC的標(biāo)準(zhǔn)雖然在原理上相似,但實際的標(biāo)準(zhǔn)還是存在著很大的差異。

  本文的主要目的是幫助DVB開發(fā)人員了解ATSC標(biāo)準(zhǔn)。本文并不涉及兩種標(biāo)準(zhǔn)在物理層面(如調(diào)制解調(diào))的差別,而主要討論上層協(xié)議的區(qū)別,主要集中在如下四個方面: 

  •  音頻壓縮 
  •  服務(wù)信息系統(tǒng) 
  •  條件接收系統(tǒng) 
  •  數(shù)據(jù)廣播

1 音頻壓縮

  ATSC數(shù)字電視接收器必須具備Digital Audio Compression (AC-3)音頻壓縮算法的解碼能力,算法的具體細(xì)節(jié)可以參考文獻(xiàn)[2]。

  AC-3算法與ISO/IEC 13818-3(參考文獻(xiàn)[3])相比,在多通道編碼方面的表現(xiàn)比較出色。AC-3一共包含有5.1個聲道:左前(L)、中央(C)、右前(R)、左環(huán)繞(Ls)、右環(huán)繞(Rs)和一個超重低音(LFE)。超重低音頻寬是其它幾個聲道的1/10,因此稱為5.1聲道。通道的結(jié)合方式有1/0、1+1/0、2+1/0、3+1/0、2/1、3/1、2/2、3/2這8種,其中斜杠前表示前聲道的個數(shù),斜杠后表示后環(huán)繞聲的個數(shù),在8種組合中都可選擇加設(shè)超低音通道。

  對比DVB

  DVB的音頻壓縮算法必須遵從ISO/IEC 13818-3[3]標(biāo)準(zhǔn),因此ISO/IEC 13818-3模塊對DVB的接收系統(tǒng)來說是必不可少的;相比之下,ATSC采用的是AC-3標(biāo)準(zhǔn),因此,ISO/IEC 13818-3對于ATSC接收器來說是可選模塊,而AC-3音頻解碼模塊是不可缺少的。

  雖然在DVB和ATSC系統(tǒng)中都可以把AC-3的音頻流映射到MPEG的Multiplex上傳輸,但是在實現(xiàn)方式上還存在著一些差異。
  表1列出了AC-3音頻流在ATSC和DVB系統(tǒng)中的傳輸比較。其中registration descriptor僅僅存在于ATSC系統(tǒng),因為在DVB系統(tǒng)中,AC-3 descriptor是公開的描述符,無需用registration descriptor來注冊。 
                                 
  2  服務(wù)信息表

  電子節(jié)目指南(EPG)是數(shù)字電視中非常重要的部分,它相當(dāng)于傳統(tǒng)報紙上的節(jié)目表。而電子節(jié)目指南則是基于TS流中的Service Information(SI)而構(gòu)造的。

  DVB和ATSC標(biāo)準(zhǔn)分別定義了各自不同的SI結(jié)構(gòu),采用不同的機(jī)制來產(chǎn)生EPG。本章后續(xù)部分將介紹ATSC的SI1系統(tǒng),并將其與DVB進(jìn)行對比。

  ● 層次結(jié)構(gòu)

  ATSC包含了層次化的表格來描述系統(tǒng)信息和節(jié)目指南數(shù)據(jù)(參考文獻(xiàn)[4])。其中,一個公用的基礎(chǔ)PID(Base PID)是所有表格的入口,它被顯示定義為0x1FFB,根據(jù)Base PID可以在地面廣播系統(tǒng)和有線電視系統(tǒng)中定位如下表格。

  •  System Time Table (STT)——包含同步所需的時間信息
  • Master Guide Table (MGT)——包含其它相關(guān)表格的大小,PID以及版本號
  • Rating Region Table (RRT)——包含不同地區(qū)和國家的節(jié)目等級信息 
  •  Virtual Channel Table (VCT)——包含節(jié)目導(dǎo)航和轉(zhuǎn)換的虛擬頻道表格
  • The optional Directed Channel Change Table (DCCT)——在特定時間特定環(huán)境下要求接受者轉(zhuǎn)換到特定的虛擬頻道上去
  • The optional Directed Channel Change Selection Code Table (DCCSCT)——基本種類列表和位置代碼表的擴(kuò)展

        事件信息表(Event Information Table, EIT)也是SI系統(tǒng)的一部分,它們的PID定義在MGT之中。每一個EIT都按照VCT里面所定義的虛擬頻道列出電視節(jié)目(事件)清單,并按照時間先后從EIT-0到EIT-127排序。ATSC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,每一個EIT必須有3個小時的時間長度,而且所有EIT的開始時間都被限制在0:00(午夜),3:00,&nbs p; 6:00, 9:00,12:00(中午),15:00,18:00和21:00(所有的時間都是UTC制)。這樣,EIT-0代表的就是當(dāng)前3個小時內(nèi)的所有電視節(jié)目,EIT-1代表的是接下來3個小時的信息,而每隔三個小時,原先的EIT-0就被廢棄,之前的EIT-1將取代EIT-0的位置,依此類推。另外,ATSC還定義了可選的擴(kuò)展文字表(Extended Text Table,ETT),ETT包含了有關(guān)EIT的相對比較長的文字描述,它們的PID也同樣包含在MGT中。

  圖1描述了上述表格的層次結(jié)構(gòu)。在一個數(shù)字電視TS流中,SI表格必須包含對當(dāng)前TS流中所有的數(shù)字電視頻道的描述,同時為了方便起見,還可能包括了相關(guān)的模擬頻道信息以及其它TS流中的數(shù)字頻道信息。對于地面廣播系統(tǒng),STT, TVCT(VCT的地面版本),MGT和前4個EIT都是強(qiáng)制要求的;對于有線電視系統(tǒng),STT,CVCT(VCT的有線版本)或者TVCT,以及MGT都是必需的。 
                

  ● 與DVB-SI的比較

  圖 2說明了DVB SI表格的層次結(jié)構(gòu)??偟膩碚f,DVB-SI和ATSC-SI的目的都是為了構(gòu)造EPG,他們在功能上是相似的。例如:ATSC的STT就時間同步功能來說等價于DVB中的TDT,ATSC的VCT就虛擬頻道(服務(wù))描述來說和DVB中的SDT等價,ATSC和DVB中的EIT同樣提供TV節(jié)目清單。 
                    
  即便如此,ATSC-SI和DVB-SI仍然存在如下一些差異:

  1. 節(jié)目標(biāo)識:在DVB系統(tǒng)中,節(jié)目總是以original network id/ transport stream id/ service id的方式標(biāo)識的。其中original network id是由授權(quán)中心頒發(fā)給經(jīng)認(rèn)證的運營商或者廣播商的。采用這種聯(lián)合方式來標(biāo)識能夠方便收費和訂閱信息的管理。而在ATSC系統(tǒng)中,不存在original network id的標(biāo)識,用戶能看到的是一個類似于2-1主次號結(jié)合的標(biāo)識符,這里主號2是廣播商的NTSC牌照,該廣播商的所有服務(wù)都采用該主號來標(biāo)識;次號1是用來在該主號群組中標(biāo)識特定的服務(wù),次號0預(yù)留給該廣播商的模擬頻道服務(wù),1-999可以用來標(biāo)識數(shù)字電視服務(wù)(圖3顯示的是采用主次頻道結(jié)合標(biāo)識的一個例子)。這種機(jī)制使得transport stream id和service id對電視終端用戶不可見。 
                         
  2. 事件信息表(EIT):ATSC和DVB都有各自的EIT,雖然名字相同,但它們的結(jié)構(gòu)有很大的差別。另外,ATSC中的每個EIT都只有3個小時的有效期,每隔3個小時,EIT-0會被廢棄,后繼的EIT會取代前繼EIT的位置(可以采用修改MGT中PID來實現(xiàn))。另外,ATSC對EIT的開始時間也有限制。如果一個節(jié)目時間跨越了好幾個EIT,那么它必須同時出現(xiàn)在這些EIT之中,而且事件ID必須相同。而在DVB標(biāo)準(zhǔn)中,就不存在上述限制。

  3. 定向頻道轉(zhuǎn)換(DCC):DCC是ATSC標(biāo)準(zhǔn)中的新特性,它在Base PID(0x1FFB)的數(shù)據(jù)包中定義了2個表:定向頻道轉(zhuǎn)換表(DCCT)和定向頻道轉(zhuǎn)換選擇碼表(DCCSCT)。定向頻道轉(zhuǎn)換是提供給廣播公司的可選功能,它能把用戶導(dǎo)航到相關(guān)可選的廣播節(jié)目內(nèi)容,這種定向轉(zhuǎn)換可以是自動的,也可以是交互式的。而類似的機(jī)制并沒有出現(xiàn)在DVB系統(tǒng)中。

  4. 冗余表:DVB的TS流除了包含當(dāng)前TS流中SI表之外,還可能包含了其它TS流的SI表,以方便頻道搜索。雖然ATSC也允許VCT中包含其它TS流的信息,但一般來說,出于加速訪問事件的目的,ATSC的SI表只包含了當(dāng)前TS流的節(jié)目指南信息。

  5. 跳過對PAT/PMT的解析:ATSC中TVCT包含了service location descriptor,這個描述符包含了PMT里面的所有信息,包括stream type和PID。也就是說,ATSC的解碼器可以跳過PAT和PMT的解析,直接從TVCT的信息跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)邏輯頻道。

  6. 相關(guān)束表(BAT) :DVB中的BAT提供了相關(guān)服務(wù)的群組列表,方便用戶定購和瀏覽。而ATSC中并沒有類似的機(jī)制。

  ● EPG的構(gòu)造過程

  形成電子節(jié)目指南(EPG)是SI系統(tǒng)最終目的。參照圖 1可以得到如下的EPG構(gòu)造過程:

  1. 調(diào)頻到某個特定的RF頻道。
  2. 過濾Base PID,從Base PID的TS數(shù)據(jù)包中構(gòu)造MGT,TVCT 和 STT等。
  3. 解析MGT,獲取EIT以及相關(guān)ETT的PID。
  4. 把每個虛擬頻道和它相關(guān)的TV節(jié)目列表聯(lián)系起來。
  5. 調(diào)頻到另一個RF頻道,跳轉(zhuǎn)到第2步。如果沒有其它的頻道,則跳轉(zhuǎn)到第6步。
  6. 把所有的節(jié)目列表以及相關(guān)信息顯示給用戶,捕捉用戶的輸入指令,并根據(jù)指令查找對應(yīng)的service location descriptor,解碼顯示用戶所選擇的電視節(jié)目。

  與DVB EPG構(gòu)造過程的比較:

  1. DVB和ATSC結(jié)構(gòu)上的不同,導(dǎo)致了EPG的構(gòu)造過程的不同。
  2. 調(diào)頻到某個RF頻道,基于這個頻道解析NIT表,獲取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的所有TS流信息。
  3. 基于當(dāng)前頻道來解析當(dāng)前SDT和其它TS流的SDT表,或者掃描當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中所有的頻道,一一獲取SDT信息。
  4. 基于當(dāng)前頻道獲取當(dāng)前的EIT和其它TS流的EIT,或者掃描當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中所有的頻道,一一獲取EIT信息。
  5. 顯示用戶節(jié)目列表。當(dāng)用戶轉(zhuǎn)換到某個節(jié)目,transport id以及相應(yīng)的各個PID將從PAT和PMT中解析出來,以便解碼。

  和DVB相比,ATSC-SI的結(jié)構(gòu)試圖在不增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的前提下,加速事件的處理。為了達(dá)到這個目的,ATSC采用了固定的PID,單獨的MGT來縮短PID解析的時間。但ATSC采用的機(jī)制是否真正比DVB有效,還有待檢驗。

  3  條件接收系統(tǒng)

  •  PES級別加擾 
  •  加擾算法
  • 事件加擾控制 
  •  可置換安全接口

4  數(shù)據(jù)廣播 

  •  數(shù)據(jù)下載協(xié)議 
  •  數(shù)據(jù)預(yù)告
  • 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)
  • IP協(xié)議封裝
  • 對DSM-CC標(biāo)準(zhǔn)的背離 




     
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