数字电视的电子节目指南(EPG)及其系统

   数字电视由于传输数字化，多种业务可以混合在一起通过一个信道传输。因此，数字电视已经不是单一的电视业务，而是指通过电视传输通道传输的数字业务，包括视 频、音频、图像、数据等。全球数字电视已经进入快速发展阶段。可以预见，在今后几年，与数字电视相关的业务将大幅度增长。随之而来的问题是，当数字电视能 为用户提供数倍于目前节目量的节目及多种业务时，用户怎样才能便捷地找到所要的节目和信息呢？电子节目指南(EPG)显然是必不可少的工具。
　　 电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至所有频道近期将播放的节 目。同时，EPG可提供分类功能，可以帮助用户浏览和选择各种类型的节目。当然电子节目指南对业务提供商也有很重要的意义。
数字电视的信息
1、节目说明信息
　 　在数字电视中，所有的信息和信号，包括视频、音频、文字、图片等经数字化后都变成了数据。数据在传输前要按照有关标准(一般是MPEG-2)打包，形成 固定长度的传送(TS)包，MPEG-2的TS包长为188字节，然后再通过网络快速传输到目的地。对于这些长度相同的TS包，如果没有引导信息，接收端 解码器是无法找到需要的码流的。因此，在MPEG-2中专门定义了PSI。PSI的作用是自动设置和引导解码器进行解码。 PSI由节目关联表(PAT)、条件接收表(CAT)、节目映射表(PMT)和网络信息表(NIT)组成，每个表分成若干段映射(变换)到TS中传输。
　 　PSI的几个表包含了解码和重现节目所需信息，其主要作用是找到节目和要解压缩的码流。其中PAT是所有表的根，它的PID值为0。实际应用中，解码器 要对一特定码流解码时，首先要找到PAT。然后在PAT中找到所需节目(比如节目1)，根据节目1相应的PMT的PID(如22)，找到节目1的PMT。 PMT中可能包括多个数字码流(包括视频码流、音频码流和数据码流)，每个码流也有一个PID。如果要解码的是视频码流，则在PMT中找到视频码流的 PID是54，再到TS中去找PID是54的包，并把所有PID是54的包送到视频解码器。在PAT中，节目0总是为NIT预留的。
　　这里PID值是十进制的，在有关标准中分配的PID值是十六进制的，即用0×开头的值表示。如十进制的22、54，在十六进制中分别是0×16、0×36。
2、业务信息　　　

     PSI数据提供接收机能自动设置的信息，使之能对复用流中的不同节目流进行解码。但是PSI表不能提供有关业务和节目的识别信息。因此，DVB组织对 MPEG-2的PSI进行了扩展，提供了不同信息种类的多种表格，称之为SI。SI是用来描述传送系统、传送内容和广播数据流时间表等数据，它帮助综合接 收解码器(IRD)自动调谐，给用户提供附加信息，使IRD能自动设置可供选择的业务。
　　SI由业务群关联表(BAT)、业务描述表(SDT)、事件信息表(EIT)等9个表提供，它们分成若干段映射到TS包中传输。
　　在PSI中，网络信息表(NIT)的内容是专用的且未作规定，但在SI表中专门定义了NIT的语法和语义，扩展了NIT的数据格式，旨在提供更多有关物理网络的信息。
　 　与PSI中PAT、PMT、CAT不同的是，SI的9个表在实际使用中并不都是强制性传送的。在实际(现行)传送系统中，NIT、SDT、EIT及 TDT的传送是强制性的。在其它传送系统中，NIT、SDT、EIT是可选传送的。BAT、RST、TOT在任何情况下都是可选传送的。ST、SIT和 DIT则是需要时才存在。
　　除携带时间表信息的EIT外，所有的PSI和SI表都不能加扰，以免影响解码器正常工作。
　　在实际应用中，节目播出前端将符合标准定义的PSI和SI表插入TS包，构成数字电视广播码流，传输给用户。接收端解码器根据PSI解复用和解码所需的码流，利用SI提供的数据构成各种功能的EPG。解码器根据包标识符(PID)和表标识符找到所需的码流和数据。
　　在插入TS之前，PSI和SI表被分成一段或若干段。段是用来把PSI和SI变换为TS包的语法结构，其长度是可变的。EIT的段限长4096字节，其余PSI和SI表的段限长1024字节。每段包含以下元素：表标识符、表标识符扩展、版本号和当前/后续指示符。
　  PSI和SI表分段映射到TS包后，带有相应的包标识符，用以指示TS包的性质。表标识符是为了标识段是属于什么表的。
　 　PSI表只能在确切知道节目是什么、在什么时间播出时才能找到要解码的码流，并不提供有关节目是什么、在什么时间开始等信息，也没有多种码流的选择信 息。在数字电视业务不断增加的情况下，用户在选择业务时会感到很不方便。如果能将用户所需信息有序组织起来，提供类似节目报、又能在电视机上即时浏览的功 能，将大大方便用户使用。EPG正好能起到这种作用。
　　根据《数字电视广播业务信息规范》对EPG的要求，EPG应提供节目单和当前节目播放等基本功能，还可提供节目附加信息、节目分类、节目预订和家长分级控制等高级功能。
　　在交互电视中，EPG更复杂，应能提供诸如节目内容背景资料、视角切换、天气预报、游戏等功能。
　　EPG的这些功能均可通过SI提供的数据来实现。也就是说SI是实现EPG功能的前提。在SI表中，最重要的是NIT、EIT和SDT，利用这3个表中的数据就可以构造出功能不同的EPG。
3、网络信息表
　　在PSI中定义的NIT的传送是可选的。在SI中，要求在实际(现行)传送流中，NIT的传送是强制性的。
　　NIT指出了传送当前业务的物理网络信息及该网络的特性，例如业务是通过何种传送系统(卫星或地面或有线)传送的、传送系统的有关参数等。任一网络由独立分配的网络标识符值唯一标识。
　　NIT主要携带网络标识符、网络名称和传送系统参数等信息。
　　传送系统有两个标识，即网络标识符和原始网络标识符。当NIT在产生TS的网络上传送时，网络标识符和原始网络标识符取同一值。在原始网络标识符中的每个业务标识符都是唯一的。含于TS中的某个业务转移到另一传送系统时，网络标识符改变，原始网络标识符保持不变。
　　卫星传送系统的参数有：轨道位置、轨道的东西标志、频率、调制方式、极化方式、符号率及前向纠错(FEC)内码。
　 有线传送系统参数包括：频率、调制方式、FEC外码、符号率、FEC内码。　
　 地面传送系统参数我国还未定义。
　 NIT中提供的上述数据是供解码器自动搜索频道用的，也可以显示出来为用户提供参考数据。另外，还可以传输一些可选信息，如多语种提供网络名称、业务列表等。
4、业务描述表
　　SDT的每一个子表都对一个特定TS流中的业务进行描述。这些业务可能是实际TS流的一部分，也可能是其它TS流的一部分，可以通过不同的表标识符来区分。
　　SDT可分成若干业务描述段，任何构成SDT的段都要由PID为0×0011的TS包传送。
　　SDT提供业务所属的业务群、业务使用的加密系统、与其它业务的链接信息、该业务的准用国家、业务名称和业务提供者、业务是否允许NVOD，以及多画面的控制、实现交互式回传信道的电话号码和多语种业务名称等信息。
　　为了更容易获得有关业务，一般遵循这样一些规则：对于实际TS，SDT的传送是强制性的，而且在一特定TS的SDT中，SI码流至少应列出该TS中的所有业务信息；其它TS的SDT应当列出该TS的所有业务。
5、事件信息表
　　EIT按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息，其类型通过表识别符进行区别，见《数字电视广播业务信息规范》中的表2。任何构成EIT段均在PID为0×0012的传送包中进行传送
　　当前/后续事件信息表只包含给定业务中的当前和后续一个事件的信息，但在NVOD情况下可以有多于两个事件描述信息。
　　EIT提供的信息包括：事件的标识号、起始时间、节目长度；播放状态、是否加密；事件的详细介绍；两段同样事件的时间偏移；事件多语种的简短介绍；节目限定的级别等。
　　在所有PSI和SI表中，只有EIT的时间表可以被加扰。
电子节目指南的构成
　　根据NIT、SDT和EIT等SI表提供的信息，可以构成各种各样的EPG，使用户能通过多种方式找到所要的信息。
　　在数字电视系统中，对于电视台和用户来说，增加EPG功能是非常必要的，而EPG所需的信息正是由SI提供的。
　 　实际上SI表提供的各种信息是通过描述符来实现的。《数字电视广播业务信息规范》中的表12列出了描述符在SI表中最可能出现的位置，从中可以看到，同 一类信息允许出现在多个SI表中，而且表示的是标识符最可能出现的位置，并没有限制在其它表中使用该标识符；此外，SI表提供的各种信息并不都是强制性 的。这样就为EPG前端系统和SI编辑器的开发提供了较大的空间和灵活性，同时也表明EPG是一种定制系统，它的功能与节目业务提供商打算向用户提供什么 样的服务有关。
　　EPG包含两个部分：一是播出前端的EPG编辑器；二是用户端数字电视接收机中相应的接收/显示/控制软件。两部分一一对 应，如果一个厂家的接收机产品要进入一个业已采用某种EPG前端产品(数据结构封装)的传输网络(用户群体)，则必须按照前端定义的数据结构来改造其接收 机的相关部分，从而接收显示前端送出的业务信息。而在EPG前端编辑器中，根据所需的功能，将采用适当的描述符来提供有关的信息.
EPG系统的组成
　　EPG系统分为前端子系统和接收端子系统，前端子系统主要负责SI数据的组织和生成，一般来说，由一个专门的SI复用器（SI Server ）来完成这部分工作，并把生成的SI数据与节目等的其它数据流进行系统层复用，在TS流中传输。
　　接收端子系统主要负责SI数据的接收、解析等。
综 合接收解码器（Integrated Receive Decoder，IRD）从接收的TS流中解析出SI数据，并在本地建立SI数据库，用户通过EPG界面与SI数据库进行交互。为了方便用户的随机接 入，SI数据是重复发送的，有关它的重传速率在EN 300 468[1]中有详细的规定。接收端不停地接收、解析来自发端的SI数据，当发端的SI数据改变时，SI数据库更新，否则接收的SI数据被丢弃。
　 　EPG的应用程序运行于数字电视的机顶盒中，应用程序管理器负责EPG应用的管理，上层的EPG API屏蔽了下层的软硬件实体，使编写EPG应用程序时可以不考虑底层的具体实现，只需要调用相应的API函数，下层的DVB-SI API也是起同样的作用。下层的解复用模块接收TS流，解出DVB SI数据流，再经SI数据解析模块，生在SI信息表，存于本地数据库中，由DVB-SI API提供的接口向上层提供服务。
　　国内外的EPG系统的实现方案，概括起来主要有以下两种：
　 　（1）本地应用方案：这种实现方案要求节目列表及详细信息作为业务信息的形式复用于MPEG-2传输层中，数据经信道传输后，在接收端的解码器对这些数 据进行解码，并在接收机RAM中形成专用的EPG数据库，EPG应用将检索数据库并根据用户输入的指令显示用户关心的节目信息。目前大多数厂商提供的 EPG采用该种实现方案。
　　（2）交互式实现方案：这种实现方案首先要求数字电视机顶盒的软件系统中有中间件（以HTML引擎为例），在发送端 的EPG服务器将把HTML页面的形式组织，通过数据广播信道传输到机顶盒，机顶盒通过HTML引擎显示这些页面，如同在PC世界中的浏览网页。用户与 EPG的交互分成两种形式，对于没有回传信道的情况下，HTML页面通过Data Carousel发送，实现本地交互；而对于有回传信道的情况下，机顶盒将根据用户的输入从网络中获取新的所需页面。该方案以OpenTV为代表。
　　上述两种实现方案都要求业务信息或HTML页面随着时间迁移或节目修改而做相应变更，对于本地应用和本地交互方案还要求数据有一定的重传率，以保证EPG的随机接入。
　　比较上述两种实现方案，前者的EPG显示形式是由接收机中的EPG应用完全决定的，发送端只提供必须的信息条目，比较容易实现；后者的EPG显示形式完全由EPG服务器提供的页面决定，即由发送端决定。
EPG系统的关键技术
　　实现EPG系统主要有以下几个关键技术：发端的SI数据的组织和生成，接收端SI数据的接收和解析，接收端SI数据库的建立，EPG界面的显示等。其中有些是用硬件实现，如SI数据的接收和解析；有些则用软件实现，如SI数据库的建立和EPG界面的显示。具体如下：
1、SI数据的组织和生成
     SI数据的组织和生成，由发端的SI服务器（SI Server）完成这部分功能，接收端的SI解析与此功能相反，主要负责SI数据表的重建。SI数据的组织要符合DVB-SI中的语法定义和MPEG-2 的语法定义，同时要纵观传输网络中的所有业务信息。信息内容应与PSI和SI表中的信息相对应，它可按照Network-Transport Stream-Service-Event的分层顺序描述，同时内嵌Transport Stream-Program(Service)-Element Stream的分层顺序。
2、SI数据库的建立
　　SI数据必 须按照一定的数据结构进行存储，这样才能方便、快捷地对其进行检索和数据的提取。特别是对EPG系统，运行于机顶盒的实时操作系统中，需要对用户的交互进 行实时的动作。SI数据库建立的好坏对其性能有重要的影响。SI数据主要有：网络信息、传输流信息、业务（节目）信息，业务的事件信息等，并且大量的信息 都是通过描述子来传输的，所以可用树状链表来存储数据，构成从网络、传输流、业务、事件的树状结构，传送不同信息的描述子用继承于同一基类的描述子类来表 示。
3、EPG系统的显示技术
　　当电视节目和EPG应用同时启动时，用户看到的可能是节目画面和EPG界面的叠加，用户所看到的电视画面从前到后可以分为三层，依次为图形层、视频层和背景层。
　 　这里的图形层也就是下面所说的OSD（On Screen Display）层，OSD界面显示技术指在图像画面上叠加文字显示，使屏幕为用户提供更多的附加信息。视频层为当前正在收看的节目（解码出来的活动图 像）；背景层为没有播放电视节目和启动EPG菜单时的屏幕图像。EPG画面在图形层上构建，EPG画面是由许多EPG图形元素（如按钮、文本框、选择按 钮、组件容器等）叠加而成。界面的状态转移是通过消息驱动的机制来实现的，在消息响应函数中进行消息处理。见到的屏幕图像是这三层的叠加（blend）后 的图像。
　　EPG界面显示的总体思想是：SI数据与图形元素分离。包括以下几部分：SI数据的检索与提取，EPG界面所需的图形元素库，状态转 移控制器，OSD层绘制引擎，OSD层图、视频层、背景层及这三层的Blend操作。SI数据检索模块快速的检索本地SI数据库，提供EPG界面当前输入 焦点所需的数据信息；OSD层图形元素库提供界面所需的图形元素，该库存于本地机顶盒的ROM中；状态转移控制器接收用户遥控器的输入，提供当前显示所需 的活动焦点，控制状态转移地流向；OSD层图像是指EPG界面图形元素合成后的图像；OSD绘制引擎决定显示的相应算法，接收各模块提供的数据，完成 OSD层图形的绘制，最后是OSD层、视频层和背景层的blend操作。
　　数字电视的优势不仅仅是提供高质量的视频、音频节目，更重要的是采用 数字化处理后，提供了业务的灵活性和多样性。其中电子节目指南，它描述节目的播出时间和简要内容，可帮助观众方便快速地寻找自己感兴趣的节目。将为观众收 看电视带来极大的帮助，因此。必须重视数字电视的电子节目指南系统的研究和内容的制作。