利用异步传输模式的数字电视传输

^工 ●赫把 2005年第24卷第 1期 田络僖■技ili Network Information Technique o I．Aulomatic~a 2005，Vo1．24．No．1 童章编号：lo06一l576(20051 01—0039—03 利用异步传输模式的数字电视传输 来正为 (西南科技太学 信息与控制工程学院 四川 绵阳 621010) 摘要：数字电视传输利用基于快速分组交换的异步悻输 (转移)模式 (ATM)技术实现．选择 ATM信元净荷长 度的整数倍正好等于 MPEG传送包长度，将 DTV MPEG传送包完整装载并转换成 ATM信元．利用ATM虚连接技 术，通过ATM宽带综合业务敷字传输网络实现 ATM与DTV的互搛作，完成数字电视信息的传精任务。 关键词：数字电视传输；异步转移模式；ATM信元：MPEG传送包 中田分类号：TN941．2 文献标识号：A Digital TV Transmission Network Based on Asynchronous Transfer Mode ZHU Zheng—wei (College of Information＆Control Engineering．Southwest University of Science＆ Technology，Mianyang 621010，China) Abstract：DigitalTVtransmissionis realizedwith asynchronoustransfermode(ATM )based oil quickgrouping exchange． The length of data in ATM cell muhiplied by integer times that equals to the length of a MPEG tran smission package was selected DTV M PEG package eBB be loaded completely and it call be changed into ATM ceils Th e co·operation between ArM and DTV can be realized and the transformation task of digital TV information is completed with ATM virtual link technique and ArM B—ISDN(broadband integrated services digital network)． Keywords：Digital TV transmission；Asynchronous transfer mode；ATM ceil；MPEG transmission pack 1 引言 其数据组成，如表 1所示。 异步传输或转移模式 (ATM：Asynchronous Transfer Mode)支持各种高层次、高速信息转 移和不同通信模式与分组，以其固定、可变、突变 的比特率实现宽带信息交换、不同类型业务在单个 网络平台上并存、网络及分级性以结构体系稳定性， 是支持视频、音频、数据和其他复杂的多媒体的理 想协议。故利用 ATM 技术实现数字电视传输。 2 利用ATM 的数字电视传输 与普通 IP面向非连接传输不同，ATM是一种 面向连接，采用固定长度信元传送数字信息的快速 分组交换技术。ATM采用虚连接技术，将逻辑子网 和物理子网分离，减少了网管和网控的复杂性，克 服了分组交换中无序接收的缺点。 2．1 ATM 信元与 MPEG一2分组传送的比较 ATM传送信息的基本载体是ATM信元。ATM 信道格式的特性，是 ATM 对于视频的各种应用的 关键。ATM信道由一组固定长度的信元来表示．通 过 吖言元首部 (cell header)”的信道指示符识别。 ATM信道有两个基本部分：首部 (5字节)和净荷 (48字节)。首部类似于传送包包头，净荷用来传 送实际的声像信息 一种典型的 ATM 信元格式结 构如图1。ATM 的交换依据包含在信元首部的路由 信息，按逐个信元的基础来完成。 ATM信元首部在交换或传输信息中非常重要， 哲 图 1 传送电视信号时的ATM信元格式 表 I ATM信元首部结构 GFC 一个4hi!的通用流量控制宇段， 于管理通过用户网j懈 口蚺薷动． 一 十 8bit的网络虚拟通过识别符，它是网j蜡 理的t,．g4t位．若 V!Ol 干个虚遗路集中起采组黄一十直通道 一 个 16bit的同蟠虚拟通路识剐符 标识直通过内的直遥蓐．vPl VCl ／NCI — 起标识一叶~矗连接． 一 十3bit的净荷粪型括示，用于指明信无中的戴荷熹型． 一 十 lbk的信元丢失优先觳标志位，用于拥塞挫棚．当再蝽出现 CLP 拥塞时，首先摊彝CLP等于 I的信元 一 个8bit的首部误差控制丰段，用于硷潮 |-I正ATM曹牟时语码 HEC 置信元老界，HEC的功能在拍理屡实瑰 ATM 自连应层 (适配屡)蚺奋十字节 c用户专甩的首年I，用于曩 AAL 高弼络应用层的服务能力．比如匏进行ArM屡数据 (信元)和应 用层数据的适配 【即相互转换 ) 由于 ATM 层主要为数据转移提供复用和路由 过程，协议的要素不仅包括用于路由的信息，还包括 若干数据场，以指示信元净荷中包含的信息类型。其 它数据也包含在首部，用于执行下述支持功能： (1)控制用户网络接口处 (UNI)的业务流量。 (2)为信元建立优先级 (3)便于首部的误码控制及信元概述等功能。 ATM 的一个关键特征是各个信元都可根据需 要而标记和传输。这就允许设备的带宽可根据需要 来指派，不像其他网络协议要求固定的分层次信道 啦稿日期：2004—05—27：怪回日期t 2004 07—14 作者筒舟t柬正为 ( ． 1973 )·舅，湖南人·昆明理工大学在读硕士，西南科拄大学工程师r从事自动测控与圈像处理研究- ·39· 维普资讯 http://www.cqvip.com ^工 -劫 化 2005年第24卷第1期 啊络曹矗拄m Nerwork InformationTechnique O．I．Automation 2005，"Co1．24，No．1 速率 由于所支持的各种连接既可是暂时的，也可 是永久的．不需要呼叫控制，具有实时的带宽管理 或处理能力。ATM 对于视频／多媒体的应用具有灵 活性，为传送 MPEG～2信号创造了条件 ATM信 元格式和 MPEG一2传送分组格式的差别如图 2(a】 和(b)。由图可见+若干 ATM 信元可传输一个 MPEG一2长度的信号，一个MPEG一2分组的长度可 装载相同数量的ATM信元。 8 7 6 5 4 3 2 1 o 通用流量控删(Gpq I 虚扣通造标识【Ⅶ1) VPI l 虚粗电路标e,(vcl~ J vo VCI l I倌元 先衄 标击差错挫制{HEc) 信元礼荷(舍0—4牢节用户可箍曲自适应层 48字节) ㈨ ATM 信元蛄构 l 2 3 4 5 6 ●_ S3 囤 2 ATM信元与 MPEG-2传送分组图 2．2ATM与数字电视的互操作性 ATM 是一种将各种业务划分成固定长度信元 (Cel1)进行交换的新信息转移模式．每个信元长 53字节，由 5字节首部 (即信头)及48字节净荷 (即信息场)组成。数字电视及HDTV的一个传送 包长 l88字节，因此选择 ATM 净荷长度的整数倍 正好是MPEG标准传送的一个传送包长度，可实现 ATM与DTV及 HDTV的互操作。ATM的48字节 净荷中，0～4字节是用户可选的自适应层 (AAL)， 若选 1字节作为AAL，即用户实际信息为47字节， 可完成信息转移任务。4个具有 l字节 AAL的 ATM 信元正好可将一个 HDTV的传送包完整地装 载 (47×4=188)，同时保证每一个传送包韵首部均 与某个ATM的净荷起始位置准确对齐，如图3 图3 ATM 信元运载 HDTV传送包示意图 也可进行双字节 AAL的 ATM 与 HDTV互操 作。如在视频点播 (VOD)中，节目源由视频服务 器或实时编码器提供，存储在视频服务器磁盘冗余 阵列的片源一般为VCD或DVD格式，可重新编码 为 MPEG一2传输流格式。VOD系统中，用户请求 · 40 · 服务，节目流由视频服务器经 ATM 网络及接入网 络传送到电视机顶盒 (STB)中解码并显示。基于 ATM网络MPEG一2传送流 (TS)传输结构如图4。 I 坌堡 型 些}-叫空 苎 璺生}．叫 }．叫 l 图4 基于 ATM网结 MPEG 2传送流传精结构 ATM 能将声、图和数据业务等信息分解成 48 字节固定长度的数据块，并在数据块前装配地址及 其它控制信息，形成53字节的完整信元。它采用异 步时分复用方式将不同信息源的信元汇集到缓冲器 内排队．队列中的信元逐个输出到传输线路形成首 尾相接的信元流。信元的信头中含有 VPI／VCI作 为地址标志，网络根据信头中的标志来转移信元 2．3基于ATM的数字电视信号分层编码和传输 基于 MPEG一2多种分级性和 ATM 的两种优先 级传输方式，可采用分层编码技术 (如子带编码、 小被变换编码等)，将图像按质量分解成不同的层 次。ATM网络在信元 (源)头中提供了两个优先级 别，相当于提供了两个质量级别的逻辑信道。在分 层编码中视频信息被分成基本层和增强层．基本层 的信息在优先级的高质量信道上传输：无优先级的 信道上传送用于改善图像质量的补充，即增强层编 码。当网络拥挤时．无优先级信道的信元可能丢失， 即保证基本的图像质量，又使信道继续通顺。 2．4基于 ATM的传输网络的结构和接口 ATM 网可分为3大部分：公用 ATM 网、专用 删 网和 A M 接入网。 公用 ATM 网是由电信管理部门经营和管理的 ATM 网，它通过公用 UNI(User Network Interface， 用户网络接口)连接各专用ATM 网和ATM终端。 作为骨干网，公用 ATM 网应能保证与现有各种网 络的互通，应能支持包括普通电话在内的各种现有 业务．另外还须有～整套维护、管理和记费等功能。 专用 ATM 网是指一个单位或部门范围内的 ATM网。目前专用网主要用于局域网互连或直接构 成 ATM LAN，以在局域网上提供高质量的多媒体 业务和高速数据传送。 图5 宽带网络体系结构和接口 接入ATM网主要指在各利=接入网中使用ATM 维普资讯 http://www.cqvip.com 兵 工 自动化 2005年第 24卷第 1期 网络售息技m Network Information Technique 0．I．Automation 2005，Vo1．24，No．1 技术，传送 ATM 信元，如基于 ATM 的无源光纤网 络 (APON)、混合光纤同轴 (HFC)、非对称数字 环路 (ADSL)以及利用 ATM 的无线接入技术等。 基于 ATM 的传输网络定义的接口如图5。 公用 UNI把 ATM 用户连接到公用网络，接口 标准由 ANSI和 ITU制定，符合 B—ISDN参考模 型。专用 UNI(P—UNI)是连接 ATM用户到企业网 络的接口，它是按照运用于物理范围有限的局部环 境优化的。B—ICI(BISDN Inter—Carrier Interface) 是两个不同公用 ATM 网络提供者或承载者之间的 接 口，规范还包括当承载者之间跨 LATA界线时所 需的特定业务和管理功能。P—NNI(Network Node Interface，网络节点接 口)专用于 ATM 交换机之间 的接 口，P—NNI包括两个协议：一个用于分发基于 链路状态路由技术的拓扑和路由信息，另一个用于 建立跨越专业网络连接的信令。 3 结论 ATM 技术在数字音、视频及其它数据信号的传 输及分配上具有灵活的性质。未来以光纤为传输介 质，以 ATM 为信息传输模式的宽带综合业务数字 网有可能成为 “信息高速公路”的主体设施。 参考文献： 【l】鲁业频．数字 电视基础 【M】．北京：电子工业 出版社， 2002．224 228． 【2】余兆明，余智．数字电视传输与组网【M】．北京：人民邮 电出版社 ．2003．262—266． 【3】孙大跃，江代有．高速公路网络工程技术【M】．北京：人 民交通 出版社．2001． 【4】张红科，裘正定．ATM 网络互连原理与工程【M】．北京： 清华大学出版社．1997． 【51江代有，龙玲，等．http：／／www．cntele．com 【J／OLI．长安 大学信息工程学院，2003． 丰丰丰丰术丰卓丰丰丰术丰丰丰卓丰丰丰术丰术丰卓丰车丰$丰木丰宰丰丰丰幸丰丰丰卑丰丰丰卓丰$丰丰丰丰丰丰丰车丰宰丰丰率卓 丰半丰木丰术丰卓丰卓丰幸木车丰宰牢丰丰皋丰术丰卓丰车丰宰丰术丰卓丰丰车宰丰木丰卓 丰卑丰牟丰丰丰卓丰 (上接第 38页) (int )LOC—DMLBAI=LocBAMI； (int )LOC—DMPBAM =PCIBAddr 1 0xE3； (int )LOC—DMCFGA=0x00000000； ，，暂时不要产生配置周期． (int )LOC—DMDAC=0x0； ／／高 32位地址始终为 0，需要双地址． (int )PCI9056一PCICR l=0x00000007； return； } 当 PCI总线上其它设备需要访问中央资源时， 主桥就成为从设备，所以应该配置其 PCI空问到局 部空间映射时的参数。这个过程是一个逆变换。 3．2配置 PCI总线的 SLAVE 当中央资源做 Master访问其它 PCI设备时，必 须对 SLAVE进行适当的初始化。一般先用 PCI配 置周期设置 PCI桥的关键配置寄存器，然后用普通 PCI存储器周期设置其它寄存器。 void ConfigPCISlaVe(UINT ADn，UINT Range， UINT PCIBAddr，UINT LRegPBA，UINT LocBAddr) {UINT ABit32 W'LROffset； ABit32W =GetConfigReg (ADn，PCI9056一PCICR)l 0x07； ／／读原值并置位 SetConfigReg(ADn，PCI9056一PCICR，ABit32W)； SetConfigReg(ADn，PCI9056——PCIBAR0，LRegPBA)； ／／PCIBAR0：其它寄存器的 PCI基址 SetConfigReg(ADn，PCI9056_PCIBAR0，LRegPBA)； ／／设置PCI基址，以便能访问其它寄存器 SetConfigReg(ADn，PCI9056一PCIBAR2，PCIBAddr)； ||一 鼠 PCI专奄器鼠瓤 LROffset=LRegPBA & 0x00 1 FFFFF； ／／取局部寄存器 PCI基址的位移 ABit32w= Range+l： ／／计算范围值的补码． SetPCIReg(LROffset，PCI——LASORR，ABit32W)； SetPCIReg(LROffset，PCI—LASOBA，LocBAddr l 1)； SetPCIReg(LR0ffset，PCI—EROMBA，0x38)； SetPCIReg(LROffset，PCI——LBRD0，0x40430043)； ABit32W =GetPCIReg(LROffset．PCI_LBRDO)； if(ABit32W I-0x40430043、 printf(”局部总线描述符 LBRD0缺省值出错 ： ％8x＼n”．ABit32W)； return； } PCI总线上的其它设备身份是动态变化的，所 以对有能力做 PCI主设备的，应该配置其局部空间 到 PCI空间映射时的参数。 4 结束语 由于 PCI局部总线规范更新，时钟速率由原 33MHz提高到 66MHz，数据宽度由32位扩展成 64 位，工作电压从 5V也转变为3．3V，故功耗更小。 参考文献： 【1】 !!巳；』』 ： ￡isig：￡Q ．PCI Local Revision 2．2【DB／OL】．1998 12—18． Bus SpecificatiOn 【2】PLX Technology Inc．．PCI 9056 Data Book Version 1．0【Z】 PLX Technology Inc．，2003． f31 Fairchild Semiconductor Internationa1．FM93C56 Serial CM0S EEPROM 【Z】．Fairchild Semiconductor International，2000． 【4】Integrated Device Technology Inc．．IDT74FCT3807 l—To — l 0 Clock Driver【Z】．Integrated Device Technology Inc， l998． 【5】李贵山．PCI局部总线及其应用【M】．西安：西安电子科 技 大学出版社 2003． 二1{I劲化 ·41· ．、 维普资讯 http://www.cqvip.com