左 義，于鴻洋，張 萍

（電子科技大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)研究院，四川 成都 611731）

在三網(wǎng)融合[1]的背景下，PC客戶端支持接收數(shù)字電視信號(hào)已成為一種趨勢。與傳統(tǒng)的模擬電視相比，數(shù)字電視由于利用了現(xiàn)代信號(hào)處理中的壓縮編碼技術(shù)，使得電視信號(hào)在傳輸過程中不僅不易受到干擾，而且可有效降低帶寬，并能提供高質(zhì)量的電視畫面。數(shù)字電視按照信號(hào)的傳輸方式可以分為地面無線傳輸數(shù)字電視、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視、有線傳輸數(shù)字電視3類，為了提供對(duì)PC用戶數(shù)字電視信號(hào)的接收，微軟為Windows操作系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)字電視接收應(yīng)用定義了一套組件框架——廣播驅(qū)動(dòng)架構(gòu)[2-3]（Broadcast Driver Architecture，BDA），使用該框架，硬件制造商不需要為自己的硬件編寫復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序，而軟件開發(fā)人員也不需要涉及繁瑣的底層操作，這樣不僅可以減少軟硬件開發(fā)成本，而且具有良好的可擴(kuò)展性。

1 DirectShow簡介

由于流媒體應(yīng)用廣泛，流媒體數(shù)據(jù)本身的處理又是相當(dāng)復(fù)雜，所以就需要尋找一種簡單而有效的處理流媒體數(shù)據(jù)的方法，為此，選擇一個(gè)技術(shù)成熟并且高效的平臺(tái)處理流媒體數(shù)據(jù)顯得尤為重要，微軟的DirectShow[4]架構(gòu)即屬于這樣一個(gè)平臺(tái)。基于這個(gè)平臺(tái)，在開發(fā)流媒體應(yīng)用程序的時(shí)候，無須考慮硬件差異等問題帶來的不便，底層交互完全由DirectShow完成，應(yīng)用程序要做的就是和DirectShow框架交互信息?；趶V播驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的數(shù)字電視接收應(yīng)用程序則亦是構(gòu)建在DirectShow的基礎(chǔ)之上。

利用DirectShow系統(tǒng)處理流媒體數(shù)據(jù)的過程如圖1所示，它位于應(yīng)用層，可以看到實(shí)際處理數(shù)據(jù)時(shí)并不是直接處理，而是分模塊處理數(shù)據(jù)，每一個(gè)模塊都擔(dān)任不同的角色，這樣的模塊在DirectShow中被稱作過濾器（Filter）。

圖1 DirectShow應(yīng)用框架

圖1中過濾器圖表管理器組件管理著過濾器圖表（Filter Graph）中各個(gè)Filter的工作，并負(fù)責(zé)和應(yīng)用程序的事件交互。分別處理數(shù)據(jù)的Filter在DirectShow中可以分為3類：

1）源過濾器（Source Filter），主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的獲取，有推和拉兩種工作模式；

2）轉(zhuǎn)換過濾器（Transform Filter），主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，如數(shù)據(jù)解碼等；

3）提交過濾器，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)最終去向，如播放或?qū)懭胛募取?/p>

2 廣播驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（BDA）

2.1 廣播驅(qū)動(dòng)架構(gòu)概述

微軟廣播驅(qū)動(dòng)架構(gòu)定義了一種支持各種用于接收數(shù)字信號(hào)的組件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的框架，包括用于網(wǎng)絡(luò)配置和控制的軟件組件、解復(fù)用、表分析以及IP數(shù)據(jù)傳遞以適應(yīng)包括DVB和ATSC在內(nèi)的主流數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。

BDA的微型驅(qū)動(dòng)程序（minidriver）是AVStream minidriver的一種特殊類型（如圖2所示），是BDA架構(gòu)的一部分，AVStream是一款微軟提供的多媒體類

驅(qū)動(dòng)程序，用來處理許多和操作系統(tǒng)進(jìn)行交互的細(xì)節(jié)。BDA minidriver直接與數(shù)字電視接收硬件進(jìn)行交互，功能主要有調(diào)諧與解調(diào)數(shù)字信號(hào)、捕獲數(shù)字信號(hào)的幀、分離音視頻數(shù)據(jù)流等。

圖2 BDA minidriver結(jié)構(gòu)

圖2中，BDA minidriver由硬件廠商編寫，BDA support library被包含在WDK（Windows Driver Kit）中，它可以簡化BDA minidriver的編寫。數(shù)字調(diào)諧Tuner與Capture總是由硬件實(shí)現(xiàn)的，其過濾器組件會(huì)被DirectShow中的ksproxy.ax過濾器組件包裝成和硬件相關(guān)的BDA設(shè)備過濾器組件并在DirectShow中可見。

2.2 廣播接收拓?fù)?/h3>

由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者硬件差異性，為了能構(gòu)造出統(tǒng)一的接收數(shù)字電視信號(hào)框架，BDA架構(gòu)引入了功能拓?fù)涞母拍睿ㄈ鐖D3所示）。功能拓?fù)鋵⒔邮諗?shù)字信號(hào)的過程抽象成了一系列被稱為控制節(jié)點(diǎn)（Control node）相互之間協(xié)作的過程，功能節(jié)點(diǎn)之間相互獨(dú)立但相互聯(lián)系，每一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)都完成一個(gè)特定的功能，同一個(gè)功能拓?fù)洌瑢⒂锌赡軐?dǎo)致不同的過濾器圖表布局，這取決于安裝在計(jì)算機(jī)上的不同硬件和軟件。這個(gè)接收拓?fù)涞闹饕δ苡姓{(diào)諧、解調(diào)、捕獲、解復(fù)用數(shù)字廣播信號(hào)，獲得節(jié)目相關(guān)信息并獲得音視頻數(shù)據(jù)等。

在圖3中，Network Provider是功能拓?fù)鋱D的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通常它表現(xiàn)為一個(gè)單獨(dú)的Filter，在Filter Graph中充當(dāng)著管理者以及應(yīng)用程序接口的角色，它負(fù)責(zé)數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)入并且通過BDA設(shè)備。相對(duì)于DirectShow框架來看，Network Provider在這里充當(dāng)著源過濾器的角色，但事實(shí)上并沒有真正的數(shù)據(jù)通過。

圖3 數(shù)字廣播接收控制節(jié)點(diǎn)的功能拓?fù)?/p>

當(dāng)需要調(diào)諧到某一個(gè)頻率點(diǎn)上接收相應(yīng)的節(jié)目時(shí)，需要將頻率信息傳入到調(diào)諧器（Tuner）以控制硬件調(diào)諧，但由于應(yīng)用程序不能直接操作硬件，這時(shí)就需要Network Provider的存在，上層應(yīng)用程序通過Network Provider提供的一個(gè)ITuner接口把調(diào)諧請(qǐng)求發(fā)送給Network Provider，接著它將這個(gè)調(diào)諧請(qǐng)求傳遞給BDA minidriver，由微型驅(qū)動(dòng)程序與硬件交互完成數(shù)字調(diào)諧。

圖3中，RF輸入可以來自于有線、衛(wèi)星、地面無線傳輸，經(jīng)解調(diào)（Demodulator）之后傳送至 Capture Filter，MPEG-2 Demultiplexer Filter負(fù)責(zé)TS流的解復(fù)用，其中的PID Filter表示過濾固定PID的TS包過濾器。

3 BDA應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 有線數(shù)字電視調(diào)諧接收過程

應(yīng)用程序需要控制硬件的調(diào)諧，以便收看對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)上的節(jié)目，具體應(yīng)用過程如下。

1）創(chuàng)建調(diào)諧請(qǐng)求

微軟推薦的取得調(diào)諧請(qǐng)求的方式是從已建立的調(diào)諧空間向?qū)欤╓indows XP下目錄為HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftTuning Spaces）中取得一個(gè)調(diào)諧請(qǐng)求，另外還可以自己創(chuàng)建調(diào)諧空間[1]，取得調(diào)諧請(qǐng)求。

2）創(chuàng)建Network Provider

調(diào)諧空間向?qū)熘邪艘唤M調(diào)諧空間，每一個(gè)調(diào)諧空間代表著一個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)類型（ATSC，DVB-C，DVB-T，DVB-S等），取得一個(gè)固定的調(diào)諧空間后，就可以通過其提供的get__NetworkType方法取得網(wǎng)絡(luò)類型唯一標(biāo)識(shí)，再經(jīng)由CoCreateInstance方法就可創(chuàng)建Network Provider Filter。

3）信號(hào)定位

上面已提到Network Provider提供了一個(gè)ITuner接口給上層應(yīng)用，在創(chuàng)建了Network Provider Filter之后就可以將調(diào)諧請(qǐng)求通過該接口發(fā)送給它，在收到調(diào)諧請(qǐng)求之后，Network Provider Filter首先把調(diào)諧請(qǐng)求傳遞給Filter Graph 中 的 Transport Information Filter（TIF）（如 圖 3 所示），接著TIF填充調(diào)諧器Tuner對(duì)信號(hào)定位所需的如載波頻率等相關(guān)信息。之后Network Provider Filter要求BDA Tuner調(diào)諧到相應(yīng)的頻率點(diǎn)上，并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)給調(diào)諧器，在Tuner調(diào)諧到正確頻點(diǎn)并當(dāng)信號(hào)解調(diào)之后，就將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給BDA Capture Filter（如圖3所示），該過濾器負(fù)責(zé)從硬件讀取數(shù)據(jù)并向后傳送數(shù)字化的TS碼流至MPEG-2 Demultiplexer解復(fù)用過濾器。

3.2 實(shí)現(xiàn)過程

在開發(fā)應(yīng)用程序之前，首先正確安裝數(shù)字電視接收卡并加載其驅(qū)動(dòng)搭建硬件環(huán)境，如果正確安裝，打開GraphEdit，Tuner Filter和 Capture Filter就會(huì)出現(xiàn)在BDA源過濾器（BDA Source Filters）和BDA接收組件（BDA Receiver Components）目錄中。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的流程如圖4所示。

圖4 應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)流程

圖4中，加載的 BDA Tuner Filter，BDA Capture Filter，Transport Information Filter的目錄ID依次為KSCATEGORY_BDA_NETWORK_TUNER，KSCATEGORY_BDA_-RECEIVER_COMPONENT，KSCATEGORY_BDA_TRAN SPORT_INFO-RMATION，應(yīng)用程序正常運(yùn)行時(shí)，可隨時(shí)向Network Provider過濾器提交一個(gè)新的調(diào)諧請(qǐng)求，因此當(dāng)用戶需要觀看另一個(gè)頻率點(diǎn)上的節(jié)目時(shí)，就可以在保持Graph運(yùn)行狀態(tài)情況下，重新提交新的調(diào)諧請(qǐng)求，只要獲取想要觀看節(jié)目的PSI[5]信息，然后將音視頻的PID映射到MPEG-2 Demultiplexer Filter上，即可正常播放。

3.3 系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)在局域網(wǎng)下進(jìn)行測試，通過流媒體服務(wù)器復(fù)用TS流經(jīng)過千兆交換機(jī)發(fā)送到IPQAM的數(shù)據(jù)端口上，配置好搭載信號(hào)的頻點(diǎn)后，通過調(diào)制器的RF輸出，經(jīng)由有線電視分支器傳送到多個(gè)客戶端，在客戶端采用的電視接收設(shè)備是Conexant公司的CX23102芯片，軟件開發(fā)平臺(tái)為Windows XP SP3，Visual Studio 2005，DirectX SDK 9.0b，采用第三方音視頻解碼器，經(jīng)測試播放穩(wěn)定、流暢。在GraphEdit中查看得到的Filter Graph如圖5所示。

4 結(jié)語

本文較為詳細(xì)地分析了微軟電視技術(shù)的廣播驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上給出了在Windows XP平臺(tái)下有線數(shù)字電視的完整接收過程，借助于Conaxent公司的USB接口的數(shù)字電視接收設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)上觀看流暢的有線數(shù)字電視節(jié)目。

[1]周師亮.三網(wǎng)融合的前景[J].電視技術(shù)，2011，35（16）:15-16.

[2]肜云.一種USB前端接收的PCTV技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.

[3]張勇.基于微軟廣播驅(qū)動(dòng)體系的數(shù)字電視技術(shù)及其應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2005（10）：78-83.

[4]陸其明.DirectShow開發(fā)指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[5]方濤.數(shù)字電視業(yè)務(wù)信息及其編碼[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.