数字电视论文

课程论文

基于MPEG-21的数字电视

学习时间： 2014 年9月至 2014 年11月23 日

摘 要

多媒体框架是正在制订中的关于多媒体信息发布和使用的国际标准, 研究了基于 MPEG-21的数字电视系统的设计和实现及服务方式, 分析了应用MPEG-21中定义的数字项来组织节目、传输和交互各类信息的可行性。

关键词:MPEG-21 数字电视 数字项

1 引言

随着多媒体应用技术的不断发展，有关多媒体的标准层出不穷，这些标准涉及到多媒体技术的方方面面。但是对于多媒体信息的传递与利用存在许多司题。无论对于已有的还是正在研究中的规范，尚未有一个大的框架来描述它们之间的关系。从多媒体制作者到最终用户多媒体技术提供了大量的信息和服务。然而不同的多媒体设备和网络产品，其标准、规范和机制都有所差别，阻碍了多媒体信息的有效利用。因此，开发一种通用的多媒体框架以消除这种障碍，成为当务之急。MPEG-2l 就是在这样的背景下于2000年5月提出的。

在MPEG 的发展过程中MPEG-1、-2、-4均集中在对多媒体资源的编码上，MPEG-7则转移到多媒体的描述与标记上，为多媒体的应用打下了基础。MPEG-2l 要提出一个整合的多媒体框架解决方案, 使多媒体资源能够跨越平台和标准的鸿沟实现资源更加合理、有效、便捷、安全的利用。MPEG-21多媒体框架将研究多媒体的实现和传输所需的关键元素及其所支持的操作之间的关系。

2 MPEG-21概念和标准构成

2.1 MPEG-21的基本概念

MPEG-21多媒体框架基于两个基本的概念：1）发送和处理的基本单元（数字项）；2）对数字项有影响的用户。数字项是多媒体框架的“内容”（例如：视频集，音乐唱片），用户是多媒体框架的“主体”。

在MPEG-21中，数字项（Digital Item ）是一个用标准的描述、标识符和诠释数据构成的数字对象。比如，数字项可以是一个编辑过的音乐作品，它除有音乐外，还可包括照片、视频、动画、歌词、乐谱、制造商声明等信息。MPEG-21描述了一组抽象的术语和概念，为定义数字项形成一个有用的模型（数字项说明），在这个模型中，数字项就是“作品”的数字表示。

“用户”是在MPEG-21环境中发生交互作用或者使用数字项的任意实体，它包括个人、消费者、团体、组织、企业和政府等。从纯技术的观点看，MPEG-21没有区分“内容提供者”和“消费者”—对MPEG-21而言，两者都是用户。用户

通过和其它用户在特定交互作用中的关系来明确识别，如图1所示。

图1 用户通过在特定业务中的作用来定义

从最基本的层面看，MPEG-21提供了一个框架，在此框架内用户之间发生交互作用，如多媒体内容的创建、生产、发行、使用、保护、鉴别等。这种交互作用的对象就是数字项。

2.2 MPEG-21标准构成

MPEG-21称为多媒体框架(Multimedia Framework)，1999年开始征集需求，现正投入开发的标准，标准号ISO/IEC21000，其目标是满足所有用户的需要，它可以在广阔的范围里，为不同的网络用户提供透明的和可不断扩展的多媒体资源。MPEG-21的基本框架包括以下6个要素。

1）数字项说明

数字项说明(Digital Item Declaration) 的目的是建立数字项同一和灵活的摘要和数字项可互操作性方案。在MPEG-21的系统中有许多问题涉及到“数字项”，所以说对于数字项的定义应有一股具体的描述。显然对于同一内容有许多描述方法，因此希望能有一个强有力、方便的数字项模型来表示无数种形式中的数字项的描述。如果模型产生的数字项能够不模糊地表示并且可以与模型中定义的其他数字项互操作，则这个模型是有用的。

2）多媒体内容表示

MPEG-21提供的内容表示可以通过分级的和错误恢复方法有效地表示任何数据类型。多媒体场景的不同元素可以单独地访问，可以同步和复用，也允许各种各样的交互式访问。框架中的内容可以编码、描述、存储、传送、保护、交易、消费等。尽管框架中的内容是数字化的，但还需要满足不同需求的内容数字表示，这些需求通过未压缩的数据格式是不能完成的。在MPEG-21中，多媒体内容表示可完成对MPEG-21基本对象的表示。

3）数字项的识别和描述

表示已经传递的实际内容是什么。要求实现：① 标识符具有精确、可靠和唯一性；② 忽略实体的性质、种类和尺寸，对实体进行无缝的识别；③为数字项的标识符的组合提供稳定、有效的方法；④ 在各种操作和变换中保持标识符及描述的安全和完整性；⑤ 自动处理授权交易和内容定位、恢复及获取等。

4）内容处理和使用

解决如何传递和使用内容的问题。MPEG-21多媒体框架将提供在贯穿内容传送和使用的链上能够建立、处理、搜索、访问、存储、传递和内容使用的接口和协议。当终端用户应用上述功能时，应得到支持。如使用这些功能的终端用户是“非人类的实体”，如代理程序，也要得到支持。

5）知识产权的管理和保护

MPEG-21多媒体框架将提供对数字权利的管理与保护，允许用户表达他们的权利、兴趣以及各类与MPEG-21数字项相关的认定等，可通过大范围的网络和设备对这些权利、兴趣和认定事项提供可靠的管理和保护。同事在某种程度上获得、编辑、传播相关的政策、法规、合约以及文化准则，从而建立针对MPEG-21数字权利的商业社会平台。此外，还有可能提供一个统一的领域管理组织和技术用以管理与MPEG-21交互的设备、系统和应用等，提供各种商业交易的服务。

6）终端和网络

把用户同网络和终端的具体安装、管理和执行屏蔽开来，实现透明的、互操作的访问多媒体内容。能够按形成用户群的需求来提供相应的网络和终端资源，

在用户群中，可凭约定的质量、可靠性和灵活性来创建和分享多媒体内容，使质量得以保证。网络能根据在用户和网络间建立的资源管理的服务质量（Qos ）约定传输内容；网络和终端按内容要求提供具体实现；网络和终端资源的使用童工标准的接口进行。

7）事件报告

事件报告能使用户精确理解框架中所有可报告时间的接口和计量。事件报告将为用户提供特定交互的执行方法，同样允许大量范围的处理，允许其他框架和模型与MPEG-21实现互操作。用这7个核心单元描述在使用数字项的用户之间的交互作用，如图2所示。

图2 7个单元描述的交互作用

图2 7个单元描述的交互作用

3 基于MPEG-21的数字电视系统

同传统的模拟电视系统相比, 数字电视系统应更注重互操作性, 这将能更充分地利用各种有效资源。随着网络技术的发展，数字电视网络的通信能力必然极大提高，将从原来单一的一点对多点的广播模式扩展为点对点交互式系统。数字电视系统将是一个将活动图像声音和数据通过数字技术进行压缩、编码、传输、存储、实时发送、广播或者经过记录媒体的传播供观众接收或播放的视听系统。MPEG-21正是考虑到了这方面发展需要, 提供了支持用户有效、透明和交互的对数字项进行交换、访问、消费、交易等技术满足数字电视系统所需的对各种多媒体信息的管理和互操作性及交互式应用等需求。基于MPEG-21的数字电视系统不但能够满足系统完成各项功能的要求，还可以使系统实现标准化，增强了其扩展能力和与其它网络之间的交互能力。

从图3看出，数字电视客户端和服务提供者之间及客户端之间都作为MPEG-21的用户通过数字项进行通信。通过处理数字项，按照客户端的处理能力以及客户端的具体要求组织和发送资源。这样就构成一个通用的多媒体访问系统，通过内容管理服务器产生数字项，节目管理中可对数字项进行匹配处理，使客户端得到所需要的数字项。处理过程如下:

1) 业务请求：数字电视的终端用户发送一个数字项到服务提供者，该数字项中包含终端和网络性能的基本数据及其它需求信息。

2) 响应：服务提供者在收到请求后做出响应（可以是一个包含能提供的各种服务选单的一个数字项），同时为响应下一步的请求做好准备。记录下终端用户的基本性能信息。

3) 节目选择：数字电视的终端用户根据选单提供的内容做出选择，并通过一个包含选择结果的数字项返回给服务提供者。

4) 响应选择：服务提供者根据终端用户的选择通过内容管理服务器从多媒体信息描述服务器中产生符合需要的数字项，它包含所需多媒体资源的各种标识。通过数字项匹配（DIA ）工具，将数字项转换成与用户要求匹配的数字项。一方面，匹配要基于终端用户前面提供的基本性能。由于各个终端用户的使用环境及网络环境都可能有差异，这样就可根据用户的具体情况定制信息。比如将来的数字电视终端可以是各种无线设备，这与有线终端的要求当然会有不同) 另一方面，通过数字项匹配，可利用已有的信息资源生成新的形式，如利用2D 数据在终端

生成具有3D 效果的节目。

终端用户收到匹配后的数字项，就可通过数字项内容到相应的多媒体资源服务器申请数据流，资源服务器可以分布在网络中不同位置，并不需集中同一位置或某个专门的服务器中。

图4为根据MPEG-21给出的参考试验平台结构的基本系统实现框图。系统用两台服务器分别存放用户的使用环境描述信息和内容描述信息。管理服务器根据用户请求, 生成相应的数字项, 并从用户环境描述服务器和内容服务器中提取相应的信息实现数字项的匹配, 再把相应的数字项提供给用户。用户根据接收到的数字项的内容, 到相应的内容服务器获取所需信息。该系统目前还只是一个基本的结构, 用来建立一个测试和试验的平台。在实际应用中, 多媒体内容提供服务器可以是在不同位置的多个服务器。就终端用户而言, 在未来的数字电视系统中, 终端用户的情况也会更加多样化, 因此真正实用的系统还需根据实际情况进行扩展和改进。

基于MPEG-21结构设计的数字电视系统可为电子游戏、电子交易等交互式强的服务提供解决方案。随着网络技术的进步, 联网的电子游戏发展迅猛, 在未来的数字电视网络中, 这也会是一个强劲的业务增长点。MPEG-21可提供更好的互操作性, 能充分利用本地软硬件资源。关于在数字电视的网络环境中实现电子交易的内容着重于数据安全权力的管理等,MPEG-21有关部分对此作了详细讨论, 但对于实际的应用, 还需作更深入的研究和分析。

虽然目前实际应用MPEG-21的场合很少, 关于这方面的产品都带有试验性质,

但MPEG-21的前景是诱人的。系统地研究和探讨MPEG-21在数字电视应用中的各方面问题, 不但将促进我国电视媒体的技术升级, 还能缩短我国与国际先进技术的差距, 具有重要的学术价值和实用价值。

参 考 文 献

[1]苏冬, 张耀丹, 吴华. 基于MPEG-21在数字电视中的应用研究[J].影视工程，2004(5).

[2] 秦晓凌, 姜瑞珂, 尤韦彦, 马燕. 关于MPEG-21知识产权管理和保护技术的研究. 电视技术,2003(10).

[3]张娜.MPEG-21标准制定新动态. 武汉理工大学学报，2011(5).

[4] MPEG-21—多媒体的框架标准. 罗森林. 世界广播电视.2002年007期.

[5] Moving Picture Experts Group. MPEG-21[EB/OL].

[6] 正在制定的国际标准—MPEG-21. 赵烽. 电视技术.2001年008期.