（信号与信息处理专业论文）数字机顶盒图文字幕及在线升级的实现.pdf

摘要 摘要 数字电视是将模拟电视信号转换为数字信号，然后进行各种功能的处理、传 输、记录和控制的系统。在未来的几年里，数字电视系统将完全取代模拟电视系 统，在现有信道的基础上，将能收看到比过去至少多4 倍的电视节目来丰富人们 的生活、获取更多的资讯，数字机顶盒应运而生。在数字电视一体机还未普及的 今天，对数字机顶盒的研究仍然具有实际的意义。 本文以l s i9 7 0 0 机顶盒方案为项目开发的基础，研究了数字电视系统中相关 功能模块的理论基础和关键技术，包括d v b 图文电视原理及实现方法，d v b 字 幕软件解码的实现，及数字机顶盒在线升级方案的研究与实现。 本文的主要工作如下： 1 分析总结了机顶盒的结构，讨论了l s i9 7 0 0 机顶盒方案的系统软件架构。 2 研究了d v b 图文标准，基于v x w o r k s 操作系统设计了一套图文软件解码 系统，并运用到l s l 9 7 0 0 机顶盒方案中，主要创新包括： 1 ) 设计一哈希表来存储图文页面，这样用户就可以快速访问存储在解码 器中的页面信息，而无需等待。 2 ) 设计一页面淘汰算法，保证了图文页面的自动更新及动态存储器的合 理使用。 3 1 基于软件体系结构的设计原则，该图文软解码系统采用分层的思想设 计了系统结构，从而易于系统的移植和未来的系统扩展。 3 研究了d v b 字幕标准，设计了一套完整的数据结构来实现字幕段的解码， 采用状态机的方式来实现字幕的平滑显示。 4 介绍了机顶盒在线升级的l o a d e r 模块的软件原理、设计规范、关键技术及 程序开发流程。 关键词：数字电视，机顶盒，d v b ，图文，字幕，在线升级 a b s t r a ( 叮 a b s t r a c t d i g i t a lt e l e v i s i o np m i st h es y s t e mu s e df o rt r a n s p o r t i n g ，r e c e i v i n g ，p r o c e s s i n g ， s t o r i n ga n dc o n t r o l i n gd i g i t a l i vs i g n a l s d t vw i l lr e p l a c ea n a l o g i vi nn e x ts e v e r a l y e a r s 皿en u m b e ro fp r o g r a m sp e o p l ec a nw a t c hw i l lb em o r et h a n4 t i m e sa sb e f o r e a sar e s u l t ，p e o p l ec a ng e tm o r ei n f o r m a t i o na n de n j o yt h e m s e l v e sb e t t e r d u r i n gt h i s t r a n s i t i o ns t a g e ，s t b ( s e tt o p b o x ) h o l d st h eb a l a n c e b a s e do n 璐i9 7 0 0s t bs o l u t i o n , t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h e o r i e sr e l a t e dt od t v = i n c l u d i n gd v bt e l e t e x t , d v bs u b t i t l ea n ds t b ss y s t e ms o f t w a r eu p d a t e do v e rt h ea i r , s o l u t i o n sf o rt h o s er e q u i r e m e n t sa l ea l s os u p p l i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h em a i n c o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 d i s c u s s i o n so ft h ek e yt e c h n i q u e so fd t vs u c ha st h es y s t e ms t r u c t u r ea r e i n c l u d e d a n a l y s i so ft h es y s t e ms o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo fl s i9 7 0 0s t ba r e a l s oi n c l u d e di nt l l i sd i s s e r t a t i o n 2 d v bt e l e t e x ts t a n d a r d sa r es t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t e l e t e x ts o f t w a r e d e c o d e rb a s e do nv x w o r k si ss u p p l i e d ，a n di ti su s e di nl s i9 7 0 0s t b s o l u t i o n t h ef o l l o w i n gi st h em a i ni n n o v a t i o no ft h i sd e c o d e r ： 1 ) an e wh a s ht a b l ei sd e s i g n e dt os t o r et e l e t e x tp a g e s ，s op e o p l ec a na c c e s s t h ew a n t e dp a g ei m m e d i a t e l y 2 、a na l g o d t h mi sd e s i g n e dt od e l e t es o m et e l e t e x tp a g e s t h ea p p r o a c hc a n u p d m es t o r e dp a g e si m m e d i a t e l ya n dk e e pt h ed y n a m i cr a m o u to fc r a s h 3 ) b a s e do nt h ep r i n c i p l eo fs o f t w a r es t r u c t u r ed e s i g n i n g , t h i sd e c o d e ri se a s y t 0d 0s y s t e m p o r t i n ga n de x p a n d i n g i nf u t u r e 3 d v bs u b t i t l es t a n d a r d sa r es t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n , e x c e l l e n td a t as t r u c t u r e i sd e s i g n e dt od e c o d es u b t i t l es e g m e n t as t a t em a c h i n ei su s e dt od i s p l a y s u b t i t l es m o o t h l y 4 弧ed c s i g no fs o f t w a r el o a d e rs y s t e mi si n t r o d u c e d ，i n c l u d m gt h ep f i n d p a i s ， s t a n d a r d s ，k e yt e c h n i q u e sa n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tf l o w k e y w o r d s ：d t v , s e tt o pb o x ，d v b ，t e l c t e x t ，s u b t i m e ，l o a d e r 缩略词 a p p b s p c a c l u t c ，a r e d d b d e m u x d e n c d i i d s i d s m c c d v b e b u 皿t e t s e t s i f l o f m p e g n r r o s d o u i 脚 p c s p e s p m p m t p s i p r s 缩略词 a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e b o a r ds u p p o r tp a c k a g e c o n d i t i o n a la c c e s s c o l o u rl o o k - u pt 曲l e c - c u b ec o m p o n e n ts o f t w a r ef r a m e w o r k d o w n l o a dd a t ab l o c k d e m n t t i p l e x e r d i 西t a lv i d e oe n c o d e r d o w n m a di n f oi n d i c a t i o n d o w n l o a ds e r v e ri n 馅a t e d i g i t a ls t o r a g em e d i u mc o m m a n da n dc o n t r o l d j 百t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g e u r o p e a nb r o a d c a s t i n gu n i o n e t s it e c h n i c a lr e p o r t e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r di n s t i t u t e f u l ll e v e lo n ef a c i l i t i e s m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p n e t w o r ki n f o r m a t i o nt 曲l e o ns c r e e nd i s p l a y o r g a n i z a t i o nu n i q u ei d e n t i f i e r p r o g r a m a s s o c i a t i o n t a b l e p a g ec o m p o s i t i o ns e g m e n t p a c k e t i z e de l e m e n t a r ys t r e a m p a c k e ti d e n t i f i e r p r o g r a mm a p ，i i a b l e p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n p r e s e n t a t i o n1 i m es t a m p 缩略词 r c s s e r v i c ei d s i s t b s t c t o p t s v b i r e g i o nc o m p o s i t i o ns e g m e n t a u n i q u ei d e n t i f i e r o f as e r v i c e w i t h i na t s s e r v i c ei n f c ) r m a t i o n s e t t o pb o x s y s t e mt i m ec 1 0 c k t a b l eo fp a g e s t r a n s p o r ts t r e a m v e r t i c a lb l a n k i n gi n t e r v a l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：壶已攫i 一日期：厶7 年f 月；日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：诛互导师签名：扯 日期：弘7 年f 月日 第一章引言 1 1 数字电视概述” 第一章引言 数字电视的研究始于2 0 世纪8 0 年代初，当时的欧共体资助的r a c e ( 1 9 8 4 年， 欧共体部长理事会提出的“欧洲先进通信技术研究与发展计划和e u r e k a ( 1 9 8 5 年，欧洲“尤里卡计划”) 两个项目用于对广播级图像数字压缩的核心技术“离散 余弦变换d c r ”进行可行性研究；1 9 9 0 年国际电工技术委员会( m c ) 和国际标准化 组织( i s 0 ) 确定了m p e g - 2 ( m p e g ：m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p ，运动图像专家组 【2 】) 压缩模式；1 9 9 3 年欧洲多家公司联合签署了数字电视广播( d v b ) 备忘录，之后 在日内瓦成立了欧洲d v b 组织，负责并协调数字电视的各种标准的制定。 在d v b 规范确定后，依据不同的传输媒体和不同的应用领域，d v b 组织又 将其划分为几个系统：卫星数字电视广播系统( d v b s ，该标准于1 9 9 5 年由d v b 组织确定) 、有线数字电视广播系统( d v b c ，其数字共用天线电视、数字微波电视 等标准于1 9 9 6 年由d v b 组织确定) 、地面开路数字电视广播系统( d v b t ，其标准 目前正在被各国认同与逐步采用之中) 、微波数字电视广播系统( d v b m ) 交互式数 字电视广播系统( d v b i ) 、数字电视加扰系统( d v b c a ) 。 目前数字电视标准中，除了d v b 标准外，还有1 9 9 5 年经美国联邦通信委员 会批准的高级电视系统委员会( a t s c ：a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e ) 作 为美国高级电视( 觚v ) 国家标标准。 1 2 数字电视的优点。1 数字电视无论是在图像质量还是在功能模块上都有着模拟电视无法比拟的优 点，主要表现在； 第一：提高了电视节目的质量，清晰度更高。数字化以后的电视信号在传输 过程中噪声没有累积，提高了传输质量，图像等级有很大提高，同时还可以传输 高清晰度电视节目。数字电视机的清晰度和抗干扰能力比模拟电视大大增强，其 收视质量大幅提高，彻底解决了雪花、重影等模拟电视节目中存在的视觉问题。 第二：节目量倍增。与模拟电视相比，数字电视对频率资源的利用率高。我 电子科技大学硕士学位论文 国模拟电视的标准为p a l d k ，频道带宽是8 m h z ，有线电视数字调制方式若为 6 4 q a m ，一个8 1 ；i i - i z 模拟电视频道可以传输8 1 0 套数字电视节目，2 0 0 m h z 带 宽可传输2 0 0 5 0 0 套电视节目。如果用5 5 0 7 5 0 m h z 频段，也可以使用2 5 0 4 5 0 m h z 的增补频段，这样不仅节目量猛增，而且还可以开展v o d ( v i d e o o n d e m a n d ，视频点播1 及其它多媒体业务。 第三；拓宽业务功能。随着有线电视的数字化，数字业务、交互式电视业务 等新型服务方式的实现，不仅能提供电话、i n t e r n e t 浏览等业务，也可提供电 视购物、电子银行、远程教育、v o d 等新式有条件接收交互式业务，用户从单纯 的收视者变成为积极的参与者。数字电视技术的实现，使当前的服务领域极大拓 宽，不仅仅提供广播影视节目，提供公共信息服务，还可以提供信息指南，电子 商务、远程会议、远程教学、远程医疗等多种服务，能有效地促进广播电视与其 它资讯服务的融合。 1 3 数字电视国内外发展状况 1 3 1 国内数字电视发展状况 2 0 0 5 年数字电视发展进入关键年。广播影视科技“十五”计划和2 0 1 0 年远 景规划明确提出：到2 0 0 5 年我国有线数字电视用户超过3 0 0 0 万户，2 0 1 0 年 全面实现数字广播电视，2 0 1 5 年停止模拟广播电视的播出【4 1 。由于标准、运营模 式、内容等众多因素影响，2 0 0 4 年数字电视规模只有1 2 5 万户，2 0 0 5 年广电总局 把到2 0 0 5 年3 0 0 0 万户的目标调到1 0 0 0 万户，但从目前的分析，2 0 0 5 年要实现 1 0 0 0 万户的目标还是非常困难。预测2 0 0 5 年中国数字电视用户规模6 8 5 万户，比 2 0 0 4 年的1 2 5 万增长了4 4 8 ；2 0 0 6 年随着标准的出台，以及运营模式等多种因 素的推动，用户规模达到1 6 8 5 万，数字电视用户规模达到规模化发展的临界点。 中国数字电视产业的发展，不仅得到了主管单位国家广电总局的高度重视， 也获得了国家信息产业部的重视，两个不同的体系都在摸索发展数字电视的模式。 国家广电总局对国内数字电视发展的规划： 夺数字电视发展由有线接入，2 0 0 3 - 2 0 0 6 年大力发展有线数字电视，完善四 大平台，建立有线数字电视新体系；2 0 0 6 年开展数字电视卫星直播业务， 预计在2 0 0 6 年6 、7 月份将发射第一颗直播卫星；2 0 0 8 年推广地面数字 电视，并在2 0 0 8 年奥运会期间用高清晰度电视来为世界传送奥运会的节 2 第一章引言 目；2 0 1 5 年停止模拟电视播出，全面实现数字电视的全国覆盖。 夺中国有线电视数字化将分四阶段在从东到西的三个区域进行。第一阶段 大致到2 0 0 5 年底，直辖市、东部地区级以上城市、中部省会城市和地区 级城市，以及西部省会城市向数字化过渡；第二阶段到2 0 0 8 年，地市级 城市和西部少数城市普及数字化；第三阶段到2 0 1 0 年，数字化扩展到东 部县以上和中部大部分县以上的城市；第四阶段到2 0 1 5 年，西部地区基 本实现数字化并力争完成数字化的整体过渡。 信息产业部： 信息产业部是家电厂商、电信运营商等的主管单位。其认为，数字电视是三 大信息产业基础设施之一，数字电视将是未来彩电业及相关产业的一个方向，数 字电视的发展有利于彩电行业进行自主性调整，因此信息产业部从一开始就关注 数字电视整机制造及关键配套件的产业化，目前正在加快相关政策和标准研究。 从产业链的发展讲，信息产业部将根据2 0 世纪9 0 年代初彩电配套的成功经验， 构造完整的数字电视配套产业链。 1 3 2 国外数字电视发展状况啼1 1 9 9 6 年欧洲数字电视的卫星广播开始播出，目前已有超过5 0 0 万的用户，并 迅速扩展到东欧；1 9 9 8 年1 1 月英国也开始数字电视的地面广播，而目前已经成为 全球数字电视普及率最高的国家，将近一半的英国家庭看上数字电视。挪威把 2 0 0 8 年1 月1 日确定为在全国开播地面数字电视并结束模拟电视广播的最后期 限。模拟电视从2 0 0 6 年开始停播，根据计划，模拟电视的最后停播时间是2 0 0 7 年底，届时地面数字电视和卫星电视将覆盖挪威9 9 1 0 0 的人口。西班牙、荷 兰、瑞典等西欧国家也相继引入数字电视服务。 美国作为世界上较早发展数字电视的国家在技术领域不仅完成了数字电视 三大标准的制订工作，而且已经率先实现了商用播出。2 0 0 3 年美国的电视家庭共 计1 0 6 亿户，数字电视信号覆盖的电视家庭达到9 9 3 6 ；美国的数字电视已经 得到了大面积的推广。 而我们的近邻韩国的地面数字电视产品采用的也是美国的a t s c 标准，在 2 0 0 5 年全国开播。同时韩国政府计划在2 0 1 0 年结束模拟信号传输，那时韩国的 数字电视普及率将达到9 5 。 数字电视研究与开发进程迅速的日本，计划到2 0 0 6 年实现地面数字电视全国 3 电子科技大学硕士学位论文 覆盖，2 0 1 1 年全国范围内的所有电视台都将采用数字信号发送，彻底结束模拟信 号发送的历史。为了实现这些目标，日本通过反复试验制定了符合本国国情的 i s d b 数字电视标准。 马来西亚通信和多媒体委员会正在考虑从2 0 0 9 年起逐步淘汰模拟传输，到 2 0 1 4 年完成向数字传输的转换，到2 0 1 4 年让9 0 的人口看上数字电视。 新加坡迈向数字电视的步伐缓慢，没有几家公司积极向地面数字电视转换。 人们都在等待政府宣布新的管理法规，技术标准问题是向数字电视迈进过程中的 一个争论焦点。 1 4 数字电视机顶盒及其关键技术 1 4 1 数字电视机顶盒的发展现状 全球电视广播的数字化发展已成定局，模拟电视机最终将被数字电视机所取 代也是大势所趋。但是，从我国国情看，目前老百姓家中有4 亿台左右的模拟彩 色电视机，在我国逐步实现从模拟电视广播向数字电视广播过渡的过程中，这些 模拟彩色电视机不可能即时淘汰，即使在美国或西欧发达地区也是如此。模拟广 播电视转向数字广播电视需要经历一个较长的过渡时期，数字电视机顶盒( 简称 数字机顶盒或机顶盒，下同) 是这一过渡期间最好的解决方案。将数字机顶盒与 普通电视机结合，就可以构成一台完整的数字电视机。数字机顶盒可把来自卫星、 地面或有线的数字电视信号转换成模拟电视机能够接收的p a i n t s c 信号，亦可 支持点播电视、互联网浏览、播放d v d 、可视电话等多媒体功能。 数字电视有两个主要的发展方向：一方面，高清晰度的图像是人们追求的理想 的电视画面效果，所以数字高清晰度电视是数字电视的发展目标之一；另一方面， 在数字电视系统中提供多种创新的服务功能也是一个重要的发展方向。因而，数 字机顶盒技术的发展也会朝着这两个方向前进，即既能提供高质量的画面，又能 提供创新服务。 目前，用于接收标准清晰度数字电视的机顶盒已经发展得较为成熟，它的应 用也已经比较普遍。国外的很多芯片生产商对于标准清晰度的数字电视机顶盒系 统已有较完整的解决方案，相应芯片的研制也已达到了比较完善的阶段。国内也 有一些厂家在利用这些芯片厂商提供的方案研制生产用于d v b s 和d v b c 的数 字机顶盒。至于数字高清晰度电视机顶盒，其开发研制的成熟程度远远比不上标 4 第一章引言 准清晰度数字电视机顶盒，这与数字h d t v 视频解码芯片的推出时间不长有关。 随着i n t e r a c t 的飞速发展和数字电视广播中数字业务种类的不断增加，标准 清晰度和高清晰度数字电视机顶盒都面临着这样一个问题，就是关于能够提供多 种业务功能的机顶盒的开发。数据服务、交互业务以及网络浏览等对二者来说都 是有待开发的功能，而且在今后的机顶盒市场竞争中这些功能会显得愈发重要。 1 4 2 数字机顶盒的关键技术 数字机顶盒的关键技术主要包括以下几个方面： ( 1 ) 下行数据解调与信道解码技术 ( 2 ) 解复用与解压缩技术 ( 3 ) 实时软件系统技术 ( 4 ) 上行数据的调制编码技术 下行数据解调与信道解码主要完成接收网络中的传输信号，对信号解调、信 道解码，最后将数字信号送到解码芯片，这些功能一般由集成芯片来完成，称为 前端。解复用与解压缩技术是指音、视频解码技术，它将前端送来的数字音、视 频流解复用，分解成音、视频信号，然后分别对音频和视频进行解码，目前的解 复用与解压缩都是通过集成芯片来完成的，可以用单个芯片也可以用独立的几个 芯片来完成。实时软件系统包含使整个系统正常运行的所有软件，它包括控制系 统各种芯片的系统软件和提供用户操作、节目管理及实现附加服务的应用软件。 上行数据的调制编码则是针对需要实现交互功能的机顶盒而言的，如v o d ( v i d e o o l ld e m a n d 视频点播1 、h t e r n c t 浏览等，由于包含这些功能的机顶盒需要通过上 行通道上传数据，所以它不仅需要下行数据通道，同时也要考虑上行数据的调制 和编码问题。 上面所列出的四项技术中，前三项是实现数字机顶盒的基本功能必需的技术， 而上行数据的调制编码技术首先需要硬件平台的支持，同时还要传输网络的支持， 目前的情况是，大多数厂家推出的硬件平台没有提供上传功能，更为重要的是不 论是卫星网还是有线电视网，都没有提供双向传输功能，鉴于以上情况，目前的 机顶盒很少有提供双向传输功能的。 1 5 本文主要内容 在论文期间，本人参加了某公司的数字电视机顶盒项目。该款机顶盒的开发 5 电子科技大学硕士学位论文 主要使用了l s l 9 7 0 0 芯片及其开发平台，产品面向国外市场。在开发过程中，本 人负责的工作是图文字幕解码软件的设计及实现，同时还参与了在线升级项目， 负责l o a d e r 模块的开发。本文主要讨论本人参与的数字电视机项盒项目开发问 题，包括以下内容： 第二章：简单介绍了l s i9 7 0 0 机顶盒方案的软硬件结构。 第三章：介绍了数字电视d v b 图文字幕标准。 第四章：首先介绍了通过v b i 方式实现图文显示，然后给出了本人设计的软 件图文解码系统。系统地介绍了从获取图文数据，解码到o s d 显示的软件实现流 程。 第五章：给出了字幕解码系统，由于字幕数据获取及显示与图文相似，该章 重点讲述字幕解码模块，详细给出了本人设计的字幕解码端的数据结构。 第六章：介绍数字机顶盒在线升级方案，重点介绍本人完成的l o a d e r 模块 的实现框架。 第七章：全文总结。 1 6 本人主要工作 l s il o g i c 公司推出的机顶盒接收机方案以该公司的l s l 9 7 0 0 芯片为核心，完 成数字电视的接收、解码、图像显示和立体声播放。本人的研究工作集中在l s i l o g i c 公司数字机顶盒方案中系统功能的扩展开发。通过本人的研究工作，取得了 一些较好的成果，包括： ( 1 ) 完成了图文电视接收功能； ( 2 ) 完成了字幕软件解码系统的开发； ( 3 ) 完成了系统软件在线升级功能的开发。 以上工作经过试验验证，运行良好、性能可靠，填补了l s il o g i c 公司原系统 方案的不足，设计思想也可以移植到其他机顶盒接收机方案中。 6 第二章【s i9 7 0 0 机顶盒方案 第二章l s l 9 7 0 0 机顶盒方案 2 1 l s l 9 7 0 0 硬件结构 图2 - 1l s l 9 7 0 0 硬件结构 硬件是任何系统的基础，图2 - 1 给出了本课题开发的软件所基于的硬件结构。 数字电视接收设备是指能够接收、解码和显示数字电视信号的硬件设备，它 应用于数字电视领域，是模拟电视数字化得以实现的终端。数字电视机顶盒作为 7 电子科技大学硕士学位论文 这样一种设备在数字化整体转换中具有重要作用，其中包括数字有线电视机顶盒、 数字卫星电视机顶盒及数字地面机顶盒。该类机顶盒基本原理相同，只是信号传 输介质不一样。下面结合图2 1 介绍l s i9 7 0 0 的工作原理。包括信源解码模块， 音视频后处理模块，存储系统和外围设备的输入输出接口，具体功能描述如下： 解复用模块从数据流中抽出期望信息并将其以合适的方式提供给不同的 解码器，它包括与条件接收模块合作的解扰器； 视频解码模块负责对压缩的图像系列位流进行解码重排； 音频解码模块负责音频位流的解码； 图像处理建立图形层在发送之前将其和对p a i 肌s c 的模拟信号请求中 的视频混合； d e n c 模块1 6 】将数字信号转换成p a u n t s c 的模拟信号并输出到电视显 示； 系统s d r a m 是系统程序和用户应用程序运行的地方。 前面板及瓜控制器负责接收解析用户命令。 整个l s i9 7 0 0 数字电视方案的实现流程可以概括为：前端t u n e r 接收数字电 视信号，再由解调器实现解调。解调出来的传输流送到l s i9 7 0 0 芯片中，由解复 用模块将前端送来的数字音、视频流及服务信息解复用，分解成音、视频信号及 其他服务信息。从图2 - 1 可以看出，解复用后的数据将送到由系统s d r a m 控制器 分配的数据队列中。音视频解码器分别对音频队列和视频队列中的数据进行解码， 解码后的视频位流经过图像处理器可与图像相混合，变成模拟的视频信号，输出 到显示屏( 电视机) 上。音频数据流则通过解复用器到音频处理器中，可叠加外面的 音频输入，一起混合送到p c m 处理器转化为模拟信号输出。 与大多数芯片一样，l s i9 7 0 0 主要完成解复用、解压缩、图形处理及整个系 统的控制，而数字电视信号前端的处理由其他单独的芯片来完成。l s i9 7 0 0 主处 理器为s p a r c ，整个实时软件系统的功能实现由它来完成。 2 2i _ si9 7 0 0 机顶盒的软件结构 l s i9 7 0 0 机顶盒方案系统软件采用了分层结构，为了保证系统架构清晰并方 便移植，本系统分为了五层，如图2 2 所示。 8 第二章l s i9 7 0 0 机顶盒方案 应用程序 中间件 适配层 底层驱动 v x w o r k s 操作系统 底层硬件 图2 - 2 系统软件架构 硬件平台只向操作系统与驱动程序提供编程接口，换句话说就是只有操作系 统与设备驱动程序能调用硬件平台的接口；在底层驱动，操作系统与中间件之间 有一适配层，为不同厂家的中间提供接口，实现中间件与硬件无关的运行。 2 3 模块分层 1 操作系统层 采用的是v x w o r k s 操作系统，向设备驱动程序与应用程序提供编程接口，由 于处于系统的最底层，它的接口就变的很重要，必须在v x w o r k s 操作系统的外面 再包一层标准的适配层，为中间件提供接口。 嵌入式系统都有一个实时操作系统。视频设备的软件系统对实时性的要求较 高，机顶盒系统要完成的任务有：受理用户操作、设定调谐器工作状态、搜索p s i 、 s i 表、解复用、条件接收、搜索节目指南( e p g ) 等。每个任务又可以分为若干小 任务，而且各任务之间衔接紧密，实时操作系统提供各任务创建的机制，上层软 件利用它来创建任务。任务产生之后需要一些通信机制使它们之间能够交换信息， 这些通信机制如：消息队列、信号量、事件对象，互斥对象等。比如，机顶盒的 各上层应用模块即是一个独立的个体又是各模块的依附体因为它们都是整个系统 的组成部分。各任务要尽快完成，不能长期占用系统资源。比如在用户进行了操 作之后需要等待很长时间才进行节日搜索，如果是那样，要看到一套电视节目就 需要等很长时间了。v x w o r k s 操作系统的内核负责管理各个任务，即内核为每个任 务分配c p u 时间，并且负责任务间的通信。内核提供的基本服务是任务切换，使 9 电子科技大学硕士学位论文 用实时内核可以大大简化应用系统的设计。 2 底层驱动层 驱动层是连接软件系统与硬件系统的纽带。机顶盒设备的微控制单元中有很 多寄存器，而外围设备也有很多种，各种接口也有很多，软件编程人员如果要直 接在硬件上编程是很困难的。驱动层完成了对各个寄存器及接口的封装，即把对 寄存器的读和写等基本操作做成一些通用的函数接口。在软件上，就是编写一些 宏定义，这些宏定义帮助上层软件对硬件寄存器进行赋值、置位、复位等操作。 底层驱动层为设备驱动层，包括限驱动模块、d e m u x ( 解复用1 驱动模块、 a u d i o 驱动模块和v i d e o 驱动模块、图形界面驱动模块，等等。 3 适配层 适配层将底层驱动与操作系统做包装，为中间件提供接口，实现中间件与平 台无关的移植。 4 中间件 中间件实现d v b 协议的解析，包括s i 的解析，节目控制，图文，字幕的实 现。 5 应用程序 用户应用程序层是用户应用软件的主体部分，也是软件开发的主要部分之一。 与机项盒有关的所有上层功能的实现都在这层完成，如用户界面、用户信息输入 输出控制、节目信息的分析处理和节目操作的管理、增值服务功能如e p g 等。 第三章d v b 图文字幕标准 第三章d v b 图文字幕标准 3 1d v b 图文标准啊嘲o 1 1 习 随着数字技术的发展，广播电视正在由模拟向数字全面过渡。数字视频广播 d v b 成为当今世界广播电视产业的发展潮流。d v b 系统的信源编码技术是通用的 m p e g - 2 音视频编码，可以很方便的将音频视频和各种数据业务如图文业务宗合在 一起，所有的业务都在单一的数字载波上复用。 在各种d v b 标准中，e t s i3 0 04 7 2 ( “d i g i t a lv e d i ob r o a d c a s t i n g ( d v b ) ： s p e c i f i c a t i o nf o rc o n v e d n g u rs y s t e mbt e l e t e x t i nd v bb i t s t r e a m s ”， d v b - t x t ) ) 加l 定义了图文电视的传输标准， e t s i3 0 0 7 0 6 定义了图文信息的编码 规范。即把图文信息按照图文的编码规范e t s i3 0 07 0 6 进行编码，然后按照e n3 0 0 4 7 2 标准与压缩后的音视频复用。2 0 0 3 年发布的e t s i3 0 0 7 0 6 技术规范中定义了以 下4 级图文电视标准： 级别1 ，镶嵌字符，空格属性。固定调色板，2 4 行x 4 0 字符等特点； 级别1 5 ，在级别1 基础上扩充了g 2 字符集( 目前此级被普遍采用) ； 级别2 5 ，扩充语言种类，增加可重定义颜色的调色板，引入非空格属性允 许许多简单重定义字符，提供增加文字。 级别3 5 ，增加重定义字符的数量和复杂性，引入不同的字体和成比例空格属 性。 级别1 、1 5 定义了基本的图文，2 5 、3 5 定义了增强型图文，并且向下兼容。 本课题主要完成图文终端软件解码系统，该系统支持到d v b 图文1 5 传输标准， 因此，本节主要介绍图文1 5 标准，其传输格式详见参考文献1 0 。 3 1 1 图文数据元素“ 3 1 1 1 图文行结构 一个图文行有3 6 0 位也就是4 5 个字节组成，每个字节有1 到8 个位组成( l s b 到m s b ) ，并且通常从l s b 开始传输。 有三种主要的图文包，他们可通过包号y 来区分： 1 ) 页头( y = o ) ； l l 电子科技大学硕士学位论文 2 ) 用来显示的通用包( y = l 到2 5 ) ； 3 ) 不可显示包( y 三2 6 到3 1 ) 。这些包可用字节6 ( 指示码：d e s i g n a t i o nc o d e ) 来扩 展包地址范围。图3 - 5 描述这三类包的组成，其详细格式见参考文献1 1 。 图3 - 5 图文包结构 下面介绍几个1 5 标准中重要的包结构 1 ) 零行( 页头) 零行的编码格式如图3 8 所示，其详细格式定义见参考文献1 0 。 杂志号包号 ! ：! 兰! i ! i! 时钟同步码i 同步码l 包地址 1 5 字节 前缀码 ! ! 兰1 3 2 - - 字节数据( 奇枝验) 页地址及控带j j - 7 - 季，l 季导 子页l 子页号s 2i 平面号9 3l 子页号s 4 i 控制位i 控制位 个位i 十位l 号s 1+ c 4il+ c 5 c 6c 7 一c 1 0 c 1 1 一c 1 4 图3 - 8 零行编码格式( x o ) 2 ) x i - x 2 5 行 包x i x 2 5 是可显示行，编码结构如图3 - 9 。这种编码机制同样适用于动态重 定义字符集页中的包1 到x 2 4 ；当包x 1 到x 2 5 是对象定义页( o b j e c td e f m i t i o n p a g e s ) ，杂志存储页( m a g a z i n e i n v e n t o r y p a g e s ) ，t o p 页和数据广播页的一部分时， 1 2 笙三童望塑里壅主董堡堡 这些包使用不同于这里的编码方法( 参考e n3 0 07 0 8 【1 2 1 ，1 0 5 1 节) 。 1 、2 字节34i 5 i 杂志号包号 时钟同步码l 同步码f 包地址 1 5 字节 前缀码 鱼二堡兰 4 0 个号。节的数据 图3 - 9 可见行( x i - x e 5 ) 编码格式 3 ) 增强行( x 2 6 ) 编码格式 包) 眈6 用来携带增强基本级别1 图文的数据，编码格式如图3 1 0 。字节6 作 为包地址扩展字节( 指示码) ，使用8 4 汉明编码。因此，一个图文页最多可以有 1 6 个2 6 行，余下的3 9 个字节被分为3 个字节的1 3 组，均是2 4 1 8 汉明编码。 图3 一1 0 增强包x 2 6 编码格式 包x 2 6 的增强功能见参考文献1 1 。 4 ) 行x 2 7 ，连接页定义行 指示码值为0 0 0 0 0 0 1 1 的包x 2 7 定义连接页，包x 2 7 0 - x 2 7 3 的结构如图 3 - 1 1 其中在图文标准1 5 中只用包x 2 7 0 ，其功能特性详见参考文献1 1 。 图3 - 1 1 用于页连接的包x 2 7 0 - x 2 7 3 的格式 电子科技大学硕士学位论文 3 1 1 2 图文页结构1 1 1 如图3 - 6 所示，页的主体包括一个或多个可显示的包号在x o 到x 2 5 之间的 包以及可选的包号在2 6 到x 2 8 之间的扩展包或不可显示包。后者可能需要特 殊的处理来改变页的显示风格或页中的字符。 x o 包头 x 1 一 ； x x 以 x x 陀6 ，0 k 1 5 页丰 扩胄 x 陀7 1 5 x 陀8 0 k 1 5 图3 - 6 图文页结构 至互亟虽叵 图3 7 图文杂志结构 3 1 1 3 图文杂志结构 一本杂志包括一页或多页，通常这些页循环传输，其中只有m o o m 9 9 为可见 页，其余均为不可见的增强页。如图3 - 7 所示。 杂志也可包含y = 2 9 的包，这个包中的数据不属于任何一个特定的页，而是与 这个杂志中的所有页相关。包含在这种包中的数据可能会被包含在页中的数据覆 盖掉。在一个杂志的循环中，y = 2 9 的包至少被传输一次【1 1 】。 3 1 2 基本图文的显示特性 所有的图文显示页都是基于级别1 或1 5 的特性，我们把这些页称作基本页。 基本页包括行o 2 5 和增强行。增强行包括x 2 6 ，x 2 7 ，x 2 8 ，m 2 9 ，都为可选行。 可显行1 2 5 也是可选的，如果页面没有传送这些页，将显示一行空格。下面详细 介绍这些显示特性； 1 1 颜色 基本页的文字前景和背景色共有8 种色彩，包括：黑、红、绿、黄、蓝、紫、 青、白。 2 1 字符集 1 4 第三章d v b 图文字幕标准 g 0 和g 1 ( m a s a i c ) 字符集用于基本页显示 g 2 ：增补字符集( 用于级别1 5 的增强行2 6 行) g 3 ：平滑的马赛克图形和l i n ed r a w i n g 字符集。另外，支持在g 0 字符集上叠 加g 2 中的d i a c r i t i cm a r k s ，实现基于拉丁语系的欧洲语言( 用于级别1 5 ) 。 3 ) 显示特性 支持f l a s h 和双高等属性。在1 5 级中还支持并行传输属性，如下： 回国 单词t e l e t e x t 的颜色是由空格属性b l u e 决定，二者是顺序的串行的，没有空格 就不能对该单词的颜色有任何的改动。级别1 5 增加了并行属性功能： 固国 团 字符t e x t 被改变成红色( 在增强行x 2 6 里传输) ，而其它字符仍为蓝色。在级别 1 5 中，显示特性实际上可应用在任何位置的字符上，且持续到本行中另外一个属 性的出现，否则直到此行结束。 上述简要概述了级别1 5 中的显示特性，但是图文技术是不断发展的，2 5 已 经支持不少增强特性，但还不是增强图文的终结处。更高级别的图文规范3 5 已出 台。3 5 中提供了更友好的图形化的显示，重定义字符增加为9 6 个，并且字符的 颜色分辨率更高。同时还增加了粗体，斜体，比例字体。但由于2 5 以上制式图文 解码对软硬件要求高，目前还无法广泛推广，因此支持1 5 的图文解码器仍有很大 市场。 3 1 3 图文传输结构伽 根据e t s i3 0 0 4 7 2 标准，图文数据是以p e s 包的形式传输的，图文流的流类 型值( r e a mt y p e ) 0 x 0 6 ，说明p e s 中的数据是私有数据。随服务携带的图文流通过 一个p i d 来标示，p i d 通过解析该服务的p m t 获得，同时该p m t 还提供了与图 文相关的描述子( d c s a i p t o