（信号与信息处理专业论文）数字电视一体机搜台与频道管理的研究与实现.pdf

中文摘要 随着数字电视技术的日益成熟，世界各国都在积极推动数字电视的发展。数 字电视已经成为一个热门话题，数字电视取代模拟电视已经指日可待。虽然在这 个过程中，机顶盒有着重要的作用，但是数字电视一体机是发展的必然趋势。 本论文是在高集成度电视解决方案核心芯片b c m 3 5 6 0 的基础上实现的，从 属于上海晖悦数字视频科技有限公司开发的兼容a t s c ，d v b c 和模拟电视的数 字电视一体机系统，是该项目的中间件软件的核心部分之一。 本论文以b r o a d c o m 公司提供的软件驱动代码为基础，利用其提供的各种功 能接口，根据不同厂家的需求，完成了搜台、频道管理和节目指南模块的相关软 件部分的研究与实现，通过实际测试达到了产品化的要求。 本论文首先介绍了数字电视相关的背景和标准：包括数字电视的基本知识和 发展概况；硬件平台b c m 3 5 6 0 的基本情况和软件框架；以及本论文涉及到的国 际标准，m p e g 一2 、a t s c 、d v b 等，并对a t s c 和d v b 做了简单的比较。 根据项目开发过程中的实际研究工作，详细介绍了研发的各种软件模块的情 况：包括a t s c 标准下的e p g 的实现及其状态机的控制；d v b c 标准的数字搜 台换台，主要介绍了自动搜台、手动搜台、全频点搜台、工厂预置数字频道的实 现及其优化措施；a t s c 标准的数字搜台换台频道，主要介绍了状态的控制以及 与d v b c 方案的比较；频道管理部分主要比较了两种频道存储方案，重点介绍 了d v b c 方案的频道管理的存储方案和断电保护。 目前本论文所开发的软件方案已经在美国和我国国内的大部分城市测试通 过，基本达到了成熟稳定的要求，并已被国内几家著名的数字电视厂家所采用。 关键词：数字电视，a t s c ，d v b ，e p g ，搜台，频道管理 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gm a t u r i t yo fd i g i h a lt vt e c h n o l o g y , t h ec o u n t r i e si nt h ew o r l da r e a c t i v e l yp r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lt v d i g i t a lt v h a sb e c o m eah o tt o p i c a n dt or e p l a c ea n a l o g u et vi sj u s ta r o u n dt h ec o m e r a l t h o u g hi nt h i sp r o c e s s ，t h e s e t - t o pb o x h a sa ni m p o r t a n tr o l e ，t h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a li n t e g r a t e d ivr e c e i v e r i st h eu l t i m a t ei n e v i t a b l et r e n d t h ep r o j e c ti so nt h eb a s i so ft h et vs o l u t i o nc h i p ，t h eb c m 3 5 6 0 ，b e l o n g i n gt ot h e s y s t e mo fg a i s i n g s t m d i g i t a lv i d e ot e c h n o l o g y ( s h a n g h a i ) c o l t d sd i g i t a l i n t e g r a t e dt vr e c e i v e rw h i c hs u p p o r t sa t s c ，d v b - c a n da n a l o g u et v t h ec h i pi sa p a r to f t h i sp r o j e c t sm i d d l e w a r ea n d a l s oi sc o r eb a s i cf u n c t i o nm o d e l t h ep r o j e c tr e s e a r c ha n dd e v e l o ps o f t w a r em o d u l ea b o u tc h a n n e ls e a r c h ，c h a n n e l m a n a g e m e ma n de p ga c o r d i n gt ot h ed r i v e rs o f ti n t e r f a c ep r o v i d e db yb r o a d c o m c o m p a n ya n dt h ed i f f e r e n tn e e d so fm a n u f a c t u r e r s t h es o f t w a r eh a sm e tp r o d u c t r e q u i r e m e n t si nt h ea c t u a lt e s t i n gp r o c e s s t h i sp a p e r 觚t l yi n t r o d u c e ss o m er e l a t e db a c k g r o u n da n ds t a n d a r d s ：ab r i e f i n t r o d u c t i o nt os o m eb a s i ck n o w l e d g ea n dt h ed e v e l o p m e n to fd t v ；ab r i e f i n t r o d u c t i o nt ot h eb a s i cs o f t w a r ef r a m e w o r ka n dh a r d w a r ep l a t f o r mb c m 3 5 6 0 ；a b r i e fi n t r o d u c t i o nt op e r t a i n i n gt ot h ed i 【g i t a lt e l e v i s i o ns t a n d a r d , m p e g 一2 ，a t s c ， d v ba n das i m p l ec o m p a r i s o no f a t s ca n dd v b t h i sp a p e ri n t r o d u c e sm yr e s e a c hi nd e t a i l ，a c o r d i n gt ot h ef a c tw o r k i tp r e s e n t st h e e p go fa t s c ，m a i n | ya b o u th o wt oc o n t r o lt h es t a t em a c h i n e ；s e a r c ha n dc h a n g e c h a n n e lo fd v b c ，i n c l u d i n gt h ea u t os e a r c h , m a n u a ls e a r c h , a l lf r e q u e n c e s e a r c h ，f a c t o r ys e t t i n gd i g t 甜p r o g r a mi n f o r m a t i o n , a n ds o m eo p t i m i z a t i o n i ta l s o i n t r o d u c e ss e a r c ha n dc h a n g ec h a n n e lo fa t s c ，c o m p a r i n gw i t ht h a to fd v b c w h a t i sm o r e ，i tt e l l st h ec h a n n e lm a n a g e m e n t ，a n dm a k et h ec o m p r a t i o nb e t w e e nt w o s c h e m e so fs t o r e i tm a i n l yi n t r o d u c e st h es c h e m eo ft h ec h a n n e lm a n a g e m e m ， s c h e m e so fs t o r ea n dt h ep r o t e c t i o no f p o w e rf a i l u r e c u r r e n t l yt h es u b j e c to ft h es o f t w a r ep r o g r a mh a sp a s st h et e s ti nt h eu n i t e ds t a t e s a n dm o s to fc h i n a sc i t i e s , b a s i c a l l yr e a c h e dm a t u r ea n ds t a b l e , u s e db ys e v e r a l w e l l - k n o w nd i l g i t a lt 、厂m a n u f a c t u r e r si n 。c h i n a k e yw o r d s ：d t v ，a t s c ，d v b ，e p g ，c h a n n e ls e a r c h ，c h a n n e lm a n a g e m e n t 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁鲞盘堂或其他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已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：曼小半签字日期：7 年多月 f 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 苤鲞基堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞鲞盘堂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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：关书墨导师签名： 签字日期： 印奄7 年 彳月， e l 签字同期：& 旬年占月同签字同期：& 丽夕年6 月同 第一章绪论 1 1 数字电视基础 第一章绪论 1 1 1 数字电视的基本概念1 - 7 ) 随着数字电视技术的日益成熟，世界各国都在推动从模拟电视到数字电视的 过渡。在我国，数字电视已经在上海、深圳、青岛等许多城市播出，也逐渐被广 大群众认识和接受。 数字电视是指包括节目摄制、编辑、发送、接收和显示等环节全部采用数字 处理的全新电视系统。也可以说，数字电视是在信源、信道和信宿三个方面实现 数字化和数字处理的电视系统。 数字电视采用了先进的数字图像压缩技术，数字信号纠错编码技术，高效的 数字信号调制技术，是继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视。 数字电视包括标准清晰度电视和高清晰度电视两种。 标准清晰度电视( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l ev i s i o n ，s d t v ) 的图像水平清晰度 为5 0 0 到6 0 0 线，最低为4 8 0 线，分辨率为7 2 0 x5 7 6 或者7 2 0 4 8 0 ，采用4 ：3 的幅型比，d v d 的图像格式属于s d t v 水平；高清晰度电视( h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ，h d t v ) 的水平清晰度为1 0 0 0 线以上，分辨率可以是7 2 0 p ( 1 2 8 0 x 7 2 0 ， 逐行扫描，场频为2 4 、3 0 或6 0 h z ) 、1 0 8 0 i ( 1 9 2 0 1 0 8 0 ，隔行扫描，场频6 0 h z ) 和1 0 8 0 p ( 1 9 2 0x1 0 8 0 ，逐行扫描，场频为2 4 或3 0 h z ) 三种显示模式。它采用 1 6 ：9 的幅型比。 s d t v 和模拟电视n t s c 或者p a l 的分辨率大体相当。 c c 瓜( 国际无线电咨询委员会，即现在的i t u ) 对h d t v 的定义如下：“高 清晰度电视系统的设计，要求是观看者在大约屏面高度的3 倍距离处能看到或者 是接近看到清晰细节的程度，达到与视力正常的观看者在看原始景物相同的感 觉 。 可见，h d t v 展现给观众的将是更加“真实”的世界和全新的感受。随着生 活条件和消费能力的不断提高，人们的审美标准和消费需求也在同步发生变化， h d t v 应运而生，适逢其时。 作为数字电视中的高端应用，h d t v 与标准清晰电视、付费电视、交互式电 视、信息服务等业务构成了完整的业务体系。圈) t v 的出现模糊了电影和电视的 第一章绪论 界限，由高清晰设备制作的节目源，经过适当分级变换，可被电影、电视、网络、 手机等各个媒体所共享。 按信号传输方式的不同数字电视可以分为卫星传输( 卫星数字电视) 、有线传 输( 有线数字电视) 和地面无线传输( 地面数字电视) - - 类。从技术上讲，它们之间 的主要区别在于调制方式的不同。它们的比较如表1 1 所示： 表1 1 数字电视传输方式比较 卫星数字电视有线数字电视地面数字电视 传输方式 卫星传输光纤和同轴电缆微波 美国采用残留边带调 键控移项调制正交振幅调制制( v s b ) ，欧洲、中 调制方式 ( q p s k )( q a m ) 国和日本采用正交频 分复用调制( c o f d m ) 覆盖面广，接收设备 优点接收质量高可以实现移动接收 成本低 卫星信号有方向性， 容易因战争或者地区 由于地面传输环境复 缺点移动中的终端无法接 性的灾害而遭受破 杂，信号在传输路径中 坏，使得信息传播无 容易因为建筑物的的 收 遮挡造成回波反射，技 法正常进行 术实现难度相对较大。 目前的电视用户主要是通过机顶盒来收看数字电视节目。机项盒( s e t - t o p b o x ，s t b ) ，是可以将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字 化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，通过电视 显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。有了机顶盒，广大电视用户就 可以不必抛弃原来的模拟电视机而收看到数字电视节目，并可兼容收看模拟电 视。可见，机顶盒在从模拟电视到数字电视的过渡时期，有着重要的作用。 但是数字电视一体机仍是未来发展主流。一体机( d i 百t a li n t e g r a t e dt v ) ，也就 是将数字接收、解码与显示融为一体的电视机。它把机顶盒内置到电视机中，人 们在观看数字电视时，不再需要另外购买机顶盒，直接打开电视机就能收看到数 字电视节目。和机项盒相比，一体机具有节省空间、使用方便、成本低廉等优势， 因此一体机已经成为全球数字电视产业共同的发展方向。 2 第一章绪论 1 1 2 数字电视的优点【2 - 4 和传统的模拟电视相比数字电视具有比较多的优势，主要体现在以下方面： 1 ) 频谱利用率高 频谱资源是重要的国家资源，一套模拟电视节目需要占用3 6 m h z 带宽的卫 星转发器，占用8 m i - i z 的地面电视广播和有线电视频带，因此模拟电视的频谱资 源有限而紧张。而数字电视利用带宽压缩技术可以在一个频道内播送5 套和目前 模拟电视画面清晰度相同的节目或者1 0 0 套声音广播。地面广播时，一个原p a l 信道可播放一套高清晰度电视或4 套标准格式数字电视。有线电视网络中一个 p a l 通道可播8 到1 0 套标准分辨率数字电视。采用数字电视技术后，极大地拓 宽了频道资源。 2 ) 抗干扰能力强，图像清晰度高 数字电视采用数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有“0 和“l 两 个电平，“l ”电平的幅度大小只要满足处理电路中能识别出是“l ”电平就可， 大一点小一点无关紧要，可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非 线性失真会造成图像的明显损伤。由以上分析知数字电视信号不易受传输转播影 响，抗干扰能力强，画面清晰度显著提高，在接收端仍可达到演播室水平。 3 ) 功能极大丰富，满足个性化需求 数字电视的发展将促进广播电视通信和计算机产品的相互融合，产生多种新 的信息业务。电视是由电视台播送的概念将被打破，数字电视不仅可以用于电视、 录像，而且可进行家居购物和理财交互式电视教育等图文杂志阅读，服务公众的 各种收费业务，旅游和电子游戏等。另外可直接与因特网连接，作为个人电脑使 用。数字电视信号可用现在的公共电信传输网络传输。电视广播网络数字化使得 有可能用它来提供其它数据业务，从而为将广播网络连接到其它的网络，将视频 业务融合进统一的信息基础设施开辟了道路。， 数字电视特有的电子节目菜单可以提供节目自动分类和节目时间表以方便 用户搜索和切换节目，轻松自如地欣赏自己喜欢的数字电视节目。 电视频道更加专业化个性化。数字电视平台使付费电视成为可能，因此会逐 渐涌现出独立的全天候的专业频道，如电影、时装、汽车、房产、m t v 、体育、 游戏等，可极大程度地满足不同人群的个性化需要。 4 ) 易于实现条件接收 数字电视信号容易进行加密加扰，有利于信息安全，便于实现付费电视，视 频点播和交互式电视。在电视等级完善的情况下，数字信号也有利于等级控制。 另外，数字电视还有节省发送功率，覆盖范围广；图像传输质量高，距离远； 3 第一章绪论 人机界面灵活友好等优点。 1 2 数字电视的发展概况 1 2 1 数字电视在国外的发尉1 】【2 】 美国在数字电视系统研究方面起步最早，发展也最快。1 9 8 2 年美国成立了先 进电视制式委员会，简称a t s c ，1 9 9 3 年组成了数字h d t v 大联盟，1 9 9 5 年研 制开发出称为a t s c 的数字电视传送系统标准。在9 0 年代中期，美国在数字电 视领域处于领先地位。美国原计划于去年，即2 0 0 6 年停止模拟电视的播出，但 根据实际情况，做出了推迟。根据今年初发布的消息，美国各大广播公司将于 2 0 0 9 年2 月停止提供模拟电视信号。相配套的政策，自今年3 月1 日起，美国 全面禁售模拟电视。 欧洲的数字电视的研究也比较早，以英、法、德为代表的西欧国家制定的欧 洲地区统一的数字电视标准卅v b ，技术已经相对的成熟稳定，已经被大多数 国家认可和接受，为世界其他各国制定相关标准提供了依据和参考。早在1 9 9 6 年欧洲数字电视的卫星广播就已经开播，目前用户已超过5 0 0 万，并已扩展至东 欧；有线电视网络中数字电视的广播从1 9 9 7 年开始。由于欧洲数字电视提供商 采取了有效的措施吸引观众接收数字电视，其互动电视用户规模已经超过了美 国。 日本研究数字电视起步较晚，但却是世界上最早研制高清晰度电视的国家。 早在1 9 7 2 年，日本就研制出了扫描线为1 1 2 5 行的电视系统，率先向国际电信联 盟( t t u r ) 提出了模拟高清晰度电视提案。1 9 8 4 年又提出了多重亚取样编码 ( m u s e ) 的模拟传输制式。1 9 9 8 年，日本放弃了模拟制式，并于1 9 9 6 年开始启 动自主的数字电视传输标准研发项目。通过研究比较和反复试验，日本制定了符 合本国国情的i s d b 数字电视标准。该标准于2 0 0 1 年被正式接受为i r u 的第三 个数字电视传输国际标准。日本的地面数字广播计划于2 0 0 6 年全境开播，2 0 1 1 年停止模拟广播。 1 2 2 数字电视在我国的发展【l 】【2 】【8 】 在2 0 世纪8 0 年代末，我国开始了高清晰度数字电视软件课题研究，并在“八 五期间实施了高清晰度电视攻关项目。在“九五”期间，我国开发了高清晰度 数字电视功能样机系统。1 9 9 8 年由国家计划发展委员会牵头，6 个部委参加成 立了数字电视领导小组。1 9 9 8 年1 1 月由超过1 5 个企业、研究所参加成立的数 4 第一章绪论 字电视产业联盟，为迎接国庆5 0 周年研制了高清晰度数字电视发射机、机顶盒 和显示器。1 9 9 9 年国庆5 0 周年时成功地进行了高清晰度数字电视转播。2 0 0 1 年 3 月，国家计委在深圳召开了国家数字电视专项工作会议，决定将北京、上海和 深圳作为数字电视实验区( 主要是有线和卫星传输，分别采用d v b c 和d v b s ) ； 同时征集国内的数字电视传输方案。同年1 0 月征集到的5 个方案交样机进行测 试。2 0 0 3 年2 月到6 月，中国工程院对d m b t 和a d t b - t 两个方案进行了评 估。2 0 0 6 年8 月底，国家标准委发布了标准号为g b 2 0 6 0 0 - 2 0 0 6 的地面数字广 播传输系统帧结构、信道编码和调制技术规范。这一标准的通俗翻译就是“数字 电视地面传输标准”。该标准被定义为强制性国家标准，将于2 0 0 8 年8 月1 日正 式实施。 根据我国的基本国情和广电行业的实际情况，国家广电总局明确了中国广播 电视数字化进程“三步走”的战略：第一步是2 0 0 3 年全面推进有线数字电视：第 二步是2 0 0 5 年开展数字卫星直播业务，开始地面数字电视试验：第三步是在2 0 0 8 年举办北京奥运会的时候，全面推广地面数字电视。在全面完成三个发展阶段之 后，我国的数字广播电视可以通过有线、卫星、无线3 种方式实现对全国的覆盖， 到2 0 1 5 年，将停止播出模拟电视节目。 1 3 本论文的任务介绍 本课题是在上海晖悦数字视频科技有限公司内研发完成的，是在b c m 3 5 6 0 硬件平台上完成的数字电视一体机系统的中间件软件的一部分设计实现。 本论文主要包括以下内容： a t s c 的e p g 的实现； a t s c 的搜台： d v b c 的搜台； 频道管理。 5 第二章系统构成 第二章系统构成 2 1b c m 3 5 6 0 芯片简介阴1 】 本论文是在b r o a d c o m 公司于2 0 0 4 年推出的高集成度电视解决方案芯片 b c m 3 5 6 0 的基础上研究开发的。 b r o a d c o m 推出的b c m 3 5 6 0 ，使消费类电子产品制造商能开发出支持模拟， 高清晰度( h d ) 和标准清晰度( s d ) 以及数字有线电视的产品，具有出众的视 频、音频和图像显示质量。 b c m 3 5 6 0 系统级芯片是电视工业的第一块单片解决方案，它兼容n t s c 的 模拟标准、a t s c 数字标准以及数字有线电视标准。b c m 3 5 6 0 还集成了视频处 理功能，使制造商能定制支持多种电视显示的视频输出，包括l c d 、等离子显 示( p d p ) 、c r t 和投影技术。这种功能和b c m 3 5 6 0 所提供的其它功能保证高 质量的图像和声音，大大地降低了t v 系统所需的芯片数量，使制造商能更低成 本高效益地生产支持模拟和数字接收的电视机。 b c m 3 5 6 0 是完整的系统级芯片，集成了和n t s c 、a t s c 和数字有线电视标 准兼容的模拟和数字接收器。b c m 3 5 6 0 的先进特性包括画中画( p i p ) 功能、3 d 梳状y c 标准分离电路、多种扫描场的逐行电路、有所有权的改进功能、数字 和模拟视频输出接口和视频定标器。集成的a t s c 接收器采用先进的系统架构， 能使芯片在干扰或有多种变化的多路信道噪音存在的情况下可靠地接收、跟踪和 解调信号。片内的解调器、两个n t s c 模拟视频解码器、广播立体声解码器 和l i d 解码器是电视机支持多种p i p 组合。 b c m 3 5 6 0 的主要特性归纳如下： 1 ) 完整的模拟和数字电视片上系统； 2 ) a t s c 和数字有线电视兼容，a t s c ，4 - 1 0 2 4q a m 和带外接收器，具有 d i r e c tc a b l e c a r d 接口； 3 ) 片内模拟信号处理有三维y c 梳状分离，环解调器，两个n t s c p a l 模拟视频解码器，支持直接的4 8 0 i 、4 8 0 p 、7 2 0 p 和1 0 8 0 i 模拟输入，具 有b t s c 解码器； 4 ) 数字视频和音频功能，和a t s c 兼容，全格式m p h lm p e g 2l i d 视 频解码器，杜比数字和m p e g 音频解码器，数字视频输入输出支持 h _ d s d 和v e s a 格式： 6 第二章系统构成 5 ) p 口n t s c p a lh d s d 视频编码器； 6 ) 高质量图像和视频缩放功能； 7 ) 集成了支持h d c p 的i - i d m i d v i 接收器； 8 ) 片内2 5 0 m h z3 2 位c p u 。 ， b r o a d c o m 公司还提供成套的参考软件和开发工具，以实现b c m 3 5 6 0 的集成 特性，最小化系统开发和复杂性。 2 2 软件框架 2 2 1 软件模块分丰斤【1 2 】【1 3 】 本系统的软件大致分为以下几个模块：a p p s ，m i d d l e w a r e ，d r i v e r ，o s ，如 图2 1 所示，各模块的说明如下： a p p s i a p i 。 m i d d l e w a r e p o r t i n g l a y e r d r i v e r o s 图2 - 1 软件架构大致框图 1 ) 操作系统层o s o s 是在硬件平台上的操作系统层。本系统的硬件平台就是基于b c m 3 5 6 0 的 数字电视一体机系统。本系统的o s 为l i n u x 操作系统，具有运行稳定，源代码 开放，价格低廉等优点。而且，在开发过程中，o s 经历了一次从普通l i n u x 移 植到r sl i n u x 的过程，使得操作系统的实时性得到很大的提高。 2 ) 驱动软件层d r i v e r d r i v e r 即在o s 之上的驱动软件层。本系统的d r i v e r 由芯片提供商b r o a d c o m 公司提供，主要的模块包括：音频驱动，视频解码等。b r o a d c o m 公司对驱动层 软件进行了封装，其中部分模块还只提供二进制微码。d r i v e r 层为上层的 m i d d l e w a r e 层提供了功能实现接口，这些接口被封装在p o r t i n g l a y e r 层中。 第二章系统构成 3 ) 软件中间件层m i d d l e w a r e 比较较而言，m i d d l e w a r e 是一个比较笼统地概念。一般的说法是，它是建立 在数字电视接收设备的驱动层软件之上，为交互应用提供一个完整的应用程序接 口的软件层。本课题所涉及到的m i d d l e w a r e 软件层，是上海晖悦数字视频科技 有限公司具有自主知识产权的软件，主要包括以下几个部分：频道( 搜台，换台， 通道相关，状态检测等) ，频道管理，e p g ，e p g 数据管理，播放( p l a y e r ) 模块， c c ，v c h i p 等等，大体的框图如图2 - 2 所示： 图2 - 2b l i d d l e w m e 模块的大致框图 其中，r h m 为上海晖悦公司的高速中间件模块( r a i s i n g s u nh i g h s p e e d m i d d l e w a r e ) ，根据a t s c 和d v b 标准的不同分成a t s cr h m 和d v b cr h m 两部分，主要负责具体的解析和管理等，是整个m i d d l e w a r e 的核心模块；公共 接口是对r h m 的封装，使上层对标准的差别透明。 在m i d d l e w a r e 层有一个独立的模块：p o r t i n g l a y e r 。它用于管理来自d r i v e r 层的功能接口封装，用于向本层即m i d d l e w a r e 层提供功能接口。 4 ) 软件应用层a p p s a p p s 是本系统的最上层的应用软件，包括了主程序和o s d 。对物理e e p r o m 的操作就集中在这一层。 在a p p s 中，有一个独立的模块：u i a p i 。它起的也是一种连接作用，管理来 自m i d d l e w a r e 的接口，向u i 提供需要的接口。 从上述分析可以看出，整个软件部分层次分明，层与层之间除了指定的封装 模块( 如p o r t i n g l a y e r 和u i a p i ) ，只能调用本层模块的函数接口，而不能随意调 用其它模块的函数，更不允许跨层调用。而且封装的接口只能被上层软件调用， 而不能被下层所调用。 这样，就使得这个系统的软件架构清晰明了，而且使得各个软件层次模块化 和封装化，便于查看、管理和修改。 其中，a p p s 层和工厂需求直接相关，每一个工厂都对应于一套独立的a p p s 8 第二章系统构成 软件。而除此之外的其它层适用于所有的工厂需求，或者说不具有工厂需求，它 们提供了最完善的功能接口给a p p s 所调用。这样就使得对于不同的工厂需求， 代码的维护变得简单。 2 2 2 回调函数的使用 如前所述，这个系统的软件架构层次分明，调用的管理极为严格。但是也会 出现下层不得不调用上层函数的情况发生，这时就会用到回调函数( c a u b a c k ) 。 下面以g e n p a r s e 和写e e p r o m 为例说明回调函数在本系统中的使用。 1 g e n p a r s e 中的回调函数【1 4 】 、 在b c m 3 5 6 0 中，提供了6 4 个f i l t e r 来收集数据。其中的3 2 个，用来给解 码器收集音视频数据；另外的3 2 个则由上层定义来收集用户私有数据。对f i l t e r 的直接操作显然只能由底层d r i v e r 来实现，所以d r i v e r 层有一套专门的软件机 制来实现向上层提供s e c t i o n 的数据接收请求，这个机制被称为g e n p a r s e 。 由于需要接收的s e c t i o n 数据的具体参数由上层( m i d d l e w a r e 层) 定义，接 收到s e c t i o n 以后的操作处理由上层完成，所以在g e n p a r s e 中就会用到回调函数。 而且只在添加数据接收请求函数g e n p a r s e a d d r e q u e s t 时才会用到回调，至于初 始化和移除请求的操作则和上层无关，无需用到回调。 g e n p a r s e a d d r e q u e s t 的函数声明如下： d w o r dg e n p a r s e a d d r e q u e s t ( w o r dp i d ，b y t e m a t c h ，b y t e 宰m a s k ， b y t e 木e x c l u s i o n ，g e n p a r s e c a l l b a c kc a u b a c ld w o r dp a r a m , d w o r d t i m e o u t ) 其中大部分参数都是用于指定s e c t i o n 数据的参数的，而参数c a l l b a c k 就是在 接收到s e c t i o n 数据后的具体操作处理函数，包括对数据的分析、存储、管理等， 这些是在m i d d l e w a r e 层执行。 在上层应用程序需要收集s e c t i o n 数据时只要设置好参数并调用申请f i l t e r 的 函数g e n p a r s e a d d g e q u e s t ( ) ，在调用成功之后，只要得到了指定的s e c t i o n 数据， 就会将这个函数中指定的c a l l b a c k 发送给多f i l t e r 管理模块的t a s k ，并执行相应 的回调函数。如果回调函数需要用到相关的参数，可以通过p a r a m 传递。 2 写e e p r o m 时的回调函数 在前面介绍软件框架的时候说过，对物理e e p r o m 的操作集中在a p p s 层。 在开机时，物理e e p r o m 的数据被导入到内存b u f f e r 中，因此此后所谓的“读 e e p r o m ”实际上读的是内存b u f f e r 中的数据；而写e e p r o m 时，则必须同时 改写内存b u f f e r 和e e p r o m 中的数据，保持两者的一致性。 把对物理e e p r o m 的操作集中在a p p s 层，原因在于：不同的工厂对e e p r o m 9 第二章系统构成 的要求差别比较大，除了频道通道相关的小部分信息之外，大部分的数据都是工 厂参数。因此，e e p r o m 和工厂是直接相关的。而前面说过，只有a p p s 这一层 和工厂直接一一对应，而在a p p s 之下的软件层，都是统一而具有全功能的，和 工厂是无关的。而且，e e p r o m 中会被a p p s 之下的软件层改变的数据值极为有 限，基本上只有频道信息、当前通道而己，因此在用了回调函数之后整个软件并 不会显得混乱。 写e e p r o m 时的回调函数和普通的函数没有什么区别，仅仅是把上层的函 数通过函数指针传递给下层而已。大体可以通过以下几个步骤完成： 1 ) 设置c a l l b a c k 具体做法是，在m i d d l e w a r e 层声明一些需要用到的静态全局函数，它们的 类型和a p p s 中定义的写e e p r o m 的函数一致。由于下层会写物理e e p r o m 的 数据只有频道信息和当前通道信息，所以只要在开机初始化频道信息时执行函数 s e t c a l l b a c k ( ) ，将a p p s 中定义的写e e p r o m 函数赋值给m i d d l e w a r e 层声明的 静态全局函数。一个静态函数只要设置一次即可。 2 ) 取c a l l b a c k 在m i d d l e w a r e 层模块遇到要写e e p r o m 操作的情况时，先调用取c a l l b a c k 的函数g e t c a l l b a c k ( ) ，把静态全局函数赋值给局部函数变量。 一 3 ) 执行c a l l b a c k 执行回调函数，把需要存储的信息存储到e e p r o m 。 以d v b c 为例，在目前的方案中，m i d d l e w a r e 层用到的写e e p r o m 时的 回调函数主要有以下几个： c a l l b a c k s a v e c h a n n o ( ) ：用于存储当前频道号，并根据频道号的情况更新当 前电视节目频道号或者当前广播节目频道号。 c a l l b a c k s a v e c h a n l i s t ( ) ：存储节目列表。 c a l l b a c k s a v e c h a n n a m e ( ) ：存储模拟频道的频道名字。 c a l l b a c k s a v e i n p u t s o u r c e ( ) ：存储当前通道。 c a l l b a c k s a v e p r o t e c t f l a g ( ) ：存储e e p r o m 和f l a s h 的断电保护标志位，详 见第七章的相关描述。 1 0 第三章相关标准介绍 第三章相关标准介绍 目前，数字电视广播有三个相对成熟的标准，即欧洲的d v b ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g ) ，美国的a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) 和日本 的i s d b ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 。在目前的方案中，我们只做 了针对美国的a t s c c t 和针对中国的d v b c 的一体机。这里介绍和本方案相 关的几个标准。 3 1m p e g 2 介绍【1 6 】 m p e g 即运动图像专家组( m o v i n g p i c t u r ee x p e r tg r o u p ) ，它制定了m p e g 1 ， m p e g 2 ，m p e g - 4 等一系列视频编解码标准，其目标是是建立运动图像编码及 其相关音频编码的国际标准。 。 m p e g 2 于1 9 9 4 年1 1 月公布，全称为“运动图像及其伴音通用编码”。其系 统规范是为了满足本地存储、广播以及交互式等不同环境来设计、制作、传送、 解码比特流的。 由于m e p g - 2 标准提供了良好的压缩性能，因此成了数字电视传输和分配的 公认的标准。a t s c 标准的视频压缩和复用传输上采用的是m p e g 2 标准，d v b 则在音频、视频和复用传输上均采用m p e g 2 标准。 m e p g 2 目前分为九个部分，其中最主要的是以下三个部分： 1 ) 第一部分系统层：描述多路音频、视频和数据基本流复用和同步等的， 形成传输流和节目流的方法。 2 ) 第二部分视频层：主要涉及各种比特率的数字视频编解码的相关规定。 3 ) 第三部分音频层：扩充了m p e g - 1 的音频标准，使之成为多通道音频编 码系统。 、在本方案中，视频层和音频层的解码工作由b r o a d c o m 公司提供的芯片完成， 而对系统层的解析是m i d d l e w a r e 层的工作重点，所以下面将对系统层做一个简 单的介绍。 按照m p e g 2 标准，对视频和音频信号进行编码后的码流称为基本数据流 ( e l e m e n t a r ys t r e a m ，e s ) 。基本数据流e s 经过打包器将连续传输的数据流按照 一定的长度分段，切割成一个个单元包，称为打包基本流( p a k e t i z e de l e m e n t a r y s t r e a m ，p e s ) 。p e s 流是编码器和解码器的直接连接形式。 第三章相关标准介绍 在m p e g 2 标准中，可以有两种不同类型的码流输出到信道中： 1 ) 节目流( p r o g r a ms t r e a m ，p s ) 一个或者几个具有公共时间基准的p e s 包组合成单一的码流，称为节目流。 在p s 流中，包的长度相对较长而且不固定，一旦失去同步，容易造成严重的信 息丢失。因此它适用于误码少、信道较好的环境，如演播室、家庭环境和存储媒 介中。 传输流( t r a n s p o r ts t r e a m ，t s ) p e s 流进入传输复用器中被切割成一个个固定长度为1 8 8 b y t e 的包，称为 传输包，由传输包组成的数据流称为传送流。t s 流是各传输系统之间的连接格 式，是传输设备间的基本接口。 m e p g 一2 的码流中必须包含向接收机提供选择控制作用的业务信息，以帮助 接收端选择性地进行解码等。为此m p e g - 2 系统层标准中定义了节目专用信息 ( 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 s i ) ，它是m p e g 2 码流的重要组成部分。 p s i 信息主要由以下部分组成： 1 ) 节目关联表( p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e ，p a t ) 它的作用是为复用的各路传输流提供所包含的节目和节目编号，以及对应的 p m t 的位置。如果p a t 表丢失，将导致解码器无法搜寻到p m t 及相应的节目数 据包，从而无法解码t s 流中的任何节目。 2 ) 节目映射表( p r o g r a mm a pt a b l e ，p m t ) p m t 在传送流中用于指示组成某一套节目的视频、音频和数据在传输流中的 位置，以及每路节目的时钟参考( p c r ) 字段的位置。如果某一套节目的p m t 丢失，将导致解码器找不到组成该套节目的视频、音频和数据。 3 ) 条件接收表( c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e ，c a t ) c a t 提供了在复用流中条件接收系统的相关信息，指定c a 系统与它们相应 的授权管理信息( e n t i t l e m e mm a n a g e m e n tm e s s a g e s ，e m m ) 之间的联系以及相 关的参数。接收端解码器通过c a t 表，接收e m m ，收看加密节目。在一般的方 案中，这部分由c i 卡完成。 4 ) 网络信息表( n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e ，n i t ) n i t 提供了关于多组传送流和传输网络相关的信息，其中包含传输流描述符 等信息。事实上，m p e g - 2 标准对n i t 定义不多