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浙江大学硕士学位论文数字电视数据广播的研究与应用 摘要 随着国家数字电视广播制定的“2 0 0 8 年数字高清晰电视将在国内主要城市普及和商用播 出；2 0 1 0 年计划全面实现数字电视广播；2 0 1 5 年停止播放模拟电视广播”的“三步走”计划， 国内的数字电视产业正在迅速蓬勃地发展。做为数字电视和传统模拟电视的一个主要的区别 数据业务为数字电视用户提供内容丰富、形式多样信息服务，同时也成为数字电视产业 的重要增值业务。 目前，在数字有线电视网上提供宽带数字业务的主要途径是数据广播系统，数据广播做 为数字电视的一个重要部分，欧洲的d v b 系统和北美的a t s c 都开展了相应的研究和标准 制定工作。本文根据国内普遍采用的d v b 标准规范的数据广播原理，设计和实现了基丁d v b 数据广播技术的数字机顶盒软件在线更新和数字电视数据广播的u u 系统。 首先介绍了数字电视及其标准、数据广播和数字电视机顶盒的基本概念，并引出了本文 的研究任务。并对项目开发中运用的d v b 数据广播规范进行了研究，介绍了m p e g 2 和d v b 的基本概念，讨论了在数据广播系统中，两者间的相互关系，为实际应用打好了理论基础。 其次，分别重点描述了基于d v b 数据广播的数字机顶盒软件在线更新年u 数字电视数据 广播系统的实现方案。并分别给出了具体实现方法。 最后，对论文期间的工作进行了总结，并对今后的数字电视数据广播业务的发展进行了 展望。 【关键词】数字电视，数字机顶盒，d v b ，m p e g - 2 ，数据广播 i i 浙江大学硕上学位论文数字电视数据广播的研究与应用 a b s t r a c t w i t ht h e “t h r e es t e p s ”s c h e d u l ef r a m e df o rn a t i o n a ld i g i t a lt vb r o a d c a s t i n g ，t h eh d t vw i l l b r o a d c a s ti nm a i nc i t yo fo u rc o u n t r yc o m m e r c i a l l yi n2 0 0 8a n dd i g i t a lt vb r o a d c a s t i n gw i l lp u t i n t ou s ea tt h er o u n do f2 0 1 0a n dt h ea n a l o gt v b r o a d c a s t i n gw i l lb es t o pi n2 0 1 5 ，t h ed i g i t a lt v i s b e i n gd e v e l o p e dv i g o r o u s l yi no u ic o u n t r y t h ed a t as e r v i c e ，w h i c hi sap r i 1 a r yd i f f e r e n c eb e t w e e n d i g i t a l t va n da n a l o gt v , p r o v i d e st h ei n f o r m a t i o ns e r v i c ew i t ha b u n d a n c ec o n t e n ta n d m u l t i - m o d a l i t y , a n d i t h a s b e e n t h e m a i n i n c r e m e n ts e r v i c e o f d i g i t a l i v i n d u s t r y a tn o w a d a y s ，t h ek e yt e c h n o l o g yf o rb r o a d b a n dd a t as e r v i c eo nc a t vn e t w o r ki sd a t a b r o a d c a s t i n g ，d a t ab r o a d c a s t i n gs y s t e mi sam a i nc o m p o n e n to fd i g i t a lt vs y s t e m ，b o t ht h ed v b i ne u r o p ea n dt h ea t s ci nt h en o r t ha m e r i c ah a v em a d er e s e a r c ha n dc o n s t i t u t e ds t a n d a r d a c c o r d i n gt o t h ed a t ab r o a d c a s t i n gp r i n c i p l eo fd v b s p e c i f i c a t i o na d o p t e db yo u rc o u n t r y , t h i s p a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t ss o f t w a r eo n l i n eu p d a t eo fd i g i t a ls e t - t o p b o xa n dt h eu - us y s t e mo f d a t ab r o a d c a s t i n gf o rd i g i t a lt v f i r s t l y t h ed i g i t a lt va n di t ss t a n d a r da n dt h eb a s i cc o n c e p t i o no fd a t ab r o a d c a s t i n ga n d d i g i t a ls e t - t o p - b o xa l ei n t r o d u c e d ，a n dt h et a s ko ft h i st h e s i si se d u c e d ，a n dt h i sp a p e rg i v e st h e d v bd a t ab r o a d c a s t i n gs p e c i f i c a t i o nw h i c hi su s e df o ri t e md e v e l o p m e n t ，i n t r o d u c e st h eb a s i c p r i n c i p l eo fm p e g - 2a n dd v b ，a n dd i s c u s s e st h ec o r r e l a t i v i t yo ft h e m ， s e c o n d l y , t h ep a p e rd i s c u s e s t h ea p p l i c a t i o no fd u bd a t ab r o a d c a s t i n g o f f e r i n gt h e i m p l e m e n t a t i o np r o j e c to fs o f t w a r eo n l i n eu p d a t eo fd i g i t a ls e t - t o p - b o xa n dd a t ab r o a d c a s t i n g s y s t e m o f d i g i t a l t v a n d g i v e s t h e w a y f o rr e a l i z a t i o n f i n a l l y , t h ep a p e rs u m m a r i z e st h ew o r kd u r i n gw r i t i n gt h i st h e s i s ，a n dt a l ka b o u tt h ef u t u r eo f d a t ab r o a d c a s t i n go fd i g i t a lt k e y w o r d s d i g i t a l t v , d i g i t a ls e t - t o p - b o x ，d v b ，m p e g 一2 ，d a t a b r o a d c a s t i n g i v 浙江大学硕+ 学位论文数字电视数据广播的研究与应用 1 绪论 随着信息时代的来临，人们已能通过i n t e m e t 、移动通信等多种途径感受到信息所带来的 前所未有的丰富资源。作为与人们日常接触晟为紧密的电视，也成为信息获取的一个主要的 媒介。数字屯视作为传统模拟电视的升级，通过广电的光纤同轴混合网( h f c ) 的频率资源 丰富、用户量大，覆盖面广等优势，利用数据广播技术，可以有效满足人们对各种公众信息、 远程教育、金融商务信息、数据点播( d o d ) 、视频点播( v o d ) 、各种多媒体数据服务的需 求。数字电视在国内作为一项新兴产业，虽然开展只有短短几年时间，但已得到了长足发展。 特别是，国家广电总局和信息产业发展部在广播影视科技“十五”计划和2 0 1 0 年远景规划 明确发展数字电视的时间表提出：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。极大的刺激了数字电视及相关产业的蓬勃发展。 本章绪论简要给出了数字电视、数字电视标准系统和数字机顶盒的概念性描述，并对全 篇论文结构进行了介绍。 1 1 数字电视简述 1 1 1 什么是数字电视 近年来，数字电视已逐步进入百姓的日常生活中，成为人们的热门话题之一。各媒体羊u 商家也利用这个热点大力的广告和宣传的“数码电视”、“全数字电视”、“高清电视”等等各种 所谓的“数字电视”不断的出现在人们的视线中，其实这些电视都只是在电视内部的一部分模 块采用了数字化技术，并不是真正意义上的数字电视。 数字电视是指从电视节目的录制、采编、播发、传输，接收，显示等均以数字方式( 0 与1 的组合) 存在的一种新的彩色电视系统，并且这里所指的“节目”也不是单纯意义上的视 频图像，还包括提供的各类多媒体数据业务。 但就目前来讲，由于模拟电视系统无法很快彻底换代，故现在所描述的数字电视是指将 传统的模拟电视信号进行采样、量化、编码等方式转变成数字信号，经过处理后，通过卫星、 地面传输网绒有线电视网把数字化的电视信号传送到电视用户，_ h j 户通过数字机顶盒接收数 字电视信号并将其转换成模拟信号在传统模拟屯视机上播放。但是，这一与人们生活晟为密 切的电视全过程数字化是数字电视发展的必然趋势。 1 1 2 数字电视的优点 与传统的模拟电视相比，数字电视有一下优点： ( 1 ) 抗干扰能力强：模拟电视音、视频信号在传输过程中，受到传输信道特性和噪声 影响，信号不断衰减同时噪声干扰不断累积，使信噪比大大降低，导致音、视频质量不断下 降。但数据电视信号在传输过程中可避免类似问题，在传输过程中通过多次中继不会发生信 号衰减和噪声累积，并且采用的纠错编码技术能进一步提高数字信号传输质量，使接收端的 电视信号质量与发送端基本一致。 ( 2 ) 数字电视具有较高的音、视频质量：数字电视采用m p e g 2 标准，把图像、伴音 1 浙江大学硕士学位论文数字电视数据广播的研究与应用 以及其它信息通过数字开i 缩处理，可以传送的信息量大，图像细节丰富井且在接收端各种信 息易于分离，不产生干扰，并且数字信号失真受信道的影响较小，几乎和节目源图像质量高： 而目前的模拟电视系统，家庭用户实际收看到的电视节目图像质量普遍要比演播室的图像质 量差许多。另外，目前的模拟电视其伴音都是单声道，即便加上丽音广播，也只是简单的双 声道，而且图像带宽将被限制到5 m h z ，影响清晰度的提高。 ( 3 ) 频谱利用率高，节目容量大：在有线电视广播网中，一套模拟电视节目占用8 m h z 的带宽，而数字电视在8 m h z 带宽内可传送6 8 套数字电视节目，从而极大地提高了频谱 利用率。在现行的5 5 0 m h z 的有线电视网络上，传送模拟电视最多只能容纳6 0 7 0 套节目， 而用于传送数字电视，节目容量可以超过5 0 0 套。 ( 4 ) 全新的数据业务：在数字电视通信中可无相互干扰的传输文字、数据、语音、静 态图像等多种媒体数字信息。通过数字电视网、电信网和互联网的“三网合一，不仅丰富了 电视这个媒介的信息资源，还可增强用户与各种信息服务问的交互性，为用户提供便捷的新 闻咨询、电子商务、医疗、教育和娱乐等多种高速的数据业务。 由_ 丁数字电视的这些突出优点，电视领域必将从模拟方式过渡到数字方式，而且这个过 程会比较快，即数字电视代表了电视的未来。 1 2 数字电视标准 目前，数字电视领域有二大不同标准，分别由美国、欧洲和日本制定。美国的标准是a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o n s y s t e m c o m m i t t e e 先进电视制式委员会) ；欧洲的标准是d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g 数字视频广播) ；日本的标准是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 l b r o a d c a s t i n g 综合业务数字广播) 。 1 2 1a t s c 标准 a r s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之问有清晰的界面。最高层为图像层， 确定图像的形式，包括像素阵列，幅型比和帧频。第二层是数据压缩层，完成音、视频和其 他数据的压缩编码，视频数据采用m p e - q 3 - 2 图像压缩标准，音频数据采用杜比a c 0 3 标准。 第三层是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，如节目1 图像，节目2 声音，或 者是辅助数据，也是采用m p e g - 2 系统标准。最后一层是传输层，确定数据传输的调制和信 道编码方案。f 2 】 a t s c 成员3 0 个，其中有美国国内成员2 0 个、来自阿根廷、法国、韩国等7 个国家的 成员l o 个，我国的广播科学研究院也参加了a t s c 组织。 1 2 2d v b 标准 d v b 组织最初是由欧洲电视业界发起的一个世界性的t 作组织，共同制定数字电视的发 展规划。1 9 9 3 年9 月欧洲各家公司签署备忘录，正式更名为d v b 组织，即国际数字视频广 播组织，负责并协调制定数字电视的各类标准。 d v b 标准的核心是i l j ：系统采用m p e g 压缩的音、视频及数据格式作为数据源：采用公 2 浙江大学硕士学位论文数字电视数据广播的研究与应用 以及其它信息通过数字豫缩处理可以传送的信息量大，图像细节丰富升且在接收端再种信 息易于分离，不产生干扰并且数字信号失真受信道的影响较小，儿乎和节口源图像质量高： 而目前的模拟电视系统，家庭用户实际收看到的电视节目图像质量普遍要比演捅室的图像质 量差许多。另外，目前的模拟电视其伴音都娃单声道，即便加上丽音广播，也只是简单的取 声道，而且罔像带宽将被限制到5 m h z ，影响清晰度的提高。 ( 3 ) 频谱利用率高，节目容晕大：在有线电棚1 。播网中一套模拟电视节目占用8 m h z 的带宽，而数字电视在8 m h z 带宽内可传送6 8 套数字电视节目，从而极大地提高了频谱 利用率。在现行的5 5 0 m h z 的有线电视网络上，传送模拟电视最多只能容纳6 0 7 0 套节目， 而用丁传送数字屯视，订目容量可以超过5 0 0 套。 ( 4 - ) 全新的数据业务：在数字电视通信中可无相互干扰的传输文字、数据、语音、静 态图像等多种媒体数字信息。通过数字电视网、电信网和互联网的“三网合”，不仅丰富了 电视这十媒介的信息资源，还可增强用户与各种信息服务问的交互性，为用户提供便捷的新 闻咨询、电子商务、医疗、教育和娱乐等多种高速的数据业务。 由_ t 数字l u 视的这些突出优点，电视领域必将从模拟方式过渡到数字方式，而且这个过 程会比较快，印数字电视代表了屯视的未来， l 2 数字电视标准 闷前，数字电视领域有二人不耐标准分别由美围、欧洲和日本制定。美国的标准是a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o n s y s t e m c o m m i t t e e 先进电视制式委员会) ；欧洲的标准是d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t 吨数字视频广播) ；日本的标准是i s d b ( i n t e g r a t e ds e r v i c e s d i g i t a l b r o a d s t i n g 综合业务数字广播) 。 1 2 1a t s c 标准 a t s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之问有清晰的界面。最高层为图像层， 确定图像的形式，包括像素昨列，幅型比和帧频。第二层是数据压缩层，完成音、视频利其 他数据的压缩编码，视频数据采用m p e g - 2 图像压缩标准，音频数据采用杜比a c - 3 标准。 第二层是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，如节目1 图像，节目2 声音，或 者足辅助数据也足采用m p e g - 2 系统标准。最后一层足传输层，确定数据传输的调制干信 道编码方案。口l a t s c 成员3 0 个，其中有美国国内成员2 0 个、来自阿根廷、法国、韩国等7 个国家的 成员1 0 个，我国的广播科学研究院也参加了a t s c 组织。 1 2 2 d v b 标准 d v b 组织最初是由欧洲屯视业界发起的一个世界性的t 作组织，共同制定数字电视的发 展规划。1 9 9 3 年9 月欧洲各家公司签署备忘录，正式更名为d v b 组织，即国际数字视频广 播组织，负责井协调制定数字电视的各类标准。 d v b 标准的核心是1 1 j ：系统采用i v p e g 压缩的音、视频及数据格式作为数据源；采用公 d v b 标准的核心是1 1 j ：系统采用m p e g 压缩的音、视频及数据格式作为数据源；采用公 2 浙江大学硕士学位论文数字电视数据广播的研究与应用 以及其它信息通过数字开i 缩处理，可以传送的信息量大，图像细节丰富井且在接收端各种信 息易于分离，不产生干扰，并且数字信号失真受信道的影响较小，几乎和节目源图像质量高： 而目前的模拟电视系统，家庭用户实际收看到的电视节目图像质量普遍要比演播室的图像质 量差许多。另外，目前的模拟电视其伴音都是单声道，即便加上丽音广播，也只是简单的双 声道，而且图像带宽将被限制到5 m h z ，影响清晰度的提高。 ( 3 ) 频谱利用率高，节目容量大：在有线电视广播网中，一套模拟电视节目占用8 m h z 的带宽，而数字电视在8 m h z 带宽内可传送6 8 套数字电视节目，从而极大地提高了频谱 利用率。在现行的5 5 0 m h z 的有线电视网络上，传送模拟电视最多只能容纳6 0 7 0 套节目， 而用于传送数字电视，节目容量可以超过5 0 0 套。 ( 4 ) 全新的数据业务：在数字电视通信中可无相互干扰的传输文字、数据、语音、静 态图像等多种媒体数字信息。通过数字电视网、电信网和互联网的“三网合一，不仅丰富了 电视这个媒介的信息资源，还可增强用户与各种信息服务问的交互性，为用户提供便捷的新 闻咨询、电子商务、医疗、教育和娱乐等多种高速的数据业务。 由_ 丁数字电视的这些突出优点，电视领域必将从模拟方式过渡到数字方式，而且这个过 程会比较快，即数字电视代表了电视的未来。 1 2 数字电视标准 目前，数字电视领域有二大不同标准，分别由美国、欧洲和日本制定。美国的标准是a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o n s y s t e m c o m m i t t e e 先进电视制式委员会) ；欧洲的标准是d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g 数字视频广播) ；日本的标准是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 l b r o a d c a s t i n g 综合业务数字广播) 。 1 2 1a t s c 标准 a r s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之问有清晰的界面。最高层为图像层， 确定图像的形式，包括像素阵列，幅型比和帧频。第二层是数据压缩层，完成音、视频和其 他数据的压缩编码，视频数据采用m p e - q 3 - 2 图像压缩标准，音频数据采用杜比a c 0 3 标准。 第三层是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，如节目1 图像，节目2 声音，或 者是辅助数据，也是采用m p e g - 2 系统标准。最后一层是传输层，确定数据传输的调制和信 道编码方案。f 2 】 a t s c 成员3 0 个，其中有美国国内成员2 0 个、来自阿根廷、法国、韩国等7 个国家的 成员l o 个，我国的广播科学研究院也参加了a t s c 组织。 1 2 2d v b 标准 d v b 组织最初是由欧洲电视业界发起的一个世界性的t 作组织，共同制定数字电视的发 展规划。1 9 9 3 年9 月欧洲各家公司签署备忘录，正式更名为d v b 组织，即国际数字视频广 播组织，负责并协调制定数字电视的各类标准。 d v b 标准的核心是i l j ：系统采用m p e g 压缩的音、视频及数据格式作为数据源：采用公 2 浙江人学硕上学位论文数字电视数据广播的研究与应用 共的用于描述广播节目的系统服务信息( s i ) ；系统的第一级信道编码采用r s 前向纠错编 码保护；调制与其他附属的信道编码方式由不同的传输媒介来确定：使用通用的加扰方式以 及条件接收界面。 d v b 标准包括：d v b 广播传输系统、d v b 基带附加信息系统、d v b 交互业务系统、 d v b 条件接收及接口标准。 d v b 广播传输系统：主要包括d v b s ( 数字卫星直播系统标准) 、d v b - c ( 数字有线广 播电系统标准) 、d v b - t ( 数字地面广播系统标准) 等标准，分别对应利用卫星、有线、地 面等通用电视广播传输媒介。 d v b 基带附加信息系统：由于d v b 数字广播系统除传送普通的视频、音频信号外，还 需传送接收i r d 调谐、e p g ( 电子节目指南) ，以及图文、字幕、图标等信息。适用于此类 基带附加信息系统的d v b 标准包括：d v b s i 、d v b - t x t 和d v b s u b 。 d v b 交互业务系统：由d v b n i p 、d v b r c c 和d v b - r c t 构成，使得d v b 数字广 播系统中的许多业务能根据需要，提供某中形式的交互服务。在通用d v b 数字r 播系统的 基础上，进一步构成交互业务系统的要素包括与其他相关国际标准兼容的交互业务网络独立 协议，传送交互服务过程命令与控制信号的回传信道等。 d v b 条件接收及接口标准：用于业务传送的加扰条件接收信息，以及与其他( 如p d h 、 s d h 、a t m 等) 电信网络接口，还有用丁：连接专业设备及i r d 的接口。对应的d v b 标准包 括：d v b - c 1 、d v b - p d h 、d v b i s d h 、d v b - a t m 、d v b p i 和d v b - 1 r d i 。 音频 业务 信息 图文电 视业务 字幕 数据 广播 交互 业务 视频压缩 m p e g - 2 m p m l e t r l 5 4 音频监缩 m p e g - 2 级i l i e t r j 5 4 s l 表 e t s3 0 0 4 6 8 e t r 2 1 1e t r1 6 2 图文电视 e n 3 0 0 4 7 2 字幕 刚3 0 07 4 3 d a t a o v e r d v b e t s 3 0 1 1 9 2 d s m - c c e t $ 8 0 01 9 2 t r l o l1 9 4 d s m 啦 e t s3 0 08 0 1 e t s3 0 0 s 0 0 传进 5 t r 2 8 9 鼍蛩丢j 5h 忸用加扰算蝴 e t r l 5 4e n5 0 2 2 l l ( 通用接口) 刚。p 8 地面l d v b - t t e s n 3 1 0 1 0 07 1 4 9 4 lrt s l o l l 9 l e n 有3 0 0 线4 2 9 b - c 卫星站 d v b c s s m a t v 卜 e n3 0 0 4 7 3 1 酬0 g 巍h z 毗 。xp m l + e n 3 9 07 4 8j 微波 1 0 g h z 以下 e n3 0 0 7 4 9 图1 - 1d v b 的各种标准与规范 d v b 成员已经达到2 6 5 个( 来自3 5 个国家和地区) ，主要集中在欧洲并遍及世界各地 3 浙江人学硕士学位论文 数字电视数据广播的研究与应用 我国的广播科学研究院和t c l 电子集团也在其中。从三个数字电视标准的成员数量及分布情 况看，d v b 标准的发展最快，普及范围最大。 1 2 3i s d b 标准 i s d b 是日本的d 1 b e g ( d i g i t a lb r o a d c a s t i n ge x p e r t sg r o u p 数字广播专家组) 制订的数 字广播系统标准，包括卫星i s d b s 和地面i s d b - t 。它利用一种已经标准化的复用方案在一 个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号也可以通过各种不同的 传输信道发送出去。i s d b 具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多 节目的电视和其它数据业务。口1 i s d b 筹划指导委员会委员1 7 个，其他成员2 3 个，其成员都是日本国内的电子公司和 广播机构。 1 4 数字电视机顶盒 机顶盒( s t b ，s e tt o pb o x ) 的概念是眈较广泛的。从j 。义上说，凡是与电视机连接的 网络终端设备都可称为机顶盒从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频道解扰器， 到将电话线与电视机联系在一起的“上网机顶盒”、数字卫星的综合接收解码器( 1 r d ， i n t e g r a t e dr e c e i v ed e c o d e r ) 、数字地面机项盒，以及有线电视数字机顶盒都可称为机项盒。 从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫 星综合接收解码器、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒，这些设备由于具有很好的 网络功能，因此也成为信息家电的代表。在本文中涉及到的是有线电视数字机定盒。 1 4 1 数字电视机顶盒的功能 有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播- i 5 目，同时还具有数据广播和交互 式多媒体应用的功能，以提供多种数据信息服务。包括：( 1 ) 电子节目指南 ( e l e t r o n i c p r o g r a m g u i d i e ) ：从传输流中提取节目提供商播出的节目列表和播出参数，以直观 和友好的方式显示给数字电视用户，便于用户任意的接收和选择数字电视节日和数据服务。 ( 2 ) 高速数据业务：可为用户提供新闻咨询、股市、票务和电子报纸等信息服务。( 3 ) 软件 在线升级：机项盒通过识别传输流中的下载更新信息，接收下载适合本机的软件数据，及时 升级更新用户机顶盒内部软件。( 4 ) 条件接收( c a ) ：对节目信息实旃不同的保护，对授权 用户的节目数据进行解密，未授权用户则无法观看。 1 4 2 数字电视机顶盒体系结构 从数字电视机顶盒的构成上看，主要包括硬件和软件两人部分。 1 4 2 1 数字电视机顶盒硬件体系结构 从硬件结构上看，机顶盒一般由主芯片、内存、调谐解调器、嗣传通道、c a ( c o n d i t i o n a l a c c e s s ) 接口、外部存储控制器以及视音频输出等儿大部分构成。硬件从功能上来看，由调 谐解调器、解复用器、解扰器、音频解码器、视频解码器、图形处理、c p u 、存储器、p a i n t s c 编码器、前面板、红外遥控和接收器等模块组成。图1 - 2 硬件结构框图如下所示。 4 浙江人学硕上学位论文 数字电视数据广播的研究与也用 电视机 图1 - 2 硬件结构框图 调谐解调器t u n e r 用于将有线电视网中传送过来的调制数字信号解调还原成传输流， t u n e r 的不同就构成了不同的机顶盒，如用于q p s k 解调的卫星机顶盒，q a m 解调的有线机 顶盒和o f d m 解调的地面传输机顶盒。 随着芯片技术的发展，主芯片中集成了多种功能，如i b ms t b 2 5 0 0 芯片，集成了 p o w e r p c 4 0 5c p u 、解码器、解复并 器、图形处理器和音视频处理器。土芯片实现了机顶盒的 绝大部分功能。 机项盒的内存主要分为f l a s h 和s d r a m ，f l a s h 主要用于存储机顶盒的各类程序软 件以及一些用户信息；s d r a m 主要用来存储麻用数据。 外部存储设备一般指外挂硬盘，根据用户需要用于存储节目流。 智能 接口提供于h 户c a 智能卡信息交换，用丁对授权用户的数字电视节目的解扰。 其它外部接口还包括满足交互式需求的回传信道、串口、红外等等。 1 4 2 2 数字电视机顶盒软件体系结构 软件系统：机顶盒作为一个客户端系统，除了要具有良好的硬件平台外还需要配备不同 的软件系统才能使其完成各种任务。机项盒中的软件可以分成三个主要的层：应用层、中间 件层和底层软件，每一层都包含了诸多的程序或接口等。 应用层心用软件 i ， 一j。1 一 叶1 问件层中日j 件 i ， 一。j r 一_ 实时操作系统驱动底层软件 硬件 图1 - 3 机顶盒软件系统层 应用层：包含实现机顶盒各项功能，为用户提供怠好接口环境的各类应用软件。 中间件层：将应片 软件与依赖于硬件的底层软件分隔开来使应用不依赖于具体的硬什平台剧 于完成系统对硬件设备的操作。 底层软件：包括嵌入式实时操作系统和硬件驱动。 1 5 本文的结构 5 浙江大学硕士学位论文数字电视数据广播的研究与应用 在论文期间，我有幸加入了杭州华视数字技术有限公司的数字电视数据广播系统和数字 电视机顶盒研发项目。主要参与基于数据广播的研发。通过对d v b 数据。播规范的学习和 研究，参加完成了服务器( 前端) 广播数据的可视化封装与分析，以及机顶盒( 终端) 对广 播数据的分析与接收。 本文主要研究基于d v b 数据广播技术在数字电视数据广播系统与机顶盒中的应崩与开 发，包括数字机顶盒的软件在线更新，以及服务器端和数字机顶盒数据广播业务的“端一端” 的解决方案。 第一章绪论也就是本章简要介绍了数字电视的基本概念和相关标准，数据广播的基本概 念，以及数字机顶盒的基本构成。 第二章详细介绍了d v b 数据广播规范，以及其他相关的标准( m e p g - 2 ，d v b - s 1 ) 第三章给山了基于d v b 数据广播中的数据轮播技术实现机顶盒软件在线更新的应用。 第四章给出了数字电视数据广播业务系统“端一端”( 服务器端和终端机顶盒 的解决方 案。 第五章结束语。 6 浙江大学硕上学位论文数字电视数据广播的研究与应用 2d v b 的数据广播 欧洲电信标准协会e t s i 但u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o n s s m n d a r d s i n s t i t u t e ) 充分利用了现有 的m p e g - 2 数据压缩和复用技术，制定了开放的d v b 昧准。d v b 中定义了卫星、有线和地面 三大传输媒介的信道编码和调制方式，并扩充了m p e g - 2 系统层的复用部分，加入了数字电 视服务信息s i ( s e r v i c ei r f f o r m a t i o n ) ，使得d v b 系统成为集视频、音频、数据通信为一体的 多媒体开放系统。 本章主要阐述d v b 数据广播技术，首先介绍了d v b m p e g 2 数据传输码流机制，主要 是t s 传输流。其次介绍d v b 数据广播的几种数据封装方式，最后简单描述了d v b 数据广 播系统框架。 2 1 d v b m p e g - 2 数据传输机制 2 1 1m p e g - 2 传输流 2 1 1 1 m p e g - 2 标准简介 m p e g 是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) 的缩写，该组织是国际标准化 组织( i s o ) 和国际电t 委员会( i e c ) 联合组织的一个t 作组的简称，其全称为 i s o i e c j j i c l s c 2 9 w g l l l 6 1 。m p e g - 2 是由m p e g 开发的第2 个标准，于1 9 9 4 年1 1 月在新 加坡的会议商止式确定为国际标准。 m p e g - 2 标准是“活动图像及有关声音信息的通用编码”( g e n e r i cc o d i n go fm o v i n g p i c t u r e s a s s o c i a t e d a u d i oi n f o r m a t i o n ) 标准，是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用 下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3 兆比特1 0 0 兆比特，标准的正式规 范在i s o i e c l 3 8 1 8 中。m p e g - 2 不是m p e g 1 的简单升级，m p e g 2 系统和传送方面作了 更加详细的规定和进一步完善。m p e g - 2 特别使用于r 播级的数字视频的编码和传送。被认 定为s d t v 和h d t v 的编码标准。m p e g - 2 还专门规定了多路节目的复分接方式。此外， m p e g - 2 还兼顾了与a t m 信元的适配问题。1 6 m p e g - 2 标准目前分为9 个部分，统称为i s o 1 e c l 3 8 1 8 国际标准。各部分的内容简述如 卜： 第一部分- - i s o i e c l 3 8 1 8 - 1 ，s y s t e m ：系统，描述将一个或更多的音频、视频或其他的 基本数据流合成单个或多个数据流，以适席与存储和传送的方法。 第二部分- - i s o i e c l 3 8 1 8 - 2 ，v i d e o ：视频，描述视频编码方法。 第三部分- - i s o a e c l 3 8 1 8 3 ，a u d m ：音频，描述与m p e g - 1 音频标准反向兼容的音频编 码方法。 第四部分- - i s o i e c l 3 8 1 8 - - 4 ，c o m p l i a n c e ：符合测试，描述测试一个编码码流是否符合 m p e g - 2 码流的方法。 第五部分- - i s o i e c l 3 8 1 8 5 ，s o f t w a r e ：软件，描述了m p e g 2 标准的第一、二、三部 7 浙江大学硕士学位论文 数字电视数据广播的研究与应用 分的软件实现方法。 第六部分- - i s o i e c l 3 8 1 8 - 6 ，d s m - c c ：数字存储媒体一命令与控制，描述交互式多媒 体网络中服务器与用户间的会话信令集。 以上六个部分均已获得通过，成为正式的国际标准，并在数字电视等领域中得到了广泛 的实际应用。此外，m p e g - 2 标准还有三个部分：第七部分规定不与m p e g 一1 音频反向兼容 的多通道音频编码；第八部分现已停止；第九部分规定了传送码流的实时接口。 t 一压缩层 ：+ 一系统i + 图2 - 1m e p g - 2 总体框图 如图2 - 1 所示，m p e g 2 的结构可以分为压缩层和系统层。在压缩层，音频和视频数据 按照1 s o i e c l 3 8 1 8 2 和i s o i e c l 3 8 1 8 3 标准对视频年l ；| 音频信号进行信源压缩编码，形成视 频和音频基本流e s ( e l e m e n t a r ys t r e a m ) ；在系统层按照i s o i e c l 3 8 1 8 1 标准将不同的基本 流分别经过分组化( p a c k e t i z e d ) ，打包成分组基本流p e s ( p a c k e t i z e de l e m e n t a r ys t r e a m ) 包。 一个p e s 流可以由不定长度的p e s 分组组成( p e s 分组一般不超过6 4 k 字节，但允许更长) 。 为了数据流的复用和有敛传输，将p e s 包分割后作为负载插入传输流 i s ( t r a n s p o r t s t r e a m ) 包或程序流p s ( p r o g r a ms t r e a m ) 包，负责将上层的p e s 分组传送到协议栈的下层进行传输。 传输流1 s 和程序流p s 是m p e g - 2 标准中规定的两种在信道中传输的数据流的编码方 法，两种流定义都是面向分组的多路复用流，分别适用于不同的应用。t s 流将由多个独立时 间基点的躲到程序合成一个单独的数据流，其中属于同一道程序的各个原始数据流的p e s 分 组具有相同的时间基点。传输流是针对那些很容易发生错误的环境而设计的，适于有信道噪 声产生的传输，可在网络中进行远距离传输。传输流分组长度为1 8 8 字节。p s 流是针对错误 相对较少的环境设计的，适用于像交互多媒体这样一些涉及软件处理系统信息的应用，程序 流分组是可变的而且相对较长。 由于d v b 数据j “播规范是基于m p e g 2 的传输流t s 机制的，下面主要介绍t s 流的相 关内容，程序流的相关内容可参见i s o i e c l 3 8 1 8 1 中的有关内容。 2 1 1 2 传输流t s t s 流是根据i s o i e c l 3 8 1 8 2 和i s o i e c l 3 8 1 8 3 协议而定义的一种数据流，它将多个独 8 浙江大学硕士学位论文数字电视数据广播的研究与应用 立时问基点的多到程序合成一个单独的数据流，其中属于同一道程序的各个原始数据流的程 序流( p e s ) 分组具有相同的时间既定。其目的是为了在有可能发生严重错误环境下进行一 道或多道程序的编码数据的传送和存储。 i s 流是由 i s 分组( 包) 组成，分组长1 8 8 字节。 + 一1 8 8 字节 芝警 叠t 唾堕匝! 里巫可匿巫j 引芎鬻嚣i 锚。h 。黜【燃l 嚣段 字节指示器始指示器先级密控制【段控制l 数器 r 8 rl 。i 二j = = ；= 二f 了 调整字i 非连续随机访问原始流优先 段长度指示器指示器+ 级指示器 811 5 个 标志 = 一 5 可选字段填充字节 r c r 卜c r 嘉鬟1 i 釜蠢絮篇 4 24 2 88 l l w 有 效标志 i f w 偏移i 1 52 分段 速率 2 243 3 图2 - 2 传输流分组结构图 如图2 - 2 所示，每一个t s 分组都可以分成首部和有效负载两部分。首部包括4 字节包 头和可变长调整字段。各字段具体含义如f ： 同步字节( s y n cb y t e ) ：其值同定为0 ) 【4 7 ，是m p e g 2 t s 包的同步标识。 传输错误指示器( t r a n s p o te l l o ri n d i c a t o r ) ：当其值为1 时，表示该t s 包在传输过程中 至少由一个不可纠正的错误位；为“0 ，时，表示当前t s 包没有错误。此标志应由传输层之外 的实体置1 ，当被置为1 后，在错误被纠正之前不能重置为0 ”。 有效负载起始指示器( p a y l o a du n i ts t a r ti n d i c a t o r ) ：用来指示t s 包带有p e s 分组或 p s i s i 数据时的情况。当t s 包的有效负载带有p e s 分组数据对，该标志位置“1 ”表示有效 负载将以一个新的p e s 分组的第一个字节开始：“o ”表明在传输流的开始不是新p e s 分组的 开始，而是接着上一个未完的p e s 包。当t s 包的有效负载为p s i 或s i 数据时，该标志置 “1 ”表示当前包的有效负载为一个新的p s i 或s i 的开始，并表明t s 包的有效负载的第一个字 节带有p o i n t e r字段；若置“0 ，表示当前包的有效负载时接着上一个未完的或si，并_field p s i 且有效负载中无p o i n t e r _ f i e l d 字段。对于空的t s 包，该标志位应置0 。 传输优先级( t r a n s p o r t j r i o t i t y ) ：该标志位为1 的包比为“0 ”的包具有更高的优先