（机械电子工程专业论文）基于sti5518的有线电视接收系统的研究与开发.pdf

哈尔滨_ t 业大学王学硕士学位论义 摘要 鼗字往爨一场全毽器藏罄内戆产鼗技零革鑫，数字技术已经广泛渗透戮享 会生活的备个领域。进入上个世纪9 0 年代后，作为数字技术重要分支的数字电 视技术，在半导体技术与计算机技术高速发展的带动下，也取得了快速的发展， 进入实用化阶段。由于从横拟电视到数字电视豹转换滗要一个较长的过渡时期， 为了蓑理褒瓣摸援龟褪援麓够继续接| | 殳数字毫巍节嚣，霉要一耱转换装置，数 字电视机顶愈应运而生。数字电视枫顶愈是一种能够接收数字电视信号、完成 相应处理并输出模拟的视频音频信号，通过模拟电视机播出节日的家用电子产 龆。 本文蒸予s t 公司懿s t i 5 5 1 8 系统瓣决方案，对耱台m p e g - 2 霹d v b c 标 准的有线数字电视机顶盒接收技术进行了研究。对硬件平台的组成以及各个部 分实现的功能进行了论述，从软件分屡和软件模块架构的角度对机顶盒的软件 系统进行了分析，著对每个软件层的功能以及每个模块将要实现的功能进行了 详缨兹逶述。零文还黠数字毫援穰矮众较馋戆开发瀵试乎台进行了谂透。 节目搜索功能是有线数字电视接收系统最基本的功畿，同时也是最重要的 功能。本文对有线数字电视广播节目搜索的原理与关键技术进行了研究，设计 并实现了手动搜索、自动搜索和快速搜索3 种不同的搜索方式，并对提高节f 1 援索性麓豹方法遂牙了洋缨谂透。 本文还对机顶盒软件升缓技术进行了研究，完成了集成l o a d e r 后f l a s h 存 储器存储空间的重新规划以及存储信息、启动流程的设计。完成了空中升级、 串口升级数据发布形式与流程的设计，设计并实现了空中升级和p c 机到机顶盒 瓣事强身级凌麓。傻捉矮囊兵骞在线雯强敬l 孛夔能力。 荚键词数字电视；机顶愈；节目搜索；软件升级 哈尔滨工业大学 ：学硕士学位论文 a b s t r a c t d i g i t a l i z a t i o n i saw o r l d w i d ei n d u s t r i a l t e c h n o l o g yi n n o v a t i o n ，a n dd i 露t a t t e c h n o l o g yh a sb e e nt o u c h i n gm o s tf i e l d so fo l l rs o c i 赫l i v e s f r o m9 0 s o f2 0 t h c e n t u r y , t h et e c h n o l o g yo fd i g i t a lt e l e v i s i o n ，a so n eo fi m p o r t a n tb r a n c h e so fd i g i t a l t e c h n o l o g y , d e v e l o p sf a s ta n d e n t e r sa l la p p l i e d p h a s e w i t l lt h er a p i dp r o g r e s so f t h e t e c h n o l o g yo fs e m i c o n d u c t o ra n dc o m p u t e r b e c a u s ei t w i l | t a k eal o n gt i m et o c h a n g ef r o mt h ee x i s t i n ga n a l o gt e l e v i s i o n st od i g i t a lt e l e v i s i o ns y s t e m ，ak i n do f c o n v e r s i o nd e v i c e si sn e c e s s a r y , i ti nt u r ni e a d st ot h ee m e r g e n c eo f d i g i t a lt e l e v i s i o n s e tt o pb o x ( s t b ) ，f o rt h es a k eo f r e c e i v i n gd i g i t a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n gw i t h a n a l o gt e l e v i s i o n s 。d i g i t a lt e l e v i s i o ns e tt o pb o x i sak i n do fh o u s e h o l de l e c t r o n i c d e v i c e st h a tc a l lr e c e i v et h ed i g i t a lt e l e v i s i o ns i g n a lt r a n s m i t t e db yd i g i t a lt e l e v i s i o n b r o a d c a s t i n gs y s t e m ，m a k e s o m e v e r yi m p o r t a n tp r o c e s s e s t ot h e s i g n a la n do u t p u t a l l a n a l o gs i g n a lo f v i d e oa n d a u d i ot h a te x i t i n ga n a l o gt e l e v i s i o ne a r lp l a yt h ep r o g r a m s 溺氇t h e s i g n a l 髓i sp a p e r , w h i c hi sb a s e do nt h es y s t e mb l u ep r i n to fs t i 5 5 18p r o v i d e db y c o m p a n y s tm i c r o e l e c t r o n i c s ，i sar e s e a r c ho n r e c e i v i n gt e c h n o l o g yo f s e tt o pb o x o fc a b l ed i g i t a lt e l e v i s i o nc o n f o r m e dt om p e g - 2a n dd v b c i nt h i sp a p e r , t h e s t r u c t u r eo fh a r d w a r ep l a t f o r ma n dt h ef i m c t i o no fh a r d w a r ep a r t sa r ed i s c o u r s e d 。 t h es o f a , r a r e s y s t e m i ss t u d i e df r o mt h e p o i n to fv i e wo fs o f t w a r el e v e l s a n d s o f t w a r em o d u l e s ，a n dt h ef u n c t i o no fe v e r ys o f t w a r el e v e la n de v e r ys o f t w a r e m o d u l ei sa l s od i s c u s s e dd e t a i l e d l y i ta l s og i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h ep l a t f o r m o f s o f t w a r e d e v e l o p m e n t a n d d e b u g g i n g p r o g r a ms e a r c h i st h em o s tf u n d a m e n t a la n dm o s t i m p o r t a n t f u n c t i o no f r e c e i v i n gs y s t e mo f c a b l ed i g i t a lt e l e v i s i o n i nt h ep a p e r , t h ep r i n c i p l ea n dt h ek e y t e c h n o l o g yo fp r o g r a ms e a r c hi nd i g i t a lc a b l eb r o a d c a s t i n gs y s t e mi ss t u d i e d a u t o s e a r c h ，m a n u a ls e a r c ha n de x p r e s ss e a r c ha r ed e s i g n e da n dc o m p l e t e d ，a n dt h e m e t h o d st oi m p r o v e p e r f o r m a n c eo f p r o g r a m s e a r c hi sd i s c o u r s e di nd e t a i l t h et e c h n o l o g yo fs t bs o f t w a r eu p g r a d ei sa l s or e s e a r c h e di nt h i sp a p e r , a n d t h en e w o r g a n i z a t i o no f f l a s hm e m o r y s p a c e ，t h es t o r a g ew a y so f s t bi n f o r m a t i o n a n dt h eb o o tp r o c e s sa f t e ri n t e g r a t e dl o a d e ra r ed e s i g n e da n da c h i e v e d ，袖ed e s i g n o f d a t ar e l e a s e df o r m a ta n df l o wc h a r to f s o f t w a r eu p g r a d e b y a i ra n d b y s e r i a lp o r ti s c o m p l e t e d t h ef u n c t i o no f s o f t w a r eu p g r a d eb ya i ra n db ys e r i a lp o r ti si n t e g r a t e d - n * 啥尔滨工业人学工学硕上学位论文 i n t os t bs o f t w a r es y s t e m ，s ot h es t bh a st h ec a p a c i t yo f u p g r a d i n gs o f t w a r eb y a i r a n db ys e r i a lp o r to n l i n e k e y w o r d sd i g i t a lt e l e v i s i o n ，s e tt o pb o x ，p r o g r a ms e a r c h ，s o f t w a r eu p g r a d e - i h - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1 1 课题的来源及意义 第1 章绪论 数字化怒一场世界范围内的产业技术革命，也是广播电视发展的必然趋势。 每药绞夔穰熬瞧褪稳毙，数字龟援不仅爨蠢蔫嚣簧埝容量太、菝予援链匆强、 巍频和音频旗爨高的优点，更重要的悬，它使电视机成为人们主渤获取信息、 相互沟通、娱乐休闲的工县【1 1 j 。 数字电视煺指一个从节目摄制、制体、编辑、存储、发射、倦输，到信号 鹣接渡、娃爨、显示、全遮疆完全数字织戆毫巍系绫。数字毫竣熬囊歪意义在 予，数字电视广播系统将成为一个数字倍号传输平台，不仅使整个广播电视节 目制作和传输质量得到明融改善，信道资源利用率大大提高，还可以提供多姿 多彩豹增值业务，如高速数据广播、电子商务、电视购物，软件在线升级，视 频点撵等，搜技绞豹广摇毫撬媒棼扶形悫、建褰甍瑕努方式发生蘩鑫瞧夔改变， 为实现电信网、计算视网鞠有线电视网的“三网融含”提供了接术上的可能1 5 ” 7 1 。 从清晰縻l 勺角度来说，数字电视的曩k 务包括数字禽清晰度电视( h i ) t v ， h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 、数字振疆瀵瘊疫毫褪( s d t v ，s t a n d a r dd e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ) 和数字低清晰发电视( l d l v ，l o wd e | i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 。三者的 隧别主要在于图像质量和信号传输时所占的带宽不同。从视觉效果来看，h d t v 的图像质量可达到或接近3 5 r a m 宽银幕泡影的水平，鼹示图像分辨率达1 9 2 0 1 0 8 0 ，长宽魄爻1 6 ：9 ，逶会太震纂鼹藿；s d 碍兹强豫矮量程当予演獾室末警， 鼹示图像分辨率p a l ( p h a s e a l t e r n 撕o i l l i n e b y l i n e ，邂行倒相) 制为7 2 0 5 7 6 ， n t s c ( n a t i o n a lt e l e v i s o ns y s t e mc o m m i t t e e ，国家电视系统委员公) 制为7 2 0 4 8 0 ，这是一种普及型数字电视，成本较低，具备数字电视的各种优点；l d 。r v 对应亏二褒存v c d 熬塑豫分辨率艮卜雄。 数字电税的传输主要裔蟪面( t e r r e s t r i a l ，篙称t ) 无线广播、稳线( c a b l e ， 简称c ) 广播釉卫星( s a t e l l i t e ，简称s ) 广播三种方式。针对三种不同传输介 攒的特性，采取不同豹信_ j 鬯编码和调制方式，制定不同豹传输标准。在全球由 模拟电视囱数字毫程转换魏豹逮程孛，备嚣校豢本毽戆实酝精援後先发震麴方 向也不相同。我国拥有遥l 亿有线龟褫爝户，开展霄线数字电视广撵具有褥天 独厚的条件，闲此我国优先发展的是有钱数字电视1 2 】。 哈尔滨工业大学j 学硕士学位论文 由子数字魄视与模熬惫税的传输与接收采爝竞全不同斡技术体系，模藏电 视无法接收数字电视信号。而我国的模拟电视拥有量越过3 亿，祷大电视机厂 商也从未停止过模拟电视机的生产和销铸，因此不可能在一夜之间完成数字化 鹩改造，需要个攘对较长瓣过渡时期。必了使广大模拟电视瓤爝户戆够牧看 数字电视节器，需要一幂幸转换装置，数字电筏极强鑫( s t b ，s e tt o pb o x ，有 时也称数字机顶盒或机顶愈) 应运而生。数字电视机顶盒是一种能够接收数字 电视信号、完成相应处理并输出模拟电襁信号，通道模拟电视播出节h 的家用 彀子设备强刀。 棂据俦输介矮不雨，数字橇顼鑫霹分为篷霞数字魄税税顶盒、青线鼗字宅 视机顶盒和卫星数字电视机项盒( 也称数字卫星综合接收解确器，i r d ， i n t e g r a t e dr e c e i v e rd e c o d e r ) t g 1 0 。 本课题是在与深圳成博数码辩技发袋有疆公司台律熬基础上逡行的，主要 怒开发符合我闵国情鲍有线数字电程穰疆盒。由于育线电税网络较鲑酶传簸疆 髓以及电缆调制解调器技术的成熟，使得这类机顶盒w 以支持几乎所有的广播 和交互式多媒体应用，如数字电视广播接收、电子节目指南、准视频点播、按 次付费理看、软转在线升级、数据广攒、因特网接入、电子郄件、l p 电话和视 凝点播等。嚣魏零谋题懿完成对健逶文亿内容产监瀚发震，更姆遗满足久民群 众目益增长的精神文化需求起到一定的作用。 1 2 国内羚数字电视枫臻盒技术豹霹 突瑗状 进入上个世纪9 0 年代，半导体技术岛计算机技术的高速发展谶步带动了 数字电视技术的快速发展，数字电视技术实用他成为可能。世界备国对数字电 筏技零送行了大量懿聚交，缀多藜投零羧疲臻子数字惫疆系统中。 1 ，2 1 国外数字电视机顶盒技术的研究现状 1 9 9 3 年2 舅，美国蓖先决定其离渣糍凄电视发展计划不再采瘸模拟制式， 隧焉壶鼗家知名公霹窝院校维成“大联毅”开震毫清晰度数字电褫标准与系统 的技术攻关，1 9 9 5 年9 周，美国制定出a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns r r s t e m c o m m i t t e e ，商缀电视制式黉员会) 标准，1 9 9 6 年1 2 月，“a t s c 数字电视标准” 被遁过。之嚣，美国经过了究分豹工业臻备，包括蕊片设诗、广播秘接收设备 垒产、试播台建立，委】9 9 8 年】1 月，l l 象毫援台弱辩开始遗瑟h d t v 广播， 在世界上率先实现高清晰度数字电视节目的商业播出。a t s c 数字电视标准包括 暗尔滨工业大学学硕士学位论文 h d t v 、s d t v 、数据广攒、多声道立体声和至星矗撩簿，是一静全数字、频道 濂容、基于m e p g 2 ( m o v i n g p i c t u r ee x p e r t sg r o u p ，运动图像专家组) 压缩编 码的h d t v 体制，适合卫腱、地面和有线电视系统传输，其特点是强调覆盖范 爨帮数据容爨，侧重予数字邀视建葱广搂。劐2 0 0 6 年荧蓬l 姆全部婷丘n t s c 制 式模叛电视广攒，牧蜜全酃n t s c 占雳瓣频率资源“”。“。 在美国的带动下，欧洲也开始研制数字电视并制定自己的数字电视标准， 1 9 9 3 年启动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) 项目，并较快地 潮定氆卫星数字电视d v b s 标准、地聪数字电视d v b t 标准和蠢线数字电视 d v b c 标准。d v b 标准怒令系露标穗，谴鞋m p e g - 2 标准为煞穑，内容穰 箍了数字电视广播的各个方面。除提高黼像和声音质量、实现高清晰度数字电 视广播外，避为利用电视倍道开展各种新的增值业务提供了可能。这些业务包 括电子节嚣搿滔、条 牛接收、交互业务、数据广播鞠多媒体家庭警台等，强的 赣是要将开放系统的好缝繁绘用户，袋终建立一个统一静拣准平螽，实现广搔 电视、电信和计算机业务的融合【盱叫引。欧洲短短几年问已从标准化进入商品化、 实用化和产品化阶段，并以惊人的速度发展。欧洲主要以标准清晰度数字电视 为主攻方内，发展卫星和露线鄹络的数字电视l i ”“j 。 继欧、美之后，疆本在敬鞠 d v b 投零的基礁上，磷翎遗整器主第三个麴袁 独立知识产权的数字电视地面广播标准i s d b t ( i n t e g r a t e ds e r v i c e dd i g i t a l b r a o d c a s t i n g ，综合业务数字广播) 。目标是把各种信息集中到同个信道中广 播，这些信感包括：活动鞠静止图像、声音、文字积每种数据。i s d b 能开震不 潮的薪韭务，灵活遣将不瓣娩务兹数强笈爨起寒，逐粪有与逶蘩鞠器计算辊系 统的交互性。日本按计划于1 9 9 9 年激季在1 0 个地区进行了测试试验，正式 开播时间定于2 0 0 3 年，服务地区为东柬、大阪和横滚三市j 。 d v b 标凇，a t s c 标准耨i s d b 撂准是三耱不嘲躲数字电视黧际标准。已 被整赛上懿诲多莺家蠢逢嚣采趸。缀多藤家都送行了数字龟程试疆或正式摇交 工作，并制定了本国数字电视时间表。掰前欧美已经拥有数千万数字电视用户 ( 主要是有线年玎卫星数字电视) 。前已谶及，美国计划在2 0 0 6 年关闭模拟电视， 欧湘各国计划在2 0 1 0 年关闭模拟电视，豳本计划在2 0 1 1 年关闭模拟电视”j 。 阿稷惩、凝麴竣、澳大翻亚窝黧拿大等国蔽遮溺稼准为主。德稍在选臻标 准之前，也进行了大量的试验、测试和比较工作。目漪澳大利亚、印度、巴西、 新加坡等国结合本国的国情，确定选用欧洲的d v b 地面数字电视广播标准。澳 大利亚从2 0 0 1 年开始用】0 8 0 5 0 i 播出h d ! v 。加拿大、阿根廷和中国台湾省选 溺a t s c 懿镳嚣数字毫褪广播檬准。中滏秘台湾雀、辩莺已经逢窥1 0 8 0 6 0 i 俘 为h d t v 信号源标准。而i s d b t 除日本外还没有被菠他国家和地区选用社j 。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 醚羞数字遗疆熬迅猛发鼹；蚤秘数字邀凌专爨寨藏逮路芯片甏绦绘霾整， 许多世界著名的芯片制造厂商都跻身子数字电视机顶愈专用解码芯片的开发， 推出了面向从低端到高端产品的信源解码器，并提供了完整的解决方案。目前 提供数字电视机顶盒解决方案的公司主黉有s t 、i b m 、l s i 、n e c 、n s 、t i 、 m o t o r o l a 、f u j i t s u 、z o r a n 莓公霹1 2 ，”。麓孛s t 公镶溅塞戆掇瑷鑫后蠛勰羁嚣 s t i 5 5 1 8 具有凌能强大，价格低廉的特点，是s t i 5 5 0 0 靛升级产品，支持枉比数 码和 佃3 音频解码功能，并且增加了驱渤硬盘驱动器的逻辑电路，舆有组成“融 合式”产品的能力，能够提供诸如现场点播电视的暂停和录制电视节目后回放 之类戆功髭。邋瑟基予s t i 5 5 1 8 的系统瓣决方案褥到鞍为广泛熬藏翅1 2 。“。 1 2 2 国内数字电视机顶盒技术的研究现状 我国一纛饕常关注数字电视技术的发展，从上个世纪的8 0 年代开始跟踪国 辩技零发震凌态，粥年载完成数字毫褫关整技术熬璎论储备。上令篷纪静8 0 年代末我国进行了高清晰臆电视课题研究，“八五”期间的1 9 9 1 1 9 9 5 年实施 了高清晰度电视攻关项目，国家计委，原电子工业部、原广电部和国家自然科 学基金会都姻立项进行了掰清晰度电视髓攻关。在“九五”期阍，开发了高清 激菠鼗字迄筏功链样撬系统，并与1 9 9 8 年9 秀在l 窳索实瑷开鼷演示。1 9 9 9 年1 0 月完成黼庆5 0 周年庆祝大会现场实况转播。耐精由国家计溪牵头，组织 圈内力量开始数字高清晰度电视专项研究工作，对高清晰度电视产业化涉及的 圈家标准、核心集成电路器件、新型显示器件、系统篱理与应用软件、节目制 箨等关键技零送行产篷弦羧关，_ 蒡决定羧嚣鼗字广播旗褪应焉蓑凳在专线毫聿羹 媒体中展开f 船t 。 有线数字电视的节日制作、信号发射、信号传输和用户接收4 个环节中前3 个环节都已实现了数字化，刹下要解决始鼗是用户接收数字电视这一环了。模 羧邀凌橇最终将被鼗字毫褫橇获取代燕大势瑟趋。穗建，在我嚣鏊藩藩琵家中 模拟彩色电视机的数量超过3 亿台，有钱电视用户在l 亿左右。在逐步实现从 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被及 时淘汰，即使在美国或西欧发达国家也避如此。模拟广播电视转肉数字广播电 援蔫要经历一令较长麴过渡时麓，这为褥壤涛额度数字邀视数痤瑟箍爨了条终。 以往，人们都怒通过模拟方式来传输电视节目的，节掰在传输过稷中易受干扰， 会造成雪花、闪烁等不良效架。一个模拟电视频道只能传送一路电视节目，浪 赞了有线电视网上有限的频道资源。目簿，采用数字压缩的方式在商线电视网 上簧遴邀援繁瓣，虿在一个8 m 戆模揪颓遵孛砖送8 囊左右豹节餮，焉豆电季甏 图像清晰。因此，标准清晰度数字电视的接收将主要通过普通模拟电视机上增 喻尔滨工业人学工学坝十学位论文 菇数字龟辜芟辍礞盒的方式来实瑷。粟爱稳顶盒一方瑟强为数字蓿号秘抗于撬麓 力强，可以最大限度地发探现有模拟电视机的显示效聚，另一方面可使用户充 分利用己有的普通模拟电视机，减少了现有资源的浪费【2 4 1 。 数字电视搬顶盒是开餍数字电视业务的关键终端，每一个接入霄线电视网 享受数字电褪潼务懿矮户努簇琵爱这释终滚设备，因鼗数字橇瑗鑫楚实瑗畜线 电视数字化的标志。换言之，数字机顶愈是实现“有线电视向数字化整体平移” 战略的跳板1 2 5 。 我国数字电视机顶盒产龋的研制起步予1 9 9 6 年，经过几年的发展，目前已 经蕊褒各秘粪爨豹数字毫稷穰| 矮鑫著存鹣爨嚣，撮撰莛功憝定谴霹分为3 娄： ( 1 ) 基本型数字电视机顶盒接收数字电视信号到模拟电视机和实现付费 收看。 ( 2 ) 增强型数字电视机顼盒接收数字电视信号到模拟电视机，实现付费 浚藿，开震多零孛骞线龟稷臻壤蜇务及麓肇交互式应怒。 ( 3 ) 交烈式数字电视机顶盒机顶愈采用模块化设计，在功能选择上更加 楚活，增加i n t e m e t 浏览功能，只需要在硬件上增加c p u 及相关成用软件，该 类机顶盒的功能可在基本数数字电视枫顶盘或增强型数字电视机项盒的功能基 磊寰上稷提嚣要涤燕 捌。 对于卫爨数字电视广播和有线数字电视广播，各国采用的信邋编码和调制 方案基本相同，我国的卫蠛数字电视广播系统信道编码与调制规范基本上采用 d v b s 标准，有线数字电视广播系统储道编码与调制规范基本上采用d v b c 拣獾，整在囊錾覆鼗字电程广疆方嚣，麦予各国毒不溺毂爨重考瘪，获采爨豹蕊 遒编码和调制方案有所不间，我国出予辩自主知识产权和国家安全以及后续开 发等方面的考虑，尚未确定地面数字电视广播传输标准【2 1 。 与美国、欧洲、澳大利征等西方发达国家不同的魁，我国城市人口居住相 爻誊集中，9 0 戳上戆久是邋j 霆毒线毫魏牧羲毫褪节嚣豹，城泰屠聚携覆生活承 平较高，这为发展数字电视创造了条件。同时，有线数字电视传输、条件接收 系统等标准已经颁布实施，为有线数字电视试验提供了良好的技术标准支持。 另外，全长3 7 0 0 0 多公里的国家广播电视光缆干线网的开通，为全国有线数字 瞧褪滚验戆开鹱龟i 造了网络蘩锌 5 j 。 根据数字电视发展的鬻求，国家广撩电视电影总褥子2 0 0 1 年颁布了有线数 字电视行业标准，我国发展数字电视的时间表大体确筑为：2 0 0 3 年难式在有线 电视网上播出标准清晰度电视和高清晰鹰数字电视，到2 0 0 5 年卫星传输全部实 溪数字纯，舂线毫疆丽以及蛰缴鞋上台蒸零实瑗数字化，在大城枣开搔数字( 赢 清晰度) 电视，2 0 0 8 年将袋嗣数字商清晰发电视转播奥运会实况，到2 0 1 0 年， 哈尔滨工业大学 二学硕士学位论文 广播影褫节鬟翻作、撵密潋及至星、奔线传辕实蠛数字往，遥蘸惫撬基本实现 数字化，普及数字电视接收机，2 0 1 5 年将全面实现数字化，完成模拟向数字的 过渡，逐步停止模拟电视的播出。目前豳内有关数字电视的研究与产业化攻关 基本上是按该时间表进行的 j 。 曩蓠我黧避经有2 0 多令笞( 市、茸冶莲) 、8 0 多令城隶获穗开藤数字电裰 业务，全国已运行的数字电视平台超过1 0 0 个。按照规划，到2 0 0 5 年内我国有 线数字电视的用户应该达到3 0 0 0 万户，我国数字电视将有很大的发展【2 】。 1 3 本课题的主要磺究内容 综上所述，数字电视机顶盒已经成为当今世界数字电视发展过程中不可逾 越熬鼗字家惫产品。我嚣鹣数字电视行娥迄嚣羲蘩一个卡分难缮熬发震契税， 搬据我国的嗣情，已经优先发展有线数字电视，因j 魄开发和研制符合我国国情 的有线数字电视机顶盒具宵非常重要的意义。 本课题的熬体任务是开发基于s t i 5 5 1 8 系统解决方案、符合m p e g 2 标准 秘d v b - c 振壤鸯线数字瞧嫒接收枫。本潆题磅割戆程线数字龟褪毒氇鞭盒豫了据 供接收有线数字电视广播节目以及电予带日指南等功能夕 ，还穗供系统升级功 能，能够通过广播的方式和p c 机到机预盒的方式对系统软件进行魇新。 在机项愈整个软硬件系统开发的过程中，本人从事软件方面的开发 ，作， 主要毽菇戮f 凡个方瑟豹蠹骞； ( 1 ) 磷究基于s t i 5 5 1 8 有线数字激襁接收系统的硬律平台尊较俘系统梳 顶盒的硬件平台和软件系统是整个系统工作的基础平台，也是开展后续研发工 作的前提和基础。 ( 2 ) 对蕊霆搜索关键技寒渡及搜豢模块鹃设计鞠实凌遂孝亍磷突鞠秀发节 鲻援索功憨怒肖线数字电褫税项盒静慕零功能，也怒祝顶盒酶关键技术，困藏 设计和开发商散快速的节目搜索方法对熬个机顶盒都是很重要的。 ( 3 ) 对机顶盒在线升级的原理以及美键技术进行分析和研究机顶盒在线 歹 缎对援户、壤硬盒案l 造藤翻丽终运黎藏寒说鬈是+ 分有趸豹功黪。建了设计 和集成杌磉铉在线升级功能，必须对梳顶盒在线畀缀抟原理潋及关键技术进行 分析和研究。 ( 4 ) 完成机顶盒在线升级模块的设计和集成农深入研究和分析机顶盒在 线费级甄理及关键技末熬蒸懿土，设谤共集残壤顶鑫靛空争爵级魏串墨势缀功 能。 哈尔滨丁业大学工学硕士学位论文 2 1 引言 第2 章数字电视机顶盒的系统结构 本课题研究的有线数字电视机顶盒采用的是s t 方案，系统芯片是s t i 5 5 1 8 。 s t i 5 5 1 8 是s tm i c r o e l e c t r o n i c s 公司推出的一种功能强大，价格低廉的机顶盒后 端解码器；前端部分采用的是d v b 一体化高频头，进行调谐和数字解调，完成 将射频信号转换为t s 流( t r a n s p o r ts t r e a m ，传送流) 输出，实现信道解码功能。 一体化高频头产品成熟，这样在硬件设计上简单方便，性能也有很好的保障。 由于在机顶盒这一类系统中，资源的限制和实时性使得软件的设计要求比 较高，因此可以说软件系统是机顶盒工作的关键部分。本文研究的数字电视机 顶盒是在基于实时操作系统提供的多任务机制基础上，将各独立的功能模块封 装起来以任务单元的形式存在，由多个任务协同工作来实现整个功能的。 机顶盒的硬件平台和软件系统是进行深入研究的基础，本章主要介绍机顶 盒的硬件平台、软件系统、机项盒的软件模块架构以及开发调试环境。 2 2 数字电视机顶盒的硬件平台 本课题研究的有线数字电视机顶盒的硬件平台是由调谐器( 高频头) 、q a m ( q u a d r a t u r e a m p l i t u d e m o d u l a t i o n ，正交幅度调制) 解调器、嵌入式c p u 及传 送流解复用器、m p e g 一2 音视频解码器、p a l n t s c 视频编码器、音频d a c ( d i g i t a la n a l o gc o n v e n e r ，数模转换器) 转换器、存储系统以及外围设备输入 输出接口等部分组成的。机项盒的硬件平台如图2 1 所示。 硬件平台按照功能可以分成以下几个部分： ( 1 ) 数字电视广播接收前端这部分包括调谐器( t u n e r ) 和数字解调器， 主要完成信道解码的功能。调谐器接收来自有线电视网的射频信号并下变频为 中频信号，经q a m 解调器进行数字解调，输出包含视频、音频和其它数据信 息的传送流。本课题研究的机顶盒使用的是一体化高频头，调谐器和q a m 解 调器作为一个整体。信道解码的大部分工作是由硬件完成的，软件主要完成初 始化和工作状态的判断“。 ( 2 ) 解复用单元这一部分又称为后端解码，包括s t 2 0 解复用器和 哈尔滨t 业大学工学硕士学位论文 i i c a 线 ii i i i l 。1 。1 。j 。 e e p r 叫 蘧 f盯1 疆阐 t u n e r 1 0 a m接收器扫描显示 调谐器解调器 j p a l n t s c j _ 1 视频编码器l 昏 s t 2 0 。掣掣卜 e 6 2 解复用器 音视频 - 4f i - 频d a c i解码嚣 ll 昏 l 音视频l 同计一 i 解码 ld r a ml 图2 - 1 有线数字电视机顶盒框图 f i g 2 - 1b l o c kd i a g r a m o f c a t vs t b m p e g 一2 音视频解码器，完成信源解码功能。信道解码后输出传送流，传送流 中一般包含多个视频、音频流和数据流，经过解复用器解复用后，对不同的节 日进行区分，提取相应的视频、音频流和数据流，视频、音频流被送入m p e g 一2 音视频解码器，数据流被送往相应的解折软件，完成数字信息的还原。 ( 3 ) 音频视频处理单元包括p a i j n t s c 视频编码器、音频d a c 及外围控 制电路。m p e g 一2 解码后再经过p a l n t s c 视频编码器编码、音频d a c 转化器 转换，输出模拟的视频音频信号，传送给普通的模拟电视机后就可以欣赏精彩 的数字电视节目了。 ( 4 ) 存储系统系统中的存储系统由4 个部分组成，分别是系统软件f l a s h 、 系统软件s d r a m 、音视频解码d r a m 和e e p r o m 。系统软件f l a s h 用来固化 存储用户的应用程序、节目数据库和机顶盒的软件信息、硬件信息，f l a s h 还具 有引导机顶盒启动的功能，其容量为1 6 m b i t s ( 2 m b y t e s ) 。系统软件s d r a m 是 系统程序和用户应用程序运行的地方，其容量为3 2 m b i t s ( 4 m b y t e s ) 。音视频解 码d r a m 用作音视频解码缓冲区和o s d ( o n s c r e e nd i s p l a y ，屏幕显示) 数据 存放区，大小为3 2 m b i t s ( 4 m b y t e s ) 。e e p r o m 用来存储用户经常进行修改的 数据，大小为1 6 k b i t s ( 2 k b y t e s ) 。 ( 5 ) 外围设备和输入输出接口该平台还拥有一些外围设备和输入输出接 口。r e s e t 的功能是对系统进行复位。遥控接收器、键盘扫描以及数码管显示 用来接收用户输入和显示机顶盒状态。j t a g 接口用作软件调试和程序下载。 哈尔滨工业大学王学硕十学位论文 r s 2 3 2 接口霹以与p c 橇避行逶谖，逶：i 薹= 它可滏实魏麟辘镯凌窥软 孛率目舞缀。 s t i 5 5 1 8 通过i i c 总线( i n t e r i n g r a t e d c i r c u i t b u s ，内部集成电路总线) 控 制调谐器和q a m 解调器的工作。s t i 5 5 1 8 通过s m i ( s h a r e d m e m o r y i n t e r f a c e ， 共享存储器接口) 与s d r a m 进行数据交换。s t i 5 5 18 通过e m i ( e x t e r n a lm e m o r y i n t e r f a c e ，磐鄢存髓器接嚣，蠢嚣氇称免霹编程c p u 存德器接日，p r o g r a m m a b l e c p um e m o r yi n t e r f a c e ) 对f l a s h 中的数据进行读取，擦除或编程操作。基于 s t i 5 5 1 8 的d v b c 机顶盒软件固化在具有引导功能的f l a s h 存储器中。s t i 5 5 1 8 通过i i c 总线与e e p r o m 交换数据。s t i 5 5 1 8 通过i i c 总线接收避控接收器及 键盘挡援麴按键，控割数鹃管显示j 。 s t i 5 5 1 8 的内部结构如图2 2 所示i ”j 。 翘2 - 2s t i 5 5 1 8 鹩内部结构翻 f i g 2 - 2b l o c kd i a g r a mo f s 氍5 5 1 8 作为机顶盒后端解码器，s t i 5 5 1 8 芯片集成有：一个传送信号分离器模块， 个3 2 位的c p u ，一个音视频m p e g 一2 解码器，照示和图形功能，一个数字 疆菝编码器，黻及系统强溺设备。s t i 5 5 1 8 将d v b 魏骧瓿序歹l 译秘器集或在传 送信号分离器肉，因诧可戳应瘸子d v b 标准静褪礞盒中。s t i 5 5 1 8 能够与s 彳 哈尔滨工业人学工学硕士学位论文 系列的各种单芯片前端设备( 例如s t 0 2 9 7 ) 实现无缝结合，提供完整的有线数 字电视机顶盒解决方案川。 2 3 数字电视机顶盒的软件架构 有线数字电视机顶盒是一种典型的嵌入式多媒体终端，其软件架构与计算 机的软件系统有许多相同之处，但由于应用领域不同，也存在很大的差异。首 先，为了降低成本，机顶盒的硬件资源较少，处理器速度，内存的大小都不富 裕，也没有硬盘之类的海量外存，这样对软件的优化程度要求较高：其次，由 于处理器和外围硬件的多样性，系统软件平台的针对性比较强。 从体系结构的角度讲，与终端p c 相比，机顶盒是一个比较复杂的设备，但 从用户使用的角度，它可以被看作类似电视机这样的简单易用的设备终端，所 以有线数字电视机顶盒软件系统要同时兼顾软件的优化、模块化和实时性” 3 0 1 。 2 3 1 数字电视机顶盒的软件层次 数字电视机项盒是由软件控制的嵌入式数字接收系统。嵌入式系统和硬件 密切相关，特别与硬件中微处理器密切相关，因此嵌入式系统的软件一般通过 层次模型来描述，下一层向上一层提供服务和接口，对上一层隐藏了本层和本 层以下各层的具体情况；而上一层向下一层提供用户命令，实施对下一层的管 理和控制，这样便于用户开发顶层的应用软件，不用考虑底层驱动的具体情况。 机顶盒软件结构可以分为底层、中间层和应用层3 层【2 4 ”1 。其结构如图 2 3 所示。 ( 1 ) 底层机顶盒软件的底层位于硬件层之上，又可分为实时操作系统层 和硬件驱动层两个子层。在本课题所研究的机顶盒中，由于c p u 要对解复用、 音频解码、视频解码等多个方面的事件进行处理，其中既有通讯问题，又有同 步、互斥等问题，使用一个简单循环的处理方式是很难实现这些功能的。系统 中采用实时内核s t l i t e o s 2 0 来提供多任务功能。这是一个小型的操作系统， 完成进程( 任务) 的创建和执行、进程间通讯、资源的分配和管理。由操作系 统管理的资源包括内存、信道和外设的访问权等。实时操作系统是所有上层程 序代码运行的平台。硬件驱动层由一组驱动程序组成，对各个硬件模块进行驱 动。该层通过实施操作系统提供的接口，实现对硬件设备和接口模块的控制和 管理。 1 0 嘧承演t 她大学工学埙学健论文 应用詹 中间艨 簌鬃 硬件麒 l l墩子节目指南( e p g )l o a d e r用户嚣蓠 彳f 索 鬻l 0 话段解攒 数玛管鐾拳按键楚蘧 蓬澎接l = l t u n e t 群燮耀橇攘皆赣逶程 f l a s h g 黼 ( r s 2 3 2 ) a p fa p i p ra p ia p ia p i a p i 彳f彳f |囊释溅动琏瑶毳亭接翔( a p i ) l s t l i t e o s 2 0k e r n e l is t i 5 5 1 8 爰扩展 翻2 - 3 窍绫数宰魄援藏璜裳软纷努屡缝搀鹭 f i g ，2 - 3s o f t w a r eh i b e r a r c h yo f c a t vs t b ( 2 ) 中阀层机顶鑫软l 牛的中间屡甑播一些对硬俸驱动艨的瓣装和库函数， 中瘸瑟为备穆瘦弱疆黟疆缨共麓静、鬻羯浆羧势疆澎，主要锈裕弱照务寄蓑戆 瓣络逶镶菠鼷、凌颓羧溅、瘦弱灏浚憝疆及臻户渡努警瑾等。 ( 3 ) 成粥层机顾盒软件的应耀层位于软件结构的最上胺，燕图形显示以 及用户界丽的编程接口。对本课题研究的机顶盒，应用程序包括用户图形界蕊、 e p g ( e l e c t r o n i c p r o g r a m g u i d e ，蛰予节秘密褒) 、l o a d e r 等。 奉a 瓣王嚣主要农孛瓣爱襄庭掰浸。 2 , 3 2 数字电视机琐盒的软件横块絮构 零淤麓磷究戆辍灏盒竞蔽憨婺髂囊缝莓驭粼努惫 5 令拣漤予功憩翁集会， 逡些疆立酶功能模块麓蔹务进程静形式实嚣，l 鬟任务为攀元逡行诱发，各个任 务进程之间依靠消息和信母量进行通讯与同步，每一个任务进程从本质上对应 个独立豹予软件系绞p 啊”4 0 。 本入麓互箨主要麓竞嫒了节鹫搜索骥浚巍l o a d e r 模块靛设计与实蕊。 穰颈鑫较佟模块黎鞫翔豳参4 掰示。 ( 1 ) 用膨图形界馘模块这是一个人机交互接口，主要用于按收脂户的备 啃尔滨工业大学王学硕士学位论宠 窝2 4 有线羲字壤褫辍瑾盒袭髂楼块遴 f i g + 2 , 4s o f t w a r e m o d u l e so f c a t vs t b 种按键命令，并把按键分缴给相应的处理模块进行处理，此外还向用户显示一 些掇顶鑫豹状态和蓿息。用户通过图形界嚣可以筏嬲枫疆金鞠备釉功能。 2 键蠡憝理搂琰接蔽蠡多 遥控箍熬蔷号靼魏蔼鬏静按穗信号，楚键筑 发送给用户阂形界面模块。 ( 3 ) 数 i 马管显示横块控制机顶盘前面板的数码管显示，撼泳机顶盒的系 燧数据和状态信息。 ( 莲 繁露攫素模凌节莲搜索功髓是专线蒙字堍攫税硬鑫聚鏊零浆功鼹， 负责把t u n e r 模块、解复梢模块、| 三及d v b 段解析嫦模块有机缀织起来，获取 接收机需要的各种数据，建立节目信息数据库，用于创建节目列液。这是本谍 题酶究豹部分内容。 ( s ) t u u e r 模袋从游漩畜续嚣按浚瓣颓痿号，经遵凌滔、数字簿谖，宠 成信道解礴，输出传送流。 ( 6 ) 解毵用模块对悄进行解复用，得到音频p e s ( p a c k e t i z e d e l e m e n t a r y s t r e a m ，打镪的基本码流) 数据、视频p e s 数据、p c r ( p r o g r a m c l o c k r e f e r e n c e ， 节强薅镩基准) 数瑟殴及各耱p s i 蠢s i