（信号与信息处理专业论文）数模电视一体机搜台换台实现.pdf

中文摘要 数字电视是数字化信息技术革命的产物。与模拟电视相比，数字电视具有抗 干扰能力强，信号质量高，传输效率高，多路复用，易于存储，便于网络化，容 易实现加密解密和加扰解扰技术等优点。目前存在3 种比较成熟的数字电视标 准：a t s c 标准，d v b 标准和i s d b 标准。全球范围内，模拟电视向数字电视的 转变轰轰烈烈的进行着，产生了机顶盒、数模电视一体机等产品。数字电视取代 模拟电视已成为不可逆转的趋势。 论文论述基于以b c m 3 5 6 0 数字电视芯片为核心的硬件平台，在l i n u x 操作系 统下实现a t s c 制数模电视一体机的搜台换台和频道管理等功能。b c m 3 5 6 0 是 b r o a d c o m 公司的单片数字电视解决方案的s o c 芯片。l m u x 操作系统具有开放性， 多任务，良好的用户界面，设备独立性，丰富的网络功能，良好的可移植性等特 点。 论文论述了a t s c n t s c 制数模电视一体机( 美国机) 中频道信息存储、更新、 显示的实现和数据有效性问题，以及搜换台、模拟节目的微调和自动频率调整 功能的实现过程。 、 良好的软件架构能加快新产品的开发，缩短开发周期，降低开发成本；另外 还易于原软件的升级和维护。论文最后提出了使用模型视图控制器( m v c ) 软 件架构实现数字电视软件的想法。 关键词：数字电视数模一体机n t s ca t s c 搜台换台 a b s t r a c t d i g i t a lt e l e v i s i o ni st h er e s u l to ft h ed i g i 诅li n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yr e v o l u t i o n c o m p a r e dw i t ha n a l o gt e l e v i s i o ns i g n a , d i g i t a lt e l e v i s i o ns i g n a lh a v et h eg o o d n e s so f s 臼o n g a n t i - i n t e r f e r e n c ea b l i t y , h i 曲s i g n a lq u a l i t y , h i 曲t r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y , m u l t i p l e x i n g ，e a s ys t o r a g e ，g o o dt oc o n n e c tn e t w o r k , e a s yr e a l i z a t i o no fs c r a m b l e s c r a m b l ea n de n c r y p t i o n d e c i p h e r i n g n o wt h e r ea r ct h r e em a t u r ed i g i t a lt e l e v i s i o ns t a n d a r d ： a t s cs t a n d a r d , d v bs t a n d a r da n di s d bs t a n d a r d a n a l o gt e l e v i s i o nc h a n g i n gt od i g i t a lh a s b e e nv i g o r o u sp r o c e e d i n g ，w h i c hh a sp r o d u c e ds e t - t o p - b o x , i n t e g r a t e dd i g i t a lt va n do t h e r p r o d u c td i 舀t a lt e l e v i s i o nr e p l a c i n gi ss 仃o n gd i r e c t i o n t h i sp a p e rd i s u c e s st h es e a r c h c h a n g ec h a n n e lr e a l i z a t i o no fa t s cd i g i t a la n d a n a l o gi n t e g r a t e dt vb a s i n g0 1 1t h e h a r d w a r eo fb c m 3 5 6 0c h i pu n d e rl i n u x b c m 3 5 6 0w h i c hi su s e dt os o l v et h ed i g i t a lt vs y s t e r mw i ms i n g l ec h i pi st h es o c c b i pl 瑚t d eb yb r o a d c o m l i n u xh a st h ef e a t u r eo fo p e n n e s s ，m u l t i t a s k i n g ，g o o du s e r i n t e r f a c e ，d e v i c ei n d e p e n d e n c e ，a b u n d a n tn e t w o r kf u n c t i o n ，g o o dp o r t a b i l i t y ； t r a n s p o r t a b i l i t ya n ds oo n t h i sp a p e rd i s c u s sh o wt os t o r a g e ，u p d a t ea n dd i s p l a yt h ec h a n n e li n f o r m a t i o n s a n dh o wt oc h a n g e s e a r c hc h a n n e l ，f i n ea d j u s t i n gf r e q u e n c ya n da f ti nt h ea t s c n i s cd i g i t a l a n a l o gi n t e g r a t e ds e t ( a m e r i c a ns e t ) g o o ds o r w a r es t r u c t u r ec o u l ds p e e d 印t h eo fn 期 ，p r o d u c t , s h o r t e nd e v e l o p m e n tc y c l e ， r e d u c ed e v e l o p m e n tc o s t ；o t h e r w i s ei sg o o d 幻i i 拢i l l t e l l a n c ea n ds t a g eo r i g i n a ls o f t w a r e a u t h o r p o i n to u tt h ei d e ao fu s i n gm v c t od e v e l o ps o f t w a r eo ft h ed i g i t a lt v a tt h ee n do f p 叩e l k e yw o r d s ：d i g i t lt v , d i g i t a la n da n a l o gi n t e g r a t e dt vs e t , n t s c ，a t s c ， s e a r c hc h a n n e l ，c h a n g ec h a n n e 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，也不包含为获得丞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：武斌签字日期： 如0 1 年月7j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解基盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨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：页叉支武 导师签名： 签字日期：如9 7 年矽月日 签字日期圆岁“月日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 数字化是信息社会的技术基础，它是数字计算机，多媒体技术，软件技术的 基础。数字化技术还正在引发一场范围广泛的产品革命，各种家用电器设备，信 息处理设备都将向数字化方向变化；通信网络也向数字化方向发展。 数字电视是数字化信息技术革命的产物。数字电视是将传统的模拟电视信号 经过量化和编码转换成二进制数的数字信号，然后进行各种功能的处理、传输、 存储和记录，也可以用计算机进行处理、监测和控制【1 1 。采用数字技术能获得比 模拟设备更好的性能，并具有模拟技术所不能达到的新功能。数字电视取代模拟 电视己成为不可逆转的趋势。 1 2 数字电视m 幻 一套完整的数字电视系统包括数字电视发送系统，传输网络( 信道) 和用户 终端系统。 数字电视根据不同的分类方式，有不同的分类。 按传输方式可分为有线传输数字电视、地面无线传输数字电视、卫星传输数 字电视。由于有线电视网络较好的传输质量及调制解调技术的成熟，使得有线传 输数字电视可以支持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、数据广播、准视频点播、软件在线升级、因特网接入、电子邮件、i p 电话和视频点播等。目前地面无线传输有两种调制方式：v s b ( 残留边带调制) 和 c o f d m ( 编码正交频分复用) ；有线传输调制方式采用q a m ( 正交调幅) ；卫星 传输调制方式采用q p s k ( 四相位键控) 按清晰度可分为普通清晰度数字电视( l d l v ，图像水平清晰度大于2 5 0 线) 、 标准清晰度数字电视( s d t v ，图像水平清晰度大于5 0 0 线) 、高清晰度数字电视 ( h d t v ，图像水平清晰度大于8 0 0 线) 。从视觉效果上看，i - i d t v 图像质量可 达到或接近3 5 r a m 宽银幕电影的水平；s d t v 主要是对应现有的电视分辨率量级， 其图像质量为演播室水平；l d t v 主要是对应现有的v c d 的分辨率量级。 按产品类型可分为模拟电视+ 数字电视机顶盒( s t b ，s e t t o pb o x ) ，数字电 天津大学硕士学位论文第一章绪论 视一体机( i d t v ，i n t e g r a t e dd t v ) 。 数字电视机顶盒是一种将数字电视信号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。目前的数字电视机顶盒具有完善 的实时操作系统，提供强大的c p u 计算能力，用来协调各部分硬件设备，并提 供美观且易操作的图形界面。同时机项盒也可能实现如因特网浏览、视频点播、 家庭电子商务等多种应用。数字电视机项盒可以使原有的模拟电视用户享受数字 电视的服务。 1 3 数字电视优点 数字电视与传统的模拟电视相比有以下技术优势： 1 ) 抗干扰能力强，信号质量高 数字电视信号是二进制电平表示，在处理和传输过程中引入噪声( 失真和干 扰) 后，只要这些噪声不超过某一额定电平，就可以通过数字信号再生，去掉噪 声恢复原信号；即使这些噪声超过了额定电平，也可以利用纠错码、交织技术等 数字信道编解码技术纠正过来。因此数字电视信号经过远距离传输和多次处理后 仍能保持其原有的特性。这种特点使得数字电视信号的传输距离几乎可以无限扩 大，并且数字电视在接收端看到的图像质量和声音质量几乎与电视台发送的质量 一致。 而对于模拟数字电视信号，在处理和传输过程中引入噪声( 失真和干扰) 后， 这些噪声不仅是不能恢复的，而且还会逐步进行积累。因此通过长距离传输和多 次处理后模拟数字电视信号的信噪比恶化，使得图像质量受到严重损伤。 2 ) 传输效率高，提高频带利用率 在传统的模拟电视传输中，一套模拟电视节目就要使用6 - 8 m 的带宽；而在 数字电视传输中，由于数字电视信号采用了先进的图像压缩编码技术，使得使用 同样的带宽可以传送4 6 套数字电视节目。这意味着用户可选择的节目将更加丰 富多样。同时，节目的大容量，低廉传输和广泛的收视将使网络运营的平均费用 大大降低。 、 3 ) 多功能复用，提供更好的伴音服务和其他数据服务 目前数字电视可以提供5 1 声道的环绕立体声，与传统的单声道模拟电视相 比，无疑大幅度提高了伴音质量。另外模拟电视每套节目只有一个伴音，而数字 电视可以传输任意多个伴音，接收时可以跟据需要播放其中一个伴音，为用户提 供多样的伴音服务。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 另外，数字电视可以为用户提供电子节目指南，字幕，股票行情，快讯，电 子出版物版权等数据信息。通过将各种数据信息打包，然后复用到传输流或节目 流中来实现多样的数据功能。 4 ) 易于存储，便于网络化，双向交互性 数字信号与模拟信号相比，易于实现延时和存储，而且存储时间与信号特征 无关。数字电视信号便于计算机的处理，图像和声音便于在计算机网络应用环境 中传输，从而实现电视节目资源共享。因此数字电视有利于实现电视广播与计算 机网络的融合。 目前数字电视的标准已经考虑了与a t m 的可交互性。交互式业务是利用电 话线或有线电视回传通道，实现用户与电视中心和有线电视前端的交互操作。数 字电视的这一特性将传统的一点对多点的“广播扩展为点对点交互系统，使用 户可根据个人爱好“点播”节目或信息，视频点播( v o d ) 是交互业务的典型例子。 通过开通交互式业务，用户可以变被动收看为主动地、准交互地( 本地交互) 、交 互地收看。而随着节目资源的丰富，用户可以获得更多的针对性的信息和游戏娱 乐节目：如各种付费节目、电影点播、歌曲点播、新闻选取、在线教育、电视购 物、数字电视游戏、居家银行及互联网浏览等新颖服务。 5 ) 容易实现加密解密和加扰解扰技术，便于开展收费业务 由于数字信号的易操作性，在前端对信号加密和加扰都比较容易实现。在此 基础上建立的条件接收系统( c a ) 是数字电视的技术保障系统，有了这套系统，就 可以更好地为每个用户提供有偿电视服务，对用户实行有效的控制和管理，防止 未经授权或欠费用户收看收费节目，从而确保运营商的商业利益。 6 ) 易于集成，降低成本 数字电视采用大规模集成电路，结构更加简单，成本进一步降低，可靠性比 模拟电视更高。 上述数字电视的技术优势无论是对于消费者还是对于相关厂商，甚至对整个 电子产业和广播行业都意味着一场重大的变革。对于消费者，数字电视不仅提供 了更清晰的图像、更逼真的声音、更多可选择的频道和更丰富的节目。而且集电 视、电脑、电信三大功能为一体，使电视成为集多种功能于一身的新型数字家电， 为千家万户提供了进入高速信息公路的便捷手段。对于电视机生产厂家、电视台、 电视制作中心和传播媒体而言，数字电视的出现所带来的即是一种挑战又是一种 机遇。它将极大的开发电视市场扩容的潜力，并可通过其交互式特点的应用推动 相关的各种行业的发展。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 。4 数字电视发展概况m 数字电视是现代科学技术，尤其是现代电子技术、通信技术和计算机技术高 度发展的结品，是当代信息社会中重要的信息技术组成部分。实现广播电视各种 技术的数字化已成为当前广播电视技术发展的主流。世界各国都相继提出了向数 字电视发展的目标以及实施方案，并制定了一系列的标准。 由于客观情况、标准、制式等不同，各国的数字电视发展状况也不尽相同， 其中美国、欧洲、日本的数字电视发展比较迅速，对我国的数字电视发展模式、 技术标准的选择有一定的指导和借鉴意义。 1 美国 美国是世界上最早发展数字电视的国家。美国从1 9 8 8 年开始i q _ d t v 的研究， 1 9 9 0 年提出了全数字化的方案。在1 9 9 4 年6 月就由d r i e c t 和u s s b ( 美国卫星 广播) 两家公司开始试播卫星直播广播( d b s ) 。1 9 9 6 年美国正式通过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 ，美国高级电视业务顾问委员会) 数字 电视国家标准。a t s c 制信源编码采用m p e g 2 视频压缩和a c 一3 音频压缩；信 道编码采用v s b 调制，提供了两种模式：地面广播模式( 8 v s b ) 和高数据率模 式( 1 6 v s b ) 。随着多媒体传输业务的不断发展，为了适应移动接收的需要，近 来又计划增加2 v s b 的移动接收模式。1 9 9 8 年1 1 月美国开始数字电视地面广 播，计划2 0 0 9 年2 月1 7 日之前停止模拟节目播出【8 】。至2 0 0 3 年4 月1 7 日， 完成数字过渡的电视台增加到8 2 5 家，d t v 信号覆盖增至1 8 7 个市场，覆盖率 增至9 7 4 4 的美国家庭【9 1 。 2 欧洲 从1 9 9 5 年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播( d v b d ，数字电视卫星广 播( d v b s ) ，数字电视有线广播( d v b c ) 的标准。其中最引人瞩目的是d v b 数字卫星和有线电视传输系统的标准。这些标准已作为世界统一的标准被大多数 国家接受( 包括中国) 。欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道，采用q p s k 调制。 1 9 9 6 年4 月法国第一个开始了数字电视商业广播：同年德国开始播出数字卫 星多频道广播；1 9 9 7 年英国开始了播出数字卫星多频道广播。欧洲卫星电视和 地面电视非常发达，而有线电视规模较小。据预测，到2 0 0 7 年，欧洲数字电视 用户将达到8 0 0 0 万户，其中卫星电视占4 0 以上( 3 2 0 0 万户左右) 。 整个欧洲采用以d v b 为框架的数字电视标准，发展的侧重点放在标准清晰 度数字电视( s d t v ) 。预计在2 0 1 0 年实现数字电视的全面普及。 3 日本 早在2 0 世纪9 0 年代初日本已经开播模拟高清晰度电视节目，但在技术上已 天津大学硕士学位论文第一章绪论 经过时，为此日本付出了沉重的代价。从1 9 9 3 年开始，日本开始研究全新概念的 电视广播i s d b ( 综合业务数字广播) ，1 9 9 4 年1 1 月，在国际电联无线电通信部门 会议上，日本通过决议将m p e g 2 作为数字广播的技术基础予以采用，正式开始 迈向数字电视。2 0 0 3 年，在东京、大阪和横滨开始播出地面数字电视；2 0 0 6 年 实现地面数字电视全国覆盖，主要是高清晰度数字电视( 瑚) n r ) 节目：计划到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，彻底结束模拟电视信号发送 的历史。 4 。中国 我国从1 9 9 6 年就开始通过卫星传输数字电视信号，目前几乎所有省市的电视 台节目都上了卫星，发送的都是数字信号。 1 9 9 8 年9 月，我国广播电视行业的一个焦点是我国成功研制了第一套数字高 清晰度电视系统，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度 电视地面广播传输系统的国家。在同年9 月8 日至1 2 日的5 天时间里，中央电 视塔利用这套系统试发射了数字电视节目。 1 9 9 9 年9 月我国的数字电视广播h d t v - t 在中央电视塔上进行广播试验成 功。 2 0 0 1 年，国家广电总局发布广播影视科技“十五计划和2 0 1 0 年远景规 划，明确指出：到2 0 0 5 年我国有线电视用户将超过3 0 0 0 万用户，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。 2 0 0 2 年7 月，我国开始研制具有自己知识产权的a vs ( a u d i ov i d e os t a n d a r d ) 音视频压缩标准，并于2 0 0 3 年7 月宣布基本取得成功。新的a v s 音视频压缩标 准技术性能比m p e g 2 更优越，活动图像更清晰，图像压缩比更大，是m g e g 2 图像压缩比的2 4 倍，它与m p e g - - 4 的正在升级的版本n 呵( j o i n tv i d e ot e a m ) 处同一技术水平，具有良好的应用前景。 2 0 0 6 年8 月，国家标准化委员会批准数字电视地面广播传输系统帧结构、 信道编码和调制作为中国的地面数字电视的传输标准【1 0 1 。在此之前已分别确定 d v b c 和d v b s 作为我国有线传输和卫星传输的数字电视传输标准。 目前我国数字电视产业正在迅速发展。但各地区发展不平衡的国情决定了我 国电视系统的数字化不可能一步到位，只能是有选择、有步骤，分批、分阶段进 行【1 l 】。我国的数字电视发展过程将要经历机顶盒、标准清晰度数字电视( s d m 和高清晰度数字电视( 8 0 ) 三个阶段，而且这三个阶段将在很长的一段时期内 并存发展。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 5 数字电视标准概述n 纠叼 目前数字电视广播领域已有三种相对成熟的数字电视标准：a t s c 标准 ( 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 高级电视系统委员会) ，d v b 标准( d i s t a l v i d e ob r o a d c a s t 数字视频广播) ，i s d b 标准( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i s t a l b r o a d c a s t i n g 综合业务数字广播) 。其中，前两种应用较为广泛。 表1 - 1 三种数字电视标准 a r s cd v b i s d b 地面卫星有线地面卫星有线地面卫星有线 调制方式8 v s b q p s kq a m 2 l 湘k q p s kq a m 分段 q p s kq a m 1 6 v s bc o 日d mc o f d m 视频压缩l v 卵e g 2m p b g 2n 口e g 一2 音频压缩a c 3n 口e g - 2 n m b g 2 复用方式腰e g 2n 口e g 2m p e g 2 1 a t s c 标准 美国1 9 8 7 年成立了高级电视业务顾问委员会( a c a t s ) ，策划美国高级电 视。美国在发展数字电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并于 1 9 9 6 年1 2 月通过由高级电视系统委员会( a t s c ) 提出的以高清晰度数字电视 为基础的标准作为美国国家标准。 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 ) 数字电视标准由4 个分离 的层级组成，层级之间有清晰的界面，最高层为应用层，确定图像的形式，包括 像素阵列、幅型比和帧频；第二层是压缩层，采用m p e g 2 ( m o v i n gp i c t u r e e x p e r t sg r o u p ) 图像压缩标准【1 q 和a c 3 音频压缩标准【1 7 】；第三层是系统复用层， 特定的数据被纳入不同的压缩包中，采用m p e g 2 系统标准【1 即；最后一层是传 输层，确定数据传输的调制和信道编码方案【9 】。 目前，已有加拿大、韩国、墨西哥、阿根廷等国采用了a t s c 的d t v 标准。 在新加坡，官方所属的新加坡电视公司已正式实验美国规格a t s c 。 2 d v b 标准【3 】 1 9 9 3 年欧洲组织了2 0 0 多个组织成立了国际数字视频广播组织( d 组织) 。 d v b 组织决定新的技术必须是建立在m p e g 2 压缩算法上的数字技术，必须是 以市场为导向的数字技术。d v b 的宗旨是设计一个通用的数字电视系统，尽可 能的增加通用性，在此系统中各种传输方式之间有最简单的转换方式。d v b 标 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 准提供了一整套完整的，适用于不同传输介质的数字电视系统规范，它包括卫星、 有线电视、无线电视等多种传输方式的普通数字电视和高清晰度电视广播。 传输方面：d v b 传输系统涉及卫星、有线电视、地面、数字卫星共用天线电 视( s m 加： v ) 等传输媒体，对应的d v b 标准包括：数字卫星广播系统标准( d v b s ) ，数字有线电视广播系统标准( d 卜c ) ，数字地面电视广播系统标准( d 1 ) ，数字卫星共用天线电视( s m a t v ) 广播系统标准( d 、旧一s m 加：v ) ，数 字多点广播分配系统( m m d s ) 标准( d 、i ，b m s 和旧- m c ，d 、m m s 是 高于1 0g h z 的标准，d m c 是低于1 0g h z 的标准) 。 基带附加信息方面：d v b 数字广播系统除传送视频、音频信号，还可传送 节目指南以及图文、字幕、图标等信息，适用于此类附加信息系统的d v b 标准 包括：数字广播业务信息系统标准( d 一s i ) ，数字图文广播系统标准( d t x t ，用于固定格式图文电视的传送) ，数字广播字幕系统标准( d v b s u b ， 用于字幕及图标的传送) 。 交互业务方面：d v b 数字广播系统中的许多业务能够根据需要，提供某种 形式的交互服务。在通用d v b 数字广播系统的基础上，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。与此对应的交互业务系统d v b 标准有：d v b 交互业务网络独立协议标准( d v b n i p ) 、c a t v 系统d v b 反传信道标准( d v b r c c ) 和p s t n i s d n 的d v b 反传信道标准( d v b - r c t ) 。 条件接收及接口方面：d v b 数字广播系统中有些业务传送的是加扰的条件 接收信息。d v b 标准定义的条件接收的通用接口，可以使i r d ( i n t c g r a t e d r e c e i v e rd e c o d e r , 综合解码接收机) 能够解扰采用通用加扰算法的加扰信息。另 外，d v b 标准定义的一些网络接口，使得d v b 数字广播系统能够与其他电信网 络( 例如p d h 、s d h 、a t m 等) 相互连接，扩展了d v b 技术的应用范围，实现了 d v b 数字电视向电信网络的过渡。此外d v b 标准还定义了用于连接专业设备及 i r d 的接口。关于这些接口的d v b 标准包括：条件接收及其它应用的通用接口 标准( d v b c i ，可确定哪些数字接收机能够接收特定的广播电视节目，是付费 电视广播的基本部分) 、p d h ( 准同步数字系列) 网络d v b 接口标准( d v b p d h ) 、s d h ( 同步数字系列) 网络d v b 接口标准( d v b s d h ) 、a t m 网络d v b 接口标准( d 、，b 一觚m ) 、c a t v s m a t v 前端及类似的专业设备接口标准( d v b p i ) 和d v b i r d 接口标准( d i r d i ) 。 3 i s d b 标准【3 1 1 9 9 7 年9 月日本成立了数字广播专家组d i b e g ( d i g i t a lb r o a d c a s t i n g e x p e r t sg r o u p ) ，并提出了综合业务数字广播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 天津大学硕士学位论文第一章绪论 b r o a d c a s t i n g ) 系统标准。 i s d b 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。这个标准比前面的两个标准复杂，但用途更广，更有前途。 1 6 来源和论文结构 数模一体机也是数字电视的一种，只是不仅具有数字电视的功能，还兼容模 拟电视。数模一体机的实现通常可以分为两大类，一种是将数字电视接收机项盒 的模块内置在模拟电视中。此方案优点在于实现方便，但是由于数字部分和模拟 部分分离造成了使用上的不方便。另一类数模一体机的实现方案是完全将数字接 收和模拟接收融合在一起处理的方法。此类方案通常集成了一个高性能的m c u ， 能提供一个人性化的用户界面，操作简单，方便【1 9 】。 本论文主要是论述基于以b c m 3 5 6 0 数字电视芯片为核心的硬件平台，在l i n u x 操作系统下实现a t s c 制数模电视一体机的搜台换台和频道管理等功能。本人在 上海晖悦数字视频有限公司实习期间参与了a t s c 制数模电视一体机( 美国机) 相关功能的软件设计与实现。 第一章简述了数字电视的优点，数字电视的发展以及数字电视的标准概况。 第二章叙述a t s c 标准和节目系统信息( p s i p ) 。第三章简述该数字电视系统的 软硬件结构。第四章阐述操作系统( o s ) 以及搜台、换台、频道管理、模拟微 调和a f t 功能的实现。第四章也是本文的重点。第五章是关于软件架构的思考 和总结。 天津大学硕士学位论文第二章a t s c 标准 2 1a t s c 标准 第二章a t s c 标准 a t s c 标准的适用范围，不仅适用于阳) t v 高清晰度数字电视，也包含了 s d t v 标准清晰度数字电视和计算机图形格式等规范。 从数字电视信号处理技术上看，h d t v 和s d t v 并没有本质的差异，信道编 码和调制方式是一样的，区别只是经编码和调制后在频道规划的6 m h z 频带内， 相同码率下可以传输的电视节目的套数不同。例如地面广播，1 9 3 9 m b p s 码率， 用于传输h d t v 时可以传输一套高清电视节目，而用于传输s d t v 时可以传输 四到六套标清电视节目。 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 ) 数字电视标准由4 个分离 的层级组成，分别为应用层、压缩层、系统复用层和传输层，层级之间有清晰的 界面。 ， 从t s 流的形成可以看出4 个层次的关系【1 4 卿1 1 ，如图2 - 1 所示。 应用层压缩层复用层传输层 二= = = 睦= = 二= = ! 士三二二= = = = = = ! 盘二= = = = 图像源 声音源 辅 图2 1t s 流的形成 1 应用层( a p p l i c a t i o nl a y e r ) 是演播室内根据规定的视音频标准原始产生的、 未被压缩的视音频数据流，例如视频是s d i 或l i d s d i 数据流，音频是立体声或 天津大学硕士学位论文 第二章a t s c 标准 环绕声的数据流。a t s c 标准中规定了1 8 种可以采用的数字图像源格式。 数字图像源格式分为四类： 第一类h d t v 标准的参数：像素数1 9 2 0 1 0 8 0 ( 约2 0 8 万) ；像素形状为1 ： 1 的方形，图像宽高比为1 6 ：9 ；扫描有隔行( i ) 和逐行( p ) 两种不同方式；隔行 时场频6 0 h z ( 6 0 i ) ，逐行时帧频为3 0 h z ( 3 0 p ) 或2 4 h z ( 2 4 p , 适用于电影制作) 。 第二类准h d t v 标准的参数：像素数1 2 8 0 x 7 2 0 ( 约9 2 万) ；像素形状为1 ： 1 的方形，图像宽高比为1 6 ：9 ；扫描方式只有逐行( p ) ，帧频可以为6 0 h z ( 6 0 p ) ， 3 0 h z ( 3 0 p ) 或2 4 h z ( 2 4 p ) 。 第三类s d t v 标准的参数：像素数7 0 4 x 4 8 0 ( 约3 4 万) ；像素形状可以为 4 0 ：3 3 和1 0 ：1 1 的矩形，则图像宽高比有1 6 ：9 和4 ：3 两种；扫描有隔行( i ) 和逐行( p ) 两种不同方式：隔行时场频6 0 h z ( 6 0 i ，对应于现行的模拟电视n t s c 规 范) ，逐行时帧频可以为6 0 h z ( 6 0 p ) 、3 0 h z ( 3 0 p ) 或2 4 h z ( 2 4 p ) 。 第四类用于计算机v g a 的参数：像素数6 4 0 x 4 8 0 ( 约3 0 万) ；像素形状为 l ：1 的方形，图像宽高比为4 ：3 ；扫描有隔行( i ) 和逐行( p ) 两种不同方式：隔 行时场频可以为6 0 h z ( 6 0 1 ) ，逐行时帧频可以为6 0 h z ( 6 0 p ) 、3 0 h z ( 3 0 p ) 或 2 4 h z ( 2 4 p ) 。 2 压缩层( c o m p r e s s i o nl a y e r ) 是根据规定的信源编码标准对输入的数据流 进行压缩，以降低码率，产生压缩后的视频基本流( v i d e oe l e m e n t a r ys t r e a m ，v e s ) 和音频基本流( a u d i oe l e m e n t a r ys 仃c a m ，a e s ) 。 视频压缩标准主要是m p e g 一2 ，另外还兼容标准m p e g l 。 音频压缩标准主要是d o l b ya c 一3 ，另外还兼容标准m p e g 一1 、m p e g 一2 、 e a c 3 ( 增强的a c 3 ) 以及a a c ( a d v a n c e d a u d i oc o d i n g ) 。 3 传送层( t r a n s p o r tl a y e r ，系统复用层) 是将基本流( e s ) 打包，形成包 基本流( p e s ) ，实现音视频复用同时实现辅助数据复用。p e s 组成复用的传输 流( t s ) 或节目流( p s ) 中。传输流和节目流的区别在于：节目流的p e s 每个包 的长度不固定；而传输流的p e s 每个包的长度固定，每个包的长度为1 8 8 个字 节。 4 传输层( t r a n s m i s s i o nl a y e r ) 将t s 流进行信道编码，然后进行载波调制， 将调制后的信号发送出去。 对于不同的传输介质，调制方式不同，频率划分也有所不同。 2 2a t s c 系统 a t s c 发射系统由信源编码和压缩，业务复用和传送，信道编码和r f 传输 天津大学硕士学位论文 第二章a t s c 标准 三部分组成。对于a t s c 接收系统由信道解码和r f 解调，业务解复用，信源解 压和解码三部分组成。 l 、业务复用 将压缩后音视频流和辅助数据，复用到传输流或节目流中。辅助数据包括： 控制数据、条件访问的控制数据以及伴随节目中的音频和视频业务的数据( 例如 字幕) 等。 接收机需要将音视频流和辅助数据从传输流或节目流中解复用出来，完成各 自的用途。 a t s c 的传输复用是以m p e g 2 传输流的格式为基础旧。m p e g 2 提供了将压 缩后的视频，压缩后的音频和通用数据封装和复用成同一码流。 传输流的基本单位是打包的基本流( p e s ) 。 打包的基本流( p e s ) 的每个包由包头和负载组成。其中有效负载既可以是 基本流数据( e s ，包括视频基本流数据( s ) ，音频基本流数据( a e s ) ，数据 基本流数据( d e s ) ) ，也可以是节目和系统信息( p s i ) 。每个p e s 包都包含一个 可识别的p i d ，通过p i d 可识别p e s 中的负载是哪个视频流或哪个音频流，还 是节目系统信息。 节目和系统信息( p s i ) 以表( t a b l e ) 的形式存在。表是一个虚拟的概念， 为了在应用层进行某种应用而建立的。表与p e s 包的关系如图2 2 。每一个表的 内容可以由一个或几个段( s e c t i o n ) 组成，而每个段( s e c t i o n ) 又被打包成一个 或几个p e s 包。 表 s e c t i o n p e s 图2 2 t a b l e 与p e s 包的关系 p s i 包括m p e 9 2 系统层定义的表和a t s cp s i p ( p r o g r a m & s y s t e mi n f o r m a t i o n 天津大学硕士学位论文第二章a t s c 标准 p r o t o c 0 1 ) 定义的表。表2 - 1 和图2 - 3 显示了各个表的作用和功能及复用关系。 例如p a t 中解析出节目号为2 0 0 0 的p m t 的p i d 为1 0 2 5 ，接着可以通过p m t 的p i d 获得p m t 的数据，解析p m t 的数据可以获得该节目的音视频基本流的p d ，从而 可以从码流中分离出音频流和视频流进行解码播放。 圈2 - 3 复用关系【”1 表2 - 1 显示了各个表的作用 表( t a b l e ) 内容定义 p a t ( p r o g r a m a s s o c i a t i o n t a b l e lt s 流中每个节目对应的p m t 表的 m p e 9 2 系统层 信息， p m t ( t sp r o g r a m m a p t a b l e )每一个p m t 表对应一个数字节目m p e 9 2 系统层 的基本流的信息 c a t ( c o n d i f i o m l a c c e s s t a b l e )加密信息 m p c 9 2 系统层 s t r ( s y s t e m t i m e t a b l e )系统时问信息 m g t ( m a s t e r g t f i d e t a b l e )除s t t 外其他p s i p 各个表的版本 信息。 v c t ( v i f m m c h a n n e lt a b l e )虚拟数字频道信息。 i l r t c r a t i n g r e g i o a t a b l e )分级广播袁用来广播分级信息 e r r ( e v e n t i n f o r m a t i o n t a b l e ) 节目向导信息。 e 1 t ( e v 曲t i n f o m a t i o n t a b l e ) 节目向导信息中每个节目的详细 描述。 天津大学硕士学位论文第二章a t s c 标准 视频流数据，音频流数据和各种p s i 表可以通过p e s 中的p i d 识别出来：表 2 - 2 给出了各种数据的p i d 值。v c t , m g t , r r t , s t t 的p i d 相同，通过获得的p e s 包中的t a b l ei d 进行区分到底是哪个表。 表2 - 2 各种数据的p i d 表 d a t ap ) v i d e op e s 通过f m t 解析出来的p i d a u d i o p e s 通过p m t 解析出来的p i d p a t 0 x 0 p n n 通过p a t 解析出来的p i d c a t 0 x l v c t , m g t , r r t , s t t 0 x l f f b e i t - n ，e t t - n通过m g t 解析出来的p i d s e c t i o n 每个s e c t i o n 中有s e c t i o ns l a i n 和l a s ts e c t i o nn u m 两个参数，s e c t i o nn u l n 指 当前s e c t i o n 的n u n l 号。对于每个表的第一个s e c t i o n , s e c t i o ns u m 为0 ，以后的 s e c t i o n 依次递增。l a s ts e c t i o nn u l x l 指最后一个s e c t i o n 的s u m 号，也就是说该 表由l a s ts e c t i o nn u m + 1 个s e c t i o n 组成。 v e r s i o nn u m b e r 指表的版本号，当表的内容有所改变是相应的版本号递增。 t a b l ei d 是表的代码指该s e c t i o n 是属于哪个表的数据。另外t a b l ei de x t e n s i o n 用于区分子表数据。 v c t ( v t r t u a lc h a n n e lt a b l e ) 2 1 1 v c t 表有两种t v c t ( t e r r e s t r i a lv c t ) 和c v c t ( c a b l ev c t ) ，对应的t a b l ei d 是o ) 【c 8 和0 x c 9 。 表中的内容包括： s h o r tn a t n e 是逻辑频道的频道名。 m a j o rc h a n n e ln u m b e r 和m i b o rc h a n n e ln u m b e