（测试计量技术及仪器专业论文）数字电视机顶盒远程检测升级系统的研究.pdf

摘要 摘要 按照我国有线电视数字化过渡时间表的要求，到2 0 1 0 年，我国东部、中部 地区基本实现数字化，到2 0 1 5 年西部地区基本实现数字化。数字化可以使有线 电视的频道更多、图像更好、服务更广、领域更宽，可以为人民群众提供多样 化、专业化、对象化的节目内容、资讯信息和商务服务。随着新业务的不断增 加和技术的不断更新，为了让用户及时地享受新服务、感受新技术，通过有线 电视网下载程序数据，完成机顶盒软件程序的升级，成为数字电视机顶盒必须 具有的基本功能。 论文首先介绍了课题组所开发的数字电视机顶盒所使用的数字电视标准 一d 标准。然后，对所开发的数字电视机顶盒的硬件结构进行了论述。 论文详细阐述了空中升级的原理。根据原理，论文给出了实现空中升级的 详细系统设计。 论文给出了本人开发的升级系统涉及到的主要数据结构和程序流程图。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。 关键词：有线电视；数字电视；机项盒；d v b ；空中升级 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt o t r a n s i t i o nt i m et a b l eo fc a t vd i g i t i z a t i o ni nc h i n a ，c a t v d i g i t i z a t i o nw i l lb ea c h i e v e db a s i c a l l yi ne a s ta n dc e n v a la r e ai n2 0 1 0a n di n2 0 1 5 c a t vd i g i t i z a t i o nw i l lb ea c h i e v e db a s i c a l l yi nw e s ta r e a d i g i t a lc a t vc a l ls u p p l y m o r ec h a n n e l s ，b e t t e rp i c t u r e sa n dw i d e rs e r v i c e s t h ec u s t o m e rc a ng e tv a r i o u s ， p r o f e s s i o n a la n do b j e c t i v ep r o g r a m s ，i n f o r m a t i o na n ds e r v i c e s o f t w a r eu p g r a d eh a s b e e nan e c e s s a r yf u n c t i o ni ns e t t o p b o xo fd i g i t a lc a t vt ol e tc u s t o m e r se n j o yn e w s e r v i c e sa n dt a s t en e wt e c h n o l o g i e sa l o n gw i t hi n c r e a s i n go fn e wo p e r a t i o n sa n d r e n o v a t i o no ft e c h n o l o g y d v bs t a n d a r d o n eo ft h r e e d i g i t a l t e l e v i s i o ns t a n d a r d s ，i su s e di nt h e s e t t o p b o xt h a tw ed e v e l o p e d i t i si n t r o d u c e di nt h ef i r s tc h a p t e r t h e n ，t h e h a r d w a r es t r u c t u r eo ft h es e t - t o p - b o xt h a tw ed e v e l o p e di sd i s c u s s e di nt h es e c o n d c h a p t e r t h ep r i n c i p l eo fa i ru p g r a d ei si n t r o d u c e di nt h et h i r dc h a p t e r a c c o r d i n gt ot h e p r i n c i p l e ，t h ed e t a i l e ds y s t e md e s i g no fa i ru p g r a d ei sp r e s e n t e di nt h ef o r t hc h a p t e r i nt h ef i f t hc h a p t e r , m a i nd a t as t r u c t u r e sa n dp r o g r a mf l o wc h a r t so ft h eu p g r a d e s y s t e ma r ep r e s e n t e d i nt h ef i n a l i t y , t h ep r o b l e m sr e q u i r i n gf u r t h e rs t u d i e sa r ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：c a t v ；d i g i t a lt e l e v i s i o n ；s e t t o p - b o x ；d v b ；a i ru p g r a d e i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解北京机械工业学院关于收集、保存、使用学位论文 的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、 缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以 及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向 国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名：陈采宇 2 m 年王月沙日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月 日 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：陈永亏 2 , 0 年2 月2 乒日 第1 章引言 1 1 数字电视发展前景 第一章引言 世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字 电视是这一变革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒 体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全 新的、庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起广泛的关注，各发达国家 根据自己的国情，已分别制定出由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标。 数字电视被各国视为新世纪的战略技术。数字电视成了继电信引爆i t 之后的又 一大“热点”。 数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字 传输技术的新一代电视。它具有许多优点，例如，可实现双向交互业务、抗干 扰能力强、频率资源利用率高、可提供优质的电视图像和更多的视频服务( 如交 互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播) 等。 电视数字化是电视发展史上又一次重大的技术革命。数字电视不但是一个 由标准、设备和节目源生产等多个部分相互支持和匹配的技术系统，而且将对 相关行业产生影响并促进其发展。 针对有线电视的数字化，广电总局已经制定了具体计划，即分东部、中部、 西部三个区域、四个阶段实施数字化的发展。 按照这个规划，第一阶段大约到2 0 0 5 年底，直辖市、东部地区的地市以上的 城市，中部地区省会城市和地区地市级城市，以及西部地区的省会城市开始向 数字化过渡。 第二阶段，到2 0 0 8 年，中国地区的地市级城市和西部地区的少数城市要普 及数字化。 第三阶段，到2 0 1 0 年东部县以上城市，中部地区大部分县以上的城市基本 上完成数字化。 第四阶段，到2 0 1 5 年西部地区的有线电视基本完成向数字化过渡。采取分 区、分片整体转换的方式，力争到2 0 1 5 年完成整个的过渡。 第1 章引言 目前我国有线电视的拥有量在1 1 5 亿左右，中国电视用户占全球广播电视 用户大约1 3 ，如果都更换成数字电视，包括机顶盒和电视机在内的数字电视产 业，至少将创造3 0 0 0 亿的市场。 1 2d v b 概念 目前，数字电视广播的标准主要有美国、日本、欧洲三种。美国的标准是 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 先进电视制式委员会) ；欧洲的标准 是d v b ( d i g i t a lv 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 lb r o a d c a s t i n g 综合业务数字广播) 。相比其他两种 标准，d v b 标准发展最快，普及范围最大。我国已经确定的几项数字电视广播 标准也是参照欧洲的d v b 标准来制定【1 】。 欧洲数字视频广播( d v b ) 成立于1 9 9 3 年，是个私营机构，目的是推动欧洲 未来数字电视的发展。由研究单位、1 1 r 产业、广播电台、卫星业务经营公司和 电视技术规范制定机构组成。成员不久便达到1 5 0 个。到1 9 9 9 年1 0 月为止， 已有来自世界上3 3 个国家的2 5 3 个成员。它主要致力于制定卫星、电缆、地面、 共用天线电视和媒体微波颁布式业务传输业务系统、业务信息和数据广播等方 面的标准 2 。 d v b 的目标是建立采用以m p e g i i 为基础的数字电视业务的框架 3 。d v b 标准系列较为完备，市场应用发展也较领先，迄今为止已制定5 0 多项标准和标 准草案，作为欧洲通信标准( e t s ) 、欧洲通信标准建议草案( d r a f te t s ) 、欧洲通 信标准草案( p re t s ) 和欧洲标准技术规范( t s e n ) 、欧洲标准( e n ) 、d v b 技术规 范( d b vt s ) 等出版。在技术领域，欧洲广播联盟( e b u ) 处于研制新广播媒体的前 沿。它领导研制并开发了许多新的广播电视设备，通过仅次于日内瓦的d v b 协调办公室监督数字视频广播项目的进展。 1 3d v b 标准数字电视技术简介 d v b 标准提供了一整套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范， 其周全的计划及广泛的共识是其成功的关键。从一开始，大家就选定i s o i e c m p e g 一标准作为音频及视频的编码压缩方式，从而对信源编码进行了统一；随 2 第l 章引言 后对m p e g i i 的基本流进行打包形成传输流( t s ) ，然后进行多个传输流的复用 最后通过卫星、有线电视及开路地面波等不同媒介进行传输。 1 3 1d v b 标准的核心 1 系统采用m p e g 压缩的音频、视频及数据格式作为数据源； 2 系统采用公共m p e g i i 传输流( t s ) 复用方式； 3 】3 系统采用公共的用于描述广播节目的系统节目信息( p s i ) h ； 【4 】系统的第一级信道编码采用r e e d s o l o m o n ( r s ) 前向纠错编码保护 【5 调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定： 6 使用通用的加扰方式和条件接收界面； 1 3 2d v b 音频特点 d v b 系统的音频编码使用m p e g i 第二层( l a y e r - i d 的音频编码，也称作 m u s i c a m 吲。音频的m p e g _ il a y e r 编码压缩系统利用了声音的低音频谱掩蔽 效应。这一人体生理学效应允许我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率编码， 因而这一技术的采用可以大大地降低音频编码速率。m p e g il a y e ri i 音频编码可 用于单音、立体声、环绕声和多路多语言声音的编码。 1 3 3d v b 视频特点 对于视频，国际上采用标准的m p e g i i 压缩编码，m p e g i i 视频编码系统由一 个大家族构成，每一个系统之间都有兼容性和共同性 6 】。根据图像清晰度的不同， 它分成从录像带( v c r ) 的低图像清晰度到高清晰度电视等四种信源格式或称“等 级”( l e v e l ) 。除了根据图像清晰度定义的“等级”以外，d v b 视频标准还定义了 “档次”( p r o f i l e ) 的概念，每一个“档次”( p r o f i l e ) 都能够提供构成编码系统的 压缩工具和压缩算法。 1 3 4m p e g - ii 中的码流复用及节目信息 在数字电视传输过程中，音频、视频及数字信号首先经过m p e g i i 编码器进 行数据压缩，再通过节目复用器形成基本码流( e l e m e n t a r ys t r e a mo re s ) ，基本码 第1 章引言 流经过打包后形成有包头的基本码流( p a c k e d e l e m e n t a r ys t r e a m o r p e s ) 5 。代表 不同音频、视频信号的p e s 流被送入传输复用器进行系统复用，复用后的码流叫 做传输流( t r a n s p o r ts t r e a mo rt s ) 。传输流中包括多个节目源的不同信号，为了 区分这些信号，在系统复用器上需要加入节目信，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 o r p s i ) ，使接收端可以识别不同的节目。 1 3 5d v b 的传输系统 d v b 标准的传输系统分成信源编码( s o u r c ec o d i n g ) $ 口信道编码( c h a n n e l c o d i n g ) 两部分。信源编码采用m p e g 一标准对节目源进行压缩编码，然后对音 频、视频和数据流进行节目复用，最后再将多个数字电视节目流进行传输复用 得而最终得到传输流( t r a n s p o r ts t r e a mo rt s ) 。信道编码包括前向纠错编解码、 调制解调制和上下变额三部分。前向纠错编解码根据不同的传输媒介采用不同 的组合，下面会具体说明。在调制解调部分，卫星传输采用q p s k 调制，有线传输 采用q a m 调制，开路地面波传输采用c o f d m 调制或1 6 v s b 调制。 数字有线电视传播采用m p e g i i 压缩编码的传输流( t s ) 。由于传输媒介采用 的是同轴电缆，与卫星的传输信道相比外界干扰小，信号强度和信噪比相对高 些，所以前向纠错码保护中取消了内码。调制方式改成q a m 方式，常用的调制 方式有1 6 一q a m 、3 2 一q a m 、6 4 一q a m 或更高的1 2 8 一q a m 年1 1 2 5 6 一q a m l 7j 。对于q a m 调制而言，传输信息量越高，抗干扰能力越低。在一个8 m h z 标准电视频道内， 如果使用6 4 一q a m ，所传输的数据流速率为3 8 5 m b s ，也是可以传播5 6 路标准 清晰度的数字电视节目【j j 。 1 3 6 d v b 中的条件接收 d v b 数字电视的有条件接收是一个比较复杂的题目。各个国家、各个公司 都希望保守自己的秘密，大家很难达成一致意见，但目前d v b 标准达成以下共 识 8 ： ( 1 ) 两种加解扰方式共存于市场。第一种为“同密( s i m u l c r y p t ) ”，每台接收机只 能使用单一的解扰方式，排斥其它的解扰方式。第二种为“多密( m u l t i c r y p t ) ”， 每台接收机通过定义的公共接口( c o m m o ni n t e r f a c e ) 允许使用多种解扰方式。 f 2 ) 定义一种公共的加解扰算法，使消费者使用单一的解码器。 4 第1 章引言 ( 3 ) 要求条件接收的供应商提供进入数字解码器的接口方法。 ( 4 ) 公布有条件接收公共接1 3 ( c o m m o ni n t e r f a c e ) 的技术规格。 ( 5 ) 起草反盗版建议。 ( 6 ) 有条件接收系统供应商向其它数字电视生产厂商所提供的产品必须是合情 合理的产品，并且是禁止排斥公共接e l ( c o m m o ni n t e r f a c e ) 的产品。 ( 7 ) 有条件接收系统必须允许节目经营者之间的有条件控制转移，比如卫星有条 件接收的节目进入有线网后，原有的有条件接收系统可以被新的有条件接收 系统所替换。 1 4 课题的目的和意义 数字电视机顶盒作为一个嵌入式计算机系统，软件在其中起了重要作用。 随着新业务的不断增加和技术的不断更新，为了让用户及时地享受新服务、感 受新技术，通过有线电视网下载程序数据，完成机顶盒软件程序的自动或手动 升级，成为数字电视机顶盒必须具有的基本功能。同时，在线升级还具有以下 三个方面的作用【9 。 ( 1 ) 在线升级机顶盒的软件。商业应用中的机顶盒，如需解决软件中存在的 b u g ，提高机顶盒运行性能，修改某项业务或应用等，都要对软件进行升级，通 过空中升级，尽量延长机顶盒的使用寿命和支持新业务的能力。 ( 2 ) 远程修复机顶盒的软件。如用户使用不当或当在线升级机顶盒的软件时 突然断电，可能导致机顶盒的软件损坏，从而无法正常使用甚至无法启动，此 时可通过空中升级下载机顶盒软件替换掉已损坏的本地软件来修复机顶盒。这 样也极大的降低了运营商的维护成本。 ( 3 ) 确保商业运行的安全性。在系统中，针对维护商业利益的条件接收系统， 防破译和反破译始终是业界关心的重要问题。通过空中升级，可适时更新条件 接收的密钥，在线升级条件接收系统，确保条件接收系统始终具有最新软件版 本，保证最新加密技术成果应用于每一台机顶盒，从而保证运营的安全性。 第2 章硬件结构 第二章硬件结构 数字电视机顶盒硬件结构主要包括系统控制单元、前端接收单元、t s 解复 用单元、d v b 解扰单元、音视频解码单元、视频缩放控制单元、显示控制单元、 音视频编码单元、存储单元、接口单元、前端面板单元、电源单元等。图2 - 1 为机顶盒硬件组成框图。 机顶盒 系统控制单元 硬件组成 么 群酬 前端接收单元k 2 参 ：= 纠音视频解码单元 ll t s 流解复用单元| 。 m p e g ： = 刮视频缩放 控制单元 。v n 解扰单元| ；= 令 镯 一h 显示控制 莲厂叫 单元 端 鬯 l弋， 鬯幽隧陋 h v ：= 刮音视频编码单元f = 豳幽辩 h 接口单元 、 网溺酣 k 1 f 。= 纠 存储单元 ”胖“v 电源单元 l r 一 图2 - 1 机顶盒硬件结构框图 6 第2 章硬件结构 2 1 系统控制单元 系统控制单元是一个a r ct a n g e n t a 4 微处理器，它是一个针对片上系统解 决方案的3 2 位r i s c 核。a r ct a n g e n t a 4 微处理器的核心是一个具有四级流水 线的3 2 位r i s c 结构。其结构框图如图3 2 所示。 2 1 1 主要性能参数 图2 - 2 嵌入式a r c 结构框图 ( 1 ) 运行频率：1 3 0 5 m h z ( 2 ) 四级流水线 ( 3 ) 3 2 位数据寻址空间 ( 4 ) 程序存储空间：字节地址：0 x 0 0 0 01 3 0 0 0 0 x 3 f ff f f f ( 6 4 m b y t e ) ( 5 ) p b 部存储器空间：字节地址：0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 7 f ff f f f ( 1 2 8 m b y t e ) ( 6 ) 控制寄存器：字节地址：o x 0 8 0 00 0 0 0 0 x b f ff f f f ( 6 4 m b y t e ) ( 7 ) 通用处理器接口：字节地址：o x o c 0 00 0 0 0 0 x 0 f f ff f f f ( 6 4 m b y t e ) ( 8 ) 4 k b y t e 指令缓存直接映射 7 第2 章硬件结构 ( 9 ) 2 k b y t e 数据缓存直接映射 ( 1 0 ) 支持2 5 个中断 2 1 2a r c 中断系统 有2 5 个中断向量，它们共享一个可编程的基地址。每一个中断都是可配置 的，可以设置为边缘触发或高电平触发或低电平触发。每一个中断的优先级也 是可设置的，可设置为中优先级或低优先级。 中断0 2 为直接中断，分别由重置、指令错误和内存异常产生。中断3 2 4 为间接中断，由中断控制模块产生。下表为中断向量表： dr e s e t r e s e t _ j r q i u n k 2 h l g h 0 0 0 1 m e m o r ye x c e 嘣o n m e me x ti r 0l u n k 2 h l g h 0 x 0 b 21 n s t r u c t i o ne n | o rj n s te r rl r 0i l i n k 2 t l l g l l o x l 0 3】n f 阳r e dr x ，t ri r ol u n k l ，2m m i m u m0 rmj d c l l e i x l 8 o rc o r f l b i n e di r 0 ( 2 0 ：3 ) d 1 2 c| | cl r 0l u n k l _ f 2m i n i m u mo rr n i d d l eo x 2 0 5u a r tu a r tl r oi u n k l ，2m i n f m u mo rr n i d c l l e阻2 8 6l c - c a r d ll c c li r 0l u n k l l 2m l n l m u mo rr r l l d d l e0 x 3 0 7g p l 0g p l oi r ol u n k l ，2m i n l m u mo rm l d d l eo x 3 8 b d i s p l a yc ；o n t r o l l e r 0 d l s p oi r 0l l i n k l ，2m i n l m u mo rm i d d l e0 x 4 0 9 d i s p l a yc o n t r o l l e r1 d l s p ll r 0i u n k l ，2m i n i m u m0 rr l l l d d i e0 x 4 8 1 0a u d i oo u t p u ta o 暇0l l j n k l ，2r nj n l m u r no fn l l d d l e0 ) 【5 0 1 1 a u c l i od e c o c l e ra dl r 0l j n k l ，2m l n i m u mo rr n l d d l e0 x 5 8 1 2v i d e od e c o c l e rv dl r 0l u n k l ，2m l n i m u mo rr n l d d l eo x 6 0 13 b u n 色r m a n a g e r b ml r ql u n k 2m l n l m u mo rr r l i o l d i eo x 6 8 1 4 t r a n s p o r ts t t e a m e l l l x t s di r 0l u n k l ，2m i n l m u r r lo rn l l o l d i e诹7 0 1 5 e x t e r r l a li r qi n p u te s ti r 0l u n k l ，2m i 川m u m1 3 rm i d c i l e0 ) c 7 8 1 6 k e y b o a r dm o n i t o r k e yi r 0l u n k l ，2m l n l m u mo rm i d d l e0 ) c 8 0 1 7t l r e e f2f a s t t 1 2 _ f a $ t l r q i l i n k l 2m l n l m u mo f m i d d l e0 ) c 8 8 1 b t l f i l e r2s l o w t 1 2 $ l o w i r q i l i n k l 2m l n l m u mo rm i c l d l em 9 0 1 9t ir l l e r1f a s t t | 1 一f a s t i r q i l i n k l l 2m l n l m u mo rm i d d l e0 x 9 8 2 0t l m e r ls l o wt 1 1s l o wl r ol u n k l ，2m i n l m u mo rm i d d l eo t a o 2 1 j c - c a r d2i c c 2i r 0l u n k l ，2m m i m u mo rm i d d l e0 x a 8 2 2r e s e p , e d f i q l a s sj g n e d i l i n k l ，2m l n l m u mo fm i d d l e0 x 日0 2 3s o f l w a r el r 0s wi r 0 2 3l u n k l ，2m i n l m u mo rm i d d l eo x b 8 2 4 s o r w a r el r 0s wi r 0 2 4l u n k l l 2m l n l m u mo rmj d d l eo x c 0 2 1 3a r c 定时器 表2 - 1a r c 中断向量表 有三个定时器，包括两个标准定时器和一个时间戳定时器。标准定时器包 含一个1 6 位的预定标器和一个1 6 位计数器。时间戳定时器是一个包含一个8 位预定标器的2 4 位正计数器。 8 第2 章硬件结构 2 1 4a r c 调试接口 a r c 使用两线串行端口作为调试接口。默认传输速率为3 8 4 k b a u d ，可通过 软件在调试过程中修改。调试接口使用标准的8 n 1 格式，8 位数据位，没有极性 位，一位停止位。 2 2 前端接收单元 前端接收单元主要完成信号接收、变频和信号的解调。它主要包括调谐器、 解调器、a d 转换和声表面波滤波等。其中，调谐器主要是将射频信号下变频到 一个固定的中频信号。解调器则根据d v b 传输网络不同，进行q p s k ，q a m 等 方式的解调。最终输出包含音视频和其他数据信息的传输流。在d v b c 传输系 统中，采用q a m 调制。图2 3 为有线电视数字调制解调的发射接收示意图。为 了信号的有效传输，首先要将输入的数字基带信号( t s ) 经过编码处理，然后经过 滤波、调制、放大得到模拟射频信号。数字接收解调的过程可以看成与数字发 射调制的过程是完全反向对称的，在接收端，射频信号经过滤波放大，再与射 频本振信号混频即可得中频信号，信号经过中频抽样和q a m 解调便可恢复出 原始基带信号“。 图2 - 3 有线电视数字调制解调的发射接收示意图 2 2 1 调谐器 调谐器部分原理图如图2 4 所示。信号传送至接收端，调谐器部分要将r f 9 第2 章硬件结构 的q a m 信号转换到的q a m 信号，该部分包括混频电路、高频和中频放大 电路以及声表面波滤波电路。通常，调谐器将整个频段分为三部分：低带、中 带、高带。射频信号输入，首先经过带通选择，输出的信号经放大、滤波后与 本振发生器( p l l ) 产生的本振信号频率混频，p l l 频率合成器的控制寄存器可通 过1 2 c 总线来控制，根据需要对其设置相应控制字，这样，频率合成器可产生 需要的本振频率，本振频率与输入的射频信号混频后输出中频信号，通过声表 面波滤波器滤波，输出的信号经射随电路到低通滤波器，最后给解调芯片提供 第一中频信号输入【12 j 。 2 2 2 解调器 图2 - 4 调谐器部分原理图 解调器硬件原理如图2 5 所示。射频信号下变频到中频以后，解调部分将其 分为截然不同的两路。为了转化为基带信号，每一路信号与本振混频从而得 到两路相差九十度的基带信号。中频信号经a d c 之后，数字i q 解调首先完成 内部解调的初始化，修正网络传输中信号畸变导致的中频偏移。之后是码元时 钟恢复和1 1 2 奈奎斯特差分滤波器滤波，为了弥补奈奎斯特差分滤波导致的能量 损失，此时数字a g c 开始启控，同时均衡器也开始上作，当载波侦测成功后， 内部解交织、r s 解码、解扰等均开始工作，一旦包头的同步字节反置恢复后， 整个解调状态锁定，此时t s 输出，解调过程完成 1 ”。 1 0 第2 章硬件结构 图2 - 5 解调器硬件原理图 2 3 传输流解复用单元 传输流解复用单元的主要功能是分析p i d ，识别满足已编程指定的多路p i d 中的某一路的t s ，将不需要的基本流滤掉。此外，解复用单元还要过滤出机顶 盒基本模块需要的s i p s i 信息、c a 模块需要的e c m e m m 信息，并将收到的 信息发送到相应的单元。其中s i p s i 信息是机顶盒接收节目的基本条件，在其 中定义了机顶盒索引频道和其他一些e p g 信息。另外，传输流解复用单元还可 以处理基本的同步及错误检测。 2 3 1p i d 过滤 p i d 特别重要，它是辨别码流信息性质的关键，是节目信息的“身份证”，不 同的电视节目、特殊节目信息( p s i ) 、服务信息( s i ) 对应有不同的p d 值1 3 。p i d 过滤的目的是识别出t s 码流中所选定p i d 的码流，丢弃其他p i d 的码流。 2 3 2 段过滤 每一个段( s e c t i o n ) 数据都由一个表头( t a b l e i d ) 和除去段长度表示字节的最 大可达1 5 b y t e 的段数据区组成。在码流层上，这些数据段头比较器是可以选择和 编辑的。而且，对于不同p i d 的流而言，这些段比较的长度是可以分别编辑的。 下图是段过滤示意图。 第2 章硬件结构 图2 6 段过滤示意图 在p i d 过滤后，t s d 读取各个流的配置数据。在这些流配置数据中，有一 个地址是指向比较器的，因此，每一个流都有它自己的比较器，或者多个流共 用一个比较器。然后，经过比较匹配的数据被继续向前通过m i ( m e m o r yi n t e r f a c e 存储器接口) 存入外部的s d r a m 中。 2 4 解扰单元 d v b 通用加扰算法指定了块加密和流加密两种不同的加密算法用于对数据 进行加扰。块加密算法利用可逆密码分组链模式对8 字节的数据的单位块进行加 密，流加密是用一个伪随机序列字节发生器产生的字节来进行加密。首先将欲 加扰的t s 包中的载荷按每块8 字节分为字节块，如果该t s 包没有调整字段，则除 去包头的1 8 4 个字节可分成2 3 个字节块。采用可逆密码分组链加密方法对这2 3 个 字节块进行块加密，然后再用控制字对这加密后的块进行流加密，也就是用控 制字通过伪随机序列发生器触发产生的伪随机序列对数据字节按位异或相乘。 其中块加密所用到的密钥是控制字通过不同的调度算法得到的数据密钥。基于 这种算法，解扰算法需要从流解密开始然后进行块解密最终达到对t s 包的有效 负载进行解扰。 解扰单元可以在t s 和p e s 层次上进行解扰( 解密) ，一般具有多路不同码流 的并行处理能力，即可以存储多对密钥( k e y ) 。 1 2 第2 章硬件结构 2 5 音视频解码单元 音视频解码单元包括视频解码模块和音频解码模块。视频解码模块在硬件 上实现对m p e g i 视频数据的解码，音频解码模块在硬件上实现对经m u s i c a m 压缩编码的音频数据的解码。 2 5 1 视频解码模块 视频解码模块的主要功能是对输入的比特流中的视频部分进行m p e g 解 码。以p a l 或者n t s c 格式重建的画面通过外部存储器被送到视频成形模块m 。 要解码和重建视频流，需要以下几个步骤： 1 解码； ( 2 ) 画面系数的反量化： ( 3 ) 反d c t 变换( 反离散余弦变换) ，将画面系数转换成亮度和色度像素数据； ( 4 ) 帧重建，利用视频流中的运动向量； ( 5 ) 将画面数据存储到内含的存储器，用于输出给视频成形模块。 视频解码模块支持m p m l 的m p e g i 和m p e g i i 压缩标准。如下图所示， 在变长度解码器( v l d ) 中进行流解码以及在反量化器( i q ) 中进行反量化后，画面 数据被送到反离散余弦变换器( i d c t ) q u 。然后，将亮度和色度数据送到帧重建 器( f i t ) ，同时将它们储存到内含的存储器中 1 5 】。 图2 7 视频解码模块框图 1 3 第2 章硬件结构 2 5 2 音频解码模块 音频解码模块的主要功能是解压缩m p e g il a y e r 一1 i 音频数据。下图是音频 解码的原理框图。音频命令接口( a d _ c m d ) 控制音频解码器和h o s t 之间的通 信。音频解码的核心由6 个功能模块组成：输入接口( a d 一p ) 、帧解压( a d _ f u p ) 、 过滤存储( a d _ f l t ) 、处理单元( a d _ m u l ) 、s c h e d u l e r ( a d _ s c d ) 茅1 1 共享存储器 ( a d _ r m ) 。其中，共享存储器用于帧解压器和滤波器之间进行通信和输出数据 的缓冲池。帧解压器和数据流同步，然后解压数据头和数据信息，并且完成c r c 的检验，采样数据点也在这里进行重建。然后重建的采样点被送至i j a d _ f l t 。为 了减小芯片面积，所以帧解压器和滤波器共用a d 的资源( 处理器和存储器) 。 s c h e d u l e r ( a d _ s c d ) 控制整个语音的解压过程。 2 6 显示控制单元 图2 8 音频解码原理框图 显示控制单元产生o s d ( o n s c r e e nd i s p l a y 人机交互界面) 和图像数据。在正 在播放的视频和背景色上可以叠加最多4 个图像o s d 层，如果把视频和背景色计 算在内，则共有6 个层。4 个图像o s d 层相互独立，每一个可以独立配置。下图 为显示控制单元框图。 1 4 第2 章硬件结构 图2 9 显示控制单元框图 一个输入信号由m p e g 视频缩放控制单元( m v s ) 提供。m p e g 视频缩放控制 单元的主要任务顾名思义，就是缩放m p e g 视频信号。通过设置m p e g 视频缩放 控制单元的寄存器，可以使输入信号v a l i d s i g n a l s 是有效的。这些信号显示视频 数据( y c r c b v a l i d ) 并l 其它一些数据的有效性。 转化器和背景色模块产生只有一种颜色的背景面。依赖于有效信号，y c r c b 数据可以放在背景面上面。 显示控制单元有两个输出提供给视频编码单元。第一个输出( y c r c b l ) 可以 没有或只有一个o s d 层，第二个输出一直有四个o s d 层。 2 7 音视频编码单元 音视频编码单元包括视频编码和音频编码模块。视频编码模块将解码出来的 视频数据转化成p a l n t s c 格式；音频编码模块将音频信号转换为p c m 信号。 1 5 器 ，一 溉 觏 第2 章硬件结构 2 7 1 音频编码模块 音频编码模块主要以多种方式格式化音频数据从而实现多种输出。它处理 解码后的音频数据的并串转换和音量控制等，主要输出p c m 音频数据。 2 7 2 视频编码模块 视频编码模块包括一个p a i ，n t s c ，s e c a m 编码器，一个r g bd e m a t r i x 和一 个r r u r 6 5 6 编码器。这个功能模块有两个输入，这两个输入都是来自显示控制 单元。除此之外，还有一个片上颜色条产生器。以上三个信号可被送入颜色编 码器、r g bd e m a t r i x 和r r u r 6 5 6 编码器。颜色编码器产生c v b s ( 复合视频信号) 、 y ( 亮度信号) 和c ( 色度信号) ；r g bd e - m a t r i x 输+ i r ( 红色信号) 、g ( 绿色信号) 和 b ( 蓝色信号) 或者y 、c r 和c b 。r r u r 6 5 6 编码器产生一个i t u r 6 5 6 数据流。 上述三个编码器输出的信号被输入到复用器，此复用器可以复合模拟和数 字信号。复用器的输出被送入五个数模转换器，数模转换器输出模拟信号到五 个输出管脚。如下图所示为视频编码模块的结构框图。 图2 1 0 视频编码模块结构框图 1 6 第2 章硬件结构 2 8 存储单元 主要包括两部分，一个是运行系统的s d r a m ，一个是存储主系统、b o o t l o a d e r 和用户数据的f l a s h 。s d r a m 是按块来控制的，一般分成四块，分别为 b a n k 0 、b a n k l 、b a n k 2 、b a n k 3 。它们的映射图分别如下所示。 b a n k 0 b a n k l b a l l k 2 b a n k 3 图2 1 l - as d r a m 映射图图2 1 l - bf l a s h 映射图 2 9 接口单元 接口单元包括条件接收卡接口、红外接口、通用异步收发接口等。条件接 收卡接口负责机顶盒与条件接收卡的通信；红外接口负责机顶盒与红外遥控器 的通信；通用异步收发接口负责机顶盒与电脑等设备的通信。 2 9 1 条件接收卡接口模块 条件接收卡接口模块提供机顶盒和条件接收卡的通信，接收卡采用i s o7 8 1 6 国际标准。此接口模块只支持异步卡，包含实现串并互换功能的转换器，此转 换器含有定时器和控制逻辑。c p u 控制数据输入和输出条件接收卡。条件接收卡 接口管理接口时序，并对数据成帧、定时和错误控制提供有限的支持。下图为 条件接收卡接口模块简化框图。 1 7 第2 章硬件结构 c n 正国礴 i c c l 垃 险一 g 。幡l 一 l 瞄 t i m e r l 一 l 肫盯 一 l 一 、一 i 卜、 l “l 。拳“ 瞄。 ：吲一b a u d 豳r a t e ii g p l 0 i n t e r f a c e b l o c k = 1 裂 旰 i c c 除一 c o n t r o l1 3 1 0 c k 函” 险、 瞄 图2 1 2 条件接收卡接口简化框图 如上图所示，u a r t ( 通用异步收发) 模块采用异步串口通信协议，波特率由 波特率产生器提供。此外，还有两个定时器，一个是保护定时器，用于提供两 个连续发送字节问的间隔；一个是空闲定时器，可以被e t u 时钟或接收卡时钟启 动，也可以用于一般目的的定时器。 部分输入输出信号含义如下： i c d o u t ：条件接收卡串行数据的串行输出端 i c d i n ：条件接收卡串行数据的串行输入端 i c _ c l k ：时钟 i c c i n ：条件接收卡侦测端 i c _ v p e n ：编程使能输出端 i c _ r s t ：条件接收卡复位端 i c v c c ：电源电压输出端 1 8 第2 章硬件结构 2 9 2 红外接口模块 红外接口模块的功能就是接收遥控器发出的红外信号，解码脉宽调制信号。 可配置硬件测量红外输入管脚上的信号边沿间的宽度，然后软件分析时序和解 码收到的红外信号代码。一个可编程的四字节深度的f i f o 缓存测得的数据。下 图为红外接口模块结构框图。 图2 1 3 红外接口模块结构框图 2 9 3 通用异步收发接口模块 通用异步收发接口模块用于机顶盒和电脑等设备的通信。该模块支持r s 2 3 2 协议。该协议所对应的四个信号如下： u a t x ：输出信号，用于发送数据 u a _ r x ：输入信号，用于接收数据 u a _ c t s ：输入信号，用于清除发送端 u a _ r t s ：输出信号，用于准备发送 下图为该模块的结构框图。 1 9 第2 章硬件结构 i x b 慨t x 湖 除 4 b y | j 嘲 瞄 i 双b u f f e rf s 蛾 4 b i t e s _ _ 一 r e c j s t e f可 , - - - 4 1 , l 鼬b a u d r a l e g o l n 旭d a i b l o c k 1 、一 哪一 u a 盯 c o n t r o i 翻。嚏 除 t - 珥q 图2 1 4 通用异步收发接口模块结构框图 第3 章系统原理 第三章系统原理 目前在数字电视机项盒中