（信号与信息处理专业论文）dvbc机顶盒软件系统的研究.pdf

摘要 数字电视机顶盒是由模拟电视向数字电视过渡的中间产品。结合我国国情， 对数字有线电视机顶盒的开发具有重要的实际意义。在数字电视机顶盒的开发研 制中，软件系统的研究和设计是整个开发工作的难点和重要组成部分，软件系统 的设计直接关系到产品的最终性能。 本论文的主要工作是在研究数字电视机顶盒相关技术和硬件结构的基础上， 设计软件系统实现信道、信源解码以及图形用户界面( g u i ) 的目的。该机顶盒以 l s i l c g i c 公司的单片信源解码器s c 2 0 0 0 为主芯片进行设计。本课题在开发平台 示例软件的基础上，开发了d v b c 机顶盒信道解码驱动程序以及上层应用程序； 在上层通过对f l a s h 的驱动程序调用，实现了用户参数的f l a s h 存储；通过 进行图形设计和编程实现了用户界面和操作的简洁化设计；并尝试使用字体库实 现中文字符的设计。本课题设计的软件系统在前期开发的机顶盒硬件系统上已经 通过了调试，已经较好的实现了预期的功能和效果。 本论文首先简述了数字电视机顶盒以及相关的m p e g 2 、d v b 标准等，而 后简要介绍了机顶盒硬件系统各部分及其主处理芯片，接着重点讨论软件系统的 各部分知识以及所做的工作，并给出了功能调试测试结果。另外，文中还对实时 操作系统p s o s y s t e m 和软件集成开发环境o d e ) 也进行了简单介绍。 关键词：机顶盒，数字视频广播，前端，s c 2 0 0 0 ，e j t a g a b s t r a c t d i 西t a lt vs e t - t o pb o x i st h et r a n s i e n tp r o d u c tf r o m a n a l o g u et v t od i g i t a lt v s oi nv i e wo ft h es i t u a t i o no fo u r c o u n t r y , i th a st h ep r a c t i c a li m p o r t a n c et od e v e l o p t h ed v b cs e t - t o pb o x i nt h er e s e a r c ho f s t b ，s o f t w a r er e s e a r c ha n dd e s i g ni st h e m o s td i f f i c u l ta n di st h ek e y c o m p o n e n t t h ef i n a lp r o d u c tp e r f o r m a n c eh a st h ed i r e c t r e l a t i o n sw i t ht h es o f t w a r ed e s i g n b a s e do nt h er e s e a r c ho ft h et e c h n o l o g i e so f d i g i t a lt v s t ba n dt h es u r v e yo f s t b sh a r d w a r ea r c h i t e c t u r e ，t h et h e s i sa i m sa tt h es o f t w a r ed e s i g nt or e a l i z et h e c h a n n e ld e c o d i n g ，s o u r c ed e c o d i n ga n d g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ( g u i ) t h es o l u t i o n i sb a s e do nl s i ss i n g l es o u r c ed e c o d i n gc h i pc a l l e ds c 2 0 0 0 r e f e r r i n gt ot h ed e m o o fd e v e l o pp l a t f o r m ，w ed e v e l o pt h ed r i v e ra n da p p l i c a t i o nl a y e ro fd v b cs t b s c h a n n e ld e c o d i n g ；u s i n ga p io ff l a s h d r i v e r s ，w ei m p l e m e n tt h es t o r a g eo f u s e r s p a r a m e t e r s ；u s i n gg r a p h i c a ld e s i g na n dp r o g r a m ，w ea c h i e v eo u ra i mt om a k eg u i c l e a na n de a s y ；u s i n gc h i n e s ef b 她w ea t t e m p tt o i m p l e m e n tc h i n e s ec h a r a c t e r d i s p l a y t h r o u g ht h ed e b u g g i n go n t h ef o r m e r d e v e l o p e ds t bh a r d w a r eb o a r d ， s o f t w a r es y s t e mh a sa c h i e v e dt h ea i mo f e x p e c t e df u n c t i o na n dp e r f o r m a n c e f i r s t l y , t h e t h e s i si n t r o d u c e s d i g i t a l t vs t b ，m p e g 一2a n dd v bs t a n d a r d ； s e c o n d l y , p r e s e n t ss t b s h a r d w a r ea r c h i t e c t u r ea n di t sm a i n c h i pi nb r i e f ；f i n a l l yt e l l s o ft h es o f t w a r ed e s i g na n dm yo w nw o r ko ni t ，a l s ot h ed e b u g g i n gi n f o r m a t i o na n d t e s tr e s u ki sm e n t i o n e d i na d d i t i o n ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h er t o so fp s o s y s t e m a n dt h es o f t w a r ei d e k e yw o r d s ：s e t t o pb o x ( s t b ) ，d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ( d v b ) ，f r o n te n d ( f e ) s c 2 0 0 0 ，e j t a g 独创性声明 本人声明所里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，也不包含为获得鑫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： 炙业c 减 签字日期：叶年土月j 凸日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解基注盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫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a 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：曩虹甙 签字日期：q 弋年 月 j 。日 导师签名： 签字日期 日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 数字电视和数字电视机顶盒发展概述 随着信息技术的发展，观众对电视节目质量和业务应用提出了更高更新的要 求，数字电视广播应运而生。目前，许多国家己经在卫星广播、有线电视广播和 地面广播中采用数字电视技术。数字电视的优势表现在：信号压缩技术提高了频 谱利用率；信道编码技术提高了信号的传输质量；能够与计算机、通信业务融合， 提供多方面的信息服务；数字电视使人们获取信息和娱乐更加便捷。因此各国政 府出于对本国政治、经济利益的考虑，对数字电视的研究开发、标准制订和产业 发展给予积极的影响和支持。 数字电视的概念首先是由高清晰度电视引出的。日本最早提出高清晰度电视 ( h d l w ) 的概念，并在8 0 年代初期( 1 9 8 1 ) 完成世界第一套高清晰度电视演 示系统，达到电影胶片的图像质量。高清晰度电视在水平和垂直方向上的清晰度 是原有电视清晰度的两倍，其包含的信息量大约是常规电视的五倍，显然，用原 有的电视节目传输方法传送高清晰度电视节目是不现实的。h d t v 是8 0 年代提 上日程的，日本率先开发出h d t v 。它于1 9 8 9 年就试播了m u s e - h d t v ( 多重 抽样编码) 。同时欧洲掀起了m a c 和h d m a c 制的研究。但无论是m u s e - h d t v 还是h i ) m a c ，其信号的传输形态仍然是模拟调频( f m ) ，频谱很宽，一套节 目就要占用一个卫星转发器频道( 2 4 m h z 一3 0 m h z ) ，使节目的扩展和频道的利 用率受到限制。 由于数字音视频编码压缩技术的迅速发展与实用化，使得数字高清晰度电视 广播有了新的发展。1 9 9 5 年，美国通信委员会( f c c ) 提出了美国数字电视标 准的建议。1 9 9 6 年1 2 月，f c c 通过了“a t s c 数字电视标准”。美国提出的全数 字频道兼容m p e g 2 压缩编码的h d t v 体制既适合卫星广播也适合地面广播和 有线电视系统传输，它仅占用一个共容的地面广播电视频道( 6 m h z 8 m h z ) ， 而其1 0 0 0 线以上的高清晰度画面和5 1 声道的环绕立体声达到了视听的理想境 界。同时，数字传输的特点为多种信号复用提供了方便。因此这种全数字频道兼 容h d t v 己为世界各国所公认和接受。 在美国带动下，欧洲也开始研制数字电视并制定自己的数字电视标准，即 d v b 标准。欧洲研制数字电视很重视数字电视可以增加节目内容这个潜在的优 势。他们抓住数据压缩可以比模拟制式更节省带宽这个特点，潜心于卫星数字视 频广播( d v b s ) 和有线数字视频广播( d v b c ) 这两项开发，使之能够利用 各种途径传送到千家万户。d v b 系统包括d v b s 、d v b c 和d v b - t ，其中最 突出的是d v b s ，由于其广播方式简单，设备投资少而被许多国家广泛采用。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 与此同时，亚洲、澳洲也纷纷为其开展数字广播积极地做准备，纷纷制定各自的 数字电视标准和广播电视全面数字化的日程安排，形成一股全球化的数字浪潮。 我国的数字电视技术也直紧跟世界技术的步伐。在我国众多省市、地方 电视台都实现了电视节目的数字卫星广播和接收，中央电视台和许多地方省台都 在通过卫星向全国传送数字卫星节目。电视台的发送和接收设备大都实现了数字 化，只是当电视台将数字节目从卫星上接收下来之后，仍然将其变成模拟信号通 过有线电视网送到各家庭。但是值得注意的是为了推广数字电视的广播，我国已 经出台了数字电视广播的日程安排表。全国已经有很多城市的部分地区开始数字 电视试播，2 0 0 8 北京奥运会又成为了我国全面推广数字电视的一个契机。 无论是以前的模拟彩电还是现在的数字处理电视都不具备对数字电视信号 进行解码的功能( 数字电视接收和显示一体机除外) ，因而需要一种能够接收数 字电视信号并转变成模拟信号输出的中间设备，这就是数字电视机项盒。它是充 当着电视台发送的数字电视信号与用户的显示设备二者之间桥梁的一种接收装 置，是随着数字电视广播的发展而出现的。 数字电视机顶盒分为数字卫星机顶盒，数字地面机顶盒，数字有线电视机 顶盒。我国已计划在十年内以数字电视取代现有的模拟电视机，并对全国的电视 台进行数字化改造，这个过程是相当长的，因此，在这个过渡时期，数字有线机 顶盒的市场应该是非常大的。数字有线电视机顶盒信号传输介质是全电缆网络或 光纤同轴混合网。由于有线电视网络较好的传输质量以及电缆调制解调器技术 的成熟，使得该类机顶盒可以实现各种交互式应用，并被业界广泛看好。数字有 线机顶盒可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( e p g ) 、准视频点播( n v o d ) 、按次付费观看( p p v ) 、软件在 线升级、数据广播、 n t e r n e t 接入、电子邮件、球电话和视频点播等。 数字电视的发展方向有两个方面：一方面，高清晰度的图像是人们追求的 理想的电视画面效果，所以数字高清晰度电视是数字电视的目标之一；另一方面， 在数字电视系统中提供多种刨新的服务功能也是一个重要的发展方向，所以数字 电视机顶盒技术的发展会朝着这两个方向前进，而且最终会是将二者集于一身。 目前，用于接收标准清晰度数字电视节目的机顶盒的主要发展方向是数据服务和 交互式服务。 数字电视的多方面的优越性及其在功能和市场中的巨大潜力使得d t v 和新 一代数字电视机顶盒成为众人瞩目的焦点。我国有上亿个有线电视用户，而且每 年以近1 0 的速度增长，如果有2 的用户希望接收数字电视节目，则需要几百 万台数字机顶盒。巨大的潜在市场，吸引着i t 、电子、信息服务以及娱乐业巨 头纷纷加入竞争。由于逐步认识到数字机顶盒的巨大市场潜力，消费电子厂家、 2 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 计算机公司、通信设备公司以及广播电视公司等纷纷开始抢占机顶盒领域的制高 点。 1 2 m p e g 2 标准概述 1 2 1m p e g 概述 m p e g ( m o v i n g p i c t u r e s e x p e r t sg r o u p ) 即“运动图像专家组”，这个专家组 的任务是给用于数字储存介质、电视广播和通信的运动图像及伴音制定一种通用 的编码方法。符合这种编码方法的视频可以作为计算机数据的形式加以管理，可 以存储于各种存储媒体，可以在现有的或将来的网络上进行传送和接收，也可以 在现有的和将来的广播频道中进行分配。 m p e g 专家组开始为数字视频压缩制定语法规则时，其目标是将视频灌入激 光盘，传输率为1 4 1 6 m b s ，图像分辨率为n t s c - 3 5 2 x 2 4 0 ，p a l ：3 5 2 x 2 8 8 。 它是一个面向帧的句法而不是面向场的句法，称为m p e g 1 。m p e g 一1 已经有效 的用于v c d ( v i d e oc d ) 和c d r o m 等光盘产品中，c d 盘的激光唱片能够储 存7 4 分钟的、经m p e g 1 压缩的视频和音频数据，活动图像的质量相当于v h s 水平。 m p e g 一2 专家组为广播方面的应用制定了m p e g - 2 标准，m p e g 一2 规定的图 像格式符合r r u rb t 6 0 1 建议( n t s c ：7 0 4 x 4 8 0 ，p a l ：7 0 4 x 5 7 6 ) ，规定的码率 为4 m b s 8 m b s 。另外，m p e g 一2 中不仅有逐行扫描，也有隔行扫描，1 6 ：9 宽高 比，在一个系统码流中可以有多个视频信道。此外，m p e g 一2 也包含了h d t v 标准。m p e g 2 已经被国际上公认为h d t v 信源压缩编码的标准，它被广泛用 于d v d 、广播电视、多媒体、信息高速公路、电子影院等多种领域中。 m p e g 被一致认为是比较成功的运动图像压缩标准，主要得益于它选用的关 键技术的广泛适用性和有效性。m p e g 中的关键压缩技术有三个：d c t ，运动补 偿和h u f f m a n 编码。d c t 大大减小了图像的空间冗余度，运动补偿大大减小了 时间冗余度，而h u f f m a n 编码则在信息表示方面大大减小了冗余度。这几种技术 的综合运用，使m p e g 适用性强，压缩率较高。 l 。2 。2m p e g 2 标准简介 1 2 2 1m p e g 2 的类和级 m p e g 2 标准覆盖一个广泛的应用范围。因此有较强的通用性。但是在实现 的时候，如果要求解码器全面满足算法规定的全部语法，那么解码器就会很复杂， 也是很不经济的，这就要求针对不同应用有其特殊性。 m p e g 2 对应于不同的编码复杂程度分为5 种：简单类、主类、s n r 可分级 天津大学硕士学位论文第一章绪论 类、空间域可分级类和高级类。每个类都会比它的前一个类更加复杂、更加完善 并提供更多的工具，同时其对应设备的价格也更高。 在同一个语法子集内，即同一个类内，需要处理的图像参数也有很大不同， m p e g 一2 还规定了若干个l e v e l ( 级) 加以区别对待。级对应于不同的图像格式 可分为4 种：低级、主级、高1 4 4 0 级和高级。 并不是所有的类和级的组合都有实际应用，其2 0 个组合中只有1 1 个是有用 的，称为m p e g 2 适用点( m p e g 2c o n f o r m a n c ep o i n t s ) ，见下表1 - 1 。 表1 - 1 “类”和“级”示意列表 类( p r o f i l e ) 级( u j v e l )简单类主类信噪比可分空间域可分高级类 ( 最高码率)( s i m p l e )( m a i 曲级类( s n r )级类( h i g h ) ( s p a i a l ) 高级( h i g h ) ( 8 0 m b i t s ) lm p h lih p h l 1 9 2 0 x 1 0 8 2 x 3 0 1 9 2 0 x 1 1 5 2 x 2 5 高1 4 4 0 级 ( h i g h l 4 4 0 ) | m p h 1 “0 l |s s p h 1 4 4 0 lh p h 1 4 4 0 l ( 6 0 m b i t s ) 1 4 4 0 x 1 0 8 0 x 3 0 1 4 4 0 x 1 1 5 2 x 2 5 主级( m a i n ) ( 1 5 m b i t s )s p m lm p m ls n r p m l，h p m l 7 2 0 x 4 8 0 x 3 0 7 2 0 x 5 7 6 x 2 5 低级( l o w ) ( 4 m b i t s ) m p l ls n r p l l 3 5 2 x 2 4 0 x 3 0 3 5 2 x 2 8 8 x 2 5 b 帧4 ：2 ：0b 帧 4 ：2 ：0 或4 ：2 ：2 信噪比可分级 空间域可分级 4 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 2 服务信息( s d 为了便于理解d v b 传输系统的服务信息，下面对传输码流的结构进行简单 的介绍。传输码流的长度定义为1 8 8 个字节长，如图1 - 1 所示。 包头适配区域有用数据 4 字节x 字节1 8 4 x 字节 1 8 8 字节 图1 - 1 传输码流的结构 同步字节 p i d 8 b i t1111 3 b i t2114 b i t 图1 - 2 传输流的字头结构 每个传输流的前4 个字节为字头，字头后面就是需要传送的有用信息，包括 音频、视频或数据信息，通常是1 8 4 个字节，有时在有用信息中插入一段适配区 域，用于补充长度不完整的传输流和放置解码时钟( p c r ) 。传输流的字头是识 别传输流的关键，其结构见图1 2 ，它由3 2 个比特组成，其含义见表1 - 2 所列。 表1 2 传输流字头各比特的含义 比特数代号含义 8 s y n c b y t e 同步字节 1e l传输差错指示 1 p u s x 有效负荷单元开始指示 1 t p r 优先传输 1 3p i d节目号 2 s c r f l a g s 传输交织标识 1a f适配区域标识 1 p f 有效负荷标识 d c c连续计数器 天津大学硕士学位论文第一章绪论 在字头的3 2 个比特中，1 3 位的p i d 码特别重要，它是辨别码流信息性质的 关键，是节目信息的“身份证”，不同的电视节目和服务信息对应有不同的p i d 码。对于一台解码接收机而言，为了找到它所要接收的电视节目，首先通过p i d 码找到服务信息所对应的不同表格，d v b 标准定义了如下服务信息： 节目关联表：p a t ( p r o g r a ma l l o c a t i o nt a b l e ) 由p i d o x 0 0 0 0 标识，它的主要 作用是指出传输码流中包括哪些节目，节目的编号与对应的节目映射表，并指定 网络信息表所对应的p i d 。 条件接入表：c a t ( c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e ) 由p i d o x 0 0 0 1 标识，c a t 提 供系统中条件接入的信息，指定c a 系统与它们相应的权益管理信息之间的联 系，制定e m m 的p i d ，以及其他相关参数。它的具体内容与所采用的c a 系统 有一定的关系。 传输流描述表：s d t ( s e r v i c ed e s c r i p t i o nt a b l e ) 由p i d 0 x 0 0 0 2 标识，提供 传输流的一些主要参数。 节目映射表：p m t ( p r o g r a mm a pt a b l e ) 指出相应节目中包含的内容，即节 目由哪些流构成，以及这些流的类型，指定节目中各流所对应的p i d ，以及节目 的p c r 所对应的p i d 。 网络信息表：n i t ( n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e ) 提供与多组传输流、物理网 络及网络传输相关的些信息，比如用于调谐的频率信息以及编码方式、调制方 式等参数方面的信息。 还有，时间信息表e i t ( e v e n ti n f o r m a t i o nt a b l e ) ，时间日期表t d t ( t i m e a n dd a t at a b l e ) 等。 通过这些服务信息表格，可以查到所要接收节目的p i d 码和对应的p c r ， 节目就可以还原。 1 3d v b 标准简介 1 3 1d v b 标准概述 欧洲的数字视频广播( d i 【g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，d v b ) 计划开始于1 9 9 3 年。d v b 是由电视工业界中部分国有的和私营的组织发起的一个市场引导的财 团。它的目的是建立用于引入基于m p e g 一2 的数字电视服务的框架。它不是直 接针对高清晰度电视，而是由普通分辨率的电视广播数字化作为起点，首先制定 的是卫星直播的数字电视标准，然后是使用c a t v 传输数字电视的标准，在这 些标准有了大量应用的同时，才最终制定了地面广播的数字电视标准。 6 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 2 d v b 标准的分类 d - v b 标准可以归纳成基带处理、传输、条件接收、交互操作等几个主要组 成部分，分别介绍如下： 1 , 3 2 1基带处理 基带处理部分主要包括视频、音频信号的压缩处理方法，码流的组成等。 d v b 采用的系统层是m p e g - 2 的系统，d v b 在使用m p e g - 2 的系统层时，有许 多参数和域没有使用，d v b 规定没有使用的部分或保留的域在i r d ( i n t e g r a t e d r e c e i v e rd e c o d e r ，综合接收解码器，即机顶盒) 实现时必须跳过或对应于未完 成的功能，以保证以后的扩展和兼容，在d v b 使用m p e g 2 音频和视频时也有 相同的原则。 d v b 的视频也采用m p e g 一2 的视频部分，它主要针对四种应用类型：( 1 ) 针对接收2 5 h z 帧频s d t v 的i r d 和为上述i r d 提供节目的广播；( 2 ) 针对接 收2 5 h z 帧频h d t v 的i r d 和为上述i r d 提供节目的广播；( 3 ) 针对接收3 0 h z 帧频s d t v 的1 r d 和为上述i r d 提供节目的广播；( 4 ) 针对接收3 0 h z 帧频h d t v 的承d 和为上述i r d 提供节目的广播。所作的主要规定是有关的参数的取值及 范围，如类( p r o f i l e ) 、级( l e v e l ) 、分辨率、色度格式、场频、帧频、宽高比等。 d v b 的音频采用m p e g 一2 的音频压缩标准。m p e g 音频压缩标准是基于 m u s i c a m 的算法，它是1 9 9 2 年被m p e g 接受并于1 9 9 3 年作为m p e g 一1 标准 颁布。m p e g 一1 的压缩分为三个层次：l a y e r1 ，l a y e r i i ，l a y e r i l l 。m p e g - 1 中 采用双声道立体声的音频。m p e g 2 标准仍然是采用了m u s i c a m 的算法，1 9 9 5 年m p e g 一2 制定了音频标准，它采用5 1 声道的立体声，并与m p e g 一1 的双声道 相兼容。1 9 9 7 年m p e g 2 改进了音频标准，使它与p r ol o g i c 音频相兼容。d v b 采用了l a y e ri 和l a y e r i i ，支持所有码率范弱和三种抽样率：3 2 k h z 、4 4 1 k h z 和4 8 k h z 。d v b 对使用m p e g 一2 音频的参数也作了具体规定。 1 3 2 2d v b 传输标准 传输部分主要规定基带信号如何通过各种广播渠道进行发送。规定的主要传 输标准有：d v b s 、d v b c 和d v b t 。这里主要介绍d v b c 标准a d v b c 标准针对的业务是有线电视( c a t v ) 系统，它规定从基带数字电视 信号到c a t v 信道之间的适配方法，即信道编码和调制方法。它的输入数字电 视信号可以是卫星接收到的节目，分配链路传来的节目或本地节目。在d v l 3 - c 系统中，采用r s 码进行前向纠错，并采用交织来抗突发误码。信道编码的许多 部分采用了与d v b s 相同的方法。由于c a t v 的传输环境相对比较可靠，因此， 在d v b c 中不再采用内码，以提高传输效率，而且调制方式也采用正交幅度调 制( q a m ) 。 7 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 2 3 条件接收 由于许多节目和服务不是免费的，就涉及到节目流的加扰和用户的授权解 扰。条件接收系统可以认为主要有两大组成部分：一部分是如何对节目流或服务 进行加扰( 也称s m s ，s u b s c r i b e r m a n a g e m e n ts y s t e m ) ，另一部分是如何加密和 传送用于解扰的控制字( s a s ，s u b s c r i b e r a u t h o r i z a t i o ns y s t e m ) 。d v b 不对s m s 和s a s 进行标准化，d v b 成员只开发了一个“公共加扰算法”。另外，为了使 接收机能够接收不同服务，规定了接收机的条件接收的统一接口。 1 3 2 4 交互操作 交互搡作是未来数字服务的优点和必然趋势。d v b 中的交互操作基于 m p e g 一2 的d s m c c 标准，它还制定了利用不同物理信道作为交互操作的物理 信道的方法。 1 4 本论文的任务 本课题的整体任务是研制符合d v b c 标准的数字有线电视机顶盒，包括硬 件和软件。目前，国外的很多芯片生产商对于标准清晰度的数字电视机顶盒有较 完整的解决方案，如s t 公司的s f i 5 5 0 0 的单片方案，l s il o g i c 公司的 l 6 4 0 0 8 + l 6 4 0 0 5 的两片方案和s c 2 0 0 0 单片方案。根据多方面的调研，确定采用 l s i l o g i c 公司的单芯片解决方案。在此基础上对机顶盒的功能提出一定的要求， 通过硬件和软件的各自开发和相互配合完成机项盒的研制工作。 本课题的任务主要可以分为两个部分：一、硬件部分的研制和开发；二、软 件部分的设计和开发。其中硬件研制主要分成信源解码板和信道板两部分。软件 的开发主要包括一部分底层驱动的开发。用户界面和频道接收控制等的设计。 本论文工作是整个课题的一部分，主要任务是机顶盒软件的设计和开发。软 件开发主要涉及以下方面； 1 信道解码板的驱动程序和控制软件的设计。 2 图形界面和菜单的设计。 3 应用程序参数的存储，即f l a s h 的应用程序编写。 4 软件的固化和优化工作。 5 中文字库的设计和实现。 6 信源解码软件的分析。 天津大学硕士学位论文 第二章数字机项盒功能结构概述 第二章数字机顶盒功能结构概述 因为具有与硬件系统密切相关的特殊性，所以嵌入式软件设计从根本上说是 以对硬件编程为主，没有对硬件的认识就无法顺畅的设计软件。因此在设计软件 之前需要对硬件系统进行理解，包括机顶盒功能结构和主处理芯片s c 2 0 0 0 的内 部模块结构等。 2 1 数字电视机顶盒的功能结构 数字电视在信源部分采用了m p e g - 2 数字视频压缩编码技术、m p e g 一2 数字 音频压缩编码( d v b 采用) 或d o l b y a c 3 音频压缩编码( 美国a t s c 采用) 技 术以及传输流复用技术等；在信道部分采用的编码技术有r e e d s o l o m o n 编码、 卷积交织编码等；调制技术根据不同的信道而有所差异，如数字卫星电视采用了 q p s k 调制技术，有线电视采用q a m 调制技术，地面广播使用了c o f d m 调制 技术等。 数字电视机顶盒的最基本的功能是接收数字电视节目，具体一些讲就是对 来自信道的数字电视信号首先进行解调和信道解码，得到传输流，由后端对传输 流进行解复用，分出音视频基本流，再经过音视频解码，输出解码后的视频和音 频信号。某些机顶盒还具有w e b 浏览功能及交互业务功能，这些机顶盒除了需 要信息的下传通道外还需要一个上传通道，在结构上比之前者要复杂些。 数字电视机顶盒从其结构上讲大体上可以分成两部分：信道解码部分和信 源解码部分。信道部分即前端，负责对数字电视信号进行解调接收和信道解码， 针对不同的信道可以配以不同的信道解调解码器。信源解码部分主要完成从t s 流输入到解码后的音视频输出之间的所有功能，包括传输流解复用、音频解码和 视频解码等，是机顶盒的核心部分。信源解码器的一般结构包括以下几个部分： 夺作为解复用、解扰和控制器的c p u c p u 软件存储所需的r o m 和r a m 夺视频解码器 审用于视频解码的r a m 夺音频解码器 审视频后处理模块电路 夺部分外部接口模块 我们采用的数字电视机顶盒的硬件方案使用的是集音视频解码和解复用功 能于一身的芯片s c 2 0 0 0 ，因此硬件构成比较简单。 一般对一个固定的前端，它与后端信源解码器的接口是一定的，二者通过 这个接口进行通信。就系统工作方式来讲，可能是由后端直接通过软件对前端进 天津大学硕士学位论文 第二章数字机项盒功能结构概述 行控制，也有可能前端部分自带一个小的c p u ，通过对它的编程来控制前端， 后端不直接干预前端的工作，而只通过某种通信的方式告知前端，现在需要做什 么，具体的操作由前端自身的软件完成。 2 2l s i l o g i c 公司数字电视机顶盒解决方案 本课题选择的整体方案是l s il o g i c 公司的数字电视机顶盒系统解决方案， 即s c 2 0 0 0 + l 6 4 7 6 8 ( 信道) 的方案，本方案具有如下特点： 1 技术相对成熟。本方案中的主芯片s c 2 0 0 0 是l s il o g i c 公司为数字电视机顶 盒专门开发的，被国内外的多家机顶盒厂商采用。 2 芯片选用少，集成度高。本方案核心芯片只用一片，有利于降低成本。 3 嵌入式操作系统p s o s y s t e m 是模块化，可裁剪的多任务实时操作系统，且使 用方便，运行稳定。 4 提供开发工具，支持部分库函数，并拥有一套强大而通用的命令语言接f i 。 本课题研制的数字电视机顶盒符合欧洲的d v b 标准。数字电视信号从电视 台经过卫星、地面或有线电缆传输到用户后，若要恢复出原始的图像和声音，需 要经过多个过程。首先进行信道解调和解码；然后对输出的传输流进行信源解码， 包括解复用，音视频解码，图形处理，视频编码，音频d a c 等。另外，机顶盒 还包括电源 流输入接 ：广l c v b ss 端手 】 瓣曼嘉恤板日施蝴嘲l 一 调试的；一赫j 蝴智黯f = r s 2 3 2 接f i ：lf - _ 一l 广 和用于解密电缆i 前端板吲船电源h 囊i 的智能卡接：。l _ _ 一 “ 口。其结构 。 框图如图2 1 所示。图2 1d v b c 机顶盒结构框图 信道部分即前端，这部分使用的是l s i 公司l 6 4 7 6 8 + m i c 公司的3 x 8 1 7 3 高频头。它通过一个6 4 脚插座和信源解码板相连，高频头接收射频信号并下变 频为中频信号，再送入q a m 解调模块l 6 4 7 6 8 进行q a m 解调，输出m p e g 传 输流( t s ) 并行数据。信源解码部分主要完成从t s 流输入到解码后的音视频输 天津大学硕士学位论文 第二章数字机项盒功能结构概述 出之间的所有功能，包括传输流解复用、音视频解码等，是机顶盒的核心部分。 信源解码板主要包括主解码芯片s c 2 0 0 0 ，配合主芯片处理和存储数据使用的 s d r a m - a 和s d r a m - b ，作为固化程序和存储节目参数用的f l a s h ，以及智能 卡芯片等一些外围芯片。前面板通过一个3 4 脚插座和信源解码板相连，包括控 制键盘、l e d 显示、指示灯和红外遥控器接收几个部分，是用户与机顶盒的界 面，用户通过手中的遥控器或前面板上的按键来选择或设置节目，实现人机交互。 电源板提供3 3 v ，5 v ，1 2 v 直流电源，信源解码板上电压稳压器将5 v 电源转 换成2 5 v ，给s c 2 0 0 0 供电。 关于此方案的软件的体系结构在以后会详细的讨论。 2 3s c 2 0 0 0 芯片介绍 2 - 3 1s c 2 0 0 0 的特征 s c 2 0 0 0 是l s il o g i c 公司的新一代针对s t b 的单芯片信源解码器，它集d v b 传输解复用、m p e g 2 解码、2 d 图形发生器、多标准视频编码器、音频d a c 及 t i n y r i s c t mm i p sc p u 等功能于一身，功能强大，是成本撮优化的单芯片解决方 案之一。 s c 2 0 0 0 芯片的特点如下： 高集成度 集成有多标准编码器p a l n t s c s e c a m 集成有音频d a c 系统成本低、体积小、可靠性高 内置工业标准的t i n y r i s c1 0 8 m h z m i p sc p u 1 0 8 m h z 3 2 一b i t t i n y r i s c 微处理器不仅可以满足通常s t b 产品的需要，并且 为系统的进一步开发和扩展留有足够的余地 具有极宽的专业开发工具选择范围，用户可以根据需要任选业界知名的优秀 软件作为开发工具 支持袖珍m i p s l 6 指令集，可减少4 0 的码容量，并与现存的3 2 _ b i t 二进制 码完全兼容。 _ 内置统一的o s g c p u t r a n s p o r t 存储器结构及专门的a v 存储器，s c 2 0 0 0 的 双存储器结构，使系统具有以下两个重要的优点： 专门的a 存储器总线，能提供m p e g 2 解码所需的高带宽，不受c p u 和 图形子系统性能的影响。 c p u 和o s g 存储器的统一，使系统具有高性能的图形处理能力。 内置5 层( 5 - p l a n e ) 图形引擎 天津大学硕士学位论文 第二章数字机项盒功能结构概述 这项技术与片上t i n y r i s cm i p sc p u 相结合，是e p g 电子编程引导、信息 服务和娱乐应用的基础。 与i s o i e c l 3 8 1 8 0 v i p e o 2 ) m p m l 标准兼容 内置d v b 传输协同处理器和解扰码器 灵活独立的扩展总线( e b u s ) 使得用来存储程序的f l a s h 存储器( 包括同步f l a s h ) 与附加的系统外围 之间可无缝连接。e b u s 可与8 b i t ，1 6 b i t 及3 2 b i t 的器件的结合，也支持外部 的母总线。 内置通用d m a 控制器 支持多种外围设备接口 带有i e e e l 2 8 4 接口 带有与外部1 3 9 4 p h y 芯片连接的辅助无缝接口 带有智能卡接口 带有u a r t m o d c m 编解码器接口 带有红外接口 带有1 2 c 兼容接口 带有图文电视( t e l e t e x t ) 接口 专业的集成开发工具包 a n s i c 编译器及库 高级的调试工具 嵌入有调试工具( e j t a g ) 3 3 v 电压，低功耗 3 5 2 脚p b g a 封装 在s c 2 0 0 0 的各功能模块中，本设计不使用的有：t e l e t e x t 接口，调制解调器 接口、i e e e l 2 8 4 及1 3 9 4 口。 2 3 2 s c 2 0 0 0 的内部结构 s c 2 0 0 0 结构框图如图2 2 所示。图中i - b u s 是c p u 用来存取其它子系统的 寄存器，同时也用于各个子系统向c p u 发中断。c p u ，解复用，o s g ，外围设 备接口子系统通过s - b u s 存取外部s d r a m ( s d r a m b ) 。s d r a m 控制子系统 负责管理s c 2 0 0 0 同s d r a m b 之间的接口，而音视频解码子系统直接存取专用 s d r a m ( s d r a m 舢。s d r a m a 与s d r a m ，b 之间可通过一个d m a 引擎直接 传送数据。这种分离式的内存结构在音视频解码时不需要c p u 的参与，而c p u 与o s g 共用一个存储器有利于提高图形处理的性能。 天津大学硕士学位论文 第二章数字机项盒功能结构概述 图2 - 2s c 2 0 0 0 结构框图 s c 2 0 0 0 包括如下几个子系统： c p u 子系统 s d r a m 控制子系统 传输解复用子系统 视音频解码子系统 图形处理子系统 混合器编码器子系统 外围设备接口子系统 下面分别介绍如下： 2 3 2 1c p u 子系统 s c 2 0 0 0 集成的c p u 是1 0 8 m h z3 2 b i t t i n y r i s c m i p s c p u ，内置有通用d m a 控制器和e j t a g 调试工具。它具有极宽的专业软件开发工具选择范围，用户可 天津大学硕士学位论文 第二章数字机项盒功能结构概述 以根据需要选择业界知名的优秀软件作为开发工具；支持袖珍m i p s l 6 指令集， 可节省存储器空间，并与现存3 2 b i t = 进制码完全兼容。该予系统结构框图如图 2 3 所示。 图2 - 3c p u 子系统结构框图 2 3 2 1 1 地址映像 m i p s 结构支持两种寻址方式：虚拟地址，在程序中使用；物理地址，在地 址总线中出现。虚拟地址分为4 个固定长度的段：k u s e g 、k s e g o 、k s e g l 和k s e 9 2 。 虚拟地址的2 9 到3 1 位决定了该地址的范围，表2 - 1 列出了虚拟地址到物理地址 的映射。 表2 - 1 虚拟地址映射 虚拟地址位虚拟地址范围物理地址范围是否使用名称 【2 9 ：3 1 】 0 0 0o x 0 0 0 0 0 0 0 0 一o x 0 0 0 0 0 0 0 0 是 k u s e g o x l f f f f h 下o x l f f f f 】疆下 0 0 1 0 1 1o x 2 0 0 0 0 0 0 0 一o x 2 0 0 0 0 0 0 0 否 k u s e g o x 7 f f f h 旺下o x 7 f f f f n 下 1 0 00 x 8 0 0 0 0 0 0 0 ，0 x o 0 0 0 0 0 0 0 是 k s e g o ( c a c h e d ) o x 9 f f e f f f f0 x l f f f l f f f f