（信号与信息处理专业论文）dvbtdvd机顶盒方案的软件研发.pdf

中文摘要 伴随着电视广播的全面数字化，数字电视产业这一新兴产业已经引起广泛的 关注。许多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。在目前数字与模拟电视并存的时期，数字电视机顶盒将成为这个 时期的推动数字电视产业发展的最主要产品。 本论文的内容分为三大部分： 论文第一部分主要内容是详细介绍s u n p l u s 公司具有d v d 功能的d v b t 数字 标准清晰度电视机顶盒系统。s h p e 8 2 0 2 是s u n p l u s 公司出产的集系统控制、信 源解码和各种格式音视频输出于一体的数字电视机顶盒专用芯片。论文在此部分 详细介绍了系统硬件部分的框架结构和整个系统软件结构。 论文第二部分和第三部分深入地探讨了机顶盒软件系统的几个部分。 第二部分的主要内容是详细介绍了机项盒软件的o s o ( o ns c r e e nd i s p l a y ) 部分。o s d 也就是用户界面，是用户和机顶盒交互的纽带，也是机项盒软件系统 最重要的部分之一。一个机顶盒系统o s o 软件的好坏直接决定了它的市场前景。 文中首先介绍了o s d 的基本原理，然后重点探讨了机顶盒软件中b i t m a p 位图和 字符在o s d 上的实现方法。 第三部分的主要内容是介绍数字电视节目信息的解析和数据库管理。数字电 视需要存储大量的节目信息，如何商效的实现存储并且方便快速查找是现在高档 机顶盒需要解决的问题。本部分介绍了节目信息的解析、数据库化的管理和用户 屏面节目列表的管理三方面在本方案中的实现。 关键词：机顶盒d v do s d 位图字符显示节目信息管理 a b s t r a c t w i t ht h ed i g i t a l i z a t i o no f t h et vb r o a d c a s t i n g ，d t v ( d i g i t a lt e l e v i s i o n ) i n d u s t r y h a sa r o u s e dav a s tc o n c e r na l lo v e rt i l ew o r l d m a n yc o u n t r i e sh a v es e tu pt h e i ro w n s c h e m e so f t h et r a n s i t o nf r o mt h ea n a l o gt vt od i g i t a lt v d t vs t b ( s e t - t o pb o x ) w i l lb ea ni m p o r t a n tp r o d u c to f t h ed t vi n d u s t r yd u r i n gt h ep e r i o di nw h i c hb o t ht h e a n a l o gt va n dt h ed i g i t a lt v e x i s t t h ec o n t e n to f t h ed i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s t h ef i r s tp a r ti st od e v e l o pas t bw i t i it h ef u n c t i o n so f d v da n dd v b ts d t v b a s e do ns u n p l u ss o l u t i o n t h em a i nc h i pi ss p h e 8 2 0 2 ，w h i c hh a st h ef u n c t i o n so f s y s t e mc o n t r o l ，a u d i od e c o d i n g ，m p m lm p e gv i d e od e c o d i n ga n dd i f f e r e n ta u d i o v i d e oo u t p u t t h i sp a r ta l s od i s c u s s e si ng e n e r a lo nw h o l eh a r d w a r ed e s i g na n d s o f t w a r ea r t h i r e e t m e t h ef o l l o w i n gt w op a r t sm a i n l yf o c u so nt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n to fs d t v s t b t h es e c o n dp a r ti st od e v e l o p t h es o f t w a r ei m p l e m e n t i o no fo s dd i v e r o s di s o ns c r e e nd i s p l a y , g r a p h i c sa p p e a r i n go nt o po ft h ev i d e o o s dd r i v e rp r o v i d e sa s o f t w a r ei n t e r f a c et oa b s t r a c to ns c r e e nd i s p l a yh a r d w a r e n o wt h ee f f e c to fo s di s i m p o r t a n tf a c t o rt ot h em a r k e to fs t b f i r s t l y , t h i sp a r td i s c u s s e st h eb a s i cp r i n c i p l eo f o s d , a n dt h e nf o c u s e so nt h ed i s p j a yo f b i t m a pa n dc h a r a c t e r so ns t bo s d t h et 1 1 i r dp a r ti st od e v e l o p t h es o f t w a r ei m p l e m e n t i o no fp r o g r a mi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t t h ed i g i t a lt vn e e dt os a v et h el a r g en u m b e r so fi n f o r m a t i o n ，s oh o wt o i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fs a v i n ga n dq u e r y i n gi si m p o r t a n tf a c t o rt om a r k e to fs t b t h i sp a r td i s c u s s e st h ei m p l e m e n t i o no ft h ef o l l o w i n gt h r e ef a c e t si nt h i sp r o j e c t ： p a r s i n go fp r o g r a mi n f o r m a t i o n ，s a v i n ga n dm a n a g e m e n to ft h ep r o g r a mi n f o r m a t i o n d a t a b a s e ，a n dt h em a n a g e m e n to f p r o g r a ml i s to nu s e ri n t e r f a c em e n u k e y w o r d s ：s t b ，d v d ，o s d ，d i s l a p y , b i t m a p , c h a r , p r o g r a mm a n a g e m e n t 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，也不包含为获得墨生盘鲎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己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：1 武物签字日期：舢一b 年工月f ? 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘生有关保留、使用学位论文的规定。 特授权岙洼盘望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： 7 习讯 导师签名： 瓠。 签字日期：嘲年文月f ? 日 签字日期：“年l 月7 巾日 天津人学硕士学位论文第章数字电视系统概述 第一章数字电视系统概述 1 1d v b 数字电视系统概述 数字电视的研究开始于8 0 年代初，主要有欧洲的d v b 标准和北美的a t s c 标 准。其中d v b 的发展如下：8 0 年代的欧其体资助的r a c e 和e u r e k a 两个项目用 于对广播级图像数字压缩的核心技术“离散余弦变换d c t ”进行可行性研究：1 9 9 0 年国际电工技术委员会( i e c ) 和国际标准化组织( i s o ) 确定了m p e g - 2 的压缩标 准；1 9 9 3 年欧洲多家公司联合签署了数字电视广播( d v b ) 各忘录，之后在日内瓦 成立了欧洲d v b 组织，负责并协调数字电视的各种标准的制定，目前d v b 组织成 员已发展到了3 0 0 多个，遍布世界3 0 多个国家，d v b 系列标准正在成为领导全 球数字电视技术的世界标准。 在d v b 规范确定后，依不同的传输媒体和不同的应用领域，d v b 组织又将其 划分为几个系统：卫星数字电视广播系统( d v b - s ，1 9 9 5 年确定) 、有线数字电 视广播系统( d v b - c ，其数字共用天线电视、数字微波电视等标准于1 9 9 6 年确定) 、 地面开路数字电视广播系统( d v b n 其标准目前正在被各国认同与逐步采用之 中) 。奉文主要研究的足第三种d v b t 地面丌路数字电视广播系统。 下面逐一介绍数字电视中这三个最重要的系统。 1 1 1 卫星数字电视广播系统 图1 1 是卫星数字电视广播系统的原理图，它将2 0 0 m b s 以上速率电视节目 的模拟视频音频以及数据信号经过m p e g 一2 数字压缩编码器压缩编码为1 5 m b s 一下速率的数字传送流，在经过多路复用器复用，获得更高速率的m p e g - 2 混合 丁s 流，并按照节目制作者的需要，通过复用器将节目进行加饶，再被送入q p s k 数字调制器调制到中频，最后中频信号在进行上变换达到c 波段或k u 波段所需 要的微波频率( 1 1 g h z 一1 2 g h z ) ，通过天线进行上星发射。 如果卫星数字电视用于家庭的接收，那么，它与传统的模拟信号接收相同。 卫星信号经过l n b 下变频后，数字卫星机顶盒接着对该信号进行q p s k 解调制、 解码，最后输出音视频信号给电视机。 第一章数字电视系统概述 图1 1 卫星数字电视广播系统原理框图 微波 信号 1 1 2 有线数字电视广播系统 在有线电视网络中，电视信号在铜介质电缆内传输，受外界干扰少，d v b 规 范中规定使用q a m 调制方式，根据传输环境的状态，可采用16q a m 、3 2 一q a m 、 6 4 一q a m 、1 2 8 一q a m 或者2 5 6 一q a m 不同的调制速率。对于传输远、噪声大的系统， 可采用低的调制速率，比如1 6 一q a m 和3 2q a m ，否则应采用高的调制速率。目前， 在有线电视网络中使用的是6 4 q a m 的调制速率，在8 m h z 带宽内可传送的数据速 率高达3 8 5 m b s 。图1 2 为有线数字电视广播系统前端方框图。 图12 有线数字电视广播系统前端框图 在有线电视前端，经过复用器复用后，对d v b 传送流的处理概括为：同步 反转和能量扩散，r s 编码，卷积交织，字节到符号的变换，差分编码，基带整 天津大学硕士学位论文 第一章数字电视系统概述 形，进入q a m 调制器调制输出一路已压缩的多套数字电视节目的射频电视信号， 再迸过上变频器，达到有线电视网要求的频段，晟后送入有线电视网络。 1 1 3 地面开路数字电视广播系统 用于地面传输的d v bt 系统标准主要包括： 1 基于编码正交频分复用调制( c o f d m ) 的传输方案，支持使用1 7 0 5 个载波( 或 称为2 k 系统) 或者6 8 1 7 个载波( 8 k 系统) ，采用关联纠错： 2 采用r s 外码编码和外码卷积交织，与其他d v b 标准相同； 3 内码编码( 收缩卷积码) 与d v b s 相同； 4 c o f d m 帧中的数据载波可使用o p s k 和n o a m 调制以及不同的码率，并进行权 衡以确保其坚同性； 5 采用两级信道编码，而不用分级信源编码，以避免额外增加接收机的复杂性。 为此，在地面开路数字电视广播系统。卜，采用目前的开路电视频段特高频 ( u h f ：u l t r a h i g hf r e q u e n c y ) 或者甚高频( v h f ：v e r yh i g hf r e q u e n c y ) 。由于 地面建筑物等对信号的多次反射以及多种噪声等多效应干扰，会使电视广播频率 等资源严重不足，为此在地面开路广播电视系统中，引入c o f d m 处理方式。图 1 3 示意了地而开路数字电视广播系统的工作原理。 a ”气而g 2 1 v - 编码器 v u h f * c o f d m 调制l 图1 3 地面开路数字电视广1 播系统前端框图 她面开路数字电视广播除了在编码器、前向纠错( f e c ) 方面与卫星数字电 视广播一样外，还采用适合地面广播的c o f d m 传输方案，该方案最大的特点包括： 1 征频域上，采用多载波的方式，将传输信息调制到2 0 0 0 或8 0 0 0 个载波上； 2 在时域上，将数字基带信号分成“区段”，分别用来调制上面的多载波； 3 在构成d v b t 发射网络的所有发射站，通过g p s 被锁定在某个精密频率上， 使所有的发射机使用同频率，在同一时间发射，并发射同一比特的信息。 信号进过c o f d m 方式处理后，再灵活采用q p s k 或q a m 的凋制方式，最后再经过 上变频器进行 ：变频送到发射灭线。因此d v b t 要比d v b - c 、d v b s 复杂的多。 本文研究的课题主要就是数字地面机项盒，因此下面就详细地介绍地面开路 o 一 巫受 窭 天津大学硕士学位论文第一章数字电视系统概述 数字电视广播国内的发展现状。 1 1 4 国内地面开路数字电视发展状况 1 上海数字电视地面广播的开发运作情况 2 0 0 0 年国家计委宣布在上海、北京和深圳三个城市进行数字电视地面广播 试验。作为三个试验城市之一的上海，通过几年来的试验工作，积累了大量经验。 2 0 0 2 年9 月，首先在国内开展数字电视地面广播的商业化运作。上海东方明珠 股份有限公司、上海文广集团、上海文广新闻传媒集团、上海电视台、上海广播 科研所共同发起组成上海东方明珠移动多媒体有限公司，注册资金5 0 0 0 万元， 进行上海地面数字电视的开发运作。 上海地面广播系统采用的是欧洲的d v b t 标准，以明珠塔为中心发射台 ( 2 5 k w ，实际使用1 8 k w ) ，东、西、南三个方向建立三个功率分别为5 0 0 w 、1 0 0 0 w 、 1 0 0 0 w 的发射台，组成一个单频网( s f n ) ，播出一套标清数字电视节目( s i ) t v ) 。 覆盖的范围为上海市区9 0 氅及以明珠塔为中心、半径为4 0 - 一5 0 公里的郊区空旷 地区，在车速为1 8 0 公里情况下。通过d v b - t 的机项盒能够稳定移动接收。主发 射站采用进口发射机，基站采用国产发射机，机项盒主要使用新加坡和台湾的产 品。 公司内部由节目部、广告中心、技术部、行政部、财务部五个部门组成。公 司向移动载体( 公交车等) 提供两台1 5 ”液晶电视机和一台d v b - t 机顶盒，并 向其支付租金，由播出平台播出一批短小精悍的新闻、综艺、娱乐、生活信息、 教育( 主要栏目有：重大新闻、今日气象、好运挡不住、今日看点、娱乐新闻网、 购物街、交通信息速递、今日菜市、财富快车道、惊奇搞笑、热点话题、歌为我 狂、移动英语一百句、上海新家、新上海新知识、有空哪里去、小食神、流行秀) 等极具吸引力的栏目，提高收视率。目前仅通过插播广告产生效益。截止到目前， 已有近1 6 0 0 辆公交车上配备了移动接收的终端设备。据悉，自公司成立以来， 已盈利1 0 0 0 多万元。 2 国内其它省市启动数字电视地面广播的情况 我国的数字电视地面广播的发展呈现快速发展之势。除上海外，广东省的数 字电视地面广播已经进入试验阶段；湖南省已经完成了项目考察，草签了项目开 发协议，预计八月正式播出。以上三省市都是采用d v b - t 标准播出。还有福建、 天津、江西、武汉市等地的数字电视地面广播项目也已经进入考察阶段，很快会 启动。数字电视地面广播的发展前景己广为国内业内人士所看好。 天津大学硕士学位论文第一章数字电视系统概述 1 2 数字电视机顶盒技术概述 1 2 1 机顶盒的基本概念 机顶盒( s e t t o p b o x ) 的概念是比较广泛的。从广义上说，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、宽带网络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( i r d ，i n t e g r a t e dr e c e i v ed e c o d e r ) 、数字地面机顶盒， 以及有线电视数字机顶盒都可称为机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排 除在外，按主要功能机顶盒可以分为上网机项盒、数字卫星综合接收解码器、数 字地面机项盒，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。本文研究的课题就是数字电视机顶盒，特指的就是 针对数字电视广播系统的三种机顶盒：卫星、有线和地面机顶盒。 1 2 2 数字电视机项盒的分类 1 数字卫星机顶盒 此类机顶盒又称为综合业务接收机( i n t e g r a t er e c e i v ed e v i c e ，i r d ) ，用 来接收数字卫星广播节目。该类机顶盒在几年前就已商业化，有专业的i r d ，也 有个人用的i r d 。我们所看的大部分卫视节日都是有线电视台通过专业的i r d 从 卫星接收下来，再通过有线电视送入用户家中的。个人用的i r d 在我国并不普及， 但在国外卫星直播还是具有较好的市场。 该类机项盒的主要功能是接收数字电视广播，同时也支持数据广播、图文电 视等应用。但由于它的传输平台是卫星信道，支持交互式应用比较困难。目前， 数字卫星机顶盒基本采用d v b s 标准，国内外都有商用产品。国内生产卫星机顶 盒著名的厂家有同舟电子，国外有e c o s t a r ，p b i 等。 2 数字有线机顶盒 数字有线电视机顶盒信号传输介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或 光纤同轴混合网。但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。 事实上，该类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 0 d ) 、按次付费观看( p p v ) 、 软件在线升级、数据广播、i n t e m e t 接入、电子邮件、i p 电话和视频点播等。 我国已计划在2 0 1 5 年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。目前现阶段各省市都在大力发展数字有线机顶盒产业，国 内生产有线机顶盒的厂家有创维、同舟等，国外最著名的是美国的科学亚特兰大 天津大学硕士学位论文第一章数字电视系统概述 公司( s a ) 。 3 数字地面机顶盒 数字地面机项盒的功能与数字卫星机顶盒，数字有线机顶盒类似，所不同的 只是传输介质变成了地面广播信道。该类机顶盒所使用频率与有线电视频率相 同，但由于这种无线信道的情况比有线电视网络复杂得多，所以它的信号传输技 术与数字有线电视机项盒也有较大差别。 目前，世界上有三种数字电视地面广播标准：欧洲的d v b t 、美国的a t s c 和日本的i s d b - t ( 综合业务数字广播) 系统的d t t b ( 数字地面电视广播) 方 案。d t t b 实际上是d v b - t 的变种，a t s c 的接收设备称为d t v ，d v b 的接收 设备称为标准数字电视。但在一个较短的时期内，d t v 和标准数字电视不可能 降到模拟电视的价位，还必须通过数字地面机顶盒将数字地面广播的节目显示在 模拟电视机上。 、 数字地面机顶盒的关键技术是编码正交频分复用c o d f m ，该技术可有效地 解决数字地面广播中所存在的多径接收、邻频干扰等问题。在模拟电视广播系统 中，多径接收会造成图像重影。在数字电视广播系统中，某些特定相位的多径信 号可能因信号间相位叠加，导致接收失败。另外，数字广播信号与模拟广播信号 之间以及数字广播信号之问会存在邻频干扰，数字广播若要利用邻频技术提高带 宽利用率，频道内的有效辐射功率则必须低于模拟电视广播的有效辐射功率，并 且应保持频谱功率密度恒定。正交频分复用c o f d m 克服了上述的问题，它将串 行数据流划分为多个比特的码元，每个码元可有数千比特，然后用这些比特去调 制被置于一个频段内间隔很小的数千个相互正交的载波。通过设置这些载波的保 护间隔和边带能量的位置，使某特定载波在邻近频道上的能量为零，从而提供 较好的邻频抑制能力。 1 2 3 数字电视机顶盒的发展趋势 1 电子节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ：e p g ) 电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目 的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至所有频道上近期 将播放的节目。同时，e p g 可提供分类功能，可以帮助用户浏览和选择各种类型 的节目。国内用户使用的机顶盒还少有e p g 功能，电视台的节目也大部分没有 e p g 内容，但是e p g 在国外已经广泛的使用。图1 4 就是国外机顶盒的e p g 内容： 天津大学硕士学位论文 第一章数字电视系统概述 图1 4 国外机顶盒e p g 内容图片 2 准视频点播( n v o d ) 也称为增强先进的p p v ，是一个特殊的广播应用。n v o d 用户和服务提供者 之间没有真正的交互，服务提供者将节目的标题广播下来，用户仅仅可选择所提 供的频道，该机制是由e p g 来支持的。n v o d 的功能包括： 预览：在用户购买前，对想购买的节目进行预览； 选择：在e p g 中选择一个已购买的节目： 暂停：停止播放该节目； 恢复：在暂停后恢复观看该节目： 快进快退：对该节目实现快进快退操作。 3 数据广播 d v b 定义了四种数据广播方式：数据管道( d a t a p i p e ) 、数据流( d a t as t r e a m ) 、 多协议封装( m u l t i p l ep r o t o c o le n c a p s u l a t i o n ) 和数据对象轮流传送 ( d a t a o b j e c tc a r o u s e l ) 。 在数据管道方式中，数据直接在m p e g 传送流的净荷中传送。可以使用该方 式在符合d v b 标准的广播网络中进行简单的、异步的、端到端的数据传输业务。 数据流方式可以在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端的数据传输。 数据流可以是异步的、同步的、或同步化( s y n c h r o n i z e d ) 的数据传输。异步数 据流是不需要定时的数据流( 例如r s 2 3 2 数据) ；同步数据流是对定时有要求的 数据流，这里“定时要求”的含义是接收端可以再生发送端的数据和时钟，重新 构造出同步数据流( 如e 1 、t 1 ) ；同步化的数据流也是有定时要求的数据流，这 天津大学硕士学位论文 第一章数字电视系统概述 里“定时要求”的含义是数据流中的数据可以与其他数据流中的数据同步播放 ( 如视频和音频) 。数据流中的数据在m p e g - 2 标准的p e s 中传送。 多协议封装对需要在数字电视广播系统中传送符合通信协议的数据报 ( d a t a g r a m ) 的数据业务提供了技术支持。利用这种数据广播方式，可以在有线 电视系统中实现高速i n t e r n e t 数据接入。要传送的数据报被封装在d s m c c 段中。 数据对象轮流传送( d a t a o b j e c tc a r o u s e l ) 可以支持需要周期性地传送 数据模块的各种应用。数据模块的大小是已知的，数据模块可以被更新、被加入 和被移去。多个模块可以被组成一个组( g r o u p ) ，多个组还可以组成超组 ( s u p e r g r o u p ) 。d a t ac a r o u s e l 所广播的数据在d s m c cd a t ac a r o u s e l 中传输。 d v b 的数据广播规范具有很强的数据业务支持能力，机顶盒实现对上述数据 广播业务的支持，其作用类似一个在用户家中的数据通信网关。机项盒本身可以 不对接收数据的有效负载进行处理，只是通过解复用实现数据分流，将相应的数 据送给处理终端。 4 软件在线升级 软件在线升级是数据广播( d a t ac a r o u s e l ) 的应用之一。数据广播服务器 按d v b 数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版 本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。 5 i n t e r n e t 接入和电子邮件 有线电视数字机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现i n t e r n e t 接入功能，并可以提供以太网接口，用来连接p c 。使用电缆调制解调器的速度 与电话调制解调器相比，提高了1 0 0 倍，最高可达到l o m b p s ，所以非常具有竞 争力。目前市场上最为火爆的电缆调制解调器是m c n s 定义的d o c s i s 标准。 6 i p 电话 通过电缆调制解调器，还可以实现i p 电话功能。用户在使用该功能时，只 需将普通电话与机顶盒的r j l l 接口相连即可。电缆调制解调器可以保证传输语 音时的服务质量( q o s ) 。 7 视频点播 为每个用户提供视频点播功能，让用户能在他所希望的时间和地点收看他想 看的节目，是服务提供商的主要目标。有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信 道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术基础。广东环网宽带数字技术产业 开发有限公司在最新推出的m j h 3 0 5 0 全功能数字机项盒中已经实现了该功能， 并能实现快进、快退、暂停、恢复等v c r 操作。当然，该应用需要相应前端设备 的支持。目前，广东有线电视台已使用该机顶盒和美国s e a c h a n g e 公司的视频服 务器实现了商业运营。 天津大学硕士学位论文第一章数字电视系统概述 8 播放d v d 功能 数字电视机顶盒和d v d 都是接收m p e g 一2 码流进行处理，因此硬件上差别不 大，完全可以在数字电视机顶盒里增加d v d 的功能。本文研究的就是这样一种带 有d v d 功能的数字电视机顶盒。 1 3 d v d 技术概述 1 3 1d v d 的特点 d v d ( d i g i t a lv i d e od i s c ) 是近年来普及很快的一项消费电子产品，继录 像机和v c d 之后成为最新一代影音储存媒介，优异的影像画质与声音表现，都赢 得了消费者的认可。 d v d 的特点 1 杜比a c - 3 立体环绕音效 d v d 音频支持杜比公司所制定出的数字环绕音场技术a c 一3 ( a u d i oc o d e n u m b e r3 ) ，也称d o l b yd i g i t a l ，共有5 1 个声道的声音讯号，分别由6 个喇 叭输出，其中5 个为其主要声讯号，分别为左、右、中央声道与左、右环绕声道。 a c - 3 将比较低音的声音讯号输出到重低音喇叭里，以补足低音不足的部分，低 音的频率范围其实只有3 - 1 2 0 h z ，所以归类于1 个声道。因为是由5 个全频声道 加上1 个低频声道，就是a c 一35 1 的由来。 中央声道为中置喇叭，摆放在使用者的正前方，好让使用者感觉声音是从前 方传来，顺应一般人在听觉上的习惯，有助声音定位与立体感。左、右环绕声 道为环绕喇叭，摆放在使用者后方，与前方的喇叭有一样的输出功能，同样的也 可以制造出声音定位与立体感。其重低音喇叭是用混合滤波的技术l f e ( l o w f r e q u e n c ye f f e c t ) ，将主声道中1 2 0 h z 以下的低音滤出，以补足音场低音不足 部分。接上这5 i 声道的喇叭，就可以身历其境的体验数字环绕音效的震撼。 2 多视角( m u l t i a n g l e ) 多视角功能是可以让使用者自己去挑选观看的角度，然而在d v d 规格的定义 中，多视角最多可以在同一段剧情中放置9 种不同的拍摄角度的画面，并且在观 赏的过程中来做切换。其实目前多视角的拍摄过程及方式都蛮费工夫的，如果要 在影片中呈现四个角度的话，那必须在拍摄现场的四个不同角度架设录像机，并 在同一个肘间点来拍摄影像。所以d v d 在播放时，就可以从多视角的功能中拥有 较多不同的观赏组合，可以有多种不同的感受。 3 多语言及多国字幕 d v d 规格的定义中，d v dv i d e o 里最多可以有3 2 种字幕，在播放的时候可以 天津大学硕士学位论文第一章数字电视系统概述 依照个人所需求来选择不同的字幕。字幕通常会有简体中文、繁体中文、英文等， d v d 规格的定义中，d v dv i d e o 里最多可以储存8 国的语言发音，像是外语片， 也可以选用中文的配音，对使用者来蜕是一项很便利的功能。 4 储存容星大 d v d 不但能单层单面储存，它还具有单面双层、双面单层及双面双层等储存 模式，依容量分别区分为d v d 一5 ( 4 ，7 g b ) 、d v d 一9 ( 8 5 g b ) 、d v d 1 0 ( 9 4 g 8 ) 、 d v d 一1 8 ( i ? g b ) 等。就单层单面来讲它就拥有4 7 g b 的容量，和c d r o m 的6 5 0 m b 相较之下，足足多了7 倍。在观赏d v d 影片时就省去了换片的困扰及时阃，还有 要储存大容量的资料也蛮实用的，犬容量资料的备份也很方便。 5 ，分辨率高 b q d 信源编码标准是 p e g 一2 ，v c d 和v s 录像机的信源编码方式采用的是 m p e g 一1 。v c d 和v h s 录像机水平分辨率分别为2 4 0 线、4 3 0 线，而d v i ) 的水平分 辨率则可以达到5 0 0 线；v c d 和v h s 录像机画面分辨率分别为3 5 2 x 2 4 0 、 5 6 7 4 8 0 ，d v d 画面分辨率达到7 2 0 4 8 0 。显然d v d 的清晰度要大大高于以前的 v c o 援放机私v 骶录像钒。 1 1 3 2d v d 与数字电视机顶盒的共同点 1 3 2 i 兼容d v d 功能数字电视机顶盒的可行性 根据传输媒体的质是不同，m p e g 一2 中定义了两种复合信息流：传送流( t s ) 和节目流( p s ：p r o g r a m s t r e a m ) ，其形成过程如图1 5 所示： p s 流( 节目流) 是一种数据流的定义，月j 来传送和保存一道程序的编码数据 或其他数据。它主要是针对那些不容易发生错误的环境，同时也针对系统编码的 处理为主要关注对象，特别是软件处理环境。d v d 粟用的是p s 流传输数据， d x r d 使用光盘存储数据传输距离较短而且码流不容易受到环境的影响。而数 字机顶盒采用的是丁s 流传输数据，数字电视数据传输距离远，环境影响大，因 此要求数据误码率低，而t s 流抗干扰能力要大大高于p s 流， 从图1 5 可以看出其实d v d 和数字电视机顶盒在硬件上只有解复用的部分 不同：其他解码、控制和音视频的输出都是完全相同的可以共事，因此只要能够 实现同时解t s 和p s 流复用，就可以设计出兼容d v d 功能的数字电视机顶盒。 第一章数字电视系统概述 图1 5 t s 和p s 流解码示意图 1 3 2 2p s 流t s 流的区别联系 无论对哪种码流，m p e g 一2 系统复用都分为两个步骤： 1 、视频和音频的e s 流分别按一定的格式打包，构成具有某种格式的打包的基本 信息流( p e s ：p a c k e t i z e d e l e 】e n t a r y s l r o a m ) ，分别称为视频p e s 和音频p e s 。 这一步骤在打包器内实现，p e s 的长度可在一定范围内变化。 2 、将视频，音频的p e s 流以及辅助数据按不同的格式再打包，然后进行复接， 即分别生成了t s 流和p s 流。 t s 流与p s 流的区别在于t s 流的包结构是固定长度的，而p s 流的包结构是 可变长度的。 节目流是对完整的视频和音频p e s 包进行复接形成的。由于视频、音频编码 器本身的特性，p e s 包的长度是可变的，因此p s 包的长度也是可变的。而传送 流是将视频和音频的p e s 包作为固定长度的t s 包的净荷，然后对t s 包进行复接 形成的。 p s 包与t s 包在结构上的这种差异，导致了它们对传输误码具有不同的抵抗 能力，因而应用的环境也有所不同。t s 码流由于采用了固定长度的包结构，当 传输误码破坏了某一t s 包的同步信息时，接收机可在固定的位置检测它后面包 天津大学硕j ：学位论文第一章数字电视系统概述 中的同步信息，从而恢复同步，避免了信息丢失。而p s 包由于长度是变化的， 一旦某一p s 包的同步信息丢失，接收机无法确定下一包的同步位置，就会造成 失步，导致严重的信息丢失。因此，在信道环境较为恶劣，传输误码较高时，一 般采用t s 码流：而在信道环境较好，传输误码较低时，一般采用p s 码流。 由于t s 码流具有较强的抵抗传输误码的能力，因此目前在传输媒体中进行 传输的m p e g 一2 码流基本上都采用了t s 码流的包格式。此外，采用固定长度包格 式的t s 码流在将多路数据进行复用时提供了许多灵活性和一些显著的优点： l 、动态带宽分配 由于承载视频、音频和数据的t s 包的长度都是相同的，因此通过包识别标 志( p t d ) 就可以将规定的信道总频带在视频、音频和数据信息间进行实时的， 灵活的分配，不需要预先进行规定。利用这一特性，可在广播付费节目前实时地 将解密钥匙插入到t s 码流中送给广大用户。 2 、可分级性 j l s 包的格式允许一个复接好的传送码流与另外一些视频、音频的基本码流 进行二次系统复接，生成占用频带更宽的更高一级的传送码流。这一特性在电视 节目的网络传输中具有重要作用，使得在网络的每节点处都可以灵活地复合或 分离多路节目。 3 、可扩展性 由丁无法预料的未来发展的种种新业务，对传送码流的格式来说，提供一种 能够对新业务? 后向兼容”的开放的业务扩展环境就显得格外重要。对于新业务 的基本码流，只需在发送端赋予其新的包标识标志p i d ，就可将其加入传送码流 中，而无须做硬件上的改动。 4 、抗干扰性 出于t s 包具有固定的长度，所以传输系统中的误码纠正和检测处理就可以 与t s 包同步，以t s 包为单位进行。这样当传输过程中出现误码时，解码器就可 以从第一个好的t s 包开始恢复数据。 5 、接收机成本低廉 固定长度的t s 包结构使得系统分接非常简单，分接器只需识别出每个t s 包 中的p i d 即可，无须了解更多的信源比特率方面的信息。一旦t s 包一级的同步 及比特一级的同步建立，系统就可正常工作。 1 4 本论文的工作内容 当前；机顶盒做为模拟电视机接收数字节目和家庭娱乐的媒介的有着重要的 天津大学硕士学位论文 第一章数字电视系统概述 作用。本人在攻读硕士学位期间参加了凌阳科技公司( s u n p l u s ) “d v b - t + d v d 数字电视机顶盒”项目的开发。 本项目是研制和开发符合欧洲d v b - t 标准，并且具有d v d 播放功能的数字 标准清晰度电视机顶盒。能够使得机顶盒一机二用既能满足广大人民群众多样化 的需求，又可以使得厂家在最低的成本下生产出最有市场的产品。本系统采用了 s u n p l u s 公司的s h p e 8 2 0 2 + s h p e 6 6 0 0 方案。本方案中s h p e 8 2 0 2 完成系统控制、 m p e g - 2m p m l 视频解码( 标准清晰度视频) 和音频解码等功能、各种格式电 视信号输出等功能；s h p e 6 6 0 0 完成解复用功能输出p e s 包到后端进行相应的处 理。 在软件的设计和实现中，。 在整个系统的开发中，本人主要从事系统软件的开发和调试工作，主要工作 包括以下几个方面： 1 从整体上研究t s u n p l u s 公d v b t + d v d 数字电视机顶盒的硬件架构和 主要芯片的功能和特性。； 2 搭建调试开发环境，包括视频节目解码播放、模拟音视频输入和输出等 所有功能； 3 研究o s d 显示原理，根据本系统硬件芯片规则完成o s d 驱动程序的编写， 主要为基本画图函数、显示位图和字符函数： 4 运用o s d 驱动程序来完成上层用户界面，采用状态机模式来管理u i 用户 界面菜单和遥控的响应。 5 根据m p e g 2 标准编写d e m u x 驱动程序完成码流的解析、建立节目信息数 据库、提高信息的存储性能，方便信息的快速查找。 6 封装f r e e t y p e 字库，运用于本系统，使其可以显示各种字体、字号和字形 的。利用图形库来实现简单电视游戏，例如贪吃蛇。 1 5 论文内容的安排 本论文共分为五章，各章讨论的主要内容如下： 第一章，介绍了数字电视和数字电视机顶盒的概念功能，重点介绍了地面数 字电视广播的发展状况，说明了本论文的工作内容。 第二章，介绍了s u n p l u s 公司d v d + d v b t 数字电视机顶盒方案的整个硬件 结构、软件框架、主要芯片的特征、软件调试环境以及系统开发平台的搭建。 第三章，首先介绍了0 s d 的基本原理。然后在介绍嵌入式系统里位图b i t m a p 和相关知识基础上，详细介绍了本系统在o s d 上画位图的方法。 天律大学硕士学位论文第一章数字电视系统概述 第四章，介绍了嵌入式系统中两种画字符的方法，和本系统中在o s d 上画字 符的方法。 第五章，介绍了在机顶盒系统软件中实现节目信息的解析和节目数据库的管 理。 天津大学硕士学位论文第二章d v b t + d v i ) 数字电视机顶盒系统 第二章d v b - t + d v d 数字电视机顶盒系统 s u n p l u s 的d v b t + d v d 数字电视机项盒方案是可以接收地面数字电视信号又 可以播放d v d 碟片的兼容系统。 2 1d v b - t + d v d 数字电视机顶盒系统的硬件结构 本课题选择的系统方案是s u n p l u s 的d v b - t + d v d 数字电视机顶盒解决方案， 由主芯片和外围芯片共同完成接收地面数字电视信号，又可以播放d v d 碟片的功 能。主芯片s p h e 8 2 0 2 支持符合m p e g 2 等标准的音视频文件回放，通过d v dl o a d e r ( 专用光驱，本系统采用的是三洋公司的) 对d v d 光盘上的多种标准的音视频 文件的读取，进而由主芯片进行解码播放并完成各种相应的控制。副芯片 s p h e 6 6 0 0 将t u n e r 解出来的t s 数字节目信号进行解复用变成p e s 包，同样由 主芯片进行解码播放并完成各种相应的控制。最终输出各种格式的音视频信号到 电视机上，例如：c v b s 、s 端子信号、5 1 声道杜比a c 一3 声音信号等。 开发系统的结构框图如图2 1 所示。 应囱唇 图2 1d v b t + d v d 机顶盒硬件系统框架结构 1c h s p h e 8 2 0 2 芯片是本系统的核心芯片，可以支持1 1 1 7 2m p e g l ，1 3 8 1 8m p e g 2 1 5 一 | 量 一 ， 一眶。一 卫圃蛐 吨 天津大学硕士学位论文第二章d v b - t + d v d 数字电视机顶盒系统 和m p e g 41 4 4 9 6 - 2 输入格式的实时解码；s p h e 8 2 0 2 芯片支持d v d - v i d e o d v d - a u d i o ，s u p e r v c d ，v c d ，c d d a