（通信与信息系统专业论文）数字电视接收机系统及业务数据功能研究与实现.pdf

中文摘要 在社会信息化的过程中，微电子、多媒体、互联网等技术的飞速进步带动电 视广播事业进入了一个迅猛发展的时代。其中，数字电视采用数字化传输，显示 出了明显技术优势。但由于模拟彩色电视机和数字处理电视都不能直接接收全数 字电视信号，需要一种能够接收数字电视信号、完成解码并输出显示信号的中间 设备，这就是数字电视机顶盒。数字电视机顶盒作为模拟电视机接收数字电视节 目的媒介有着重要的作用，并且随着数字电视广播中数字业务种类的不断增加， 标准清晰度和高清晰度数字电视机顶盒都面临着这样一个问题，就是开发能够提 供多种业务功能的机顶盒。包括数据服务、交互业务以及网络浏览等都是有待开 发的功能，而且在今后的机顶盒市场竞争中这些功能会显得愈发重要。 本课题采用的是s t 公司推出的数字标准清晰度电视机顶盒s t m 5 1 0 5 系统解 决方案，开发有线数字电视机顶盒的基本功能。该方案采用0 s 2 0 实时操作系统， 其中的多线程管理增强了系统实时处理的能力，也为实现丰富多彩的用户功能提 供了平台。方案的核心是s t x 5 1 0 5 和s t v 0 2 9 7 两块芯片：s t x 5 1 0 5 内部含有s t 2 0 3 2 - b i tc p u 内核，可完成音视频解码，图像缩放等功能；s t v 0 2 9 7 负责q a l l 解调， 信道解码等任务。 论文首先介绍了有线数字电视机项盒的工作原理，s t m 5 1 0 5 系统解决方案的 硬件结构和软件系统架构；然后详细介绍了m p e g 一2 标准关于节目特定信息p s i 的定义和d v b s i 标准关于业务信息s i 的定义；阐述了电子节目指南和条件接收 技术产生的背景、基本概念及特征；完成了基于s t m 5 1 0 5 平台的e p g 方案设计与 实现和c a s 中智能卡接口的软硬件开发；另外简要介绍了数字电视机顶盒软件系 统的开发环境、调试系统结构及各种调试方法，最后对项目工作进行了总结。 关键词：机顶盒 电子节目指南 节目特定信息业务信息 条件接收系统智能卡 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y , t h ei n d u s t r yo fb r o a d c a s t i n gt ve n t e r si n t oa n e r ao fr a p i dd e v e l o p m e n ti nw h i c hd i g i t a lt vd i s p l a y sm a n ya d v a n t a g e s t h ea n a l o g t va n dd i g i t a lp r o c e s s i n gt vb o t hc a n tr e c e i v ed i g i t a lt vs i g n a l ，s os e t - t o p - b o x w i l lp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei nt h ef i e l do f d i g i t a lt e l e v i s i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to f d i g i t a lt vt e c h n o l o g y , t h es e r v i c ei n f o r m a t i o na n dt h ei n t e r n e tb r o w s i n ga r em o r e u s e f u lf u n c t i o n si nt h ef u t u r es t b ，s ob r i n g i n ga b o u ts t e a d yi m p r o v e m e n ti nn e w f u n c t i o n sa r et h ed i r e c t i o n so fs t bd e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r em a r k e t t h i sp r o j e c t st a s ki st od e v e l o p ef u n c t i o n so fc a b l es t bo ns t m 51 0 5p l a t f o r m w h i c hi st h ed i g i t a lt vs t bs o l u t i o np r o v i d e db ys t m i c r o e l e c t r o n i c si n c ( s t ) o s 2 0r e a lt i m eo p e r a t i o ns y s t e mi su s e di nt h es o f t w a r es y s t e m t h er t o si s m u l t i t h r e a d i n ga n dm u l t i t a s k ，w h i c he n h a n c e st h ea b i l i t yo fr e a lt i m ep r o c e s s i n ga n d p r o v i d e st h ep l a t f o r mf o ra b u n d a n tu s e rf u n c t i o n s t h ec o r eo fs t m 5 10 5a r es t x 510 5 a n ds t v 0 2 9 7 ：s t x 51 0 5w i t has t 2 03 2 一b i tc p uc o r ei ni th a sm a n yf u n c t i o n s ，s u c h a sa u d i oa n dv i d e od e c o d i n g ，p i c t u r ez o o ma n ds oo n ；s t v 0 2 9 7i si nc h a r g eo fq a m d e m o d u l a t i n g ，c h a n n e ld e c o d i n ga n ds oo n t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ep r i n c i p l eo fc a b l es t b ，t h es t r u c t u r ea n df e a t u r e so f s t m 510 5p l a t f o r m ，a n di n t r o d u c e sp s id e f i n e di nm p e g 一2i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d ，s i d e f m e di nd v b - s ii n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d t h e ni td e t a i l st h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s s o fe p gf u n c t i o na n dt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fs m a r t c a r di n t e r f a c ei nc a so n s t m 510 5p l a t f o r m f i n a l l yt h i sp a p e ri n t r o d u c e ss t 2 0t o o l s e t , s y s t e md e v e l o p i n g e n v i r o n m e n t ，s e v e r a lm e a n so fs t bs o f t w a r es y s t e md e b u ga n dt h es u m m a r yo f w h o l ep a p e r k e yw o r d s ： s e t - t o p - - b o x ( s t b ) p r o g r a ms p e c i a li n f o r m a t i o n ( p s i ) s e r v i c ei n f o r m a t i o n ( s i ) e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ( e p g ) c o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m ( c a s ) s m a r t c a r d 独创性声明 本人声踢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：苤鲞苤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： 锛秀 签字r 期：协7 年，月塔品 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤盗盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫盗蕉鲎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： 疹吞秀 签字只期：坳7 年月站r 聊虢参j 群 签字日期：舫7 年，月移日 第一章绪论 1 1引言 第一章绪论 随着数字信号处理技术、大规模集成电路、计算机和通信技术的迅速发展与 结合，特别是m p e g - 2 标准的出台和数据压缩技术的迅猛发展，促使广播电视领 域正面临着一场新的革命，进入了由模拟电视向数字电视跨越的时代。数字电视 d t v ( d i g i t a lt e l e v i s i o n ) 是一场信息产业的革命，无论从电视节目编播、节目 制作、节目存储、信号传送，还是到信号接收都在向数字化方向高速发展，是整 个电视广播产业链条的变革，被各国视为新世纪的战略技术。数字广播电视不仅 提高了节目质量，具有高效传输、高质量画面伴音、高性能的抗干扰接收等优势； 而且丰富了频道资源，增强了电视服务功能，可引入家庭购物、宽度i n t e m e t 浏 览、电子商务等新业务，实现多种业务的融和。随着数字电视广播技术的发展和 普及，数字电视必将成为家庭信息获取、娱乐与消费的主要平台，将对于推动国 民经济发展具有重要的意义。 1 2 数字电视及其发展 1 2 1 数字电视的基本原理 数字电视是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代 表的数字式信号，然后进行各种处理、传输、存储和记录。在传统的模拟电视中， 模拟全电视信号通过调制在无线电射频载波上发送出去，广播信道可以是地面广 播、有线电视网或卫星广播。数字电视则是将电视信号进行数字化采样，其信号 的数据率很高。演播室质量的数字化电视信号的数据率在2 0 0 m b p s ，要在原模拟 电视频道带宽内传输如此高速率的数字信号必须实施数据压缩技术。 实现高效数据传输的技术方法有两类：一是在信源编码过程中进行压缩，利 用人类听觉、视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听、收看效果的前提 下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽 数据传送速率。以m p e g 2 标准为例，信源编码是把节目源的模拟图像声音信号 第一章绪论 变为数字信号，再按照i s o i e c l 3 8 1 8 标准( m p e g 2 ) 压缩编码，形成数字信号 源，并根据多个节目传输的要求，编码为复用码流l l2 1 。 目前，数字电视的传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数 字地面电视。这三种数字电视的信源编码方式相同，都是m p e g - 2 的复用数据包。 但由于它们的传输途径不同，采用了不同的调制方式。例如，欧洲d v b 数字电视 标准中，数字卫星电视系统( o v a s ) 采用正交相移键控调制( o p s k ) ；数字有线电 视系统( d v b c ) 采用正交调幅调制( q a m ) ：数字地面电视系统( d v b t ) 采用更为 复杂的编码正交频分复用调韦j j ( c o f d m ) 。 隧镳缩矗| ；措 舟续编码嚣 弼溅链圳e 划。、嚣瑟州， p， ；，“ r 、体镓潮络 + 。一 ( v 0 綦胁删喊群驯l v 轴一博渊j 卜 1 ”。” 髓缠纠5 5 鹅 矗磁鳏叠i ；i ： 图1 1 数字电视广播系统原理图 图1 1 表示了数字电视广播和接收系统基本原理【1 2 】。从内容上分为信源部分 和信道部分；从结构上分为发送端，传输网络和接收端。发送端包括信源编码( 音 视频编码) ，业务复用，信道编码和调制。传输网络既可以是地面广播，也可以 是有线电视和卫星接收。调制信号到达接收端，先进行信道解调，形成基带t s 流；然后进行解复用，形成音视频p e s e s 流并分别解码，最后输出音频信号和 视频信号。 1 2 2 数字电视的优点 数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点【l z 】： ( 1 ) 信噪比和连续处理的次数无关。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而 数字信号在传输过程中基本不产生新的噪声，即信噪比基本不变。 ( 2 ) 可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成 图像的明显损伤。 ( 3 ) 数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有0 、l 两个电平，l 电平的幅 度大小只要满足处理电路中可能识别出是l 电平就可，大一点、小一点无关紧要。 2 第一章绪论 ( 4 ) 易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。大规模集成电 路可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。 ( 5 ) 由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。 ( 6 ) 数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量。 ( 7 ) 压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，观众收看到的 电视图像及声音质量非常接近演播室质量。 ( 8 ) 可以合理地利用各种类型的频谱资源。现有的6 m h z 模拟电视频道，可 用于传输l 套数字高清晰度电视节目或者4 6 套质量较高的数字常规电视节目， 或者1 6 2 4 套与家用v h s 录像机质量相当的数字电视节目。 ( 9 ) 在同步转移模式( s t m ) 的通信网络中，可实现多种业务的动态组合 ( d y n a m i cc o m b i n a t i o n ) ，而不必插入大量没有意义的填充比特。 ( 1 0 ) 很容易实现加密解密和加扰解扰技术，便于专业应用( 包括军用) 以 及广播应用( 特别是开展各类收费业务) 。 ( 11 ) 具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步 转移模式( a t m ) 的网络中传输，也便于与计算机网络联通。 ( 1 2 ) 可以与计算机融合而构成一类多媒体计算机系统，成为未来国家信息基 础设施烈i i ) 的重要组成部分【1 2 】。 1 3 数字电视机顶盒 无论是模拟彩色电视机还是数字处理电视，都不具备对全数字电视信号进 行解码的功能( 数字电视接收显示一体机除外) 。因而需要一种能够接收数字电 视信号，并能够解码输出用于显示数据的中间设备，这就是数字电视机顶盒。数 字电视机顶盒是充当着电视台发送的数字电视信号与用户显示设备二者之间桥 梁的种接收装置，是随着数字电视广播的发展而出现的，同时也在随着数字电 视广播的发展而不断发展。 1 3 1 数字电视机顶盒的功能 作为模拟电视向数字电视过渡期的解决方案，数字电视机顶盒s t b ( s e t t o p - b o x ) 是一种集计算机、电视和电信技术为一体的高科技产品。数字电视 机顶盒包括解调、信道解码，解复用、条件接收控制和信源解码等数字电视的核 心技术，是以电视机为显示设备，接收来自各种数字广播系统的数字信号的用户 端数字设备。它将数字电视信号转换成模拟信号，对经过数字化压缩的图像和声 音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，通过普通电视机的显示器和 第一章绪论 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，用来协调控制机顶盒各部分硬件设旌， 并提供美观且易操作的图形用户界面。同时，机顶盒可以进行数据广播信号的接 收和处理，可以通过内部软件功能为用户实现如因特网浏览、视频点播、家庭购 物、电子商务、条件接收系统等多种应用。 1 3 。2 数字电视机顶盒的分类 根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒分为3 种：卫星数字电视机顶盒、地 面数字电视机顶盒和有线数字电视机项盒。 1 卫星数字电视机项盒 数字卫星机顶盒的主要功能是接收卫星数字电视广播，同时也支持数据广 播、图文电视等应用。由于其传输介质是卫星信道，支持交互式应用比较困难。 现在所看到的许多卫视节目都是有线电视台通过专业的数字卫星机项盒从卫星 上接收下来，再调制到有线电视频段，通过有线电视送入用户家中。我国数字卫 星数字电视机项盒基本采用d v b s 标准。 2 地面数字电视机顶盒 地面数字电视机顶盒的传输介质是地面广播信道，该类机项盒所使用的频率 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，它 的信号传输技术与有线数字电视机顶盒有较大差别。目前，世界上有3 种主要的 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 i b ( 数字地面电视广播) 方案。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。 3 ，有线数字电视机顶盒 有线数字电视机顶盒的基本原理与卫星数字电视机顶盒、地面数字电视机顶 盒相同，只是信号传输的介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或光纤同轴 电缆混合网。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，使得这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、准视频点播、按次付费观看、软件在线升级、数据广 播、因特网接入、电子邮件、i p 电话和视频点播等，被业界广泛看好【1 3 1 。根据国 情，我国现今大力发展有线数字电视机项盒，其基本采用欧洲d v b - c 标准。 1 3 3 数字电视机顶盒的发展 由于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发展目标之一； 4 第一章绪论 另一方面，在数字电视系统中提供多种创新的服务功能也是一个重要的发展方 向。因而，数字电视机顶盒技术的发展也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项盒已经发展得较为成熟， 它的应用也已经比较普遍。国外的很多芯片生产商对于标准清晰度的数字电视机 顶盒系统已有较完整的解决方案，相应芯片的研制也已达到了比较完善的阶段。 至于数字高清晰度电视机顶盒，其开发研制的成熟程度不及标准清晰度数字电视 机顶盒，这与数字h d t v 视频解码芯片的推出时间不长有关。 随着因特网的飞速发展和数字电视广播中数字业务种类的不断增加，标准 清晰度和高清晰度数字电视机顶盒都面临着这样一个问题，就是关于能够提供多 种业务功能的机顶盒的开发。数据服务、交互业务以及网络浏览等对二者来说都 是有待开发的功能，而且在今后的机顶盒市场竞争中这些功能会显得愈发重要。 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。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、计算机公司、通信设备公司以及广播电视公司等纷纷开 始抢占机项盒领域的制高点。在数字化时代到来之际，数字电视产业显示出了明 显的知识经济特征。因此，很好地利用已形成的科研基础，以科技和自主知识产 权为核心，协调规范标准的制定工作，加速产业准备，将使我国的数字电视产业 成为一个具有活力，能带动行业增长，对国民经济有重要贡献和在国际上具有很 强竞争力的产业【1 4 】。 1 4 本论文的工作内容 数字电视机顶盒作为模拟电视机接收数字节目的媒介有着重要的作用。本课 题的整体任务是研制和开发符合欧洲d v b c 标准的有线数字电视机项盒，任务主 要可以分为两个部分：一、硬件部分电路板的研制和开发；二、软件部分的设计 和开发。 软件的主要开发工作主要有：b o o tl o a d e r 功能的实现； u i ( u s e ri n t e r f a c e 用户接口) 架构的设计；g u i ( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e 图形用户界面) 的设计和 实现；p t i ( p r o g r a m m a b l et r a n s p o r ti n t e r f a c e 可编程传输接1 3 ) 数据过滤模块的 研发；t u n e r 的兼容设计和扩展：音视频特效的设计和开发；字库g b 2 3 1 2 到字库 u n i c o d e 转换代码的集成；e p g 电子节目指南的开发：c a s 条件接收系统的集成 等。 本论文工作是整个课题工作的一部分，主要任务是有线数字电视机项盒系统 第一章绪论 方案设计、系统测试，电子节目指南e p g 的开发及条件接收系统c a s 的智能卡 接口软硬件开发。在项目开发初期，本人参与了整体项目的系统分析、架构设计、 工程调试等工作，主要承担了符合欧洲d v b c 标准的有线数字电视机顶盒中业 务数据的接收及表示、d v b s i 标准的分析研究、e p g 模块和c a 模块的软件开 发、设计及调试等工作，保证了机顶盒中业务的正常开展，为用户提供了界面友 好、方便快捷、可以快速访问电视节目的电子节目指南信息和有利于实现数字电 视收费电视、视频点播、电子商务等多种业务的条件接收系统。另外，本人也参 与了字库g b 2 3 1 2 到字库u n i c o d e 转化代码的集成和调试工作，与项目组其他成 员共同完成了在机顶盒界面上成功显示中文信息的任务，在项目开发后期，主要 参与完成了机项盒系统调试和验证工作。 1 5 论文章节安排 本论文共分为七章，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基本原理、功能及发展，并说 明了本论文的工作内容。 第二章，介绍了有线数字电视机顶盒工作的基本原理，s t m 5 1 0 5 标准清晰 度电视机顶盒系统解决方案的特点、硬件结构及方案中主要芯片的技术特性等。 第三章，介绍了m p e g 2 国际标准中的数字电视节目特定信息p s i 及d v b s i 标准中的业务信息s i 的定义。 第四章，介绍了电子节目指南产生的背景、特征，详细介绍了电子节目指南 在s t m 51 0 5 方案中的具体实现过程和调试结果。 第五章，介绍了条件接收系统产生的背景、特点、框架和工作原理，最后重 点介绍了s t m 5 1 0 5 方案中智能卡接口的软硬件开发、测试工作及调试结果。 第六章，介绍了课题中数字电视机顶盒软件调试的系统结构和调试方法。 第七章，项目总结。 第二章s t m 5 1 0 5 系统解决方案简介 第二章s t m 5 1 0 5 系统解决方案简介 2 1 有线数字电视机顶盒工作原理 ，有线数字电视机顶盒又称为有线电视数字广播接收机，是本课题研究开发的 主要对象，其硬件结构主要包括主板、微处理器、r a m 、r o m 、t u n e r 、信道解 调器、解复用、条件接收、m p e g 2 音视频解码、图形处理器、s m a r tc a r dr e a d e r 、 b o o t l o a d e r 、外部接口( r s 2 3 2 、远程控制等) 等。 有线数字电视机顶盒的基本组成原理如图2 1 所示：调谐模块接收射频信号 并下变频为中频信号，然后进行a f d 转换为数字信号，再送入q a m 解调模块进行 q a m 解调，输出m p e g 传输流的串行或并行数据。解复用模块接收m p e g 传输流， 从中抽取一个节目的p e s 数据，包括视频p e s 、音频p e s 以及数据p e s 。解复用模 块中包含了一个解扰引擎，可在传输流层和p e s 层对加扰的数据进行解扰，其输 出是已解扰的p e s 。视频p e s 送入视频解码模块，取出m p e g 视频数据，并对m p e g 视频数据进行解码，然后输出到p a i ，n t s c 编码器，编码成模拟电视信号，再经 视频输出电路输出。音频p e s 送入音频解码模块，取出m p e g 音频数据，并对 m p e g 音频数据进行解码，输出p c m 音频数据到p c m 解码器，p c m 解码器输出立 体声模拟音频信号，经音频输出电路输出【l 5 1 。 m p l ：奠3 音税频 图2 一l 有线数字电视机顶盒的基本原理 第二章s t m 5 1 0 5 系统解决方案简介 2 2s t 公司s t m 51 0 5 方案的特点和结构 根据本次课题的任务和内容，选择的整体系统方案是s t 公司的数字标准清 晰度电视机顶盒系统s t m 5 1 0 5 解决方案。 在数字标准清晰度电视机顶盒市场上，s t 公司的s t i 5 5 1 8 占据全球7 7 的 市场份额，是一款非常成熟的适用于数字标准清晰度数字电视机顶盒系统解决方 案。根据s t 的战略，s t x 5 1 0 5 将代替s t i 5 5 1 8 ，成为未来几年中低端产品的主体。 s t m 5 1 0 5 方案除支持s t i 5 5 1 8 的所有功能外，新解码器还增加了很多新功能， 同时提高了产品性能，内置的s t 2 0 3 2 位r i s cc p u 是机顶盒市场上的主导产品， c p u 的时钟速度达到了2 0 0 m h z ，能够为先进应用提供更强大的功率，提高与 主流机项盒中间件的兼容性。集成的2 d 引擎进一步增强了产品整体性能，免除 了c p u 对屏幕图形菜单显示( o s d ) 的额外处理，为电视观众提供了更好的视 频体验。这个图形子系统得到一个先进的基于“位块传送器”的显示器的支持。 s t m 5 1 0 5 方案技术成熟，集成度高，成本低，为单片解决方案，仅一片s t x 5 1 0 5 芯片就能完成系统控制、解复用，视频解码、音频解码、视频d a 变换在内的 全部功能，因而系统开发的难度和成本小；外部接口完善芯片提供了多个可编程 i o 口( p i o ) 、u a r t 口、智能卡接口、1 2 c 总线、a t a p i 接口、红外接收发送 接口、i e e e l 3 9 4 等，通过a t a p i 接口，可以实现数字录像机功能，通过智能卡 接口，可以实现有条件接收；s t 公司提供完善的嵌入式实时操作系统 s t l i t e o s 2 0 和强大的s t a p i 软件包，这些方便的开发工具提高了开发速度。 s t m 5 1 0 5 系统解决方案的结构为主芯片s t x 5 1 0 5 、高频头、f l a s h 、d d r s d r a m 组成，预留s m a r tc a r d 接口，还包括了相应的软件，其典型应用的整体 硬件设计结构框图如下图2 - 2 所示。s t m 5 1 0 5 方案的市场定位是满足主流机项 盒市场的需求，从经济型机项盒到高端的m h p 多媒体家庭平台都可以使用这个 统一的单器件平台，此平台的成功开发可为今后的d t v 开发打下很好的技术基 础。 s t m 5 1 0 5 方案有线数字电视机项盒的工作过程为：前端在s t x 5 1 0 5 内部的 c p u 模块的控制下( 通过1 2 c 总线) 把高频头调谐到某个数字频道，通过前端 的q a m 解调芯片s t v 0 2 9 7 进行q a m 解调，解出数字电视的传输流( t s 流) 数据，连同一些标志信号一起，通过一个接口进入s t x 5 1 0 5 。在s t x 5 1 0 5 内部， t s 流数据通过解复用功能模块分出音、视频基本流，分别送往音频解码器和视 频解码器或解码器的缓存区，同时，提取出码流中的p c r 信息，用于时钟恢复： 解复用模块分出的音频基本流通过芯片内的音频解码器解码，输出音频的p c m 信号，再经过s t x 5 1 0 5 片外的音频数模变换和音频后处理部分后，输出最多六 第二章s t m 5 1 0 5 系统解决方案简介 t 母 悃 k _ “ 图2 - 2s t m 5 1 0 5 方案硬件系统结构 个声道的模拟音频信号，或直接输出s p d i f 光信号；视频基本流在s d r a m 的 配合下经过视频解码器的处理之后输出解码后的亮度和色差信号，通过s t x 5 1 0 5 片内的数模变换模块和片外的视频后处理部分的处理输出c v b s 、y 、c 、r 、 g 、b 或y 、p r 、p b 视频分量信号；另外，视频解码器输出的数字信号还可以通 过d l 接口外接一个n t s c p a l 视频编码器，编码输出n t s c 或p a 制的模拟视 频信号；机顶盒的软件周化在f l a s h 里，开机后程序被调到s d k a m 中运行： 系统与用户的接口是前面板和o s d 菜单。前面板具有按键和红外遥控器接收装 置。用户观看o s d 菜单上的信息，通过按键或遥控器操作，前面板接收到信息 并传送到c p u 中，由c p u 控制实现具体功能。 2 3 主要芯片介绍 2 31s t x 5 1 0 5 芯片介绍 s t x 5 1 0 5 是一款低成本的0 m e g a 2 肝e g 装置，它提供了高性能的表现及集成 特性，能够在整个系统的层面上降低成本。该芯片运用了一个统一的基于s d r a m 的存储结构，并且集成了o r a e g a 2 视频解码器、位图引擎和一个多通道的d m 控制 器，以提供增强的图像和实时数据流传输性能。使用s t x 5 1 0 5 的d 姒可以有效地 传输诸如象素映射，音频流，静止图像和p e s 数据。s t x 5 1 0 5 的真彩模式还可为 o s d 图像提供r g b l 6 格式的显示：r g b 5 6 5 ，a r g b l 5 5 5 和a r g b 4 4 4 4 这样就可以直接 一 萨l 第二章s t m 5 1 0 5 系统解决方案简介 在区域中支持6 5 5 3 6 种颜色。a l p h a 混合可通过区域或象素实现来应用于视频层 与背景层的混合。图2 3 就是芯片s t x 5 1 0 5 的结构框图 4 】： v i d e oo u t p u t r g b ，y c ，c v b s 图2 - 3 芯片s t x 5 1 0 5 结构框图 s t x 51 0 5 芯片的技术特性主要有【4 】： 1 增强的s t 2 03 2 位v l r i s cc p u 2 0 0 m h z 单周期c a c h e ，4 k 指令c a c h e ，4 k 数据c a c h e ，2 ks r a m 2 统一的内存接口 1 3 3 m h z ，1 6 位字宽，d d r 3 可编程f l a s h 存储器接口 支持s r a m ，f l a s h ，s f l a s h 和通用外设 支持低成本的d v b c i 和a t a p i 4 可编程传输流接口 单路传输流输入 支持d v b 传输流 集成有d v b c s a ，n d s l c a m ( i n t e g r a t e dc o n d i t i o n a la c c e s sm o d u l e ) 解扰器 5 图形与显示 基于位块传送器的显示 8 位调色板模块 1 6 位真彩色模式，包括r g b 5 6 5 a r g b l 5 5 5 舱r g b 4 4 4 4 ，支持多级 l o 第二章s t m 5 1 0 5 系统解决方案简介 透明度，可以设计出非常美观的用户界面 图形抗抖动抗锯齿处理 6 音频 集成立体声d a c ，d o l b y 数据流s p d i f 输出 7 v c x o 集成v c x o ，可以省掉外置v c x o 的成本 8 封装 l q f p 2 1 6 和b g a 可选，前者可以降低装配成本和印板的成本 2 3 2s t v 0 2 9 7 芯片介绍 s t v 0 2 9 7 是一个完全的单芯片q a m 解调方案，它将从电缆传输来的电视信号 进行中频采样再转换为m p e g - 2 传输流。s t v 0 2 9 7 芯片符合d v b - c 标准或i t u j 8 3 一a ，可以解码i t u j 8 3 一c 的比特流。该芯片集成了一个a d 转换器，在直接 中频采样结构中可处理高达2 5 6 一q a m 的信号，因此可以取消对外部下采样的要 求。即使是在高频率偏移的情况下，它也可以适应大范围的符号率，从最高的可 用符号率到最低0 8 7 m s p s 。因此，s t v 0 2 9 7 是有线电视机项盒应用中的一款优秀 的备选解调芯片，这款芯片的特点包括： 支持1 6 ，3 2 ，6 4 ，1 2 8 和2 5 6 星座图。 全数字解调，无需外围环路，低功耗。 符号率可变：0 8 7 1 1 7 m b a u d 。 集成匹配滤波器。 集成自适应均衡器。 片上前向纠错，配有两个a g c 输出，适用于延迟的自动增益控制应用。 系统时钟可由片上晶振产生，节省了外围电路，且时钟可编程设定，可 用于外部应用。 既可支持串行输出，也可支持并行输出。支持d v bc o m m o ni n t e r f a c e 。 高频头的主要作用是接收射频信号，然后从输出的多个8 m h z 数字调制频道 中选择一个所需的信道，下变频为中频信号，经q a m 解调器麓调，也即s t v 0 2 9 7 的信道解调，输出m p e g 传输流( 并行或串行) ，送至s t x 5 1 0 5 芯片进行处理。 所以，高频头的性能的好坏直接影响到整个数字电视机顶盒的性能，本项目中根 据对解调质量的实际需要及成本考虑，选用s t v 0 2 9 7 作为解调芯片。 2 3 3 其他芯片介绍 除了核心芯片s t x 5 1 0 5 外，本项目设计中还用到几个比较重要的芯片有： 第二章s t m 5 1 0 5 系统解决方案简介 d d rs d r a m 采用现代公司的2 5 6 m b 的h y 5 d u 5 6 1 6 2 2 d ( l ) t ；f l a s h 存储器为s t 的m 2 9 w 3 2 0 e t ；智能卡接口芯片采用s t 8 0 0 4 c d ；音频功放芯片采用l m 3 5 8 d 。 d d rs d r a m 即为d u a ld a t ar a t es d r a m ，在时钟的上升沿和下降沿，d d r 存储器都读取或者写入数据，所以，其真正的工作速率是普通s d r a m 的两倍。 本项目中存储器采用的的时钟速率是1 3 3 m h z ，因此主处理芯片和存储器之间的 数据的传输速率高达2 6 6 m h z 。 f l a s h 存储器用于存储应用程序及数据库，数据库主要包括节目内容、节目 列表、e p g 信息及其他应用中需要保存的信息，在开机时首先要将f l a s h 中的程 序导入d d rs d r j 蝴中再运行，在程序运行过程中有需要存储的信息也是保存 到f l a s h 存储器中的。另外本机顶盒还提供了l o a d e r 在线升级功能，运营商能在 任何时候将新软件下载到f l a s h 中。s t b 软件包含处理该过程的一个固定程序， 它保证只接受有效的软件。在正常关机或者掉电的情况下，f l a s h 能够存储关机 或者掉电之前的信息，以便开机的时候重新调入，这点类似于e e p r o m 的功能。 音频功放芯片和智能卡接口芯片都是s t x 5 1 0 5 的必不可少的外围芯片，当 然它们所实现的功能也可以用其它芯片代替，之所以选择它们，主要是考虑到这 些芯片的性价比高和以前我们使用他们的情况比较好的原因。 2 4s t x 51 0 5 软件系统架构 s t x 5 1 0 5 芯片内部集成的3 2 位r i s cc p u 内核主频最高可以达到2 0 0 m h z ， 这为实现功能强大的软件提供了基本保证。同时该平台中使用了s t l i 钯幻s 2 0 嵌 入式操作系统，协同管理了机顶盒工作中的各种应用和操作。在整个系统的开发 过程中要考虑影响嵌入式系统运行的许多因素，如实时性，系统资源的合理分配 与利用，任务调度，中断设置，应用程序与操作系统的结合等。本项目中软件系 统是采用模块化的组织结构分层设计的，软件层次划分如图2 4 所示。这样的优 点在于各个模块划分相对独立，便于多人协作开发，同时软件也易于维护，并且 图2 _ 4 软件系统层次图 1 2 第二章s t m 5 1 0 5 系统觯挟方案简介 恩有可同时扩展的特点。 系统层：提供通用组件的功能，如句柄链表，软时钟调试追踪等的管理。 陔层还包括撵作系统抽象层，使其他层能够独立于操作系统。 驱动层：为上层软件提供硬件的抽象，使r 层的开粒与底层的硬件尤关。 服务层：包括各种功能模块，建立在驱动层之上，为应剧层提供更高层的接 门以便于整机功能管理。 应用层：确定整机的功能和效果。接受刚户输入( 遥控嚣前面板按键) ， 显示，菜单控制，数据广播等。对于硬什完全独立，其又可细分为两个子层：用 户层、控制层。 项目中整个软件系统划分的四个层次又划分为不同的模块，如图2 - 5 所示。 ? t i 驱动模块属于驱动层，服务层主要包括o s d 、p e gf o n t 、r c & k e y 、e e p r o m 、 f u l l e r 、d v b s i 、私有数据、开关机管理、搜台管理等，位于图的中问层部分。 立用层主要包括e p g 、数据广播、节目管理、功能管理，主菜单及l o a d e r 模块 等，是用户最终可见的功能和效果。 本人的工作主要是负责d v b - s l 标准的分析研究、e p g 模块的开发、智能昔 睦口模块的设计和测试等过程中也参与了事库g b 2 3 1 2 到字库u n i c o d e 转化代 玛的集成和调试工作和机顶盒系统调试、验证工作。 图2 - 5d v b - - c 机顾盒软件系统模块层次图 第三章数字电视节目特定信息及业务信息的定义 第三章数字电视节目特定信息及业务信息的定义 数字电视接收机中业务数据的发送和传输都是符合国际标准的，本章主要介 绍m p e g - 2 和d v b s i 两大国际标准对业务数据的内容、格式及传输的规定，为 业务数据接收及表示的实现打下理论基础。本章内容主要分两部分介绍数字电视 业务数据中节目特定信息p s i ( p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ) 和业务信息 s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 在国际标准中的定义。m p e g 2 标准在传输流t s 中定义了 节目p s i ，用于在接收端对节目进行解码所需参数进行设置；作为p s i 信息的补 充，d v b s i 标准中定义了业务信息s i ，主要是提供接收解码更详细的设置信息， 如节目种类、节目时间、节目来源等。二者对于有线数字电视机顶盒的电子节目 指南功能的实现有决定性意义。 3 1m p e g 2 标准概述 m p e g 为m o v i n g p i c t u r ee x p e r t sg r o u p 的缩写，可以翻译为活动图像专家组。 m p e g - 2 是由m p e g 开发的第2 个标准，是“活动图像及有关声音的通用编码” 标准。该标准制定始于1 9 9 0 年7 月，m p e g 组织与有关国际组织如i s o 、i e c 、 n u r 等协调，并注意到了与m p e g 1 的兼容一致。国际电联的无线电通信部门 ( i t u r ) 从广播电视方面提出的不同需求构成了m p e g 2 的类等级 ( p r o f i l e l e v e l ) 概念的基础。 m - p e g 组织于1 9 9 4 年推出m p e g 2 压缩标准，实现了视音频服务与应用互 操作的可能性。m p e g 2 标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下 的压缩方案和系统层的详细规定，特别适用于广播级的数字电视的编码和传送， 被认定为s d t v 和h d t v 的编码标准。目前m p e g 2 标准分为9 个部分，主要 有：系统层、视频、音频、数字存储媒体的指令和控制、实时接口等，这些部分 统称为i s o i e c l 3 8 1 8 国际标准。 m p e g 2 图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相 关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信 息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输带宽。而接收机 利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提 下恢复原始图像。 1 4 第三章数字电视节目特定信息及业务信息的定义 3 2m p e g 2 系统层标准【1 1 i s o i e c l 3 8 1 8 1 定义了m p e g 2 系统层编码方法，主要用于支持把按 i s o i e c l 3 8