（通信与信息系统专业论文）综合业务终端视频模块软件设计.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 近年来，由于人们生活水平的提高，对娱乐方式的要求越来越高，促使运营 商推出各种新业务，以满足这些需求。其中，数字电视以其不可比拟的优点，在 近几年得到了较大的发展。针对现有的h f c 网络存在的“漏斗效应”及“汇集均衡” 等问题，提出的新型h f c 接入方式，即在服务区引入“集中器”这一新型网络设备， 服务区采用“集中器+ 综合业务终端”的新型接入网络，使得数字电视等新业务的推 广应用成为可能。 论文首先对我国数字电视的传输标准采用d v b c 协议，m p e g 一2 等数字电视 采用的信源编解码标准进行了必要的分析，并对论文涉及的协议细节进行了研究。 然后，分析了视频模块的网络环境、集中器的作用、综合业务终端的功能， 讨论了h 1 2 0 1 6 芯片的内部结构、解码流程，并以此对视频模块进行了需求分析， 在对比一般的有线电视机顶盒后作出了总体方案设计，使视频模块部分不但完成 数字电视的接收，而且还能作为网络数据业务的显示终端，同时提供丰富的用户 接口来完成v o d 显示、w e b 浏览等增值业务。 论文的主体部分进行了软件模块化设计。对综合业务终端与视频模块数据交 流的三种数据流进行分析，设计出了i i c 模块和t s 分流模块，完成了综合业务终 端对视频模块的控制功能和对t s 流的分流功能；在d e m u x 模块中，完成了节目 级解复用的功能，并对过滤器进行了有效管理；分析了在解码端恢复系统时钟的 重要性和一般方法，提出了用排队论的方法设计缓存，给出了实验结果。 由于时间限制和相关硬件条件不具备，没有真正在整个硬件平台上运行，综 合业务终端视频模块的软件编译通过，正确烧写。论文还给出并分析了视频解码 显示模块的节目级解复用中部分关键代码，这些代码都编译通过。 关键词：综合业务终端，数字电视，机顶盒，m p e g 一2 ，h 1 2 0 1 6 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t i nr e c e n t ，w i t ht h el i v i n gc o n d i t i o ni m p r o v e d ，t h ew a y sp e o p l er e l a xg e tm o r ea n d m o r em u l t i f o r m i t y s ot h ep r o v i d e rm u s tf o l l o wt h ec h a n g i n gt op r o v i d en e wp r o g r a mt o m e e tp e o p l e sn e e d a m o n gt h e s e ，b e c a u s eo fm a n ys u p e f i o f i t y ，t h ed i g i t a lt vh a v e b e e n a p p l ya l l o v e rt h ew o r l d b e c a u s et h ec u r r e n th f cn e t w o r kh a sm a n y d i s a d v a n t a g e s ，s u c ha s ”f u n n e le f f e c t i n g ”a n d i n f l u xe q u a l i z a t i o n ”，an e wt y p eo fh f c a c c e s s i n gn e t w o r ki sb e e np u tf o r w a r d ，w h i c hi sc o m p o s e do ft h ec o n c e n t r a t o ra n dt h e i n t e g r a t e ds e r v i c e st e r m i n a l ( i s t ) c o r r e s p o n d i n g l y , n e t w o r ke q u i p m e n ta n dt e c h n i q u e s h o u l d b eu p g r a d e d f i r s t ，t h ed t v t r a n s m i s s i o ns t a n d a r di no i l l c o u n t r yi se u r o p ed v b ci n0 1 1 1 c o u n t r y ，m p e g 2i st h es i g n a ls o u r c ec o d i n gs t a n d a r du s e di nd t v b e c a u s et h e s et w o s t a n d a r d sa r et h eb a s i so fa vm o d u l ed e s i g n s o m ee s s e n t i a la n a l y s i si si n t r o d u c e df o r t h e m t h e n , t h ep a p e ra n a l y s e st h ef u n c t i o nd e m a n da n dp e r f o r m a n c ed e m a n do f t h ei s t a vm o d u l eb a s e do nt h en e t w o r kc i r c u m s t a n c e t h ef u n c t i o no fc o n c e n t r a t o ra n dt h e i s ts y s t e m a f t e ras h a r pc o n t r a s tb e t w e e nt h eo r d i n a r yh f cs t ba n dt h ei s ta v m o d u l e ，w ec o u l dp r o j e c tt h ec o n f i g u r a t i o no f t h ea l ls y s t e ms ot h a tt h ei s ta vm o d u l e n o to n l yc o u l dd e c o d et s ，b u ta l s oc o u l ds u r f i n gw e ba n ds h o wv o di n f o r m a t i o n f i n a l l yt h em a i nb o d yo f t h ep a p e rp a r t i c u l a r l yd i s c u s st h ec o n f i g u r a t i o no f h l 2 0 1 6 ， t h ef l o wo ft h ed e c o d e ，a n dm o d u l a r i z et h es o f t w a r eo fa l ls y s t e m a n a l y s e st h r e e t y p es t r e a mb e t w e e nt h ei s ta n da vm o d u l e ，d e s i g nt h ei i cm o d u l ea n dt sm o d u l et o s e tt h er e g i s t e ro f t h eh 1 2 0 1 6c h i pa n dd i v i d et h et ss t r e a m ；i nt h ed e m u xm o d u l e ，i t f i n i s ht h ep r o g r a md e m u l t i p l e x i n g ，a n dm a n a g et h ef i l t e r ；a f t e ra n a l y s e st h ei m p o r t a n c e o ft h es y s t e mc l o c kr e c o v e r y ，a n dc e m n l o nm e a n s ，w eg a l lu s et h eq u e u et h e o r yt o d e s i g nab u f f e rt or e s o l v et h a tp r o b l e m ，a n dt h e ng i v et h ee x p e r i m e n to u t c o m e r e s t r i c t b yt i m ea n dh a r d w a r eo ft h ew h o l es y s t e m ，w ej u s tc o m p i l e dt h ec o d ea n db u r n e dt h e f l a s ht ov e r i f y k e yw o r d ：i s t ，d t v ，s t b ，m p e g - 2 ，h 1 2 0 1 6 i i 重庆大学硕士学位论文缩略词对照表 缩略词对照表 w d m w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g d e n s ew a v e l e n g t h 波分复用密集波分复用 d t w s l o nm u l t i p l e x i n g a d s l a s y m m e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 非对称数字用户线 f t t h f i b e r t ot h eh o u s e 光纤到户 h f c h y b r i df i b e rc o a x 光纤同轴混合网 d m td m c r e t em u l t i - t o n e 离散多音频 m a n m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k 城域网 i a nw 1 d ea r e an e t w o r k 广域网 c a t vc a b l e t v 有线电视 q a mq u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n正交幅度调制 d o c s i sd a t a - o v e r - c a b l es e r v i c ei n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n s 电缆数据业务接口协议 c m t sc a b l em o d e mt e r m i n a ls y s t e m 电缆调制解调终端系统 c mc a b l em o d e m 电缆调制解调器 i s t i n t e g r a t e ds e r v i c e st e r m i n a t i o n 综合业务终端 s t b s e t - t o pb o x 机琐盒 i a d i n t e g r a t e d a c c e s sd e v i c e 集成接入设备 m h pm u l t i m e d l ah o m ep l a t f o 多媒体家庭平台 a t v e fa d v a n c e dt e l e v t s t o ne n h a n c e m e n tf o r u m 高级电视增强论坛 d a s e d t v a p p h c a t i o ns o f t w a re n v i r o n m e n t 数字电视应用软件环境 m b tm e d l ab e a c o nt o w e l t 媒体烽火台系统 p d a p e r s o n a ld t g l t a la s s i s t a n t 个人数字助力 d s l d t g l t a ls u b s c r i b e rl i n e 数字用户环路 h d t v h i 9 1 1 一d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n高清晰度电视 s d t vs t a n d a r d - d e f i n i t i o nt b l e v i s i o n 标准清晰度电视 p c m p u l s ec o d em o d u l a t i o n 脉冲编码调制 r fr a & of r e q u e n c y 射频 r i d sr e a lt z m eo p e r a t i o ns y s t e m 实时操作系统 p o np a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 无源光纤网络 t d mt i m ed l w s l o nm u l t i p l e x i n g 时分复用 t d m at i m ed i v i s i o nm u l t i p l e xa c c e s s 时分多址接入 o i j o p t i c a ll i n et e r m i n a l 光纤线路终端 o n u o p t i c a ln o d eu m t 光纤节点单元 v d s l v e r yh i g hs p e e dd s l甚高速数字用户线 t s t r a n s p o r ts t r e a m 传输流 e s e l e m e n t a r ys t r e a m基本流 b a t b o u q u e t a s s l s c m t i o nt a b l e 业务组关联表 c ac o n d i n o n a l a c c c s s 条什访问 c a tc o n d i t i o n a la c c e s 81 h b l e 条什访问表 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 欧洲的数字视频广播 d v b c d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t m gc a b l e 数字电视有线广播标准 d v b s d i g i t a lv i d e ob r o a d e a s t i n gs a t e l l i t e 数字电视卫星广播标准 f s sf i x e ds a t e l l i t es e r v t c e 尉定1 早业务 b s s b r o a d c a s ts a t e l h t es e r v i c e 广播卫星业务 d t hd l r e c tt oh o m e 卫星直播 v 重庆大学硕士学位论文 缩略词对照表 续上表 s m a l s a t e l h t em a s t e ra n t e n n at e l e w s i o n 地面卫星天线电视 e i te v e n ti n f o r m a t i o n1 h b l e 事什信息表 m p e g m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p 运动图像专家组 n 盯n e t w o r ki n f o n n a t l o nt a b l e 网络信息表 p a t p r o g r a ma s s o c m t i o nt a b l e节目关联表 p c r p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e 待目时钟参考 p e sp a c k e t m e de l e m e n t a r ys t r e a m 打包的基本码流 p i dp a c k e ti d e n t i f i e r 包标识符 p m t p r o g r a mm a pt a b l e节目映射表 p s p r o g r a ms t r e a m节目流 p s i p r o g r a ms p e c i a li n f o r m a t i o n 节目专用信息 p t sp r e s e n t a t i o nt m a es t a m p 播出时间标记 s d ts e r v i c ed e s c f i p t i o nt a b l e 业务描述表 s t c s y s t e mt i m ec l o c k 系统时钟 t d t t l m ea n dd a t et a b l e 时间和日期表 t d s t t r a n s p o r ts t r e a md e s c r i p t i o nt a b l e 传输流描述表 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及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞盔堂 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谢意。 学位论文作者签名：鬣函 签字日期： 弘7 年月r 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庞盍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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：i 薄荔 签字日期：沙刀年月上日 导师签名： 铲麟 签字日期：叼年月f 日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题背剽1 6 】【1 7 】【1 8 】 近年来，由于人们生活水平的提高，对娱乐方式的要求越来越高，促使运营 商推出各种新业务，以满足这些需求。这些新业务有数据量大、要求带宽高、强 调双向互动性、不能受地域限制等特点。另一方面，各种网络通信技术迅速发展， 宽带环境也日益成熟，使得这些新业务的推广应用成为可能。下面将从综合业务、 数字电视技术和其在世界各国的发展状况来介绍本课题的背景。 1 1 1 综合业务 随着网络带宽的不断扩展和网络业务的不断增加，正引发出一场以新兴的 i n t e r n e t 综合业务和传统语音图像业务之间融合的革命。随着计算机网络技术 的发展成熟，业务的需求结构发生了重大的变化，越来越多的用户提出了业务综 合化的要求。特别是由于数字音视频编码压缩技术的迅速发展与实用化，由数字 图像技术导致的数字电视接收播放的视听系统正在迅速普及。提供广大用户收看 数字电视等多媒体业务的市场，存在着巨大的市场潜力。 从市场需求及其发展趋势出发，家庭用户对综合业务有这样三大基本业务需 求： 互联网业务 2 0 0 3 年，中国互联网仍然保持了高速增长的趋势。据上海电子制造行业协会 统计，2 0 0 3 年底，中国互联网用户超过6 2 0 0 万，居世界第二位，超过第三位的 日本近1 0 0 0 万。目前，我国接入互联网的计算机数超过3 0 0 0 万台，网站总数突 破5 0 万个，国家项级域名注册量约2 8 6 万个，i p v 4 地址使用数量达至i 4 0 0 0 万个， 互联网国际出入1 2 1 带宽达n 2 0 g 。从总量上看，2 0 0 4 年互联网用户数量将继续保 持高速增长。 数字电视业务 数字电视是电视技术从黑白电视向彩色电视发展之后的第三代电视，是电视 技术发展的新里程碑。数字电视与第三代移动通信和因特网一起构成了进入新世 纪后的三大信息基础设施。据预测，未来l o 年内数字电视产业将给中国相关企业 带来1 5 0 0 0 亿元的销售额和1 0 0 0 亿元的利润。 坤电话业务 近年来，以i n t e m e t 为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体 系，随着i n t e m e t 的广泛应用而兴起的i p 电话便是其中一例，此项技术从诞生到 在世界各地迅猛发展只用了短短几年的时间。目前，全球各大电信设备厂商和服 重庆大学硕士学位论文1 绪论 务商纷纷在m 电话领域投入巨资，使i p 电话的发展已经大大超越了最初作为业余 消遣的阶段。同样，i p 电话在中国也正以其低廉的通话费用以及诱人的市场前景 直入通信消费领域，并对传统电信业务形成了猛烈冲击。 随着i p 电话逐渐被人们所接受、喜爱，再加上各厂商的推广，i p 电话已逐渐 成为商业竞争的焦点，拥有的市场将得到迅猛的发展。据预测，全球i p 电话市场 将从1 9 9 9 年的4 亿7 5 0 0 万美元，增长至2 0 0 6 年的1 0 7 亿美元。另外据预计，截 至2 0 0 6 年，在总的供货线数上，口电话市场将与传统电话市场持平。最近的数字 也表明美国公司对传统电话的投资下降了1 7 ，而局域网电话系统的安装量比传统 电话多1 4 。 除了这些基本业务之外，视频和音频点播，网路游戏，远程教育等多媒体增 值服务引着越来越多的人。 1 1 2 数字电视技术 数字化革命是一场全世界范围的新技术革命，电视的发展也不例外。电视技 术的数字化是电视产业发展的必然趋势，也是电视网络化的前提和必要条件。数 字电视，是指从电视节目采集、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，是在数字技术基础上把电视节目转换成为数字信息( o ， 1 ) ，以码流形式进行传播的数字形态。综合了数字压缩、多路复用、纠错掩错、 调制解调等多种先进技术。与原有的模拟电视技术相比，数字电视技术有如下优 点： 信号杂波比与连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后用若干位二进 制数的高低电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其 杂波幅度只要不超过某一个定额电平，通过数字信号再生，都可以把它清除掉， 即使某一杂波电平超过额定值造成误码，也可以利用纠错编码技术把它纠正过来， 所以，在数字信号传输过程中，不会降低信噪比。而模拟信号在处理和传输过程 中，每次都可能引入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信噪比，就必须对各 种处理设备提出较高的信噪比要求。模拟信号要求s n 4 0 d b ，而数字信号只要求 s n 2 0 d b 。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。 高清晰度，音频效果好。数字设备输出信号稳定可靠，可避免系统的非线 性失真的影响。1 6 ：9 的宽频图像格式更符合人们的收视习惯，具有极好的音质和 真正的环绕音效，给人以极强的视觉和听觉享受。 数字设备输出信号稳定可靠。因为数字信号只有0 和“1 ”两个电平，电平的 幅度大小只要满足处理电路中能识别出是电平即可，大一点，小一点都无关紧要。 易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 集成电路的发展，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。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理，获得各种新的 电视图像特技效果。 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。 数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量。利用数字电视信号中行， 场消隐时间，可实现文字多工广播。 压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区 内，观众将以极大的概率实现无差错接受，收到的电视图像及声音质量非常接近 演播室质量。 可以合理利用各种类型的频谱资源。以地面广播为例，数字电视可以启用 模拟电视禁用频道，而且在今后能够采用单频道网络技术，例如l 套电视节目仅 占用同一个数字电视频道而覆盖全国。此外，现有的8 m h z 模拟电视频道可传输 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。 在同步转移模式的通信网络中，可实现多种业务的动态组合。例如，在数 字高清晰度数字电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻，这时由于压缩后 的图像数据量较少，便可插入其他业务，而不必插入大量没有意义的填充比特。 很容易实现加密，解密和加扰解扰技术，以便专业应用以及广播应用。 另外，还具有可扩展性可分级性和互操作性，以便在各种通信信道特别是异 步转移模式的网络中传输，也便于与计算机联通。最后，还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的重要组成部分。 运用了数字技术，电视清晰度和抗噪能力大大加强，而且更少的带宽就可以 传输更多的节目。用户通过高清晰度电视机，看到的画面质量可以轻松达到演播 室的水平。和模拟电视相比，对习惯了收看模拟电视的观众而言，看数字电视就 象享受一次听觉和视觉的盛宴。数字电视的这些优点使之具有强大的生命力和光 明的前景，大大丰富了人们的生活，并将在不远的未来最终取代现有的模拟电视。 1 1 3 世界各国数字电视状况 正因为数字电视技术有着诸多模拟电视不可比拟的优点，它在近几年得到了较 大的发展。 1 9 9 8 年9 月2 3 日，英国广播公司( b b c ) 在世界上首先开播商业化数字电视 节目，被世界上许多有影响力的媒体列为当年的十大新闻之一，它被视为电视发 展史上继彩色电视之后的一场重大革命。 1 9 9 5 年，欧洲1 5 0 个组织合作开发数字视频广播项目，并成立了d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g ) 联盟。d v b 联盟是一个由3 0 多个国家的2 3 0 多个成员组成的国 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 际机构，该机构的首要目标是在全球发展和推广共同的数字电视广播标准。d v b 联盟共同制定了数字电视的d v b 标准。这是一套有关电视广播系统大家庭诸多要 素的统一标准，其中最引人注目的是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收( 包扩中国) ，它较其他标准的 优点是灵活可扩充和移动通信。 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，但在技术上已经 过时，为此，日本付出了沉重的代价。目前，日本的数字电视技术要比美国和欧 洲落后大约4 、5 年。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。美 国多家电视台在1 9 9 9 年1 1 月已正式开始播送高清晰度电视节目，但日本至少要 到2 0 0 8 年才会正式开通常规的数字电视转播服务，而且届时开通该项服务的地区 也只限于东京、大阪和名古屋三个地区，其他地区要等2 0 0 9 年才有望开通数字电 视转播。 与日本和欧共体相比，美国对h d t v ( h i g h - d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 的研究起步较晚， 但是由于它在发展数字电视机方面占有优势，特别是1 9 9 3 年成立的数字h d t v 大 联盟，使得它目前在h d t v 的发展中具有举足轻重的作用。1 9 9 4 年2 月，g a 推 出了数字h d t v 大联盟制式，它不但汲取了本国各主要数字h d t v 制式的优点， 而且从日本和欧洲的研究中得到许多启示，因此标准高，方法灵活。1 9 9 6 年1 2 月， 美国正式批准了由a t s c 委员会制定的主要用于地面广播数字电视的标准，称之 为d t v ；1 9 9 7 年4 月，又颁布实施了数字电视地面广播的时间表及电视频道分配 方案。按时间表，在1 9 9 9 年5 月1 日以前，美国1 0 个最大的城市包括纽约、华 盛顿、芝加哥等的4 0 家电视台将播放数字电视节目，覆盖面占美国电视观众的比 例为3 0 。在1 9 9 9 年的1 1 月1 日前，开播d t v 节目的电视台数量达1 6 0 家，城 市的数量达3 0 多个，覆盖面占美国电视观众的比例为5 3 。到2 0 0 8 年，全美1 6 0 多家电视台全部开播d t v 节目。在这期间，美国数字电视广播和模拟电视广播同 时播放，直到2 0 0 8 年全美将停止模拟电视的广播。 目前，已有加拿大、韩国、墨西哥、阿根廷等国家采用了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 我国从1 9 9 6 年就开始通过卫星传输数字电视信号，卫星既能发送模拟信号也 能发送数字信号，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研制成功第一套数字高清晰 度电视系统，成为即美国、欧洲、日本之后世界上第四个拥有高清晰度电视地面 4 重庆大学硕十学位论文1 绪论 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。 国庆5 0 周年庆典上，我国也在北京试播了高清晰度数字电视。这次试播使用 的制式为d v b t 和a t s c 两种，并通过试播实地考察测量了他们的性能指标，为 最后我国数字电视h d t v 制式提供第一手资料。 根据有关的产业规划，到2 0 0 7 年，全国有1 4 的电视台将发射和传输数字电视 信号；到2 0 1 0 年，东部相对发大的地区将普及数字电视，2 0 1 5 年以前推广至中西 部。数字电视是一个系统，涉及电视的摄录、制作、播放技术的更替，是一个复 杂的过程，要更换电视台的设备、节目来源、数字电视接收设备，绝对不是仅仅 更换一台电视机那么简单。有数字表明，中国现有模拟电视3 4 亿台，有限用户 9 0 0 0 万户，在普及数字电视的过程中，只能有部分模拟电视被数字电视替换，其 余的模拟电视将靠机项盒来接收数字电视节目，这就给数字电视接收机顶盒提供 了巨大的市场。 1 2 课题的提出及意义1 8 】 2 1 】 由于传统的话音网、数据网和有线电视网的业务功能单一，各网络之间互联 互通困难，这就和当前数字电视的普及以及家庭用户对综合业务的要求不能适应， 必须对传统的网络结构进行改造。我们的导师针对传统h f c 网络存在的问题，提 出了新型h f c ( h y b r i df i b e rc o a x ) 网络的结构。新型h f c 网络融合了现代以太网 技术和现有的h f c 网络接入技术，采用了新的传输机制和传输协议，同时有效的 解决了原有的h f c 网络存在的诸如漏斗效应、汇聚均衡等多种问题。在新型h f c 网络中引入的一种新的网络设备一一集中器，它既可以给用户提供一个普通的以 太网接口，又可以提供一个高频转换接口。集中器和用户设备之间采用星型的点 对点连接方式，便于集中器对所有用户设备进行管理。 这种新型h f c 网络，充分利用了现有的c a t v 网络资源，以一种切实可行的 方式将现有以太网和c a t v 网络相连，建设费用比a d s l ( a s y m m e t r i c a ld i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e ) 、f t t b ( f i b e rt ot h eh o u s e ) + l a n ( l o c a la c c e s sn e t w o r k ) 及采用d o c s i s 标准的h f c 宽带接入网低得多，而且能给用户提供1 0 m b s 以上的带宽，非常适 合提供家用综合业务。本课题的综合业务终端就是与这种网络配套的终端设备， 能够为用户提供诸如数字电视接收、m 电话、互联网冲浪、视频会议、网络教育、 网络购物、网上求医看病等多媒体综合业务。它不仅可以使用模拟电视机收看数 字电视节目，还可以在没有计算机的条件下作为显示终端进行上网查询信息、收 发e m a i l 、传送文件等功能，因此市场前景极好。 我国现有1 0 0 0 多家电视台，3 亿台模拟电视机，其中彩电1 5 亿台。在中国 5 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的广大农村还面临着彩电普及问题和电话普及问题。如此状况，如果要真正实现 全部环节的数字化，势必要经过相当一段时间。总的来说，数字电视技术在传输 上没有大的问题，但要在接收端的显示器件上达到高分辩率，其价格将十分昂贵， 因而，近期的数字应用更多的还是使模拟彩电实现数字化的功能，这必将会出现 机顶盒之类的过渡产品，而且会有较大市场。近年来，随着数字广播和因特网的 迅速发展，机顶盒已从单一的解密收费装置发展成为集解压缩、调制解调、解密 收费和交互控制为一体的数字化传输和终端设备。由于“三网融合”的新型网络发展 的必然趋势，综合业务终端将为用户同时提供包括因特网接入，i p 电话及数字电 视，并且为了充分利用老式家电设备，要求提供多路模拟电话机接口以及模拟电 视机的接口。由于h f c 网络能提供较高的传输速率、较好的传输质量，而且电缆 调制解调器技术已经成熟，使得综合业务终端可以有效利用我国巨大的有线电视 网络资源，实现各种交互式应用，其市场前景应比机顶盒更好。综合业务终端是 一个集家庭网关、数字电视以及i p 电话等多项技术于一体的设备，需要整合当今 许多先进的软硬件技术和网络技术，如：通信技术、音视频编解码技术、嵌入式 软硬件技术等，具有很高的学术研究价值。随着数字电视及口电话市场的启动， 综合业务终端必将具有巨大的商业价值。因此对综合业务终端进行研究极具实用 意义。综合业务终端的研发是一个庞大的系统工程，我的选题只涉及其中的一个 模块，即视频解码模块的软件设计，重要性不言而喻。 1 3 国内外研究现状2 2 】 2 6 】【2 7 】【2 8 】【2 9 】 由于采用的技术及提供的业务的不同，目前国内外对家庭接入设备的概念并 未统一，从而存在着各式各样的家庭接入设备，包括各类调制解调器、特定业务 的网关、集成接入设备，种类繁多的各式机顶盒等，比如家庭网关( h o m eg a t e w a y ) ， 集成接入设备( i n t e g r a t e da c c e s sd e v i c e ，i a d ) ，机顶盒( s e t - t o p b o x ，s t b ) 。本文所定 义的新型家用综合业务终端( i n t e g r a t e ds e r v i c e st e r m i n a l ，i s n 目前在国内外还未出 现功能完全相同的设备。 在综合业务终端中的视频模块处理部分，数字电视接收是最基本最重要的功 能，这方面，国外大的电子公司一直掌握着核心芯片及其关键技术。数字电视接 收机的分类方法很多，根据数字电视信号的编解码方式，可以分成高清数字电视 接收机和标清数字电视接收机；根据所提供功能划分，可以分为接收最简单的数 字音视频信号的基本型、在基本型基础上增加了开展增值业务所必需的条件接收 系统和数字电视中间件的普通型、在普通型基础上增加了交互功能的增强型等， 可以简单划分成低端、中端和高端三个档次。能够提供高清数字电视接收方案的 公司并不多，主要有s t 意法半导体公司、a t i 、z o r a n 、b o r a d c o m 以及t r i d e n t 等； 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 可以提供标清方案的公司很多，主要有s t 意法半导体公司、富士通、b r o a d c o m 、 i b m 、c o n n e x a n t 、p h i l i p s 、z o r a n 、l s i 、n e c 和不久前推出产品的a l i 、w i n b o n d 全资子公司其乐达等等。 中高档产品功能丰富多彩，除了传统的音视频解码功能以外，更多的是考虑 产品的功能，往往具有很强的扩展能力和提高音视频质量的后处理功能。比如：s t 公司的q a m i 5 5 1 6 内置了q a m 解调器，5 5 1 4 具有多路解复用等。其中s t i 5 5 1 8 b 主要用于实现数字电视信号条件接收以及股票信息接收等基本功能。它支持杜比 m p 3 音频解码。在中高端方案方面，s t i 5 5 2 8 的处理器性能得到了很大的提高，该 芯片集成了双c p u ，其数据处理能力超过3 0 0 m i p s ，它还集成了更多的外围接口 功能，如硬盘接口、i e e e l 3 9 4 和u s b 。该方案具有优越的音频和图像处理能力， 主要面向具有网络浏览功能和多种交互式应用的高端家庭网络接入设备。其更强 大的产品是面向高清机顶盒的5 5 1 7 + 7 0 2 0 双芯片设计方案，在软件的设计上可以 为将来过渡到机顶盒与电视机设计在一起的一体机提供无缝转移。 b r o a d c o m 公司推出的解决方案是专门针对电缆调制解调器、机顶盒等应用的， 它采用了硅调谐，其中b c m 3 4 0 5 是世界第一个支持5 个r f 通道的单芯片，多通 道低噪声放大器。b c m 3 4 1 8 支持n t s c p a l 信号和数字q a m 信号。这两款芯片 的配合可以大大降低系统设计的复杂性和成本。 a t i 推出的高度集成芯片x i l l e o n2 2 0 主要面向机顶盒和数字电视市场，这 款芯片几乎具备了机顶盒和数字电视所需要的一切功能，包括图像、视频、音频 以及输入输出等等。与其相对应的x i l l e o n2 2 0 s 和x i l l e o n2 2 0 h 则是分别支 持标准清晰度视频流的解码和支持高清晰度视频流的解码功能。 中低档产品以价格低、功能适用为特征。s t 意法半导体公司为机顶盒设计推 出了o m e g a 系列，其s t i 5 5 0 0 芯片在过去得到了非常广泛的使用，现在主流产 品是s t i 5 5 1 8 ，具有较好的成本优势。s t l 5 5 1 8 具有多工传输模块，3 2 位s t 2 0 c p u ， m p e g 2 视频声频解码器，显示和图形功能。此芯片还把d i r e e t v 以及d v b 伪随 机码序列译码器结合进这个分工模块中，使得它可以应用于数字视频广播( d v b ) 和数字卫星系统( d d s ) 中。l s i 公司的a v i a 一9 7 0 0 、富士通的s m a r t m p e g 等，另外 我国台湾华邦公司和a l i 公司的产品价格也低于同类产品。这类低成本的处理器 时钟频率一般在1 5 0 m h z 以下，不带硬盘接口和u s b 接口。l s i 的a = v i a 9 7 0 0 是 a v i a - 9 6 0 0 的简化版，该芯片支持无穷层次的画面叠加，允许制造商通过软件任意 控制播出画面。它还提供了p i g ( p i c t u r e a n - g r a p h i c s ) 功能。a v i a - 9 7 0 0 的一个特色 是具有2 d 图形加速器，可以更好地播放动画。 虽然这些公司都提供了许多可供实现的方案，但价格居高不下，而且他们一直 控制着核心的芯片及其关键技术，功能要求也不太适合中国现实的国情。因此， 7 重庆大学硕十学位论文1 绪论 只有通过自主研发，才能使综合业务终端在软硬件扩展性、移植性和自主知识产 权上取得主动权，才能真正在市场上形成有影响力的产品。 1 4 课题的研究目的和研究内容 本项目的研究内容是综合业务终端视频模块软件的设计。综合业务终端软件 方面有很大的丌发空间，特别是在实时操作系统，解码显示，附加服务软件和高 层应用程序接口等方面。结合国情，开发适合我国用户的综合业务终端，对我国 电视产业的发展有着积极的意义，具体分配到本人的任务和研究内容为视频模块 软件的设计。 设计内容： 解压缩软件的设计； 输出设备驱动软件的设计： 音、视频解码驱动软件： 通过以上的工作，要达到如下的目的： 深入了解m p e g 2 及相关标准，尤其是解码的协议规范； 熟悉欧洲的d v b 标准，清楚的认识我国数字电视机顶盒的现状及 其发展趋势； 掌握综合的软件设计方法； 设计出综合业务终端所需的软件。 1 5 论文内容安排 第一章绪论主要阐述课题的意义、囡内外现状和课题的主要研究内容。 第二章数字电视中的应用标准。 第三章综合业务终端视频模块的需求分析与总体设计。 第四章综合业务终端视频模块软件设计与实验结果。 第五章结论与展望。 重庆大学硕士学位论文2 数字电视中的应用标准 2 数字电视中的应用标准 2 。lm p e g 2 标准简介i l l 2 】 3 1 1 2 2 1 1 2 3 【3 4 】 m p e g 是活动图像专家组( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ) 英文的缩写，于1 9 8 8 年成立，是为数字视音频制定压缩标准的专家组，目前已拥有3 0 0 多名成员，包括 i b m 、s u n 、b b c 、n e c 、i n t e l 、a t & t 等世界知名公司。m p e g 组织最初得 到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准，随后扩充为“及其伴随的音频” 及其组合编码。后来针对不同的应用需求，解除了“用于数字存储媒体”的限制，成 为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。m p e g 组织制定的各个标准都有 不同的目标和应用，目前已提出m p e g l 、m p e g 一2 、m p e g - 4 、m p e g 7 和m p e g 2 1 标准。 m p e g 组织于1 9 9 4 年推出m p e g 2 压缩标准，以实现视音频服务与应用互操 作的可能性。其标准号为i s o i e c l 3 8 1 8 ，标准名为“信息技术一电视图像和伴音信 息的通用编码( i n f o r m a t i o nt e c