（通信与信息系统专业论文）综合业务终端中间件图形用户交互模块的设计.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 新型h f c ( h y b r i df i b e r - c o a x ) 网络针对现有的h f c 网络存在的问题进行了改 进，简化了网络协议，优化了网络结构，具有带宽资源丰富、覆盖面积广等特点， 能够提供真正的多媒体交互功能，完全满足各种综合业务的需求。 该课题所提出的综合业务终端就是基于新型h f c 接入网的家庭用户通信设 备。它可以让家庭用户通过一个网络，不但实现数字电视、视频点播功能，同时 还可享受互联网浏览、收发电子邮件、可视i p 电话、电视购物、网络游戏、远程 教育等丰富的增值业务。论文作者负责设计综合业务终端中间件图形用户交互模 块。 论文首先分析了综合业务终端的功能需求、主控芯片的硬件结构和软件环境 的要求，选用了嵌入式l i n u x 作为终端的实时操作系统。考虑到解压芯片h i 2 0 1 6 的处理能力较弱，提出了在主控芯片绘制图形用户界面，然后送到数字电视解码 显示模块叠加输出的解决方案。接着，论文从应用需求出发，分析了图形模块的 功能要求，提出了g u i 系统总体解决方案，论证了该方案的优势与可行性，并对 g u i 系统的建立过程进行了重点叙述。然后是对图形用户交互界面整体框架的设 计，将主菜单界面分为系统设置、e p g 菜单、浏览器、点播、广播、邮件、娱乐 和交互八大模块，并对菜单功能的实现原理和过程进行了详细的阐述，对设计的 程序进行了验证。 论文的创新性工作之一是通过对综合业务终端功能的详细分析，对图形支持 系统m i n i g u i 进行了适当的裁减，大大缩小了g u l 支持库的尺寸( 交叉编译后的图 形动态库及应用资源在2 m 以内) ，并移植到本课题的开发板上作为g u l 支持库； 之二是提出了综合业务终端嵌入式浏览器的解决方案，在对国内外各种开源浏览 器进行了大量比较和分析的基础上，选择了一款功能较为完善的开源嵌入式浏览 器进行修改和移植；之三是针对遥控器按键不足的缺陷，提出了屏幕软键盘的设 计方案，解决了文字和符号的输入问题。 论文根据图形用户界面程序的特点，采用分层设计的方法介绍了图形用户程 序的设计思路和流程，并详细阐述了图形用户界面主要函数的实现原理，在具体 代码的设计上采用了事件驱动编程。所设计的程序均在l i n u x 虚拟机上编译通过， 运行良好，证明本论文的设计是实用，可靠的。 关键词：综合业务终端，数字电视，l i n u x ，图形用户界面，移植 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t t os o l v et h ep r o b l e m si nt h ec u r r e n th f c ( h y b r i df i b e r - c o a x ) n e t w o r k ，an e w t y p eo f h f c a c c e s sn e t w o r ki sp u tf o r w a r d ，w h i c hh a sb e e nm a d eas e r i e so f a p p r o p r i a t e i m p r o v e m e n t ，s u c h a ss i m p l i f y i n gt h en e t w o r kp r o t o c o l ，o p t i m i z i n gt h es t r u c t u r eo f t h e n e t w o r k t h en e wh f cn e t w o r kw i t ht h ea d v a n t a g eo fa b u n d a n tb a n d w i d t ha n dh i 曲 p o p u l a r i z a t i o n ，i sa b l et op r o v i d et h er e a lm u l t i m e d i ai n t e r a c t i o nf u n c t i o na n dm e e t r e q u i r e m e n t so f v a r i o u si n t e g r a t e ds e r v i c e s t h ei s t ( h l t e g r a t e ds e r v i c et e r m i n a l ) p r o p o s e db yt h i sp r o g r a mi sad o m e s t i c c o m m u n i c a t i o n e q u i p m e n t w h i c hc o u l da c h i e v en o t o n l y t h ef u n c t i o no f v i d e o o n d e m a n dd i g i t a lt v ，b u ta l s ok i n d so f v a l u e a d d e db u s i n e s s e s ，t h r o u g has i n g l e n e t w o r k t h en e wh f ca c c e s sn e t w o r ks u c ha st h ei n t e m e tb r o w s i n g , e m a i l d e l i v e r i n g , t h ev i s i b l ei pp h o n ec a l l i n g ，t h et e l e v i s i o ns h o p p i n g ，t h en e t w o r kg a m e s ，t h e d i s t a n te d u c a t i n ga n ds oo n t h ea u t h o rp a r t i c i p a t e di nd e v e l o p i n gt h es o f t w a r eo ft h e i s ta n dp u te m p h a s i so nd e s i g n i n gt h eg u i ( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ) m o d u l ei nt h ei s t m i d d l e w a r es y s t e m f i r s t l y , t h ef u n c t i o n s ，h a r d w a r es t r u c t u r eo ft h em a i nc o n t r o lc h i pa n dt h e r e q u i r e m e n to fs o f t w a r ee n v i r o n m e n ti sa n a l y z e di nt h ep a p e r , a n de m b e d d e dl i n u xi s s e l e c t e da sr e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e m t a k i n gt h ew e a kc a p a b i l i t yo fd e c o d i n gc h i p h i 2 0 1 6i n t oa c c o u n ts ow ea d o p tt h ef o l l o w e dm e t h o d ：t h eg u ii sd r a w no nm a i n c o n 仃o lc h i p ，a f t e rt l l a t ，t h eg r a p h i cd a t ai sd e l i v e r e dt od i g i t a lt e l e v i s i o nd e c o d i n g d e m o n s t r a t i o nm o d u l ef o rm i x i n ga n do u t p u tv i a8b i tp a r a l l e ld a t al i n e s a c c o r d i n gt oa p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s ，t h i sp a p e ra n a l y z e t h ef u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s o fg u im o d u l ea n dp r o p o s e sag u is y s t e ms o l u t i o nt o p r o v ei t s s u p e r i o r i t ya n df e a s i b i l i t y t h ef o l l o w i n gi st h ep a r t i c u l a rd e s i g no f t h eg u if r a m e w o r k t h em a i nm e n ui sd i v i d e di n t oe i g h tm o d u l e s ，s u c ha ss y s t e ms e t t i n gm o d u l e ，e p g m o d u l e ，b r o w s e rm o d u l e ，v o d ( v i d e o o n d e m a n d ) m o d u l e ，b r o a d c a s tm o d u l e , e m a i l m o d u l e ，i n t e r a c t i o nm o d u l ea n dr e c r e a t i o nm o d u l e t h ed e s i g no ft h em e n us y s t e mi s f i n i s h e da n d 锄e l a b o r a t i o no ft h ed e s i g np r i n c i p l ei sg i v e n w i t ht h eg o o de f f e c to f t e s t i n g t h e r ea r et h r e ei n n o v a t i v ep o i n t si nt h i sp a p e r t h ef i r s to n ei sr e d u c i n gt h es i z eo f m i n i g u ig r e a t l y ( t h es i z eo ft h ed y n a m i cl a ba n da p p l i c a t i o nr e s o u r c e so fg u ii s r e d u c e di n2 ma f t e rc o m p i l e d ) a n dp o r t i n gi tt ot h ed e v e l o p m e n tp l a t f o r ma st h eg u i i i 里压盔堂堡主堂垡丝奎 茎茎塑至 s y s t e mo fi s t , t h r o u g ha n a l y z i n go ft h ei s tf u n c t i o nr e q u i r e m e n t sa n dt h ea p p r o p r i a t e i m p r o v i n go f t h em i n i g u i t h es e c o n do n ei sp r o p o s i n gt h ee m b e d d e db r o w s e rs o l u t i o n f o ri s ta n dc h o o s i n gas u i t a b l eo p e n s o u r c eb r o w s e rt om o d i f ya n dp o r tb a s e do nl a r g e s t u d i e so fk i n d so fo p e n - s o u r c eb r o w s e r s t h et h i r do n ei s d e s i g n i n gt h es c r e e l l s o f t - k e y b o a r da i m e da tl i m i t a t i o no fi n s u f f i c i e n tr e m o t ec o n t r o lk e y s t h i sd e s i g n s o l v e st h ep r o b l e mo f l e t t e ra n ds y m b o li n p u t t i n g a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so fg u i ，h i e r a r c h i c a ld e s i g nm e t h o di sa d o p t e d ，t h e g e n e r a li d e aa n dt h ef l o wo fg u ip r o g r a ma r ei n t r o d u c e d ，a n dt h et h e o r yo ft h em a i n f u n c t i o ni ng u ip r o g r a mi sp u tf o r w a r di nt h ep a p e r m e s s a g ed r i v e np r o g r a m m i n gi s a d o p t e di nd e s i g n i n g o ft h ec o d e s a l lt h ec o d e sa r ec o m p i l e da n dr u nw e l li nt h el i n u x w m w a r ee n v i r o n m e n t ，w h i c hp r o v e st h ed e s i g ni nt h i sp a p e ri sp r a c t i c a la n dr e l i a b l e k e y w o r d s ：i s t d t v , l i n u x ，g u i ，p o r t i i i 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态堂 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：奋专页 签字日期：2 。口7 年于月2 护日 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 重废太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“”) 学位论文作者签名： 夯预 导师签名： 艄禚 签字日期：b 。7 年节月知日签字日期：洳7 年于月2 口日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题背景 近年来，由于网络带宽不断扩展和网络业务不断增加，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，许多家庭用户己不再满足于单一的业务。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。 1 1 1 数字电视技术的发展前景 随着科学技术的飞速发展，电视技术已进入数字化时代。数字电视( d i g i t a lt 是继黑白电视和彩色电视后的第三代电视。按清图像晰度分类，数字电视可以分 为数字高清晰度电视( h d t 、数字标准清晰度电视( s d t v ) 和数字普通清晰度电视 ( l d t v ) 三种。三者区别主要在于图像质量和信道传输所占带宽的不同。 h d t v ( h i 曲d e f i n i d o nt e l e v i s i o n ) 的图像水平清晰度大于1 0 0 0 线，图像质量可达到 或接近3 5 m m 宽银幕电影的水平；s d t v ( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 的图像水平 清晰度大于5 0 0 线，主要是对应现有电视的分辨率量级，其图像质量为演播室水 平；l d t v ( l o w d e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ) 的图像水平清晰度为2 0 0 3 0 0 线，主要是对应现 有v c d 的分辨率量级。相对模拟电视，数字电视不仅能改进音、视频质量，而且 还能与现有的数字通信和计算机技术相结合，能为人们提供全新的、更灵活、更 方便的服务。 最早有关数字电视的研究可以追溯到上个世纪六十年代，主要侧重于模拟电 视信号数字化后进行远距离传输、音视频压缩编码方法和电视演播中心的数字化， 包括数字化终端和p c m 编码标准的确定。随着电子技术和计算机技术的飞速发展， 各个国家也竞相开展数字电视的研究工作，2 0 世纪8 0 年代是数字电视发展的兴旺 时期，有关理论和技术趋于成熟并不断深化。人们对数字压缩算法和系统复用基 本框架达成了共识，并指定了一系列标准。其中包括1 9 9 0 年7 月i t u t 通过的h 2 6 1 建议，j p e g 在1 9 9 1 年3 月通过的3 1 0 9 1 8 标准，还有m p e g 随后相继指定的一系列 m p e g 标准。其中m p e g 2 的视频标准适用于s d t v ，h d t v 及i t v 中，放各国均采 用它作为视频信源数据码率压缩和系统复用标准。除了视频数据压缩标准外，数 字电视的关键技术还包括音频信号信源编码、数字广播系统信道编码和调制方式 以及数字电视频率资源分配。音频压缩编码主要的规范包括：a c 3 杜比音频编码、 重庆大学硕士学位论文1 绪论 m p e g 2 音频层、a a c 音频标准、c s 一5 1 、d t s 和t h x d t v 广播调制方式和信道编 码规定了经信源编码和系统复用后再向卫星、地面和有线电视等传输媒体发送， 为了将数字信号转换成适合信道特性的波形和确保传输质量所要进行的处理。 数字电视( d i g i t a lt v ) 以其高清晰的图像质量、海量化的信息、更宽阔的业务 范围和人性化的服务成为电视产业的必然发展方向，它正引导着传媒业的一场技 术创新革命。数字电视是从节目录制、编辑、发射、传输到信号接收、处理显示 全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视系统。它采用先进的数字音视频 压缩技术，! i d c t 变换编码、运动估值和哈夫曼熵编码等，对音视频数据进行高 效压缩，并采用先进的调制技术以确保传输质量，使利用有限带宽传输高质量的 信息成为可能。同时数字电视提供浏览网页、n o v d ( n e a rv i d e oo nd e m a n d ) 、电 子邮件、数据下载、购物、教育等多种增值业务，给有线电视行业带来了难得的 发展机遇和光明的前景。与模拟电视相比，它有以下的优势： 改变了信号处理方式，使节目信号质量明显提高。清晰度高、音频效果好、 抗干扰能力强。 改进了信号传输方式，使频道资源的利用率增高。利用现有的一个8 m h z 模拟电视频道，可传输6 8 套d v d 质量的数字电视节目。有线电视分配网的传输能 力从提供4 0 5 0 套模拟电视节目到提升到约5 0 0 套数字电视节目，频道资源极大丰 富，从根本上解决了频道资源紧张的矛盾。同时数字化为广播影视提供的端到端 的服务手段，可以控制管理每一个用户、每一套节目、每一个时段，满足不同用 户对节目服务的个性化需求，拓展市场服务领域。 安全性得到保障。由于采用了条件接收( c a ) 技术，数字机顶盒可以对每个 用户进行实时管理，通过网银自动划帐。不仅提高了管理效率，还从根本上解决 了非法插播和偷接问题，保证了用户的安全性，。 服务领域极大拓宽。数字电视不仅可以提供电子节目指南、公共服务，还 可以提供视频点播、远程教学、购物、交通信息、股票交易、互联网浏览、游戏 等丰富多彩的信息服务和娱乐活动，成为用户可以自选的“文化超市”，使观众从被 动地“看”电视变为自选地“用”电视，同时促进了广电与国际互联网、语音系统等其 他资讯服务融合。 使产业化发展成为必然。数字化带来了极为丰富的频道资源，使广播影视 可以不断开拓专业化、多样化、个性化的市场服务，为广播影视产业化发展道路 注入了新的活力。频道资源的剧增对节目的内容和形式提出了新的需求，要求改 变传统的节目制作方式，这就需要集合社会力量和市场力量，进行规模化、集约 化生产，开辟节目内容产业的新天地。 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 1 2 家用综合业务的发展”】 普通家庭用户对多媒体综合业务的需求呈现出多样化趋势，包括接收模拟电 视、加密数字电视，视频点播，可视i p 电话和收发数据信息( 如电子商务、因特网 浏览、网络购物、远程教育和电子邮件等) 。它可概括为互联网业务、数字电视业 务、口电话业务三大基本业务和各种具有巨大市场前景的增值业务。 数字电视业务 随着多媒体技术的不断进步，用户对电视节目的个性化要求越来越高，传统 的模拟电视已不能满足人们的需要，数字电视取代模拟电视已是必然的趋势。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1 0 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。 根据原国家计委规划司对我国彩电拥有量的的统计，到2 0 0 5 年底我国城镇彩 电拥有量已达到1 3 4 亿户，城镇彩电百户拥有量达1 2 5 台。从这个表可以看出模 拟电视机向数字电视机转化的过程将是一个比较长的时期，在这个过程中用于让 模拟电视机收看数字电视的数字电视机顶盒类产品将是未来数字电视市场的主导 产品之一。根据我国的实际情况，其中卫星和地面机顶盒的需求数量相对较少， 有线电视将是城镇用户未来主要的接收方式，预计其需求量占数字电视机顶盒的 9 0 以上。我国现有有线电视用户1 亿户左右，且今后每年将新增5 0 0 万户以上。 如果从2 0 0 4 年起到2 0 1 0 年全面推广有线数字电视与数据广播业务，则平均每 年将有1 4 0 0 万台机顶盒产品的需求。 互联网业务 中国网民总数的快速增长已被世界所瞩目，据中国互联网络信息中心( c n n i c ) 统计，截止到2 0 0 6 年1 2 月3 1 日，中国内地网民总数已达1 3 7 亿，再创新高，占 总人口比例首次突破1 0 。我国网站总数突破8 4 万个，年增长近1 5 万个。中国 域名总数达4 1 0 万个，仅2 0 0 6 年下半年便增长1 1 6 万个，月平均增长近2 0 万个。 其中c n 域名注册量约1 8 0 万个，比去年同期增加了7 0 6 万个，增长率为6 4 4 ； i p v 4 地址使用数量达到9 8 0 1 万个，比去年同期增加2 3 6 2 万个，增长率为3 1 8 ； 中国互联网国际出口带宽的达到2 5 6 6 9 6 m ，比去年同期增加了1 2 0 5 9 0 m ，增长率 为8 8 6 。2 0 0 6 年c n n i cm 地址分配能力连续提升2 次，分配窗口从1 2 8 c 提升 到2 b ，一次性可以自主分配1 3 万多个口地址，成为亚洲分配能力最强的n i r 之 一，仅次于日本。从总体上看，2 0 0 7 年互联网用户数量继续保持高速增长。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 图1 1 历次调查中国国际出口带宽 f i g1 1 s u r v e yo f c h i n a si n t e r n a t i o n a le x p o r tb a n d w i d t h ( 2 0 0 2 2 0 0 6 ) m 电话业务 近年来，以i n t e r n 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m 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 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，口电话已逐渐 成为商业竞争的焦点，拥有的市场将得到迅猛的发展。全球i p 电话市场从1 9 9 9 年的4 亿7 5 0 0 万美元，增长至2 0 0 6 年的9 1 1 亿美元，其中亚洲将占2 0 ，达到 1 9 0 亿美元的规模。中国电信运营市场v o i p 业务量增长趋势明显。在长途电话市 场，目前国内通话时长中v o i p 与p s t n 基本已经持平，但v o i p 业务增长率高于 p s t n 。截至2 0 0 6 年9 月底，电信运营商可统计i p 通话时长为1 0 9 9 3 1 亿分钟， 占长途电话通话时长的比重为4 3 6 1 。预计v o l p 在长途通话市场所占份额在今后 的2 到3 年内将逐渐等于甚至超过p s t n 及移动( g s m 、c d m a ) 长途业务的总和。 尽管口电话语音质量比起模拟电话来还不尽如人意，但随着因特网连接速率 的提高和技术上的改进，口电话话音质量会得到进一步的改善。 增值业务 随着网络带宽的飞速扩展，使得用户不仅仅停留在窄带时期的简单的网页浏 览和收发e m a i l 上。视频和音频点播，网路游戏，远程教育等多媒体内容越来越吸 引着更多的人停留在互联网上。 4 重庆大学硕士学何论文1 绪论 视频点播( v i d e oo n d e m a n d ，v o d ) 可以为用户提供多种富有个性的业务内容， 如新闻中心、家庭影院、主题电视等分门别类的视频节目，可以满足不同用户的 个性需求，因而在未来的视频业务中将占有重要位置。据美国市场资料统计，在 美国，有4 0 0 0 万户家庭使用的有线电视网络具备v o d 功能，到2 0 0 5 年年底，这 一数字接近5 0 0 0 万户。2 0 0 2 年美国v o d 服务的销售收入只有2 亿8 7 0 0 万美元。 到2 0 0 5 年，已经达到3 5 亿美元，预计在2 0 0 8 年的这一数字进一步增加到8 2 亿 美元。从美国的v o d 市场预测可以预见v o d 业务将是我国未来家庭增值业务中 的一项不可缺少的重要业务。 近年来，网络游戏发展迅速，截止2 0 0 6 年底，我国网络游戏用户己达到3 1 1 2 万人，比2 0 0 5 年增加1 8 5 ，预计2 0 1 1 年将达4 4 7 8 万。据2 0 0 6 年度中国游戏 产业年会上发布的 2 0 0 6 年度中国游戏产业报告显示，中国网络游戏市场规模 从2 0 0 2 年的9 1 亿元人民币，迅速上升至2 0 0 6 年的6 5 4 亿元人民币，2 0 0 6 年增 长率为7 3 5 。中国网络游戏市场已经成为国际公认的最具发展潜力的市场。网络 游戏在中国的迅速发展，也带动了相关产业的快速发展。2 0 0 6 年网络游戏产业为 相关行业带来的直接收入达3 3 3 2 亿元，是网络游戏市场规模的5 1 倍。由此可见 网络游戏的巨大“钱”景，网络游戏产业将会吸引越来越多的企业参与其中。 远程教育被认为是目前最具有旺盛需求和巨大潜力的产业。在高等教育领域， 目前全国有6 8 所高等院校获准开展远程教育，2 0 0 5 年全国高校将全部建立校园网， 网络教育注册学生达5 0 0 万；再加上全国的下岗职工，再就业培训需求极大，成 人教育市场广阔。 1 1 - 3 新型h f c 网络【i 】【1 6 】 1 7 】【1 8 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，不能适应家庭用户对综合业务的要求。因此，要真正实现交互功能和 开展增值业务，必须对传统的有线电视( c a t v ) 网络结构进行双向改造。 目前我国的c a t v 网在结构上大多数为h f c 结构，也有少数c a t v 网是全电 缆结构，这种电缆网现在正在改造为h f c 。利用h f c 结构的有线电视网络实现宽 带接入具有以下一些优势： 速度快。利用d v b 或者c a b l em o d e m 技术，下行速率可达3 6 3 4 0 m b p s ， 上行速率也在3 2 0 k - 1 0 m b p s 之间，远高于拨号上网的m o d e m 和t i 的速度。 永久连接。不占用电话线，无需拨号，2 4 小时连接。既可以使用p c 机的 c a b l em o d e m 或d v b 数据接收卡，也可以使用电视机的机顶盒接入。 收费低廉。用户每月只要缴纳一定租费，对上网时间无限制，比i s d n 和 a d s l 还便宜。 覆盖范围广。通过有线电视网络提供数据、多媒体服务，实现三网合一。 5 重庆大学硕士学位论文l 绪论 由于h f c 充分利用了现有c a t v 网络的接入线资源，改造起来相对简单，用 户所需承担的费用较少，同时能提供较大的接入带宽。与其它的接入网技术相比， 它具有更高的性价比，适合我国目前的国情。 但是现有的h f c 接入技术仍存在一些影响其发展的问题。现有的有线电视改 造成的双向h f c 网络，不仅存在着上行的回传噪声的漏斗效应和“汇集均衡”问题。 而且，由于h f c 的带宽划分中，上行一般只有几十兆的带宽，所以，还存在上行 通道容量小的问题。除此之外的通道安全问题，随着h f c 网络接入的越来越广泛 的应用，也成了一个重要问题。 为了解决现有h f c 网络的“漏斗噪声”问题，并使其更加适应未来综合业务的 需求，向用户提供更好的通信服务质量，更快的通信速率，我们的导师在积累了 丰富的c m t s ( c a b l em o d e m t e r m i n a ls y s t e m ，电缆调制解调终端系统) 和c m ( c a b l e m o d e m ，电缆调制解调器) 研发经验的基础上，以及在对d o c s i s 协议深入分析研 究的前提下，适当改变c m t s 的工作机制，并在小区中引入一个叫“集中器”新设 备，提出了一种的新型的双向h f c 网络结构。该网络采用了新的传输机制和传输 协议，具有漏斗噪声小、通信协议比较简单、上下行信道容量大等优点，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。 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 、f t t b + l a n 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。 1 2 课题的提出及价值 由于“三网融合”的新型网络发展的必然趋势，单纯用于接收数字电视节目的机 顶盒必将受到淘汰，综合业务终端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，能够提供多路模拟电话机接口以及模 拟电视机的接口。由于新型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，具有极好市场前景。 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 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。因而，在我国有线电视从模拟到 数字的过渡阶段，机顶盒之类的数字化产品必然会有广阔的市场发展前景。随着 运营商提供的增值服务逐渐丰富，人们对数字电视机顶盒的要求已不止单纯用于 接收数字电视节目，还要接收大量的数据信号，以实现用户与电视台之间真正的 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 互动。然而，目前有线电视用户使用的免费机顶盒功能都比较简单，主要是利用 数字电视接收器解决数字电视收看的问题，是数字电视整体转换过程中的短期过 渡型产品，不能实现真正意义的数字电视。因此，新一代数字电视机顶盒必须具 备良好的信息处理功能和网络通信的能力。 而本课题所研究的综合业务终端正是针对中国电视用户的这一迫切需求而提 出的。综合业务终端是与前面所提到的新型双向h f c 网络配套的终端设备，能够 为用户提供诸如数字电视接收、i p 电话、互联网冲浪、视频会议、远程教育、网 络购物、网上医疗等多媒体综合业务。它不仅可以使用模拟电视收看数字电视节 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。 综合业务终端是一个集家庭网关、数字电视以及口电话等多项技术于一体的 设备，整合了当今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。随着数字电视及坤电话 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。 1 3 国内外研究现状【2 】【1 5 1 目前，国际上有许多标准组织在致力于数字电视方面标准的制定，其中比较 成熟并已广泛应用的数字电视标准主要分为三大类： 美国的a t s c 标准( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) 1 9 9 3 年美国七家公司组成了大联盟( g a ) ，目标是制订美国高清电视地面标准。 1 9 9 5 年9 月，高级电视系统委员会( f c c ) 通过了 a t s c 数字电视标准”，其关键技 术为：视频压缩标准采用m p e g 2 ；音频采用d o r ya c 3 ；数字电视系统部分采用 m p e g 2 系统层标准，强调将一个或更多的音视频或其他基本数据流合成为单个或 多个数据流，以适应于存储和传输；信道编码和调制标准：采用8 - v s b 和1 6 v s b 残 留边带数字调制方式，信道编码用r s 码，为了提高抗干扰能力，还采用格状编码 t c m ( 至盟! ! i ：嫂鱼盟丛q 血! 丛q 旦) 、数据随机化和交织等措施。 日本i s d b 标准( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i 百t a lb r o a d c a s t i n g ) 自1 9 8 5 年，日本的“综合业务数字广播( i s d b ) ”的研究项目就一直进行，并于 1 9 9 3 年9 月出台相关标准，其关键技术为：音视频压缩编码和系统复用均采用 m p e g 2 ，传输信道以卫星传输为主。日本于1 9 9 6 开始卫星数字电视广播，到2 0 0 3 年卫星d t v 用户达到7 1 7 万，并且计划2 0 1 0 年完成所有有线网的数字化改造。 对于地面数字电视的广播，预期到2 0 1 1 年关闭模拟电视。 欧洲的d v b 标准( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 数字电视广播项目成立于1 9 9 5 年，由欧洲1 5 0 多个组织组成，并成立了d v b 联盟。d v b 联盟是一个由3 0 多个国家的2 3 0 多个成员组成的国际机构，该机构的 首要目标是在全球范围内发展和推广数字电视广播标准。d v b 联盟共同制定了数 字电视的d v b 标准，提出了三种传输方式，包括d v b s ( s a t e l l i t e ) ，d v b t ( t e r r e s t r i a l ) 和d v b c ( c a b l e ) 。d v b 标准规定数字电视系统使用m p e g 2 压缩方法和系统复 用方法，声音标准可以采用m u s i c a m 立体声、m u s i c a m 环绕立体声和d o l b y a c 一3 。 信道编码采用r s 码，在地面广播时采用的数字调制方式为o f d m 和t c m 级联方 式。卫星广播采用q p s k ，有线广播采用q a m 。 1 9 9 6 年4 月法国开始第一个欧洲商业数字电视广播，之后欧洲数字电视市场 无论从订户数量还是产值都有相当高的增长率，到1 9 9 9 年，欧洲数字电视有了快 速的发展。在欧盟国家中，除了比利时和卢森堡外其余1 3 个国家都有卫星数字电 视广播，并且达到每年新增1 0 0 个数字电视频道。电子节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a m g u i d e ，e p g ) ，电子商务、浏览网页和电子邮件等都得到了广泛的应用。 我国对数字电视技术的研究开始于2 0 世纪8 0 年代。1 9 8 9 年，原国家科委组 织了h d t v 科学研究。1 9 9 6 年4 月，h d t v 功能样机系统总体实施方案得到批准。 2 0 0 6 年8 月，国家标准委出台了地面数字电视标准，2 0 0 7 年8 月将正式实施。国 家地面数字电视标准中包含了单载波标准和多载波标准，该标准的发布作为我国 数字电视标准发展历程中里程碑事件，必将推动数字电视产业的快速发展。 目前中国数字电视产业初具规模，以提高收视费为核心的盈利模式逐步形成， 内容供应逐步形成体系，数字电视发展的产业格局基本奠定。在国家广电总局的 大力推广下，2 0 0 6 年我国有线数字电视体系已经在各省会城市开展全面试点， 2 0 0 7 年数字电视将从试点走向全面发展阶段。预计2 0 0 8 年数字电视用户数可以 达到3 5 0 0 万户，局时数字电视相对有线电视总用户的渗透率将提升到2 5 。中国 数字电视普及的进程随之加快。中国己计划于2 0 1 5 年停止模拟电视播出，实现数 字广播电视的全国覆盖。除了政府的大力扶持，频道提供商、频道集成商和有线 网络运营商也都表现出极大的热情，在此条件下成长起来的数字电视产业具有得 天独厚的发展优势和巨大的发展潜力。 随着各国对数字电视研究的不断跟进，数字电视在全球范围内特别是在发达 国家已经得到较快的普及。英国是目前数字电视普及率最高的国家，已经达到了 7 0 ，其次是美国，普及率为5 5 ，日本的数字电视普及率为5 0 ，欧洲的数字 电视平均普及率约为3 0 。我国有线数字电视用户虽然从2 0 0 4 年的1 0 6 7 万户发 展到2 0 0 6 年的1 2 9 0 万户( 其中付费用户数达到4 5 0 万户) ，但总体普及率仅为3 5 。 从2 0 0 6 年各国的数字电视发展进度来看，不少国家可能将模拟电视停播时间 表向后推迟。美国f c c 原来计划在2 0 0 6 年关闭电视信号的模拟播出，前提是有 重庆大学硕士学位论文1 绪论 8 5 以上的用户可以收看数字电视，但截至2 0 0 6 年底这一比例仅达到5 5 ，于是 美国把关闭模拟的时间推后到2 0 0 9 年2 月1 7 日。芬兰、瑞典、挪威、意大利关 闭模拟的时间表为2 0 0 7 - - 2 0 0 8 年，澳大利亚、韩国、法国、西班牙、德国、丹麦 等国计划于2 0 1 0 年关闭模拟，我国的时间表定在2 0 1 5 年。 机顶盒( s e t t o pb o x ，s t b ) 是实现数字电视推广的关键设备，顾名思义，就是放 在电视上的装置，是信号传输介质与电视机之间的一种接口，可以把卫星直播数 字电视信号、地面数字电视信号、有线电视网数字信号甚至因特网的数字信号转 换成模拟电视机可以接收的信号，使现有的模拟电视机用户也能分享数字化革命 带来的科技成果，实现电视广播从模拟信号向数字信号的平稳过渡。同时，它还 可以使人们不用电脑就共享因特网的信息资源和现代化的通信手段。 数字电视机项盒从其结构上讲大体上可以分成两部分：信道解调解码部分和信 源解码部分。信道解调解码部分即前端，负责对射频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。目前，信道部分主要有三 种传输方式：卫星、有线和地面传输。在d v b 标准中卫星传输采用q p s k ( q u a d r a t u r e p h a s e s h i f tk e y i n g ) 方式调制，有线传输采用q a m ( q u a d r a t u r e a m p l i t u d em o d u l a t i o n ) 方式调制，地面传输则采用c o f d m ( c o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 方式。信源解码部分也称后端，它主要完成从t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ， 传输流) 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。