（通信与信息系统专业论文）面向数字电视的高清互动展示系统的研究和实现.pdf

【t l l l lli ii iil l l l li i l l l l l l l l y 18 8 4 3 6 6 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no nh da n di n t e r a c t i v ed i s p l a ys y s t e m b a s e do nd i g i t a lt v z h a n gj i e b e ( h u n a nu n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) 2 0 0 8 a t h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n c o m m u n i c a t i o n i n f o r m a t i o ns y s t e m m c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rf um i n g m a r c h ，2 0 1 1 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特l l i l l 以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：i ii i ：五，年g 明e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本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和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“寸) 作者签名： 乃长 导师签名： e ij i i ：_ ，f 年f 月7 日 日期：羽年f 月弓e l ji 摘要 随着三网融合的逐步推进和数字电视技术的飞速发展，模拟电视将退出历史的舞 台，数字电视将进入千家万户。数字电视给用户带来的是全新的体验，电视的作用不再 是被动的收看，用户可以和电视进行互动，选择喜欢的节目。 本文首先介绍了数字电视相关技术的发展情况，分析目前数字电视发展的某些不足 之处，并详细介绍了机顶盒软硬件技术、数字电视广播系统、互动服务技术等方面的理 论，提出了一套面向数字电视的高清互动展示系统。 展示系统由数字电视广播系统、互动服务系统和桌面系统组成。本文讨论了数字电 视广播系统的系统结构，提出了以d t a - 1 1 l 码流调制播出卡为主的数字电视广播系统 实现方案。互动服务系统则包含了服务器部署、中间件技术研究和典型互动服务应用实 现等内容，提供了一整套互动服务的解决方案。桌面系统为展示系统提供了友好的界面， 并为系统模块提供了快速入口，方便用户的操作。 本文提出的展示系统融合了数字电视技术中的关键技术，为开发人员提供了良好的 开发环境，方便开发人员对数字电视技术进行快速了解，对提升数字电视技术有着积极 的作用。根据本文实现的展示系统已经在中山大学数字家庭产业示范基地中的有关应用 开发中投入使用。 关键词：数字电视；机顶盒；数字电视广播；互动服务 a b s t r a c t w i t ht h ei n t e g r a t i o no ft e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k s ，c a b l et vn e t w o r k sa n dt h ei n t e m e t w i l lw o r ku pa n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e l e v i s i o nt e c h n o l o g y , t h ed i g i t a lt vw i l l r e p l a c eo ft h ea n a l o gt v t h ed i g i t a lt vb r i n g su s e r san e we x p e r i e n c e ，p e o p l ec a nc h o o s e t h e i rf a v o u d t ec h a n n e l sa n di n t e r a c tw i t hi t , r a t h e rt h a np a s s i v l yr e c e p t t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h et h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o no ft h er e l a t e dt e c h n o l o g i e si n t h ed i g i t a lt vf i e l d sa n da n a l y s e ss o m ed e f i c i e n c i e so ft h ed e v e l o p m e n to ft h ed i g i t a lt va t p r e s e n t t h i sp a p e rt h e nd e t a i l e di n t r o d u c e st h et h e o r ys u c h a st h es o f h a r ea n dh a r d w a r e s t r u c t u r eo fs t b ，d i g i t a lt vb r o a d c a s t i n gs y s t e m , i n t e r a c t i v es e r v i c e s t h i sp a p e rp u t sf o r w a r d l l i g hd i g i t a lv i e d oa n di n t e r a c t i v ed i s p l a ys y s t e mb a s e do nt h ed i g i t a l t v t h ed i s p l a ys y s t e mc o n s i s t so fd i g i t a lt vb r o a d c a s t i n gs y s t e m , i n t e r a c t i v es e r v i c e s s y s t e ma n dd e s k t o ps y s t e m s t h i sp a p e rd i s c u s s e st h es t r u c t u r eo fd i g i t a lb r o a d c a s ts y s t e m a n dp u t sf o r w a r dt h es o l u t i o nb a s e do nu s i n gt h ed t a - 111a st h es t r e a m i n gm o d u l a t i o na n d b r o a d c a s te q u i p m e n t t h ei n t e r a c t i v es e r v i c e ss y s t e me o m p r i s e st h es g 奠 v e rd e p l o y m e n t , m i d d l e w a r et e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dt h ed e v e l o p m e n to ft y p i c a li n t e r a c t i v es e r v i c e se t c ， p r o v i d i n ga s e to fi n t e r a c t i v es e r v i c e ss o l u t i o n s d e s k t o ps y s t e mf o rd i s p l a ys y s t e mp r o v i d e s f r i e n d l yi n t e r f a c ea n dr a p i da c c e s st ot h es y s t e mm o d u l e s t h ed i s p l a ys y s t e mi nt h i sp a p e ri n e o r p o r a t e st h ek e yt e c h n o l o g yo fd i g i t a lt va n d p r o v i d e sag o o dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tf o rd e v e l o p e r s i tw i l lb r i n g c o n v e n i e n t sf o r d i g i t a l t vt e c h n o l o g yd e v e l o p e r si nf a s tu n d e r s t a n d i n ga n dh a v eap o s i t i v ee f f e c ti n i m p r o v i n gt h ed i g i t a lt vt e c h n o l o g y t h i sw o r kh a sa l r e a d yb e e np u ti n t ou s ei nt h er e l a t e d a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t si nt h ed i g i t a lf a m i l yi n d u s t r yb a s eo fg u a n g z h o uh i g h e re d u c a t i o n m e g ac e n t e r k e y ：d i g i t a lt e l e v i s i o n ；s e t - t o pb o x ：d i g i t a lt vb r o a d c a s t i n g ；i n t e r a c t i v es e r v i c e s 目录 摘j 1 5 兽i a b s t r a c t 第一章绪论 1 1 研究背景和意义1 1 1 1 数字电视一l 1 1 2 高清互动展示系统。2 1 2 相关技术研究现状2 1 2 1 数字电视广播。3 1 2 2 数字电视互动服务4 1 2 3 数字电视机顶盒一5 l - 3 研究内容和本文工作7 1 4 论文章节安排7 第二章高清互动展示系统架构及相关技术 2 1 数字电视机顶盒体系结构9 2 1 1 数字电视机顶盒硬件结构。9 2 1 2 数字电视机项盒软件结构1 0 2 1 3 机顶盒中间件浏览器l o 2 2 数字电视广播l l 2 3 互动服务应用1 2 2 3 1 互动服务应用种类1 3 2 3 2 互动服务应用开发技术1 3 2 4 高清互动展示系统架构1 4 2 4 1 展示系统硬件结构1 4 2 4 2 展示系统软件结构1 5 第三章数字电视广播系统的研究与实现 3 1 数字电视广播关键技术1 6 3 2 广播系统结构i 17 3 3 码流调制播放设备l8 3 3 1 编译和配置1 9 3 3 2d t p l a y 使用和参数配置1 9 3 4 机顶盒接收配置。2 l 第四章互动服务系统与中间件浏览器的研究与实现 4 1 互动服务应用程序运行原理。2 2 4 2 互动服务应用服务器2 2 4 2 1 开发技术选择2 3 4 2 2 互动服务开发所需资源2 3 4 2 3 服务器软件环境搭建2 4 4 - 3 机顶盒中间件浏览器一2 5 4 3 1i p a n c l 浏览器简介2 5 4 3 2 基于q tw e b k i t 的中间件浏览器开发环境搭建2 6 4 3 3 基于q tw c b k i t 的中间件浏览器设计2 7 4 3 4 遥控器焦点控制算法实现3 l 4 4 典型互动服务应用家庭影院的实现3 3 第五章桌面系统的实现及功能测试 5 1 桌面系统简介。3 6 5 2 桌面系统配置。3 7 5 2 1 显示卡驱动3 7 5 2 2 显示屏分辨率一3 8 5 2 3 引导：【具和相关软件包配置3 9 5 3 桌面系统设计一4 0 5 3 1 桌面系统模型一4 0 5 3 2 键盘功能实现4 l 5 3 3d o c k b a r 功能实现4 2 5 4 桌面系统功能测试一4 3 第六章总结与展望 6 1 总l ；与4 6 6 2 未来展望4 6 参考文献4 8 致j 射51 附录a ( 攻读学位期间所发表的学术论文) 5 2 第一章绪论 本章介绍了本论文的研究背景和意义，相关技术的研究现状，研究的内容和本论文 的章节安排。 1 1 研究背景和意义 本节对本论文的研究背景和意义进行了阐述，主要对数字电视【1 1 目前的发展状况进 行了分析并提出目前国内数字电视发展的不足之处，最后对高清互动展示系统的研究意 义和价值进行了说明。 1 1 1 数字电视 近几年，数字电视市场迅速发展 2 1 ，数字电视成为人们生活中的一个重要组成部分， 其相关技术成为近年来的研究热点。随着三网融合的加速发展，数字电视将成为三网融 合发展的重要切入点和载体。2 0 1 0 年国务院常务会议通过三网融合的具体实施方案， 明确提出了实现的路径和时间表。三网融合将推动数字电视更快更好的发展，互联网上 的丰富内容将向数字电视平移，一台数字电视就能满足看电视、上网、打电话等功能【3 1 。 美国足世界上较早发展数字电视的国家，2 0 1 0 年美国的数字电视用户数量达到1 1 6 亿，数量基本与模拟电视用户持平。2 0 1 0 年我国数字电视用户仅为7 2 8 6 力户，数字电 视存在巨大的发展空间。数字电视已经在我国受到高度重视，广电总局也制定了相应的 规划，计划2 0 1 5 年全面迈向数字电视时代。发展我国的数字电视事业，不仅有利于我 国信息化社会的推进和城市现代化建设，还有利于满足人民群众日益增长的精神文化的 需求，有助于提高人们的生活质量。 虽然数字电视提供的内容丰富多彩，但是我国的数字电视发展远没有达到预期的目 标，有关报告表示，内容不够丰富是制约数字电视发展的关键因素之一，在这种情况下， 需要对数字电视广播技术 4 1 、互动服务技术5 1 和中间件1 6 1 浏览器技术进行深入研究，提 出改进方法，并为开发人员提供合适的数字电视内容开发环境和开发技术，只有这样才 能更好的满足数字电视产业的发展，目前正缺少一套这样的便携式设备能为数字电视技 术的开发和研究人员提供良好的开发和实验环境。 1 1 2 高清互动展示系统 对上述数字电视相关技术进行分析和研究，结合我国数字电视发展的实际情况，中 山大学联合国家数字家庭产业示范基地提出了一种融合数字电视关键技术的便携式系 统设计方法。该系统融合了数字电视广播系统和互动服务系统，并针对互动服务系统对 机顶盒中间件浏览器【_ 7 l 进行了研究。 本系统将提供数字电视系统原型，让用户和研究人员能对数字电视相关技术有一个 快速和全面的认识。用户及研究人员可以使用本系统的数字电视广播系统为机顶盒等设 备提供高清信号源，还可以利用本系统的互动服务系统进行互动服务的开发和应用，解 决了数字电视发展中内容不足的问题。同时，还可以对数字电视相关技术环节进行分析 和改进，推动数字电视技术前进和发展。 目前国内外的数字电视相关仪器设备主要有德国罗德与施瓦茨公司的s f u 广播电 视测试系统、美国的t e k t r o n i x 公司提供实时频谱分析仪( r t s a ) 等。但这些仪器的功 能都较为单一或价格昂贵，并且核心技术都掌握在少数公司手中。 数字电视广播和互动服务由于其特殊性，其开发环境搭建复杂，硬件设备昂贵，开 发和测试起来较为困难。现阶段能提供数字电视广播和互动服务的机构e 要为各地电视 台、运营商、高校大型实验室中，小型公司、个人制作的高清片源和开发出的互动服务 应用缺乏良好的调试、测试和展示环境，阻碍了数字电视产业的发展。现存的大多数数 字电视仪器都是对数字电视相关硬件进行测试，例如机顶盒，数字电视等，还未出现对 数字电视内容进行展示和测试的便携式仪器，因此，本系统的研究将填补了这个方向的 空白，具有巨大的研究价值和意义。 本文主要围绕展示系统的数字电视广播系统和瓦动服务系统f 8 1 实现进行开展和研 究，该项目旨在对数字电视关键技术进行研究，搭建好开发平台，方便开发和研究人员 开发更多的数字电视内容，推动数字电视的发展，将更加丰富的数字电视资源带入千家 万户中去，为用户带来方便的信息共享方式，提高社会运行效率。 1 2 相关技术研究现状 本节将对数字电视相关技术研究现状进行探讨，分析目前相关领域所使用的主流技 术，并对这些技术的未来发展趋势进行分析和判断，把握数字电视的发展方向。 2 1 2 i 数字电视广播 数字图像压缩技术和数字传输技术的弋速发展，使数字电视成为广播系统发展的必 然趋势，各发达国家都制定了数字电视取代模拟电视的规划，我国广电总局已经发布了 中国有线电视向数字化过渡时间表，将计划在2 0 1 5 年停播模拟电视信号。目前，我国 已经出台了许多有线电视数字化的配套政策，数字电视广播卫星正加紧开发，相关数字 电视标准正在制定中。 目前数字电视广播系统的标准主要有：欧洲的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 ) 标准和美国的a t s c ( 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 ) 标准。其中d v b 标准又 包括d v b s ( d v b s a t e l l i t e ) 、d v b c ( d v b c a b l e ) 和d v b t ( d v b t e r r e s t r i a l ) 三 个标准 9 1 。图1 1 为d v b 系统基本描述。不同的标准在原理上是相同的，不同的是调 制方式的不同。 图1 1d v b 系统基本描述图 d v b s ：主要应用于数字电视卫星广播，采用q p s k ( q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g ) 调制方式。 d v b c ：主要应用于城市有线电视广播，采用q a m ( q u a d r a t u r ea m p l i t u d e m o d u l a t i o n ) 调制方式。 d v b t ：主要应有陆地有线广播，采用q p s k 或者q a m - 1 6 的调制方式。 我国的数字电视广播标准采用了欧洲的d v b 标准，d v b 标准使用m p e g 2 ( m o v i n g p i c t u r ee x p e r t sg r o u p - 2 ) 【1 们对音视频进行编码和压缩，将压缩后的码流打包成t s 流并 进行复用，通过卫星、有线等方式进行传输。d v b 将m p e g - 2 作为编码标准具有以下 优点： 1 m p e g 2 可提供高质量的图像界面。 2 使用m p e g 2 的传输流复用技术，系统可以灵活组合m p e g - 2 音频、视频和辅 助数据的组合。 3 3 可以使用通用的条件接收接口和加扰系统。 4 具有多种的调制方式满足不同媒介的需要。 相对于传统的模拟电视广播系统，数字电视广播系统具有以下优势： 1 传输质量提高。模拟信号的传输会受到各种因素的干扰，而数字信号在传输过 程中不易受到干扰，并采用了误码保护技术，保证接收端的信号与原始信号的一致。 2 传输节目增多。数字信号具有可复用性并且采用了图像压缩编码技术，原来只 能传输一路模拟电视的带宽可以用来传输6 8 套数字电视节目，利用率大大增加。 3 容易加密和加扰。在前端能对数字信号进行加密和加扰，数字电视服务提供商 能容易地进行付费电视频道的开展。 目前国内的标清数字电视广播经过近十年的发展，已经为人们的生活带来了许多便 利。高清数字电视广播的出现为用户带来更高画质和清晰度的享受，数字电视广播的发 展将要从标清向高清进行过渡。高清数字电视节目制作成本高，可收看的内容少，这对 于高清数字电视广播的发展是极为不利的。高清取代标清，需要克服了技术上的困难， 包括高清节目源的制作和高清设备的普及，还需要在资费上向标清靠拢，为用户提供更 好的服务，高清是数字电视未来发展的趋势。 三网融合的推进将推动宽带建设和光通信的飞速发展，光通信容量大、保密好等特 性将为高清数字电视广播带来革命性的变革，彻底解决了高清节目传输码流过大的问 题。三网融合为高清数字电视广播提供了难得的发展机遇。 1 2 2 数字电视互动服务 数字电视除了能提供更加清晰的视觉享受，还能提供互动服务应用。交互数字电视 是信息技术和交互式技术融合的结果【l l 】，让观众能以一种新的观看方式进行电视收看， 消费者可以通过数字电视进行购物、缴费、游戏、教育【1 2 1 和聊天等功能1 3 1 。它引发了 数字电视的革命，是数字电视发展的必然趋势。图1 2 为数字电视互动服务基本结构图。 图1 2 数字电视互动服务基本结构图 互动服务在世界许多国家已经初具规模，对传统电视的冲击十分巨大。其优势有： 1 互动服务不仅仅是一个传播工具，还具备了网络特有的互动的优点。 2 互动服务是一个全方位的立体式的传播服务，具有电脑、电视、电话等功能。 4 3 互动服务为用户提供个性化服务，用户使用遥控器参与节目播放。 我国广电运营商目前的注意力已经转移到如何开展以互动服务为基础的数字电视 增值业务，满足广大数字电视用户不断增加的个人需求，提高人们的生活水平和效率， 互动服务将会改变人们的消费方式和生活方式。 我国的数字电视互动服务目前已经在全国展开并取得了一定的成果。在广州番禺 区，该区市桥6 7 个小区罩的万余名用户已经装上了互动数字电视，除可自主回看3 天 内电视节目、点播4 0 0 多部电影外，还可以使用电视缴纳水电费、查询医保社保账户等。 江西天恒电讯科技有限公司开发出的数字家庭综合一卡通互动服务、数字家庭多媒体地 理信息公共服务、数字家庭社区及政务信息化服务和面向数字家庭的现代远程互动教育 服务已经在部分地区进行试点运营。歌华有线公司在2 0 0 9 年9 月1 8 日，启动高清交互 数字电视试验示范小区推广工作，截至2 0 1 0 年1 月1 8 日，完成第一阶段3 0 万户推广 任务。 但是就目前来说，国内运营商开展的互动服务发展面临着巨大的难题。首先互动服 务的发展受到硬件基础设施的制约，需投入大量的费用；其次技术标准不统一也将制约 互动服务的发展，如何确保瓦动服务内容能够通过不同的有线电缆、不同的卫星以及不 同的机顶盒进行传输一个难题，需要确定一个统一的标准；最后用户目前对互动服务还 未形成统一一的认识，互动服务节目少，费用高，观众认可度低，形成了恶性循环。 1 2 - 3 数字电视机顶盒 数字电视机顶盒是一种将数字电视信号转换成模拟信号的设备，它对压缩的数字图 像和爵频信号进行解码和还原，产生可用的模拟信号。机顶盒具有完善的实时操作系统， 强大的计算能力，并具有友好的图形界面。 图1 3 为数字电视机顶盒常用方式示意图，机顶盒将d v b 码流的中的数字电视信 号解压缩，恢复音频和视频信号，再通过数模转换模块生成模拟信号，并输出到模拟电 视上。这样通过模拟电视也能收看到高质量的电视节目。 图1 3 数字电视机顶盒常用方式示意图 5 近年来，中国机顶盒产业得到迅速发展，由于机顶盒产业的需求供给在全球发生变 化，机顶盒产业正从其他国家逐步转向中国，由于国内存在大量的模拟电视，为了解决 模拟电视向数字电视的过渡，需要大量机顶盒的支持，目前中国已经成为了全球最大的 机顶盒生产和制造中心，国内大约有3 0 0 家公司从事机顶盒的开发，2 0 0 7 年中国机顶 盒市场出货量达到6 0 0 0 万台，2 0 0 8 年中国数字电视借助奥运的影响进入了蓬勃发展期。 需要提出的是目前国内的数字电视机顶盒技术的发展并不十分顺利，虽然各地运营 商在大规模的推广数字电视，免费提供机项盒，但是这些举措并没有带来机顶盒技术的 发展，而国外的机顶盒技术则领先了很多。例如谷歌公司在2 0 1 0 年推出的谷歌电视带 来了很多技术上的创新和变革，它可以让用户通过电视一边观看电视一边上网，可以随 时把喜爱的电视节目录制下来，可以使用手机作为遥控器，支持大量的电视程序，用户 可以随意定制自己的电视列表，将家庭娱乐中心聚焦在电视上。 在机顶盒软件技术方面，重要部分是中间件与中间件浏览器。其中中间件浏览器承 载了数字电视互动服务，互动服务的h t m l ( h y p e rt e x tm a r k - u pl a n g u a g e ) 页面需要 通过中间件浏览器进行解析并展示给用户1 4 1 。目前国内外的机顶盒中间件和嵌入式 浏览器【1 6 1 主要有d i l l o 、o p e r a 、o p e nt v 【1 刀d e v i c em o s a i c 、c h r o m e 、k o n q u e r o re m b e d d e d 、 i p a n e l 等，下面将简单介绍上述浏览器。 1 d i l l o 是一款使用g t k ( g i m pt o o l k i t 跨平台的图形库) 作为g u i ( g r a p h i c a lu s e r i n t e r f a c e ) 开发库的浏览器。该浏览器网络功能较为完善，支持多格式图片浏览，c a c h e 缓冲等技术，缺点是不支持表格技术，浏览效果相对较差。 2 o p e nt vd e v i c em o s a i c 是一款商业浏览器，由全球领先的数字电视互动服务提 供商o p e nt v 开发的优秀浏览器。o p e nt v 在1 9 9 5 年开始就从事机顶盒中间件技术的 研究，其中间件代表了最先进的技术。 3 g o o g l et v 内置的c h r o m e 浏览器，它继承了p c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 平台的 轻巧、快速等优点，可以浏览所有喜欢的网站和定制的服务，增强了用户体验。 4 k o n q u e r o r e m b e d d e d 是由k d e 桌面系统下的浏览器k o n q u e r o r 衍化而来的，它 简化了许多定义，但是能完整地支持h t m l 4 和c s s l ( c a s c a d i n gs t y l es h e e tl e v e l ) 等 内容。 4 i p a n e l 浏览器【1 8 1 是深圳茁壮公司开发的一款成熟的浏览器，其优点为占用的存 储空间较少，对硬件需求低，在主频为3 0 m 的c p u 上可以流畅运行，同时并支持最新 的i n t e m e t 标准。它将互联网技术应用在数字电视平台，让用户以网页的形式和电视进 6 行互动。 互动服务内容的缺乏虽然是制约数字电视发展的一个方面，但是互联网上的交互内 容却很丰富，遗憾的是这些丰富的瓦动内容并不能容易的平移到数字电视平台上来，上 述浏览器并不能很好的解决和改善目前存在的瓦动服务不足的问题。因此，如何开发和 设计一款优秀的中间件浏览器【1 9 1 ，能快速有效的开发所需的数字电视互动服务，成为数 字电视发展的一个关键问题 2 0 l 。一旦这个问题得到解决，数字电视互动内容少的问题将 得到解决，一款成熟和实用的机顶盒解决方案是目前数字电视发展的重要研究方向。 1 3 研究内容和本文工作 本论文借鉴困内外对数字电视技术的研究成果并结合实际开发，提出了一套面向数 字电视的高清互动展示系统，对数字电视广播和互动服务技术进行详细分析并加以实 现，本文的内容和主要工作包括如下部分： 1 数字电视广播系统的设计、开发和实现。包括数字电视广播系统设备选取、驱 动编译、应用开发、界面设计等。 2 数字电视互动服务系统的研究、设计和实现。包括数字电视互动服务系统服务 器搭建和部署、互动服务页面开发等。 3 机顶盒中间件浏览器设计和实现。包括i p a n e l 浏览器的研究和使用，基于q t 技术的中间件浏览器的研究和实现。 4 系统功能模块的集成，将上述模块进行整合，并设计一套基于l i n u x 的图形桌 面系统，将各个模块紧密的结合在一起。 综上所述，展示系统将提供数字电视领域关键技术的研究和实现，包含数字电视广 播系统和互动服务系统，以及中间件浏览器，让开发和研究人员能快速的了解数字电视 技术并进行深入研究，方便开发人员进行相关技术开发，缩短了时间并节省了成本。 1 4 论文章节安排 本文结构及内容安排如下： 第一章绪论。本章分析了本课题的研究背景和数字电视及其相关核心技术的国内 外的发展状况，并阐述了本文的t 要研究点并提出高清互动展示系统的概念。 第- 章相关理论综述和系统架构。本章介绍展示系统所需技术，对数字电视广播、 互动服务、机顶盒、中间件浏览器等各方面进行描述，并对展示系统的架构进行分析。 7 第三章展示系统数字电视广播系统实现。本章详细描述了数字电视广播系统的实 现原理，实现方案和实现方法，最后对该广播系统进行了使用和测试。 第四章展示系统互动服务系统及中间件浏览器的实现。本章对瓦动服务系统服务 器搭建和部署、机顶盒中间件浏览器技术进行设计和实现，并探讨了典璀的互动服务页 面的设计方法。 第五章系统功能模块集成。本章将介绍展示系统桌面系统，该桌面系统为用户提 供可视化界面，将系统功能模块结合在一起，方便用户对各个系统模块进行操作。 第六章总结和展望。总结概括本文的研究工作，提出进一步研究的方向。 8 第二章高清互动展示系统架构及相关技术 本章首先分别对数字电视机顶盒体系结构、机顶盒中间件浏览器、数字电视广播、 互动服务应用等技术进行简单介绍，阐述各技术的基础知识。在此基础上，对高清- 巨动 展示系统架构进行详细说明，论述各模块之间的组成和联系。 2 1 数字电视机顶盒体系结构 在我国数字电视平台中，数字电视机顶盒是最重要的一个设备，它承担起模拟电视 向数字电视过渡的关键角色。数字电视机顶盒依赖有线电视网和因特网平台，将数字信 号转换成传统的模拟电视可以接收到的信号。数字电视机项盒的出现带来了传统模拟电 视的变革，不仅增强了音视频质量，并且提供了丰富的互动服务增值业务。 2 1 1 数字电视机顶盒硬件结构 数字电视机顶盒硬件主要由信号处理模块、控制模块、接口模块和回传通道等几部 分构成。机顶盒的硬件结构图如图2 1 所示。 天线、电 缆、光纤 图2 1 数字电视机顶盒硬件结构图 机顶盒的工作流程为：首先数字电视机顶盒中的高频头接收天线、电缆和光纤的高 频信号，通过信道解码模块进行信道解码，从载波中分离出音视频信息和附加信息的 t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) 流。解复用器用来区分和提取不同节目对应的数据信息，随后将 这些信息送入m p e g - 2 解压缩模块中，对数字信号进行还原处理o 对于增值业务还需要 经过条件接收( c a ：c o n d i t i o n a la c c e s s ) 模块进行处理。提取出来的音、视频信息经 过d a ( d i g i t a lt oa n a l o gc o n v e r t e r ) 变换，将数字信号变成模拟电视能正常接收的模拟 9 信号。 2 1 2 数字电视机顶盒软件结构 在数字电视机顶盒中，软件技术占据了重要地位。除了音、视频解码等核心硬件外， 用户界面、互联网通信等功能都需要由软件来实现。机顶盒软件结构如图2 2 所示。 上m e - n e t 印一t j 匡：司叵量出盏j j 厂。= r e f b s pth l 1 图2 2 数字电视机顶盒软件结构图 机顶盒的软件结构主要有硬件驱动层、嵌入式实时操作系统、中间件和上层应用软 件。 1 硬件驱动层：驱动程序用于机顶盒相关硬件的驱动，例如：网卡、总线设备等。 2 嵌入式实时操作系统：它固化在存储器中，系统功能较少，资源占用低。用户 发送的指令经过嵌入式实时操作系统进行处理，并将处理结果发送给其他功能模块进行 功能实现。 3 中间件：中间件位于操作系统层和应用层，通常它提供了一组完整和标准的应 用程序开发接口，使应用程序的开发独立于操作系统。通常中间件由j a v a 虚拟机、嵌 入式浏览器、音视频播放模块等。中间件技术是数字电视技术中的核心技术，能提高开 发效率、节省开发成本，提高程序的可移植性。 4 上层应用软件：提供丰富多彩的数字电视应用，如视频点播、远程教育、网络 购物、可视电话等。由于中间件的存在，上层应用软件将很容易应用到不同的机顶盒平 台上。 2 1 3 机顶盒中间件浏览器 机顶盒中间件浏览器【2 1 1 瞄1 田1 位于机顶盒中间件层中，浏览器的作用是既町以获取 1 0 一 一 一 一 一 = j 蚕叩上 一 瞄置一 i 童儿 一 竺 一 1 吲田垂 习磊一 日e 操作系统层的信息又可以将信息传递给应用层，是互动服务业务的支撑平台，因而机顶 盒中间件浏览器的好坏决定了交互电视的发展。 机顶盒中间件浏览器的应用采用客户服务器模式，浏览器通过h m ( h y p e r t e x t t r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 协议和服务器之间进行数据交换。一般来说机顶盒中间件浏览器由下 面几个部分组成：h t t p 内容模块、语法解析模块、布局模块、显示模块、用户界面模 块和图形处理模块，图2 3 所示为机顶盒中间件浏览器结构图。 图2 3 机顶盒中间件浏览器结构图 其中各个功能模块的作用如下： 1 h t t p 内容模块：负责h 1 旧数据包的传输。浏览器和服务器之间的数据交换 都需要通过该模块。 2 语法解析模块：负责对h t m l 页面进行分析并生成语法树。该语法树的结构对 应网页的结构，以二叉树的形式按顺序来表示网页结构。 3 布局模块：负责处理语法解析模块生成的二叉树。处理的结果用树形结构表示， 树中的每个节点为需要显示的对象，该节点数据结构中包含该节点的显示坐标等信息， 这些信息将输出到显示模块中去。 4 显示模块：根据布局模块产生的树形结构及各节点信息，对各节点进行布局和 显示，保证合适的地方出现合适的内容。 5 用户界面模块：用户通过该模块和浏览器进行交互，执行前进、后退、刷新等 基本操作。 6 图形处理模块：对图像等多媒体信息进行处理，提供更高质量的多媒体信息。 2 2 数字电视广播 数字电视广播，其流程通常包括节目制作、信号处理、传输和接收等几个过程。图 2 4 所示为整个数字电视广播系统流程。 1 卫星接收器接收卫星上传输的卫星信号，通过卫星接收机输出成t s 流。复用 l l 器把各卫星接收器上接收的频道信号( t s 格式) 复用成一路t s 信号，通常4 6 个频道 复用成一个路。 2 经过复用的t s 信号经过加扰后放到调制器上，每路信号用不同的频点调制出去， 然后把所有调制器调制好的信号接入到混合器上混合，最后输出成一路信号发到用户家 的机顶盒上。 3 机顶盒收到信号后进行解扰和解码操作，最后将信息输出给用户。 图2 4 数字电视广播系统流程图 数字电视节目的制作的主要手段有数码相机、摄像机、计算机、数字字幕机等。用 于信号处理的技术有d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ) 、压缩、解压等。传输媒介主要有 地面广播、有线、光缆、卫星等。接收显示则包括c r t ( c a t h o d er a yt u b e ) 、液晶、背 投等。 数字电视广播技术中，需要重点提到的就是视频编码技术，其主要功能是完成图像 的压缩，使用数字信号的传输量由9 9 5 m b i t s 减少到2 0 m b i t s 左右。国际上对数字图像 编码制定了三个标准，分别为h 2 6 1 、j m p g 和m p e g 。在高清视频编码方面，各国基 本都采用了m p e g - 2 标准。另外复用技术也是关键技术之一，它将音视频、辅助信息复 合成单路的比特流并进行信道编码和调制，接收端则要采取相反的操作。借助数字电视 信道编码和调制解调等技术可以提高数字信号的抗干扰能力，常用的调制方式主要有 q a m 、q p s k 、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 nm u l t i p l e x i n g ) 等，其中 q a m 调制适合有线电缆传输。 2 3 互动服务应用 互动服务应用在技术上采取了不对称的双向传输网络，在服务运营商和用户之间建 立了广播通道和交互通道。用户可以通过交互通道进行选择，返回信息则通过广播通道 或交互通道进行传输 2 4 1 。 1 2 2 3 1 互动服务应用种类 随着数字电视的迅速发展和技术的改进，互动服务应用的种类越来越丰富多彩，主 要包括以下几个种类： 1 视频点播 利用广播通道、交互通道和视频服务器完成视频点播业务。运营商将视频信息用网 页的形式呈现在用户面前，用户选择喜欢的节目通过交互通道进行点播，视频服务器接 收到信息进行视频播放。 2 电视购物 运营商将商品信息发送给用户，一般也以网页的形式进行表示，用户选择喜欢的商 品通过回传通道将物品信息和付费信息传回给运营商服务器，经过支付确认等操作后完 成电视购物。 3 地理信息 用户可在电视上查找感兴趣的地域，地理信息服务器通过g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n g s y s t e m ) 定位和其内部资源将该地域及附近的信息详细的描绘出来，同时还可以显示其 地域附近的车流量等信息。 4 其他业务：政务信息、家庭娱乐、短信平台、农村信息等。其实现原理大体相 同。 2 3 2 互动服务应用开发技术