（检测技术与自动化装置专业论文）嵌入式dvbc数字机顶盒的研究与开发.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 捅妥 当前全世界的数字电视产业正处于一个飞速发展的黄金时期，我国也正在 积极筹备从模拟电视到数字电视的转换由于我国现有4 亿多的模拟电视，所以 采用模拟电视加上数字电视机顶盒收看数字电视节目的过渡方式比较适合我国 现有国情。 随着数字机顶盒在人们日常生活中日益广泛的使用，人们对高性能嵌入式 人机交互界面的要求也越来越迫切。另一方面，e p g 被看作是数字电视的个 重要标志，它为用户提供一种容易使用、界面友好、快速浏览节目的方式。面 向上述应用和问题，本论文主要对嵌入式d v b c 数字机顶盒系统进行了研究与 设计，另外也给出该机顶盒系统用户界面g u l ( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ) ，机项盒电子 节目指南e p g ( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ) 软件的设计与实现 本文遵循m p e g 2 和d v b c 国际标准，对机顶盒的关键技术进行了全面的 分析，提出了机顶盒系统硬件和软件结构的设计方案，并通过实践证明了此方 案的可行性与先进性。其主要贡献是： 1 ) 分析总结了机顶盒的结构，对本嵌入式d v b c 数字机顶盒进行了总体系 统设计，开发了基于h i 2 0 1 1 芯片的硬件系统，并设计了软件分层模型，最后给 出了本系统的联机调试平台及调试方法。 2 ) 在g u i 设计中，利用h i 2 0 1 1 芯片提供的o s d 模块，采用分层设计的思 想，在用户应用程序与底层的o s d 硬件之间增加了o s d 图形库，它提供了功能 完备的图形和文字显示a p i 函数。作者在采用面向对象思想和图形元素的组织 机制的基础上，给出了用户界面部分软件的具体实现。 3 ) 基于d v b s i 标准设计和开发了e p g 应用软件。论文首先介绍了开发 e p g 软件所需的p s i s i 信息；然后采用模块化的思想进行e p g 软件设计，将 整个e p g 软件分为三大块：数据搜索模块、o s d 模块、应用处理模块。结合 实际的应用需求，对传统频道搜索方案进行了改进，设计了基于矩形和区域的 优化算法防止页面跳转产生的闪烁，采用栈式内存管理方法来提高内存分配效 率。最后按照前述设计方案，在基于h i 2 0 1 1 芯片的机顶盒平台上用c 语言实 现了e p g 软件。 关键词：数字机顶盒，嵌入式，图文显示技术，用户界面，电子节目指南 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t d t v ( d l g i t a lt v 、i si nap e r i o do fr a p i dd e v e l o p m e n ti nt h ew o r l d t h e r ea r e a b o u t4b i l l i o n so fa n a l o gt vs e t si nc h i n a t h e r e f o r ei ti sag o o dc h o i c et ou s e e x i s t i n ga n a l o gt v s e t se q u i p p e dw i t hs t b ( s e tt o pb o x ) d u r i n gt h et r a n s i t i o n a sd i g i t a ls e tt o pb o x e sa r eu s e dw i d e l yi nt h eo r d i n a r yl i v e so fp e o p l e t h e r e q u i r e m e n t s o fh i g hp e r f o r m a n c eo fe m b e d d e du s e ri n t e r f a c ei sd e m a n d e d i n c r e a s i n g lv o nt h eo t h e rh a n d ，o n eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i se p g ( e l e c t r o n i c p r o g r a mg u i d e ) ，w h i c hp r o v i d e se a s i l ya n df r i e n d l yu s e ri n t e t r a c ea n df a s tb r o w s i n g p r o g r a mf u n c t i o n a d a p tt ot h ea b o v ea p p l i c a t i o na n dp r o b l e m s ，t h i sp a p e rm a i n l y s t u d ya n dd e s i g nt h es y s t e mo ft h ee m b e d d e dd - cd i g i t a ls t b i na d d i t i o n ，i tg i v e t h e d e s i g no fs o f e w a r eo fg u i ( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ) a n dt h ee p g r b l e c t r o n i c p r o g r a mg u i d e ) t h i sp a p - c rf o l l o w st h em p e g 2a n dd v b ci n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d ，m a d ea g e n e r a la n a l y s et ot h ek e yt e c h n i q u eo fs e tt o pb o x a n db r i n gt h ep l a no ft h eh a r d w a r e a n ds o f t w a r es t r u c t u r co ft h es t bs y s t e m a n dp r o v et h ef e a s i b i l i t ya n da d v a n t a g eo f t h i sb l u ep r i n tt h r o u g hp r a c t i c e t h em a i nc o n t r i b u t i o no ft h i sp a d e ri s ： 1 ) n i sp a p e ra n a l y s e sa n ds u m m a r i z et i l es t r u c t u r eo ft h es t b 。 g i v et h ed e s i g n o ft h ew h o l es y s t e mo ft h ee m b e d d e dd v b cd i g i t a ls t b e m p o l d e rt h es y s t e mo f h a r d w a r eb a s e do nt h ec h i po fh i 2 0 1 1 ，a n db r i n gf o r w a r dt h ed e l a m i n a t i o nm o d u l eo f t h es o f t w a r e f i n a l l y , w eg i v et h eo n l i n ed e b u gf l a tr o o fa n dd e b u gm e t h o d 2 1 i nt h ed e s i g no fg r a p h i c su s e ri n t e r f a c e 。1 n h e0 s dg r a p h i c ss t o r e r o o mi s i n c r e a s e db e t w e e nt h eu s e ra p p l i c a t i o na n dr o c k b o t t o mt h eh a r d w a r eo fo s db a s e d o nt h eo s dm o d u l eo fh i 2 0 1 1 a n dt h ei d e ao fd e l a m i n a t i o ni sd e s i g n e d n l eo s d g r a p h i cs t o r e r o o mo f f e r st h es e l f - c o n t a i n e dg r a p ha n dt h ec h a r a c t e rd i s p l a y i n ga p i f u n c t i o n f i n a l l y , t h er e a l i z a t i o no fp a r ts o f t w a r eo ft h eu ii sg i y e n 3 ) e p gs o f t w a r e b a s e do nd v b s ii s d e s i g n e d a n d d e v e l o p e d f i r s t l y d v b - p s v s ii si n t r o d u c e d s e c o n d l y ，e p gs o f t w a r ei sd e s i g n e db a s e do nm o d u l a r i d e o l o g y i ti n v o l v e sd a t a s e a r c h i n gm o d u l e p r o c e s s i n go fa p p l i c a t i o nm o d u l ea n d o s d ( o ns c r e e nd i s p l a y ) m o d u l e a c c o r d i n gt os p e c i f i e da p p l i c a t i o n r e c t a n g l ea n d r e g i o na l g o r i t h mc o m b i n e dw i t hi m a g er e p r e s e n t a t i o ni su t i l i z e dt oa v o i df l i c k e ro f d i s p l a y i n gp a g e s ，f u r t h e rm o r e ，s t a c ka l l o c a t o ri sc h o s e nt oi m p r o v et h ee 用c i e n c yo f m e m o r ya l l o c a t i o n f i n a l l y , e p gs o f t w a r ei si m p l e m e n t e do nh i 2 0 1 1s i l i c o np l a t f o r m b yt h ea b o v ed e s i g n k e yw o r d s ：d i g i t a ls t b ，e m b e d ，o s d ，g u i ，e p g 独创性声明 本人声明，所呈交的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。尽我所知，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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 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。 签名： 旗埠日期：珥： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：兰咋导师签名：举日期：趣乒乒 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 数字电视及其发展 第1 章绪论 近几年来，我国的数字电视市场发展迅速，国家计划在2 0 1 6 年停播模拟电 视的信号，广电部也大力推进数字电视的普及l ”。另一方面，目前全球互联网电 视市场增长很快，美国的宽带互动视频服务市场三年前进入了商用化阶段，并 一直在稳步发展；而韩国的视频点播业务早己迅速普及，并支撑着其宽带业务 2 0 的收入；台湾的中华电信目前有3 0 0 万a d s l 用户，预测未来五年内将有 1 5 0 万用户利用中华电信的玎阿v 服务；香港电讯盈科的宽带用户占全港用户的 1 3 ，而其中6 0 已经装上了宽带电视，每月新增用户达到3 0 0 0 0 个。 目前，全国模拟彩电的社会拥有量4 亿台以上，在数字电视发展的初期，为 了能够更加切合国情的快速推动数字电视发展，我国普遍采用机项盒的过渡方式 1 2 1 。数字电视机顶盒作为接收数字电视的新兴家电正悄悄进入千家万户，通过 机顶盒和传统的模拟电视机不仅可以接收丰富的电视节目，而且增加了不同的 交互功能和新业务。数字电视机顶盒的研制开发在我国起步较晚，但是发展迅 速，为广播电视事业提供了美好的前景和开展新型业务的广阔空间。 1 1 1 数字电视国内发展状况 2 0 0 5 年数字电视发展进入关键年。广播影视科技“十五”计划和2 0 1 0 年远 景规划明确提出：到2 0 0 5 年我国有线数字电视用户超过3 0 0 0 万户，2 0 1 0 年 全面实现数字广播电视，2 0 1 5 年停止模拟广播电视的播出闭。由于标准、运营 模式、内容等众多因素影响，2 0 0 4 年数字电视规模只有1 2 5 万户，2 0 0 5 年广 电总局把到2 0 0 5 年3 0 0 0 万户的目标调到1 0 0 0 万户，但从目前的分析，2 0 0 5 年要实现1 0 0 0 万户的目标还是非常困难。预测2 0 0 5 年中国数字电视用户规模 6 8 5 万户，比2 0 0 4 年的1 2 5 万增长了4 4 8 ；2 0 0 6 年随着标准的出台，以及 运营模式等多种因素的推动，用户规模达到1 6 8 5 万，数字电视用户规模达到规 模化发展的临界点。2 0 0 3 年中国大约有1 2 0 万台背投和近8 万台平板电视，这 些彩电普遍清晰度高于1 0 0 0 线，大部分高端c r t 彩电的清晰度也在1 0 0 0 线以 武汉理工大学硕士学位论文 上，而这部分彩电本身不具备数字信号接收和交互应用功能。此外，这部分用 户本身就是追求时尚的高端用户，这为高清晰数字电视机顶盒的开发带来了商 机。巨大的s t b 潜在市场，吸引了包括芯片厂商、c a 厂商、中间件供应商、 机顶盒生产厂商等产业链企业以及投资商的热情，围绕s t b 的竞争全面展开。 我国国内数字电视也已经开始走向产业化、规模化之路，信息产业部组织制定 的数字电视接收设备术语等2 5 项电子行业标准已于2 0 0 6 年4 月正式 发布，该标准包括术语及试验方法、接口、机顶盒、机卡分离和显示器五个方 面。但该标准只是推荐性标准，即没有强制性与排他性。技术标准没有明确订 立，商业模式未明、电视节目内容缺乏等诸多因素制约了国内数字电视产业的 迅速发展。美国、日本、欧洲等国家在数字电视领域的发展较之中国要迅速了 许多。其数字电视发展规模、技术标准的选择对中国而言具有一定的借鉴意义。 1 1 2 数字电视国外发展状况 1 9 9 6 年欧洲数字电视的卫星广播开始播出，目前已有超过5 0 0 万的用户， 并迅速扩展到东欧；1 9 9 8 年1 1 月英国也开始数字电视的地面广播，而目前已 经成为全球数字电视普及率最高的国家，将近一半的英国家庭看上数字电视 4 1 。 挪威2 0 0 8 年1 月1 日确定为在全国开播地面数字电视并结束模拟电视广播的最 后期限。模拟电视从2 0 0 6 年开始停播，根据计划，模拟电视的最后停播时间是 2 0 0 7 年底，届时地面数字电视和卫星电视将覆盖挪威9 9 1 0 0 的人口。西班 牙、荷兰、瑞典等西欧国家也相继引入数字电视服务。美国作为世界上较早发展 数字电视的国家在技术领域不仅完成了数字电视三大标准的制订工作，而且已 经率先实现了商用播出。2 0 0 3 年美国的电视家庭共计1 0 6 亿户，数字电视信 号覆盖的电视家庭达到9 9 3 6 ；美国的数字电视已经得到了大面积的推广。而 我们的近邻韩国的地面数字电视产品采用的也是美国的a t s c 标准，在2 0 0 5 年全国开播。同时韩国政府计划在2 0 1 0 年结束模拟信号传输，那时韩国的数 字电视普及率将达到9 5 。数字电视研究与开发进程迅速的日本，计划到2 0 0 6 年实现地面数字电视全国覆盖，2 0 1 1 年全国范围内的所有电视台都将采用数 字信号发送，彻底结束模拟信号发送的历史。为了实现这些目标，日本通过反 复试验制定了符合本国国情的i s d b 数字电视标准。马来西亚通信和多媒体委员 会正在考虑从2 0 0 9 年起逐步淘汰模拟传输，到2 0 1 4 年完成向数字传输的转 2 武汉理工大学硕士学位论文 换，到2 0 1 4 年让9 0 的人口看上数字电视。新加坡迈向数字电视的步伐缓 慢，没有几家公司积极向地面数字电视转换。人们都在等待政府宣布新的管理 法规，技术标准问题是向数字电视迈进过程中的一个争论焦点。 1 2 机顶盒的现实意义 数字电视机顶盒s t b ( s e t t o p b o x ) 是与电视机连接的网络终端设备，用于将 数字电视信号转换成模拟信号供给相应的显示设备，根据传输媒体的不同数字 电视机顶盒分为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 顶盒三种【5 1 ，目前应用较为广泛的是卫星数字电视机顶盒和有线数字电视机顶 盒。全国所有城市都已经开通了有线电视网络，为有线电视数字机顶盒的发展 提供了有利的条件本文面向有线数字电视机顶盒硬件和软件分别进行研究和设 计。 1 3 本文的研究内容 在论文期间，作者参加了某公司的数字电视机顶盒项目。该款机顶盒的开 发主要使用了海尔公司提供的h i 2 0 1 1 芯片及其开发平台，产品面向国内市场。 整个项目主要包括硬件系统的设计与调试、前面板驱动程序开发、用户接口程 序的开发、电子节目指南功能的设计与实现、条件接收部分的开发、软件在线 升级功能的实现。在开发过程中，本人负责的工作是硬件系统的设计、用户接 口程序的开发、电子节目指南功能的设计与实现。 用户接口子系统和e p g 功能软件是整个机顶盒应用软件系统中较为重要的 一部分，也是吸引厂家和用户购买的一个重要因素。该部分和机顶盒软硬件、 操作系统等有着密切的关系。要完成这部分程序的开发，首先要对机顶盒的软 硬件结构及工作原理都有充分的了解。 作者在该d v b c 机顶盒开发中的工作和贡献： 1 ) 分析了国内外数字机顶盒现状、项目的背景，阐述了项目成果的特点和 本文的贡献，概述了数字电视传输的d v b 标准与m p e g 2 标准，最后指明了本 文的工作。 2 ) 分析总结了机顶盒的结构，对本嵌入式d v b c 数字机顶盒进行了总体 3 武汉理工大学硕士学位论文 系统设计，开发了基于h i 2 0 1 1 芯片的硬件系统，并设计了软件分层模型，对核 心软件功能模块进行分析和设计，并给出了本系统的联机调试平台及调试方法。 3 ) g u i 的设计：利用h i 2 0 1 1 芯片提供的o s d 模块，采用分层设计的思想， 在用户应用程序与底层的o s d 硬件之间增加了o s d 图形库，它提供了功能完 备的图形和文字显示a p i 函数；在采用面向对象思想和图形元素的组织机制的 基础上，给出了用户界面部分软件的具体实现。 4 ) 机顶盒应用软件e p g 的设计与实现体现了机顶盒嵌入式开发具有实时 的特点，在机顶盒e p g 软件设计中，尽量做到上层应用隔离底层硬件实现方式， 采用模块化的思想设计e p g 软件，并分别阐述了三个模块的核心设计思想，给 出了其实现过程。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章数字电视传输相关标准 2 1d v b 标准体系结构 基于m p e g 2 ( m o v i n gp i c t u r e se x p e r tg r o u p 运动图象专家组) 数据压缩和 复用技术，e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d si n s t i t u d e ：欧洲电 信标准学会) 以市场驱动的原则制定了实用化的d v b 开放标准，几乎涵盖了 数字电视广播的每个方面，定义了卫星、地面和有线三大传输媒体的信道编码 和调制方式，并扩充了m p e g 2 系统层的复用部分，定义了与其他网络的接口， 使d v b 系统成为集视频、音频( 广播、用户) 数据于一体的多媒体开放系统， 考虑了与现有网络和业务的兼容性，为未来各种新的增值业务的拓展提供了较 大的发展空间，比如e p g ( e l e c t r o n i c p r o g r a mg u i d e ，电子节目指南) 、c a ( c o n d i t i o n a l a c c e s s 条件接收) 、交互业务、数据广播、m h p ( m u l t i m e d i ah o m e p l a t f o r m ，多媒体家庭平台) 等【6 l 【7 l 【8 l o 图2 - 1 列出了d v b 已制定并颁布的各种 标准与规范。d v b 标准是一个庞大的体系，其规范核心主要包括： 1 ) 压缩编码部分采用m p e g - 2 标准灵活地压缩和编码视频立频数据，并 将这样格式的码流数据作为d v b 广播的数据源。 复用部分采用公共的m p e g 2 传送流形式进行复用，通过对m p e g 2 系统层部分进行扩充来实现。基于m p e g 2 的p s i 信息，定义了s i ( s e r v i c e i n f o r m a t i o n ，业务信息) 、数据广播、图文电视等在复用器复用流中的结构标准， 其中公共业务信息系统s i 用于描述传输系统和广播节目的业务内容。 3 ) 接口部分定义了各种接口标准，如与a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d e ， 异步传输模式) 、p d h ( p l e s i o c h r o n o u sd i i g i t a lh i e r a r c h y ，准同步数字系列) 、s d h ( s y n c h r o n o u sd i 【g i t a lh i e r a r c h y ，同步数字系列) 等网络的接口。 钔条件接收部分定义了通用的加扰算法和授权管理信息及授权控制信息在 复用器复用流中的结构。 5 1 互操作部分定义了各种媒体的交互操作标准及模型。 传输部分定义了传送流在各种媒体中的编码及调制方式，系统的第一级 信道编码采用r s 前向纠错编码保护。d v b 标准作为数字电视广播系统的工 武汉理工大学硕士学位论文 业标准，其中重要部分又可分为数字卫星电视d v b - s ( e t s3 0 04 2 1 ) 、数字有 线电视d v b - c ( e t s3 0 04 2 9 ) 和数字地面电视d v b t ( e t s3 0 07 4 4 ) 。其主 要区别是：d v b s 采用正交相移键控调制( q p s k ) ；d v b c 采用正交调幅调制 ( q a m ) ：d v b - t 采用较复杂的编码正交频分复用调制( c o f d m ) 它们的信 源编码、传输格式基本上都是相同的，一种传输系统上的电视节目很容易接入 另一种传输系统上传输，这样可以构成一个卫星到有线再到地面传输的大系统。 视频压缩 m p e g 2 m p l m t l 5 4 音频盏箸 业务 信息 图文 电视 业务 字幕 数据 广播 交互 业务 s i 表 e t s3 0 0 4 6 8 r 2 1 1 、e r r l 图文电视 e n 3 0 0 4 7 2 字幕 e n 3 0 0 7 4 3 d a l ao v e l d v b e i s3 0 11 9 2 d s m c c 日r s 8 0 0 3 0 2 t r l 0 1 1 9 4 d s m c e r s3 0 0 8 0 1 e i s3 0 0 8 0 0 到蚤 图2 - 1d v b 的各种标准与规范 整个d v b 系统分为信源编码、信道复用、信道编码f e c 、信道调制 ( q p s k 、q a m 或c o f d m ) 、上下变频以及综合接收解码器6 部分。其中信源 编码、信道复用输出符合m p e g 2 标准；f e c 与q p s k 符合d v b s 标准； f e c 与q a m 符合d v b c 标准：f e c 与c o f d m 符合d v b t 标准。另外， 6 强一一炳茎i一磁一一一一一皴一一徽一 武汉理工大学硕士学位论文 对于与复用器有关的系统控制为多节目复用的节目关联表p a t 比特流。因此， 采用d v b 标准设计通用的数字电视系统时，各传输媒体间有最大的互通性、 能灵活传输m p e g 2 音频视频数据、广播数据与用户数据。d v b 使用统一 的m p e g 2 i s 流复用，引导用户进入d v b 环境的业务信息系统，进行r s 前 向纠错编码f e c 与加扰，实现在不同媒体和不同制造商之间的互操作性。 2 2 m p e g 2 与d v b d v b 标准是基于m p e g - 2 数据压缩和复用技术的。下面说明一下两者的 联系。d v b 为数字电视广播系统提供了一个广义的技术解决方案，如图2 2 所示， 其中广播网络接口主要包括卫星、地面、有线等，满足所有的媒体需要，其核 心系统可以简单概括为： 1 ) 系统灵活运载m p e g 2 音频、视频和数据的组合； 2 ) 使用通用的m p e g 2 传输流复用； 3 ) 有一个通用的业务信息系统来提供节目的详细内容； 4 ) 选择不同的调制和信道编码系统满足不同的传输媒介的需要： 5 ) 可使用通用的加扰系统和通用的条件接收接口。 l 摄录设备日c ：，。 音 视 o x 频频 p c r ，。3 r c ci e _ r j 私可数， ， l m j p e g 2 压缩包 j ， p e s 包p s i m p g e 2 传送流( m u l t ) 广播网络接口 图2 2d v b 系统中m p e g 2 传送流的打包流程 从上到下第一层：把视、音频数据压缩成m p e g 2 格式。 第二层：把m p e g 2 文件，p c r 信息，文本格式的私有数据，以及d s m c c ( 数 7 武汉理工大学硕士学位论文 字存储媒体命令及控制) 信息打成p e s 包。 第三层：将e c m 、e m m 信息打成p s i 包。 第四层：p e s 、p s i 包再加私有数据一起打包成m p e g 2 传送流。 d v b 选择使用m p e g 2 的原因有两个：一方面，作为通用的国际标准， m p e g 2 可提供广播级的d v d 图像质量；另一方面，为了配置解码器，m p e g 2 提供了节目专用信息( p s i ) ，同时，d v b 扩展这些技术，提供了完整的业务 信息( s i ) ，使接收机自动的适应特别的业务，解码各种业务，包括电视、音频 和数据。因此在d v b 与m p e g - 2 系统中： 1 ) d v b 系统中的s i 是基于m p e g - 2p s i 的； 2 ) 复用符合i s 0 ，正c1 3 8 1 8 1 ，复用的输出仍是m p e g 2 t s ： 3 ) 与i s o i e c1 1 1 7 2 - 1 的兼容性是可选的； 4 ) 使用r s 编码( 2 0 4 ，1 8 8 ) ，可以保护 i s 包( 1 8 8 b ) 免受信道误码， 并且仅增加8 的信道负荷； 5 ) 尽管综合接收解码器i r d 可选择地解码节目流( p s ) ，但d v b 不能实 现p s 的传输。 2 3 数字视频压缩m p e g 2 标准 m p e g 标准是运动图像专家组定制的一系列利用数字压缩手段来压缩运动 图像的国际标准。m p e g - 1 与m p e g 2 是其最早推出的两个音频视频压缩标准。 m p e g 2 的比特率比m p e g 1 高得多，具有较高的带宽和分解力，它可以编码 出广播级质量的音频视频节目，正是由于m p e g 2 标准提供了良好的压缩性 能，因此它成了公认的数字电视标准。在2 2 节的图2 - 2 中指出了m p e g 2 传送 流( 即m p e g 2 - t s ) 是由p e s 包等数据包打包组成的，下面我们来讨论一下 m p e g 2 t s 包的具体结构。本课题的研究就是基于以下将要描述的结构来进行 改善和创新的。 2 3 1 e s 包打包为p e s 包 m p e g 2 编码方式的i 帧、p 帧、b 帧数据按照不同的组合组成图像组 g o p ，再加上序列起始码和序列头等数据组成图像序列或基本码流( e s ) ，e s 再 武汉理工大学硕士学位论文 打包成p e s 。e s 包的结构见图2 3 ，p e s 包的结构见图2 - 4 1 6 】【9 l 。从图中可以 看出，p e s 包是可变长度的，通常可以达到6 4 k b 长度l l o l 。在p e s 结构中， 最重要的部分是解码时间标记d t s ( d e c o d et u n es t a m p ) 和播出时间标 记p 1 s ( p r e s e n t a t i o nt i m e s t a m p ) ，有了d t s 和p i s 解码器就可以从编码器 传送的i 、b 与p 帧中重建视频流，即d t s 告诉解码器何时解码帧，而f r s 告 诉解码器何时显示帧。 p i “d t h ”i m e “i g h ”t 卜 r a t 9 i 础。巨e 亭”l 黜。s p _ q u 一 e q d e n 中”一蹿e ai c r l 。p 一 臣忠，寰： 熙，f a ”n h f h c e t v l a y l p l a n o d 唪t m c m i c 譬七p h e i l o r n 池n p i h e | 曲l 池1 卜 一 d 蛔r 壁| ：黧黑6 叶眦lr 图2 3 建立原始流e s 的过程 图2 4 e s 打包为p e s 包的结构 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 2m p e g 2 t s 系统层协议规范 p e s 包按1 8 8 b 的固定长度加上各种参数组成传送码流 i s ，图2 - 5 为t s 包的结构。t s 包由4 b 的包头、可变长度的调整头和净荷构成。 卜l 髓b y 慨+ - xb y 嘲呻 1b i t1 b i t1 3 b i t2 b l t2 b i t 4 b i t 1 8 4 - x b y t e s 图2 5m p e g 2 t s 包头的结构 包头由同步字节、1 b 传送数据包差错指示、l b 净荷单元起始指示、l b 传送 优先权、1 3 b 包标识符p i d ( p a c k e ti d e n t i f i e r ，包标识符) 、2 b 传送加扰控制、 2 b 调整字段控制和4 b 连续计数器组成。其中，净荷单元起始指示表示打包的 原始流p e s 数据包字头或包含与节目有关的p e s 信息的起始端，是否出现在 该t s 包的净荷中。调整字段控制表示在包头后面是否有调整字段和( 或) 净 荷。连续技术其中的数值对于具有相同p i d 值的净荷而言，从0 - 1 5 连续循环， 用来在解码端检测是否有丢失的t s 包。净荷所传送的信息主要包括4 种类 型： 1 ) 视频、音频的p e s 包以及辅助数据； 2 ) 描述单路节目信息的节目映射表( p m t ) ，每个节目都有一个p m t ；描 述多路节目复用信息的节目关联表( p a t ) ，一个频点里有一个p a t ：c a 系统 所要求的条件访问表( c a t ) 。 3 ) 各种业务信息表( s i ) 表，包括强制性的网络信息表( n r r ) 、业务描述 表( s d t ) 、节目段信息表( e r r ) 、与时间和日期表( ) t ) ，还包括可选的业务 组表( b a t ) 、运行状态表( r s t ) 和时间偏移表( t o t ) 等。 4 ) d v b 数据广播信息，包括数据管道、异步数据报、同步、被同步数据流、 多协议封装、循环数据、循环对象。 2 3 3m p e g 2 - t s 包头 在这里将对m p e g 2 - t s 包头进行详细说明，以作为后文叙述的铺垫。其中 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 又将对p i d 、t r a n s p o r ts c r a m b l i n gc o n t r o l 、a d a p t i o nf i e l d c o n t r o l 字段加以特别说 明。每个t s 包的包头信息鉴别一种应用比特流，表2 - 1 详细说明了 m p e g 2 - t s 包头各参数的意义【9 1 1 1 0 1 。 表2 - 1 m p e g 2 - t s 包头参数定义 域 长度( b i t s )说明 s y n cb y t e 8 0 ) 【4 7 该字段是m p e g 2 - t s 的传送包 同步 t r a n s p o r te r r o r 1 当其值为1 时，表示在相关的传送包中 i n d i c a t o r 至少有一个不可纠正的错误位，只有在 错误纠正之后。该位才能被重新置一0 。 p a y l o a du n i ts t a r t 1 为1 表示包的第五字节是p o i n t e rf i e l d i i i d i c a t o r 域 t r a n s p o r tp r i o r i t y 1 为1 表示相关的包比其它具有相同 p 1 d 但此字段置一0 的包有更高的优先 级。 p m l 1 3表示存储于m p e g 2 i s 包中的有效净 荷的数据类型 t r a n s p o r t 2 指示m p e g 2 - t s 包有效净荷的加扰方 s c r a m b l i n gc o n t r o l 式 a d a p t i o nf i e l d 2表示m p e g 2 - t s 包首部是否跟随有 c o n t r o l 调整字段( a d a p t i o nf i e l d ) 和( 或) 有 效净荷 c o n t i n u i t yc o u n t e r 4 相同p i d 包的连续计数器 相同p i d 包的连续计数器在这4 个字节中1 3 b i t 的p 1 d 码特别重要，它是 辨别码流信息性质的关键，是节目信息的“身份证”，不同的电视节目和业务信息 s i 对应有不同的p i d 值。对于一套解码接收机而言，为了找到它所要接收的电 视节目，它首先通过p i d 值找到节目专用信息p s i 与业务新息s i 所对应的不 同表，这些表包括p a t 、p m t 、c a t 、n i t 、s d t 、e i t 、1 r i y r 等，通过这些有 关节目的信息表，尤其是节目的专用信息表，可以查到所要接收节目的p i d 值 和对应的时钟p c r ，这样节目就可以被还原。表2 2 所示为p i d 分配表。 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - 2p i d 分配表 p i d 取值p i d 值使用描述 0 x 0 0 0 0节目关联表( p a t ) 0 x 0 0 0 1条件访问表( c a t ) 0 x 0 0 0 2传送流描述表 0 x 0 0 0 3 0 x o o o f保留 0 x 0 0 1 0 - - 0 x l f f e可分配作为n e t w o r kp i d ，p r o g r a m _ m a p _ p l d ， e l e m e n t a r y _ p l d ，或留作它用 0 x 1 f f f空包 t r a n s p o r ts c r a m b l i n gc o n t r o l 字段用来指示m p e g 2 - t s 包有效净荷的加扰 方式。如果m p e g 2 - t s 包首部包括调整字段，则不应该被加扰；对于空包， t r a n s p o r ts c r a m b l i n gc o n t r o l 的值置为“0 0 ”。表2 - 3 列出了加扰控制字段值，表2 4 列出了调整字段( a d a p t i o nf i e l dc o n t r 0 1 ) 控制值。 表2 - 3 加扰控制字段值 取值描述 0 0未加扰 0 1用户定义 1 0用户定义 1 1用户定义 表2 - 4 调整字段控制值 调整字段取值描述 0 0为i s o i e c 未来使用保留 0 1 没有调整字段，仅含有1 8 4 b 长度的有效净荷 1 0没有有效净荷，仅含有1 8 3 b 长度的调整字段 1 1 0 1 8 2 b 的调整字段后为有效净荷 在这里要对节目专用信息p s i 表进行说明，以作为后续章节的参照。p s i 表 包括p a t 表、p m t 表、c a t 表和n i t 表。由2 3 2 节我们知道了各表的含义， 下面对各表的关系给出说明：为了重建p e s ，p s i 使用一系列的节目包标示符 p i d 来重建。解码器先搜索p i d 为0 的p a t 表。在p a t 中，包含所有节目的p m t 的p i d 。假定选择了节目p r o g ，1 ，在p a t 表中查出节目p r o g 1 的p m t 的 武汉理工大学硕士学位论文 p i d = 2 2 。从p i d = 2 2 的包中提出p m t 解码，节目p r o g 1 的p m t 中包括p r o g 1 的视频、音频与数据包的所有p i d ，将这些视频、音频等组织在一起重建p e s 。 p i d 为0 用来标识c a t 表，使用该表可以查明是否允许用户解码与收看节目 p r o g 1 。对于所有节日来讲，c a t 包含标识e m m 的所有p i d 。n i t 包含用户选 择的业务信息，比如信道频率的收发设备编号等。以上说明见下图2 - 6 所示： 流1 流2 流3 流4 视频1 音频1 赫 节目0 i p i d = l 两五仁函 丽亚前面 。一 翥篙 p a t 表的p i d 值恒为0 x 0 0 流1 流2 流3 流4 视频1 l p i d = 1 音频1 i p i d ：8 1 c 盯 c a 分段1 ( p r 0 9 1 )e m m p i d ( 9 9 ) c a 分段2 ( p r 0 9 2 )e m mp i d ( 1 0 9 ) c a 分段3 ( p r 0 9 3 )e m mp i d ( 1 1 9 ) c a 分段k ( p r o g , k )e m m p i d ( 的 多节目的m p e g - 2 i s n 1 1 r 私有分段1n r r i n f o 私有分段2n r r i n f o 私有分段3n t r i n t o 私有分段k n r r i n f o 图2 - 6p s i 各表之间的关系图 2 4 d v b 数据广播 d v b 数据广播标准是基于m p e g 2 的传送流机制，定义的是如何在各种 不同的传输通道上进行t s 包传送【8 l o 根据i s o i e c1 3 8 1 8 1 协议，所有数据被 分割成1 8 8 1 3 大小的定长数据包，这些包在数字电视广播中用来传送数字音频， 视频以及相关的信息。实际上，这种定长的数据包可以用来传送各种信息。数 据广播标准就是规定了用 i s 来传送面向多种应用的数据的方法。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章嵌入式d v b c 数字机顶盒系统设计 通过对数字机项盒关键技术的分析总结，本系统决定采用海尔公司的h i 2 0 1 1 芯片来进行嵌入式d v b - c 的总体规划设计。 3 1 系统总体设计 有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视节目以及各种业务信息， 显示输出到电视上供用户收看。系统总体结构框图如图3 - 1 所示 m p e g 传 输流 中频 信号 射频输入 信号 p e s 分组p c m 音频模拟音频 图3 1 系统总体结构框图 调谐模块接收射频信号，将从有线电视网络接收来的射频信号处理为中心 频率为4 3 7 5 m h z 的中频信号，然后进行a 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，从中抽出一个节目的p e s ( p a c k e te l e m e n t a r ys t r e a m 基本信 息流) 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