（计算机应用技术专业论文）dvbs+hdtv机顶盒应用软件系统研究与设计.pdf

摘要 摘要 数字电视机顶盒是模拟电视向数字电视过渡的中间产品。结合我国国情，对 数字电视机顶盒的开发具有重要的实际意义。在数字电视机顶盒的开发研制过程 中，软件系统的研究和设计是整个开发工作的难点和重要组成部分，软件系统的 设计关系到整个产品的最终性能。数字电视机顶盒虽然只是数字电视传输系统的 终端设备，但是所用到的关键技术涉及到信道解码、传输流解复用、音视频解压 缩技术以及实时软件技术。因此，通过对机顶盒软、硬件的研究，既可为研究如 何提高信息传输的可靠性和高效性作好理论准备，也可以为图像、音频和视频信 号的数字化积累经验。高清晰度数字电视不仅在图像和声音质量是现在模拟电视 无法比拟的，而且可以扩展许多增值服务，如视频点播、p 电话、因特网接入 和远程交互教育等等。因此，机顶盒软、硬件的研究，有很高的实际价值。 本论文遵循m p e g 4 和d v b s 国际标准，从设计者的角度出发，对d v b s h d t v 机顶盒的关键模块进行了全面的分析。所有的软件都是基于u c l i n t t x 实时 操作系统。研究的目标是开发具有基本的d v b sh d t v 机顶盒产品功能的软件 系统。在软件层次上，所有的上层应用都是直接基于底层的硬件驱动，因此应用 程序以c 语言编写。本文的具体工作如下： ( 1 ) 研究了基于d v b s 的数据广播业务实现过程，在此基础上，根据实际需 求，完成d v b sh d t v 机顶盒的功能需求分析。 ( 2 ) 研究了d v b sh d t v 机顶盒的接收模块d v b s 、下载管理模块、自动更 新模块、内容管理模块、音视频模块和u i 模块的设计和实现方法，并提出了设 计中存在的问题。 ( 3 ) 嵌入式系统中，资源稀少，实时性要求高，同时随着技术的发展，应用 需求越来越高，使得应用程序复杂程度也越来越高。做为典型的嵌入式系统，数 字电视机顶盒软件系统各模块的交互关系很复杂，容易造成机顶盒软件系统出错 和不稳定。利用有限状态机模型，状态机作为各个进程的管理者，可以确保机顶 盒软件系统的稳定性和可靠性。本文把状态机理论应用于数字电视机顶盒应用软 件系统中，提出了机项盒应用管理模块的设计方案，并通过实践证明了此方案的 可行性与先进性。 关键词d v b s ；h d t v ；数字电视；机顶盒；状态机 a b s t r a c t d i g i t a lt e l e v i s i o ns e t - t o pb o xi st h et r a n s i e n tp r o d u c tf r o ma n a l o g u et e l e v i s i o nt o d i g i t a lt e l e v i s i o n s oi nv i e wo ft h es i t u a t i o no fo u rc o u n t r y , i th a st h ei m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et o t h ed i 茸t a lt e l e v i s i o ns e t - t o pb o xd e v e l o p m e n t i nt h e r e s e a r c ho fs t b ，r e s e a r c ha n dt h ed e s i g no ft h es o f t w a r es y s t e ma r ed i f f i c u l t yo ft h e e n t i r ed e v e l o p m e n tw o r ka n dt h ei m p o r t a n tc o n s t i t u e n t , t h es o f t w a r es y s t e md e s i g n r e l a t e st h ee n t i r ep r o d u c tt h ef i n a lp e r f o r m a n c e a l t h o u g hs t bj u s ti sas o r to f t e r m i n a le q u i p m e n to ft h et vs i pt r a n s m i s s i o ns y s t e m ，h o w e v e rp i v o t a lt e c h n i q u e i n v o l v e sc h a n n e ld e c o d e ，t r a n s p o r ts t r e a md e - m u l t i p l e x i n g ，a u d i oa n dv i d e os i g n a l d e c o m p r e s s i o nt e c h n i q u ea n dr e a l - t i m es o f t w a r et e c h n i q u ee t e t h e r e f o r e ，r e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n to fs o f t w a r ea n dh a r d w a r et e c h n o l o g ys t b ，w h i c hc a l li n c r e a s e u s e f u l n e s sw i t hd e p e n d a b l eo fd i g i t a lv i d e os i g n a la n da u d i os i g n a lf o rs t u d yl a t e r m a k et h e o r i e sp r e p a r a t i o na n de x p e r i e n c e h d t vc a l lo f f e re x c e l l e n ti m a g ea n dv o i c e t h a nc u r r e n ta n a l o g u et e l e v i s i o n , a n di th a sm u c hs e r v i c ef u n c t i o n ，s u c ha sv o d ，i p p h o n e ，i n t e m e ta n di n t e r a c t i n gc o u r s e w a r eo fr e m o t ee d u c a t i o n s os o f t w a r ea n d h a r d w a r et e c h n o l o g yr e s e a r c hh a st h ev e r yh i g hp r a c t i c ev a l u e a c c o r d i n gt oi n t e m a t i o n a ls t a n d a r d so f m p e g 一4a n dd v b s ，t h i sp a p e rh a sc a r r i e d o nt h e c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s t oe s s e n t i a lm o d u l eo ft h ed v b - sh d t v s t b ( d v b s ，d o w n l o a dc e n t e r , u p d a t e ，c m ，a u d i ov i d e od e m u x , u d a l ls o f t w a r ei s b a s e do nt h eu c l i n u xr e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 1 1 1 er e s e a r c hg o a li st h a tw e p r o v i d e d w i t hb a s a ld v b - sh d t vs t bp r o d u c t i o nf u n c t i o n a ts o f t w a r e a r r a n g e m e n t ，a l lt o p p e ra p p l i c a t i o n sa r ed i r e c t l yb a s e do nr o c k - b o t t o mh a r d w a r ed r i v e ， t h u sw eu s ec l a n g u a g et ow r i t ea p p l i c a t i o np r o g r a m c o n c r e t ew o r ko f t h ep a p e ri sa s f o l l o w s ： ( 1 ) t h ep a p e rh a ss t u d i e dr e a l i z a t i o np r o c e s so fd a t ab r o a d c a s t s e r v i c eb a s e do nt h e d v b s i nt h i sf o u n d a t i o n , a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld e m a n d ，c o m p l e t e st h ef u n c t i o n d e m a n dd e s i g no f d v b sh d t vs t b ( 2 ) t h ep a p e rh a s s t u d i e d d e s i g na n dt h e r e a l i z a t i o nm e t h o do fe s s e n t i a l m o d u l e ，s u c h a s d - s ，d o w n l o a dc e n t e r ，a u t o u p d a t es y s t e m ，c o n t e n t m a n g a g e m e n t ，a u d i oa n dv i d e od e m u x , n s e ri n t e r f a c e ，a n dp r o p o s e df l a wi nt h i sd e s i g n ( 3 ) i ne m b e d d e ds y s t e m ，r e s o u r c e ss c a r c e ，d e m a n d o fr e a lt i m ei sh i g h , s i m u l t a n e o u s l ya l o n gw i t ht e c h n i c a ld e v e l o p m e n t , d e m a n do fa p p l i c a t i o ni sm o r ea n d m o r eh i g h , c a u s e sc o m p l e xd e g r e eo ft h ea p p l i c a t i o np r o g r a mm o r ea n dm o r et ob e a l s oh i g h a st h et y p eo fe m b e d d e ds y s t e m ，t h ee n t i t yo fs t bs o f t w a r es y s t e mi sa i 北京工业大学工学硕士学位论文 c o m p o u n do fs e v e r a ls e p a r a t ep r o c e s s e s ，e a c hh a si t su n i q u ef u n c t i o n , t h i sc a u s e t h e s o f t w a r e s y s t e mo fs t bm u c hm o r ec o m p l i c a t e d t h es t a t e m a c h i n em e c h a n i s m i m p l e m e n t sh e r ea sat o pm a d e rt oe n s u r et h es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h es t b s o f t w a r es y s t e m t h ep a p e ra p p l i e st h es t a t em a c h i n et h e o r yi nt h ed i g i t a lt e l e v i s i o n s t ba p p l i c a t i o ns o f t w a r e s y s t e m ，p r o p o s e dd e s i g np r o p o s a l o f a p p l i c a t i o n a d m i n i s t r a t i o nm o d u l e ，a n dw eh a sp r o v e nt h ed e s i g nf e a s i b l ea n da d v a n c e dt h r o u g h t h e p r a c t i c e k e y w o r d sd v b s ；h d t v ；d i g i t a lt e l e v i s i o n ；s e t - t o pb o x ；s t a t em a c h i n e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个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，也不包含为获得北京工业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：望噬日期：2 1 1 1 ：笪：垃 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、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) 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景及其现实意义 二十一世纪是一个信息时代，电视是我们接收信息、获取信息的一个重要媒 介，它以其方便性、廉价性、实时性成为我们青睐的获取信息的途径。随着技术 的进步，电视已开始步入数字电视时代。贯通全球，数字电视的发展前景广阔， 各国都在大力发展数字电视及相关产业。我国采用了欧洲现有的成熟的d v b 数 字电视标准，并将数字电视技术的研发列入“十五”计划中的十大优先发展的信 息技术产业之一【l 】o 数字电视的设备也越趋于先进，早期的只有简单电视接收功 能的第一代数字电视机顶盒逐渐正在被第二代有着交互功能、集成股票信息交互 等功能的数字电视机顶盒所代替。纵观世界，数字电视代替模拟电视、数字电视 机代替模拟电视机是必然的发展趋势，但由于目前的模拟电视机的数量庞大，如 果要把这些模拟电视机一下全部淘汰，换成数字电视机的话，那是一笔巨大的浪 费。为此，数字电视机项盒成为目前模拟电视向数字电视过渡的一个有效设备。 机项盒本身需要具有解压缩和模拟电视信号编码的能力。它负责把数字化的信号 在用户终端转化成模拟信号输入给模拟电视机。 1 2 数字电视简介 1 2 1 什么是数字电视 电视可以说是我们每个人在日常生活中要接触到的，也是很受观众喜爱的一 种获取信息的媒介。我们观看的电视从早期的黑白电视发展到现在的彩色电视。 但是技术仍在飞速进步，在如今信息化时代，把电视数字化成为当前电视的发展 趋势。数字电视是一项全新的电视服务系统，不同于现在大多数家庭收看的采用 传统的模拟信号传输的电视节目。数字电视是指将传统的模拟电视信息经过采 样、量化、编码，转化成二进制的数字信息，然后进行处理、存储、记录，并通 过卫星、有线电视网络或者地面接收设备把数字化的二进制电视信号传输到每家 每户，终端用户接收到数字电视信号后用数字电视机直接播放或者数字电视机顶 盒把数字电视信号转换模拟电视信号后在传统模拟电视机上播放【2 】。也就是说， 数字电视从电视节目的采集、制作到电视节目的传输，以及到用户终端的接收全 部实现数字化。 北京工业大学工学硕士学位论文 数字电视包括标准清晰度电视( s d t v ) 和高清晰度电视( h d t v ) t 3 l 。标 准清晰度电视的图像和伴音质量都比目前模拟电视有较大提高，图像的解析度相 当于d v d 的图像水平。并且其频道利用率高，在目前模拟电视的一个频道内可 以同时传输4 套( 或更多) 标准清晰度节目。高清晰度电视的图像格式最高解析 度为1 9 2 0 x 1 0 8 0 1 4 1 1 i p 最高显示是目前模拟电视画面清晰度的2 3 倍。高清晰度电 视采用1 6 ：9 的图像模式，而不是传统4 ：3 模式，标准清晰度电视则采用兼容 1 6 ：9 和4 ：3 模式，由电视台最终确定广播的模式【4 1 。 1 2 2 数字电视特点 数字电视是电视技术的一个新的里程碑，是广播电视业的发展方向。数字电 视远大的前景和强健的生命力来源于其很多优秀的特点： ( 1 ) 高清晰度的电视画面 传统的模拟电视，以n t s c 制式为例，其垂直分辨率为5 2 5 行、有效行为 4 8 4 行，水平分辨率为3 3 0 列，这样的分辨率越来越不能满足观众的需求。而数 字电视最低的要求就已经达到7 2 0 5 7 6 的分辨率，目前市场上更有达到 1 9 2 0 x1 0 8 0 分辨率的数字电视机出售。数字电视的高分辨率使得其画面质量完全 可以和d v d 相媲美。 ( 2 ) 优质的音响效果 采用了数字音频技术，使得电视的伴音音质更好、更逼真。目前，大多数数 字电视的伴音音质可以达到v c d 音频的质量水平，欧美发达国家的一些数字电 视节目已经采用a c 3 音频信号压缩技术，可以传输5 1 声道的环绕立体声信号， 可以达到家庭影院的音响效果。 ( 3 ) 丰富的节目内容 由于数字电视的信号是经过压缩编码的，消除了视频和音频信号中的大部分 冗余信息，大幅度降低了每套节目所占用的带宽。原来传输1 套模拟电视节目所 需要的带宽可以用来传输6 - 8 套数字电视节目。采用数字电视技术，有线电视运 营商可以在原来网络的基础上，传输3 0 0 - 4 5 0 0 套的数字电视节目。当然，目前大 部分城市在播的数字电视节目套数还有限。尤其受到政策方面的限制，国外的一 些电视节目无法自由得在国内接收。但是，按照目前的发展速度，数字电视节目 将在2 3 年内赶上并超过模拟电视的频道数。而且，一些收费的数字电视节目频 道不插播任何广告，更好地满足了不同层次用户的需求。 ( 4 ) 便捷的节目指南 伴随着数字电视丰富的节目内容，需要有方便快捷的手段来让用户选择想收 看得电视节目。电子节目指南( e p g ) 就是这样一种应用。它自动向用户提供方 第1 苹绪论 便而且直观的节目选择功能。有了e p g ，用户不需要了解数字电视传输流传输 的有关各个节目的难懂的信息。在e p g 的指导下，可以用图形用户界面的方式、 交互式地选择自己喜爱的节i s j 。 ( 5 ) 抗干扰能力强 数字电视的传输的是全数字化的信号，这些信号在传输过程如果被干扰的 话，可以通过差错校验码检测到，并且能够部分纠错。而且数字电视的二进制信 号不像模拟信号那样在传输过程中容易衰减。可以说，用户接收的数字电视信号 和发送端发送的数字电视信号基本上是相同质量的。 ( 6 ) 扩充功能多 通过数字电视机顶盒，除了实现数字电视的基本功能即收看电视外，还可以 扩展出许多增值服务，比如接收股票行情、视频点播、远程交互式教育等【6 】。还 可以采用i p o v e r d v b 技术为用户提供因特网接入服务i t 。 1 3 d v b 标准 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 ，数字电视广播) 是欧洲多个组织参加的 一个项目。1 9 9 3 年，欧洲多家公司联合签署了d v b 备忘录，之后在日内瓦成立 了欧洲d v b 组织，负责并协调数字电视的各种标准的指标【8 1 。d v b 标准的主要 目标是找到一种对所有传输媒体都适用的数字电视技术标准，它需要满足如下一 些要求： ( 1 ) 系统能灵活地传送m p e g 视频、音频和其他数据信号【9 】。 ( 2 ) 系统使用统一的m _ p e g 传输比特流复用【1 0 1 。 ( 3 ) 系统使用统一的服务信息系统提供节目的细节信息。 ( 4 ) 系统使用统一的一级基本码流( r s ) 前向纠错系统。 ( 5 ) 系统使用统一的加绕系统，但可有不同的加密 1 1 】。 ( 6 ) 系统选择适用于不同传输媒体的调制方法和信道编码方法以及任何必需 附加纠错方法。 ( 7 ) 支持图文电视系统。 d 主要包括三个标准：d v b s 、d v b c 和d v b t ，分别应用于卫星数 字电视广播、有线数字电视广播和地面数字电视广播【1 2 1 。 d v b s 也叫数字卫星直播系统，它是为了满足卫星转发器的带宽及卫星信 号的传输特点而设计的。该标准以卫星作为传输媒介，将视频、音频和数据打包 成固定长度的包后复用成m e p g 传输流，信号在传输过程中有很强的抗干扰能 力。通过卫星转发的数字信号经过卫星接收机接收交给机顶盒处理，还原出视频、 北京工业大学工学硕士学位论文 音频信号。 d v b c 也叫数字有线广播系统，该标准以有线电视网作为传输介质。d v b c 由于传输介质采用的是同轴电缆，因此比卫星传输信道有更好的抗干扰能力，信 号强度高。d v b c 传输系统传送的节目即可来源于从卫星系统接收下来的节目， 也可来源于本地电视节目。 d v b t 也叫数字地面广播系统。它是最复杂的d v b 传输系统。d v b - t 采 用c o f d m ( 正交频分复用调制) ，8 m h z 带宽内能传送数字电视节目，而且传输 质量高。d v b - t 也采用m e p g 视频、音频压缩编码技术i i 】1 5 】。 1 4 机顶盒简介 1 4 1 机顶盒定义 对于机顶盒s t b ( s e t t o p b o x ) t 1 3 】，机顶盒传统的说法是：“置于电视机顶上 的盒子”。它是利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，以提高 现有电视机的性能或增加其功能。由于功能和用途不同，使得“机顶盒”这个概 念有些模糊不清，如早期的增补频道机顶盒、图文电视机顶盒、付费电视机顶盒 等。机顶盒指电视机项上的盒子，是扩展电视机功能的一种家电。机顶盒根据接 收的信号种类分为模拟机顶盒和数字机顶盒。模拟机顶盒接收模拟信号，至今为 止使用范围有限。随着数字视频技术的发展和各国对数字电视的努力推进，数字 机顶盒已成为人们观念中真正的机顶盒。它接收经过数字编码的电视信号，获得 更清晰、更稳定的图像和声音，利用电视机显示出来。由于它与电视机的紧密联 系，才被称为机项盒，这里的”机”指电视机。 数字电视机顶盒是信息家电之一，它是一种能够让用户在现有模拟电视机上 观看数字电视节目，并进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费类电子 产品【1 6 1 。 1 4 2 数字机顶盒的功能 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互 式多媒体应用功能n 4 1 ，包括； ( 1 ) 电子节目指南( e p g ) b s 。它为用户提供一种容易使用、界面友好、可 以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有 频道上近期将播放的电视节目。 第1 章绪论 ( 2 ) 高速数据广播。它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门 网站等各种信息。 ( 3 ) 软件在线升级。它可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按 d v b 数据广播标准将升级软件广播下来，机项盒能识别该软件的版本号，在版 本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。 ( 4 ) 有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密。 数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户 可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种 接口与p c 相连，用p c 与因特网相连。有条件接收的核心是加扰和加密，数字 机项盒应具有解扰和解密功能。总之，到目前为止，围绕数字机顶盒的数字视频、 数字信息与交互式应用三大核心功能开发了多种增值业务。数字电视机顶盒的主 要功能就是将接收下来的数字电视信号转换为模拟电视信号，使用户不用更换电 视机就能收看数字电视节目，图像质量接近5 0 0 线水平。 网络电视机顶盒是在微软公司“维纳斯计划”和凯思公司“女娲计划”的催 化下产生的，主要功能是使我国现有3 2 亿台模拟电视机通过p s t n ( 公众电话 交换网) 或双向c a t v 网实现因特网接入，收发电子邮件、游戏娱乐、网上学习 等【1 6 1 。 多媒体机项盒是前两种机顶盒的功能综合，有的也称为综合业务机顶盒或全 功能数字机项盒。它可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，包括收看普 通电视节目、数字加密电视节日、点播多媒体节目和信息、电子节目指南( e p g ) 、 收发电子邮件、因特网浏览、网上购物、远程教育等，需要的条件是双向c a t v 网。 1 5 本课题的主要研究内容 本课题的任务是研制符合d v b s 标准的高清数字电视机顶盒，包括硬件和 软件。本课题的任务主要分为两个部分：一是硬件部分的研制和开发；二是软件 部分的设计与开发。其中硬件部分是研制信道板和信源解码板。软件的开发主要 包括底层驱动的开发，用户界面和频道接收控制等的设计。 本论文是整个课题的一部分，主要任务机顶盒软件的设计和开发。本文各章 安排如下： 第一章绪论，描述机顶盒的现状、发展前景及相关技术概况。 第二章d v b sh d t v 机顶盒功能及硬件结构，介绍机顶盒的功能和硬件结 构。 北京工业大学工学硕士学位论文 第三章d v b sh d t v 机顶盒软件系统，从设计的角度研究机顶盒软件关键 模块的设计方法和实现方法。 第四章d v b sh d t v 机顶盒应用管理模块的设计，描述设计应用管理模块 方法。 第五章应用程序管理协议，描述应用管理模块和其他模块通讯的协议。 第2 章d v b sh d t v 机顶盒功能及硬件结构 第2 章d v b 。sh d t v 机顶盒功能及硬件结构 2 1i ) v b sh d t v 机顶盒的功能结构 数字电视在信源部分采用了m p e g - 4 1 0 】数字视频压缩编码技术、d o l b y a c 3 音频压缩编码( 美国a t s c 采用) 技术以及传输流复用技术等；在信道部分采用的 编码技术有r e e d s o l o m o n 编码【1 7 1 、卷积交织编码等；调制技术根据不同的信道 而有所差异，如数字卫星电视采用了q p s k 调制技术，有线电视采用了q a m 调 制技术，地面广播使用了c o f d m 调制技术等【1 8 j 。 数字电视机顶盒的最基本的功能是接收数字电视节目，具体一些讲就是对来 自信道的数字电视信号首先进行解调和信道解码，得到传输流，由后端对传输流 进行解复用，分出音视频基本流，在经过音视频解码，输出解码后的视频和音频 信号【1 9 】。有些机顶盒还具有w e b 浏览功能及交互业务功能，这些机顶盒除了需 要信息的下传通道外还需要一个上传通道，在结构上比前者要复杂些。 数字电视机项盒从其结构上讲大体上可以分成两部分：信道解码部分和信源 解码部分【加】。信道部分即前端，负责对数字电视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。信源解码部分主要完成从t s 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。信源解码器的一般结构包括以下几个部分： ( 1 ) 作为解复用、解扰和控制器的c p u ( 2 ) c p u 软件存储所需的r d m 和r a m ( 3 ) 视频解码器 ( 4 ) 用于视频解码的r a m ( 5 ) 音频解码器 ( 6 ) 视频后处理模块电路 ( 7 ) 部分外部接口模块 一般对一个固定的前端，它与后端信源解码器的接口是一定的，二者通过这 个接口进行通讯。就系统工作方式来讲，可能是由后端直接通过软件对前端进行 控制，也有可能前端部分自带一个小的c p u ，通过对它的编程来控制前端，后 端不直接干预前端的工作，而只通过某种通信的方式告知前端，现在需要做什么， 具体的操作由前端自身的软件完成。 北京工业大学工学硕士学位论文 2 2 业务流程说明 图2 - 1 数据广播业务流程 f i g u r e 2 1d a t ab r o a d c a s td i a g r a m 在目前阶段，本系统主要是以文件投递的方式将视频节目发送给客户端，下 面是对此流程的一个详细描述，业务流程如图2 1 所示。 ( 1 ) 制作系统将透明节目输入d r 2 v l 中的加密服务器对节目进行加密，加密 后的节目被输出到d e u r o m e d i a ( 数据广播) 系统中，数据广播系统按照已经编 排完成的节目播出计划将节目输出给i p g ( d 网关) ，i p g 对输入的数据进行 d v b 协议封装后，通过广电网络发送到用户终端上。与此同时，数据广播前端 编排完成的节目计划等节目信息将会被用户管理系统( c b i l l ) 获取，以完成节目 的定价和计费工作。 ( 2 ) 终端用户通过集成在s t b 或p c 终端中的d o w n l o a d c e n t e r 接收节目表 接收加密的节目。当接受完成后，用户再点击观看时，s t b 中的另一个进程将购 票请求发送给w e b 服务器，w e b 在接受到用户请求后，将用户请求中的用户信 息发送到s m s ( c - b i l l ) 系统进行用户认证，认证通过后将用户的信息及节目信 息返回给用户进行二次确认，当用户二次确认后，再向w e b 发出购票请求，此 时w e b 在接受的用户的请求后，一方面向d p d v i 中的m s s 服务器购票并返回给 用户，另一方面将购票信息发送的s m s 系统完成计费工作。 ( 3 ) 用户端在接收到电子影票后，激活集成有d p d tc l i e n t 的播放器收看选 择的节目，在播放节目前，d p d v ic l i e n t 将电子影票发送的d r m 的k s s 系统进 第2 章d v b - sh d t v 机顶盒功能及硬件结构 行票据的验证，在票据校验的过程中，在k s s 系统前有一个守听进程将侦听d r m c l i e n t 发送过来的请求并将这一结果写入s m s 的日志，供s m s 进行统计分析时 使用。 2 3e m 8 6 2 0 l 芯片 本课题采用的主处理芯片是s i g m ad e s i g n 公司生产的e m 8 6 2 0 l ，它具有以下 特性：m e p g 解码，可以同时解码两路m p e g 视频流；w m v 9 解码；支持多种 d v d 媒体格式，包括音频、j p e g 、m p 3 和m e p g - 4a v i 文件；音频解码和i o ， 内嵌基于d s p 的音频解码器，支持d v d 音频、杜比数字5 1 声道、m p e g - 4 a a c 、 窗式媒体音频、1 6 位线形p c m 等；视频处理和显示，最多可以处理五个独立的 视频或图像位面，支持2 维图像加速，支持数字输出、模拟输出和分量模拟输出； 比特流的多路分解；p c i 和外设总线，p c i 总线是工作在3 3 或6 6 m h z 的3 2 位 总线，外设总线接口可编程为多种模式，包括通用模式，接外部设备i s a 1 i k e 总 线，接硬盘的i d e 总线和接f l a s hr o m 的存储器总线模式；系统内存，支持3 2 位、1 6 6 m h z 的( d d r ) s d r a m ，最多可挂6 4 m b ，嵌入式的支持删4 tr s c 指令集的c p u ，支持独立的直接映射指令和数据缓存。 2 4 硬件系统设计 d v b sh d t v 机顶盒硬件框图如图2 - 2 所示。 图2 - 2 机顶盒硬件框图 f i g u r e 2 - 2s t bh a r d w a r ed i a g r a m - 9 北京工业大学工学硕士学位论文 机顶盒采用数字媒体处理器芯片e m 8 6 2 0 l ，内存接6 4 m f d d r ) s d r a m ，前 端有前面板键盘、l c d 和接收红外信号遥控输入。该系统视频支持高清输出， 也可以模拟方式输出。音频方面通过d a 转换，可转换为模拟音频输出，并可 通过p c i 总线连接以太网或无线局域网支持视频点播功能。 红外线输入部分采用的是n e c 公司的r c 5 协议格式的接收芯片i r d c 3 6 7 ， 采用异步串行方式工作。该芯片采用低消耗功率高效率c o m s 技术的微处理器 开发的红外线译码i c ，它可以接收n e c6 1 2 1 2 格式的红外线编码i c 。 音频方面e m 8 6 2 0 l 自带了音频d s p 处理器，因此不需要外接外部解码芯片。 接口方面主处理芯片支持i i s 总线也可通过s p d i f 光纤输出。 视频方面e m 8 6 2 0 l 内建了3 路1 2 位视频d a c ，因此不用再外接d a c ，高 清输出分辨率最高可达1 9 2 0 * 1 0 8 0 i 。 在网络接口方面，目前的宽带网络比较普及了，因此采用了比较常用且实用 的以太网接口。 d v b 数据接收方面，这是一个独立的模块，能接收d v b 的输入，然后将 d v b 的数据经过p i d 过滤，转换为l p 包，输出给机顶盒用。从功能上来讲是一 个m d 、r e r d v b 的接收模块。主要功能有：d v bt u n e r 接收d v b 数据输入( c ，s ， t ) ；p i d 过滤；t s 流转换为口包( 需要一个附加c p u 模块支持) ；输出口包 给机顶盒；在机顶盒上提供驱动程序，从u s b 端口接收口包，转发给系统的口 堆栈。从而应用程序能通过s o c k e t 接收这些i p 数据；在h o s t 上提供d v bt u n e r 的设置功能。 2 5d v b sh d t v 机顶盒功能 2 5 1 系统设置功能 通过图形交互界面对系统进行设置。 ( 1 ) 系统基本设置 通过图形交互界面作如下设置。 设置密码：系统设置为设备管理人员提供，为防止一般操作人员进入，需有 密码保护功能；语言设置：可设置菜单显示的语言( 简体繁体，英文) ；显示系统 信息：可显示如系统版本号机器i d 号等系统基本信息；恢复系统缺省设置：可 恢复系统的缺省设置。 ( 2 ) 账户设置 通过图形交互界面设置当前使用的账户和密码( 用于下载节目时确认用户属 第2 章d v b si - i d t v 机顶盒功能及硬件结构 性及买票时进行身份验证) 。 ( 3 ) 接收设置 通过图形交互界面进行与接收有关的设置。进入该项设置前先要设定( 在系 统初始化设置中进行) 当前的d v b 接收方式( d 一s 或d v b c ) ；之后根据所 选的接收方式可作如下之一的设置：d v b s 方式，可设置通过卫星信号接收节 目所需的参数，可搜索并选定节目频道；d v b c 方式，可设置通过有线电视网 接收节目所需的参数；可搜索并选定节目频道。 ( 4 ) 网络设置 通过图形交互界面进行与网络有关的设置。进入该项设置前先要设定( 在系 统初始化设置中进行) 当前的上网方式( 电话拨号局域连接a d s l g p r s ) 之后 根据当前的上网方式可进行下列之一的设置：电话拨号设置，用于设置电话号码 佣户名密码；局域连接设置，用于设置进行局域网连接所需的口地址，地址掩 码网关地址，并询问是否启用d h c p ，如果使用d h c p ，则口地址地址掩码 网关地址均会通过网络自动获得；a d s l 设置，可设置通过a d s l 上网所需的用 户名和密码；c o p r s 设置，可设置通过g p r s 上网所需的信息。 、 此外网络设置还应包含如下设置：服务器设置，可设置一些服务器地址和端 口( w e b s t o r es e r v e r 、用户自服务服务器、文件分发补包服务器、d bw e b 服务 器) 。 ( 5 ) 音视频设置 通过屏幕输出的图形交互界面进行与音视频输出有关的设置。视频输出方 式：可设定当前的视频输出方式( d v i y p b p r ( r g b ) c v b s s 端子) ；音频输出方 式；可设定当前的音频输出方式( s p d o f f ) 。 ( 6 ) 播放设置 通过图形交互界面进行与播放有关的设置。 ( 7 ) 其他 机顶盒必须具有唯一序号，用作安全和节目防盗版认证；一个机顶盒可以绑 定多个用户，一个时刻只能绑定一个用户；由数据广播头端统一设定机顶盒的时 间，以保证时间的同步。 2 5 2 接收下载和网络功能 ( 1 ) d v b 接收功能 能接收符合d v b s 标准的卫星数字广播信号。支持所有种类k u 和c 波段 高频头；支持q p s k 解调；支持d v b 标准的数据广播格式：多协议封装( m p e ) 和数据流封装( p e s ) 【2 1 1 ，自动纠错码识别( f f c ) 。通过i p o v e r d v b 协议解析出 北京工业大学工学硕士学位论文 卫星信号中的节目内容( m p e g 4 + 多个伴音的a c 3 + 多字幕的数据文件) 、节目表 ( 由d m x 数据分发系统确定) 等数据，并将其组织好存放到硬盘便于查询和播 放。 数据发送为1 0 m 带宽( 6 4 k 用于发送节目表，2 m 用于发送补包) ，将来扩展到 4 0 m 带宽；机顶盒必须2 4 小时连续开机，以便进行节目接收；用户能通过图形 界面察看d v b 信号状况。 ( 2 ) d v b 发送节目的接收和下载管理 关于节目发送，集成d e u r o m e d i a 的节目分发系统( d o w n l o a dc e n t e rf o r l i n i ) 客户端。节目采用推送方式，但用户只可接收与其用户属性相符的节目 内容；节目约以l 天发送6 部电影的速率滚动循环播出( 可保证每天一部新片) 一部电影的下载时间预计为几十分钟到几个小时不等；节目表以一定的时间间隔 将最新节目预告反复发送( 数据发送协议由d e u r o m e d i a 的d o w n l o a dc e n t e rf o r l i n u x a p i 确定，节目表发送策略由头端确定) 。 对于节目预定，要求能通过图形界面显示节目预定表，表中应包含所有与用 户属性相符合的可预订下载但还未开始发送的节目；用户通过节目预定表可以预 订或取消预定；预定只能存储在本地硬盘；节目表中的节目可设为默认全部预定； 用户增加预定节目时，迅速计算出内置硬盘空间是否够用，如果空间不够应提示 用户。用户可单独列出已预订的节目，方便用户察看和重新决定是否要取消某些 已预订的节目。缺省是全部预定。没有节目分类或频道的支持。 对于节目下载，用户可指定通过d v b 下载节目还是通过网络下载节目。预 定的节目一旦开始下载就应加入下载节目列表。用户可以通过图形界面查看下载 列表。用户可以基于下载列表来取消某个正在进行的下载，取消后该节目已下载 的内容自动删除。已下载完成的节目不在该表中显示。 ( 3 ) 网络下载功能 能通过宽带网连接来下载节目；管理方式与通过d v b 下载相同。 ( 4 ) 网络浏览功能 ” 能通过网络浏览专门针对机顶盒浏览器制作的页面【2 2 1 。通过网络页面主要提 供如下一些功能：查询账单；节目信息查询。 2 5 3 本地内容管理功能 固定硬盘和外接硬盘上的节目组成节目列表。用户应能够通过图形界面查看 本地节目列表。并能够基于该列表将指定的某个节目设为不能自动删除。对没有 被设为不能自动删除的节目，则在下载节目过程中，当硬盘空间不够时，系统将 默认地按先进先出删除节日。用户若要长久地保留节目内容，应当将节目转存到 第2 章d v b - sh d t v 机顶盒功能及硬件结构 外接硬盘。对于发送出的节目，可以保留长达1 年的授权时间( 即只要用户保留 有已下载的节目，就可以在1 年内反复观看而无需重新下载) 。用户能够通过图 形界面或l c d 查看本地节目列表，并能选定其中的节目进行播放。对外接硬盘 可进行分区、格式化、节目的删除、拷贝到本地硬盘等操作( 如果外界硬盘已经 存在分区，应提示用户并得到进一步操作的确认，如果用户确认，则开始操作不 许用户进一步干预) 。同时，用户可通过图形界面查看当前硬盘空间列表，以了 解空间使用情况。 2 5 4 用户付费及节目内容保护功能 集成s e c u r e m e d i ad r m 授权控制功能模块，该模块负责检查文件是否加密， 并在用户付费后播放节目时对加密的节目数据进行解密。对于通过d r m 系统加 密的节目，在开始播放时通过l c d 或图形界面提示用户确定是否同意付费。如 果用户同意，则利用网络回传用户帐号和密码。等待头端确认后方可开始正常播 放。如果头端确认用户帐号无法完成付费，则应通过l c d 或图形界面通知用户 并退出播放。节目播放时，要在输出的图像中加入防盗版标志，可考虑在影片中 的某些i 帧画面上加入合适的标