（计算机应用技术专业论文）dvbc数字电视机顶盒的设计与实现.pdf

摘要 数字化是一场全世界范围内的产业技术革命，数字技术已经广泛渗透到社会 生活的各个领域。作为数字技术重要分支的数字电视技术是继黑白电视和彩色电 视后的第三代电视技术。由于从模拟电视到数字电视的转换需要一个较长的过渡 时期，为了使现有的模拟电视机能够接收数字电视信号，需要一种转换装置，数 字电视机顶盒应运而生。数字机顶盒是一种能够接收数字电视信号、完成相应处 理并输出模拟的音视频信号，通过模拟电视机播出节目的家用电子产品。 当前全世界的数字电视产业j 下处于一个飞速发展的时期，我国也正在大规模 推广数字电视，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 视机顶盒收看数字节目的方式比较适合我国现有的国情。 正是在这种背景下，数字电视机顶盒的研究相当有意义。本课题中我们选用 了s t 公司的q a m i 5 5 1 6 系统解决方案，设计并实现了符合m p e g 2 和d v b c 标准的有线数字电视机顶盒。为完成数字电视机顶盒的设计，本论文从以下几个 方面进行了研究： 第一，介绍了与数字电视机顶盒相关的两个主要标准m p e g 2 和d v b 。 分析了m p e g 2 标准的系统部分，重点分析m p e g 2 中t s 流( 传输流) 的打 包格式及双复用过程；分析d v b 标准中与电子节目指南( e p g ) 相关的s i 信息。 第二，对s t 公司生产的视频解码芯片q a m i 5 5 1 6 的内部模块资源禾u # t - 围接 口的功能、结构进行了介绍，并以q a m i 5 5 1 6 为基础，给出了硬件设计方案。 第三，介绍了机顶盒中的软件系统结构，以及各软件在整个系统中发挥的作 用和相互间的关系。 第四，详细介绍了机顶盒中的e p g 软件的设计与实现过程，e p g 是数字电 视的重要标志，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。 第五，介绍了条件接收系统的原理和组成，提出了一种基于模块划分的方法 来移植c a ，以达到提高代码复用率，加快丌发速度。 关键词：数字电视，机顶盒，e p g ，c a 移植 a b s t r a c t d i g i t a l l i z a t i o n i saw o r l d w i d ei n d u s t r i a lt e c h n o l o g yi n n o v a t i o n ，a n dd i g i t a l t e c h n o l o g yh a sb e e nt o u c h i n gm o s tf i e l d so fo u rs o c i a ll i v e s f r o m9 0 so f2 0 t h c e n t u r y , t h et e c h n o l o g yo fd i g i t a lt e l e v i s i o n ，a so n eo fi m p o r t a n tb r a n c h e so fd i g i t a l t e c h n o l o g y , d e v e l o p sf a s te n de n t e r sa na p p l i e dp h a s e ，w i t ht h er a p i dp r o g r e s so ft h e t e c h n o l o g yo fs e m i c o n d u c t o ra n dc o m p u t e r d t v ( d i 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 u o u t4 0 0m i l l o no 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 vs 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 u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，i ti sv e r ym e a n i n g f u lt or e s e a r c ho ns t bo fd t v i nt h i s i s s u e ，w es e l e c t e ds t sq a m i 5 516s y s t e ms o l u t i o n s ，d e s i g n e da n di m p l e m e n t e ds t b o fd t vi n l i n ew i t ht h em p e g - 2a n dd v b - cs t a n d a r d f o rt h ec o m p l e t i o no ft h e d e s i g no fd i g i t a lt vs e t - t o pb o x e s ，t h ep a p e r sf r o mt h ef o l l o w i n ga s p e c t sh a v eb e e n s t u d i e d ： f i r s t ，i ti n t r o d u c e dad i g i t a lt vs e t - t o pb o xa s s o c i a t e dw i t ht h et w om a i n s t a n d a r d s m p e g 一2a n dd v b a n a l y s i so ft h em p e g - 2s t a n d a r dp a no ft h es y s t e m ， f o c u s i n go na n a l y s i so fm p e g 2s t r e a m si nt sf o r m a ta n dd o u b l e - p a c k a g e dr e u s a b l e p r o c e s s ；a n a l y s i so fs ii n f o r m a t i o ni nd v bs t a n d a r d sr e l a t e dt oe l e c t r o n i cp r o g r a m g u i d e s ( e p g ) s e c o n d ，i n t r o d u c i n gv i d e od e c o d e rc h i pq a m i 5 5 16o fs t , i n c l u d i n gi n t e r n a l r e s o u r c e sa n de x t e m a li n t e r f a c e so ft h ef u n c t i o n s ，s t r u c t u r ei n t r o d u c e da n db a s e do n q a m i 5 5 16g i v e nh a r d w a r ed e s i g n t h i r d ，i n t r o d u c e das e t - t o pb o xs o f t w a r es y s t e ma r c h i t e c t u r e ，a sw e l la st h ee n t i r e s y s t e mi ns o f t w a r ei nt h er o l ea n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n f o u r t h ，d e t a i l so fs e t t o pb o xe p gs o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h e p r o c e s s ，e p gi sa ni m p o r t a n ti n d i c a t o ro fd i g i t a l w h i c hp r o v i d e su s e r sw i t ha n e a s y t o - u s e ，f r i e n d l j ，i n t e r f a c e ，q u i c kw a yo fl o o k i n gt h r o u g hp r o g r a m f i f t h ，w ei n t r o d u c e dt h ep r i n c i p l ea n dc o m p o n e n t so fc o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m s ， am o d u l e b a s e da p p r o a c ht ot h et r a n s p l a n t a t i o nd i v i s i o no fc a ，i no r d e rt oa c h i e v e c o d er e u s er a t e ，s p e e du pt h ed e v e l o p m e n to fs p e e d k e y w o r d s ：d i 舒i a lt e l e v i s i o n ，s e tt o pb o x ，e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ， t r a n s p l a n to fc o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m i i i 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。 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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：盟导师( 签名) ： 武汉理t 大学硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第1 章引言 近几年来，数字电视技术、网络技术、信息技术以及智能化技术的迅猛发展 给全球的政治、经济、文化和社会生活领域带来了广泛而深刻的影响。其中数字 技术的普及是信息领域最大的一次革命，这场革命不仅改变了信息传递方式，而 且也改变了人类的生产方式、生活方式和思维方式。作为高新技术应用部门的广 播电视领域也发生了巨大的变化，并逐步进入数字化时代。 自1 9 9 6 年4 月法国开播了第一个欧洲商业化数字电视广播以来，数字电视 在世界范围内的需求已有很大的增长，数字电视市场在国际上已经全面启动【lj 。 美国在1 9 9 8 年首次开通卫星高清晰度电视，以推动地面高清晰数字电视的发展。 1 9 9 9 年7 月，美国已有分布在大中城市6 9 个电视台播出数字电视节目，覆盖了 5 0 的美国人口；英国全国由模拟电视向数字电视过渡的时间从2 0 0 6 年开始， 预计2 0 1 0 年结束；日本2 0 0 1 年开播6 套卫星高清晰度数字电视，但地面高清晰 度电视要在2 0 0 3 年才会在主要的大城市开播1 2 j 。 我国也一直非常关注数字电视技术的发展，从上个世纪的8 0 年代开始跟踪 国际技术发展动态，9 0 年代完成数字电视关键技术的理论储备。目前我国中央 电视台和众多省市、地方电视台都己实现了电视节目的数字卫星传输，电视台的 发送和接收设备正在逐步实现数字化。1 9 9 5 年，经国家高清晰度电视研究开发 协调领导小组批准，成立了国家高清晰度电视( h d t v ) 研究总体组。1 9 9 6 年7 月，由总体组负责，组织实施了“九五”国家重大科技产业工程项目“高清晰度电 视功能样机系统研究与开发工程”。经总体组和全国多所大学、研究所以及企业 的共同努力，于1 9 9 8 年6 月，成功地研制出了我国第一台数字高清晰度电视功 能样机系统。1 9 9 8 年9 月，利用该功能样机系统在北京中央电视台进行了开路 演示，取得了很好的效果。在1 9 9 9 年l o 月1 日，中华人民共和国建国5 0 周年 之际，对天安门广场的国庆大典进行了现场直播，获得了成功p 1 。2 0 0 8 年初国家 颁布了地面数字电视标准，并利用地面数字电视技术全程直播了0 8 年北京奥运 会。广播影视科技“十五”计划和2 0 1 0 年远景规划也明确提出：到2 0 0 5 年我 武汉理工大学硕十学位论文 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 15 年停 止模拟广播电视的播出。j 下是由于这一规划的提出以及近几年数字电视技术的飞 速发展，使得我国数字电视有了长足的进步：从2 0 0 4 年数字电视规模只有1 2 5 万户发展到2 0 0 8 年l1 月底的4 7 5 6 2 8 1 4 万户，至此全国数字化率为4 4 【4 j ；有 6 8 个城市完成有线电视数字化整体转换工作； 数字电视就是将模拟电视信号经过取样、量化和编码转化成二进制形式的数 字电视信号，或是利用数字摄像机、数字录像机、数字摄录机等设备直接产生数 字电视信号，然后进行一系列针对数字信号的处理、传输、存储和记录，然后实 施发送、广播，供观众接收、播放的视听系统。严格意义上的数字电视系统是从 节目摄制、节目编辑、节目制作、信号发射、信号传输，信号接收到节目显示完 全数字化的电视系统【5 j 。 数字电视的出现决定了数字电视机顶盒( s t b ，s e t t o p b o x ) 的出现，因 为数字电视用的是数字技术，而无论以前的模拟电视还是现在的数字处理电视都 不具备对数字电视信号进行解码的功能( 一体机除外) ，而我国模拟电视的现有 量在4 亿台左右，各大电视机厂商也从未停止过模拟电视机的生产和销售，因此 不可能在一时之问完成数字化的改造，但为了使广大模拟电视机用户能够收看数 字电视节目，需要一利，转换装置，于是数字电视机顶盒应运而生。它充当着电视 台发送的数字电视信号与用户的显示设备二者之间桥梁的一种接收装置，是随着 数字电视广播的发展而出现的。本文正是在这样的背景下的，学习了解有线电视 接入网、数字电视的标准和我国国情等方面的情况后，参与了d v b c 数字电视 机顶盒的设计与实现。 1 2 机顶盒概述 1 2 1 机顶盒的分类 根据传输媒体的不同，机顶盒分为数字卫星机顶盒( d v b s ) 、地面数字电 视机顶盒( d v b t ) 和有线数字电视机顶盒( d v b c ) 三种，三种机顶盒的硬 件结构主要区别在解调部分。目前应用较为广泛的是数字卫星机顶盒和有线数字 电视机顶盒。本文主要介绍的是有线数字电视机顶盒。 根据功能的不同又把机顶盒分为基本型机顶盒、i p 机顶盒、双模机顶盒、双 2 武汉理上火学硕十学位论文 模双向机顶盒。基本型机顶盒就是完成最基本的接收数字电视信号的功能；i p 机顶盒是接收通过因特网传输来的数字电视信号，完成数字电视的观看，同时还 可以实现上网功能；双模机顶盒就是同时具有上述两种机顶盒的功能，就是可以 通过广播网和因特网两种网络来收看数字电视；双模双向机顶盒是在双模机顶盒 的基础上实现了互动的功能，用户可以自己点播自己想要收看的内容。 1 2 2 数字电视机顶盒的关键技术 数字电视机顶盒是数字技术发展的产物，具有很高的技术含量，它集中反映 了多媒体、计算机、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术以及网 络技术的发展水平。目前数字电视机顶盒的核心技术主要有以下几方面【6 】 7 11 8 】： ( 1 ) 信号处理技术 我国的c a t v 网络以同轴电缆入户，而且数字电视机现在还未普及，目前使 用最广泛的仍然是模拟电视，所以想利用模拟电视来收看数字电视，则机顶盒必 须对信号进行处理。 ( 2 ) 信道解调技术 国际、国内标准对各种数字电视标准的调制方式均有规定，在c a t v 网络中 传输的数字电视采用的是q a m 调制方式，其中1 6 q a m 、3 2 q a m 、6 4 q a m 必 选，1 2 8 q a m 和2 5 6 q a m 可选。而且由于c a t v 网络信道质量好，只用r s 编 码作为纠错编码。 ( 3 ) 信源解码技术 模拟信号数字化后，信息量剧增，而网络的带宽有限，因此必须采用相应的 压缩标准。前端对数掘进行压缩后，作为接收端的机顶盒来说，则必然要对数据 进行还原，这就需要信源解码技术了。数字电视广播系统采用m p e g 2 视频压缩 标准，适用于多种清晰度。音频目前则有a c 3 和m p e g 2 两种标准。信源解码 器必须适应不同编码原则，以正确还原音视频数据。 ( 4 ) 大规模集成芯片技术 为实现实时的解复用和数据信息的处理，目前的系统大多采用专用芯片，将 c p u 内核与m p e g 2 传输流解复用器、d v b 通用解扰器、m p e g 音视频解码器、 n t s c p a l 解码器集成，形成机顶盒的核心芯片。 ( 5 ) 嵌入式系统 机项盒是一个软实时嵌入式系统，是嵌入式系统在信息家电方面的典型应 3 武汉理：【大学硕+ 学位论文 用。它是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术等技术与具体应用相 结合的产物，技术含量相当高，它一般包括嵌入式芯片、嵌入式操作系统、嵌入 式软件以及嵌入式系统开发工具四个方面。 ( 6 ) 中间件技术 中间件是机顶盒软件的核心组成部分，它存在于硬件和应用层软件之间，是 应用软件和系统硬件以及实时操作系统之间的桥梁。并且，中间件能大大提高应 用软件的可移植性，减少上层软件对硬件的依赖性。电子节目指南就是中间件一 个部分。 ( 7 ) 条件接收系统 条件接收是指允许用户在满足一定条件的情况下，接收指定的视频节目，这 是付费电视业务的关键。它需要解决两大问题，即管理用户收费问题和阻止用户 收看那些未经授权的付费频道。c a 系统是一个独立的系统，一般由专门的公司 开发，它涉及到数据加解扰算法、加解密算法、智能卡技术以及用户管理、收费 管理、节目管理等技术。 1 2 3 我国数字电视机顶盒的发展现状 目前我国数字电视处于一个普及推广阶段，近几年国家政策和资金的扶持使 得数字电视近几年有了长足的进步，但在国内仍没有得到广泛的应用，尤其是在 农村，其原因主要是各地域之间采用的标准有些不同、数字电视节目源有限等。 现在大部分的大城市已经基本完成了数字电视的改造，甚至有些地区已经实 现了某些高级功能，例如通过机顶盒上网、视频点播、各种增值业务等。 但整体来说数字电视的发展还有很远的路要走，包括整个数字电视的普及、 各种高级功能的应用以及整个网络的改造等。 1 3 本文研究的主要内容及内容安排 本课题主要研究的是开发符合d v b c 标准的有线数字电视机顶盒。本课题 采用的是q a m i 5 5 1 6 单芯片解决方案，通过软硬件的各自开发和配合，完成机顶 盒的研制。 在整个系统中我主要从事软件方面的开发，主要分为以下两个方面： ( 1 ) 分析t s 流，还原出p s i s i ，完成e p g 部分实现工作，并在此基础上 4 武汉理t 大学硕+ 学位论文 完成界面的设计。 ( 2 ) c a s ( c o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m ，条件接收系统) 的移植。 本文分为六章，各章安排如下： 第一章引言介绍数字电视以及机顶盒的研究背景，说明了研究机顶盒相 关技术具有重大的意义。 第二章数字电视相关标准简介介绍了与数字电视机顶盒相关的两个主要 标准，主要对p s i s i 进行了介绍。 第三章d v b c 数字电视机顶盒的系统设计从硬件和软件两个方面介绍 了数字电视机顶盒的整个框架。 第四章电子节目指南的设计与实现详细介绍了数字电视机顶盒中电子 节目指南的设计与实现。 第五章条件接收系统的移植介绍了一种能够加速c a 移植的方法。 第六章结束语总结了我在整个数字电视机顶盒研发过程中的工作并对 以后的研发进行了展望。 1 4 本章小结 通过本章的介绍，我们了解了数字电视的发展概况，认识到我国已经走入数 字电视时代的过渡时期，而数字电视机顶盒正是在这样的背景下产生的。从模拟 电视过渡到数字电视决定了机顶盒的产生；随着数字电视技术的成熟，成本下降 以及大量资金的投入，数字电视机顶盒必将退出历史舞台。但是其核心技术可以 部分或者全部用于数字电视，所以目前研究机顶盒的相关技术仍然具有重大的意 义。 武汉理工大学硕+ 学位论文 第2 章数字电视相关标准简介 2 1m p e g 2 标准简介 2 1 1m p e g 2 标准概述 m p e g 的全名为m o v i n gp i c t u r e se x p e r t sg r o u p ，即运动图像专家组。m p e g 标准主要有以下五个，m p e g 1 、m p e g 2 、m p e g 4 、m p e g 7 及m p e g 2 1 。该 专家组建于1 9 8 8 年，其目标是建立活动图像编码及其相关音频编码的国际标准。 这个专家组的任务是给数字存储介质、电视广播和通信的运动图像及伴音制定一 种通用的编码方法。符合这种编码方法的视频可以作为计算机数据的形式加以管 理，可以存储于各种存储媒体，可以在现有的或将来的网络上进行传送和接收， 也可以在现有的和将来的广播频道中分配。 m p e g 2 标准1 9 0 1 2 1 包括8 个部分，即系统、视频、音频、符合性测试、软件 模拟、d s m c c 扩展的完全软件实现及系统解码的实时接口扩展。其中1 3 8 1 8 1 系统部分定义规范了系统编码，定义了复合视频和音频数据的复用结构，定义了 实时应用中重放同步序列所需的表示定时信息的方法；1 3 8 18 - 2 视频部分定义了 视频数据的编码表示和重建图像所要求的解码过程；1 3 8 1 8 3 音频部分定义了音 频数据的编码表示；1 3 8 18 - 4 致性部分定义确定编码码流的特性和使用 1 3 8 1 8 1 ，1 3 8 1 8 - 2 ，1 3 8 1 8 3 陈述的要求一致性测试的进程。在本课题中主要涉 及系统部分。 m p e g 2 专家组为广播方面的应用制定了m p e g 2 标准，m p e g 2 规定的图 像格式符合i t u rb t 6 0 1 建议( n t s c ：7 2 0 4 8 0 ，p a l 7 2 0 5 7 6 ) ，规定的 码率为4 m b s 8 m b s 。另外，m p e g 2 中不仅有逐行扫描，也有隔行扫描，1 6 ： 9 宽高比，在一个系统码流中可以有多个视频信道。此外，m p e g 2 也包含了 h d t v 标准。m p e g 2 已经被国际上公认为h d t v 信源压缩编码的标准，它被 广泛用于d v d 、广播电视、多媒体、信息高速公路、电子影院等多种领域中。 6 武汉理工大学硕十学位论文 2 1 2 数字电视系统中m p e g 2 双复用原理 m p e g 2 系统规范1 9 j 不仅采用了p s ( p r o g r a ms t r e a m ，节目流) 、t s ( t r a n s p o r t s t r e a m ，传输流) 和p e s ( p a c k e t i z e de l e m e n t a r ys t r e a m ，打包基本流) 三种数据 包，而且也涉及p s 和t s 两种可以互相转换的数据流。其中传送流是将有多个 独立时间基点的多路节目合成一个独立的数据流，其中属于同一路节目的各个原 始数据流的打包基本流分组具有相同的时间基点，适用于误码率较高的环境，传 送流数据的包长度固定为1 8 8 字节( 若包含r s 校验字段每包长度为2 0 4 字节) ， 一般应用于数字电视广播；节目流也由p e s 组成，但是用于误码率相对较小的 环境，节目流的p e s 包长度可辨也相对较长，一般应用于d v d 的存储和播放。 m p e g 2 系统部分为传送流和节目流提供了必要的和充分的编码语法，解决多个 音频、视频和数据基本流的组合问题，保证同步译码和显示音频、视频信息，同 时确保译码缓冲区既不上溢也不下溢。因此，数字电视系统就采用了m p e g 2 系统中的t s 和p e s 两种数据包和t s 数据流形成了数字电视系统前端的双复用。 图2 1 和2 2 分别给出了p e s 和t s 两种数据包的格式。 图2 1 基本流( p e s ) 包的组成 7 武汉理工人学硕士学位论文 同尝节卜赫il b i t 亭卜糍先 2 b i t 传输加扰 控制 2 b i t 自适应控 铝u 4 b i t 连续计数 器 1 8 4 b 报数据 自适凄区长 i 杀急自适应区长 l 标志 1 8 2 b 填充数据 m ，揣染符l 随蟋指隧l b 筹i t i b 标i t 志接纛志卜簇垫数卜r 标卜簇曼扩 图2 2 传输流( t s ) 的结构 图2 3 说明了数字电视前端的双复用1 9 l 过程，第一层系统复用层：符合i t u r 6 0 1 数字视频数据和数字音频数据分别通过图像编码和声音编码之后，生成视频 基本流( e s ) 和音频基本流e s ；然后，再分别通过各自的数据包形成器，将相 应的e s 打包成打包基本流( p e s ) 包，并由p e s 包构成p e s ；最后复用器分别 将视频p e s 和音频p e s 及其它数据组合成相应的传输流( t s ) 包，并且由t s 包构成t s 流。第二层多节目复用层：将多个t s 流和其它数据经过复用器再复 用形成复用t s 流。 一视频数据母图像e s 一日 一声音数据+ 日声青e s 一母 j 像p e s 系 统 层 一t s 流1 - - - - + f 音p e s - 复 刖 多 节 目 码 流 复 个a 二拧lh 】 t s 流3 - 其他数据 - 图2 3 双复用结构图 8 武汉理丁大学硕十学位论文 2 1 3p s i 简介 正是由于上面的打包封装、复用等过程，使得在终端接收这些数据后要进行 解复用、数据包的解封以及识别这些数据包中所含的信息。于是在m p e g 2 中， 专门定义了p s i ( p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ，特别节目信息) 【9 j ，以便终端根 据这些p s i 信息从一个携带多个节目的复用t s 流中正确找到特定的节目。 p s i 它用于说明：1 个节目是由多少个e s 组成的；1 个节目是由哪些e s 组 成等。这对于由不同的数据流复用成1 个合成的t s 是一个决定性的条件。为了 重建原来的e s ，就要追踪从不同e s 来的t s 包及其p i d 。因此，一些映射结构 ( m a p p i n gm e c h a n i s m ) ，如节目关联表( p a t ，p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e ) 和节 目映射表( p m t ，p r o g r a mm a pt a b l e ) 两种映射结构，会以打包的形式存在于 t s 上，即借助于p s i 传输一串描述了各种e s 的表格来实现。为此m p e g 2 采 用了4 个不同的表格： ( 1 ) 节目关联表( p a t ，p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e ) 针对复用的每一路业务，p a t 提供了相应的节目映射表( p m t ) 的位置( 传 输流( t s ) 包的包标识符( p i d ) 的值) ，同时还提供网络信息表( n i t ) 的位置。 ( 2 ) 条件接收表( c a t ，c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e ) 条件接收表提供了在复用流中条件接收系统的有关信息。这些信息属于专用 数据，并依赖于条件接收系统。当有e m m 时，它还包括了e m m 流的位置。 ( 3 ) 节目映射表( p m t ，p r o g r a mm a p p i n gt a b l e ) 节目映射表标识并指示了组成每路业务的流的位置，及每路业务的节目时钟 参考( p c r ) 字段的位置。 ( 4 )网络信息表( n i t ，n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e ) 在p s i 中的p i d 由p a t 提供，内容由用户定义。p s i 中只定义n i t 的名称， 其语法结构是在d v b s i 中定义的。 2 2d v b 标准简介 2 2 1d v b 联盟 1 9 9 5 年，欧洲1 5 0 个组织成立了d v b 1 3 】【14 1 ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，擞 字视频广播) 联盟，这个联盟现在已经拥有近2 0 0 个成员。d v b 联盟发表了一 9 武汉理t 大学硕士学位论文 系列数据广播技术标准，统称为d v b 标准，包括卫星数字电视传输标准d v b s 、 有线电视传输系统标准d v b c 和地面传输标准d v b t ，为卫星、有线和地面电 视频道传送高速数据铺平了道路。其中，d v b s 规定了卫星数字广播调制标准， 使原来传送一套p a l ( p h a s ea l t e r n a t i n gl i n e ，逐行倒相) 制节目的频道可以传 播四套数字电视节目，大大提高了卫星的效率。d v b c 规定了在有线电视网中 传播数字电视的调制标准，使原来传送一套p a l 制节目的频道可以传播四至六 套数字电视节目。 2 2 2s i 介绍 在m p e g 2 标准中定义提供了相关节目组成和相互关系的p s i 信息，它指定 了如何从一个携带多个节目的传送流中正确找到特定的节目。但是p s l 只提供了 解码一个传送流所需的特定信息，为了引导数字电视机顶盒从传送流中搜寻节 目，d v b 标准就在p s i 的基础上对其进行扩充增加了一些额外的信息，所有这 些信息就被称为业务信息( s i ，s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 【1 5 引，s i 是数字电视广播 系统向接收设备传递与业务相关的信息，是数字电视广播系统为在整个广播网络 中接收某个特定业务并提供业务相关描述信息而定义的。d v b s i 信息中提供了 更加详细的与传送流和节目相关的信息，接收机可以从传送流中获得业务和事件 的内容，经分析之后组织成有用的信息提交给用户使用，保证接收机能够实现自 动选择业务的功能，也为e p g 的实现提供了基础。s i 添加了以下的一些信息表： ( 1 ) 业务组关联表( b a t ，b o u q u e ta s s o c i a t i o nt a b l e ) ： 业务群关联表提供了业务群相关的信息，给出了业务群的名称以及每个业务 群中的业务列表。 ( 2 ) 业务描述表( s d t ，s e r v i c ed e s c r i p t i o nt a b l e ) ： 业务描述表包含了描述系统中业务的数据，例如业务名称、业务提供者等。 ( 3 ) 事件信息表( e i t ，e v e n ti n f o r m a t i o nt a b l e ) ： 事件信息表包含了与事件或节目相关的数据，例如事件名称、起始时间、持 续时间等。不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输，例如不同的业务类型。 ( 4 ) 运行状态表( r s t ，r u n n i n gs t a t u st a b l e ) ： 运行状态表给出了事件的状态( 运行非运行) 。运行状态表更新这些信息， 允许自动适时切换事件。 ( 5 ) 时间和日期表( t d t ，t i m ea n dd a t et a b l e ) ： 时间和日期表给出了与当前的时间和同期相关的信息。由于这些信息频繁更 新，所以需要使用一个单独的表。 l o 武汉理工大学硕十学位论文 ( 6 ) 时间偏移表( t o t ，t i m eo i t s e tt a b l e ) ： 时间偏移表给出了与当前的时间、日期和本地时间偏移相关的信息。由于时 间信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。 ( 7 ) 填充表( s t 。s t u f f i n gt a b l e ) ： 填充表用于使现有的段无效，f f , j 女l j 在一个传输系统的边界。 ( 8 ) 选择信息表( s i t ，s e l e c t i o ni n f o r m a t i o nt a b l e ) ： 选择信息表仅用于码流片段( 例如，记录的一段码流) 中，它包含了描述该 码流片段的业务信息的概要数据。 ( 9 ) 间断信息表( d i t ，d i s c o n t i n u i t yi n f o r m a t i o nt a b l e ) ： 间断信息表仅用于码流片段( f f , j 女n ，记录的一段码流) 中，它将插入到码流 片段业务信息间断的地方。 上述的s i 及f j 面提到的p s i 在t s 流中是根据流中每个包头中p i d 来区分的， 为此d v b 标准对p i d 做出了如下的分配规划1 5 j ： 表2 1 p s u s i 的p i d 分配表 表p i d 值 p a to x 0 0 0 0 c a to x 0 0 0 1 t s d t0 x 0 0 0 2 保留 o x 0 0 0 3 o x 0 0 0 f n i t ，s t o x 0 0 1 0 s d t ，b a t ，s t 0 x 0 0 1 1 e i t ，s t o x 0 0 1 2 r s t ，s t o x 0 0 1 3 t d t ，t o t ，s t o x 0 0 1 4 网络同步化 o x 0 0 1 5 保留为以后使用 0 x 0 0 1 6 一o x 0 0 1 d d i t0 x 0 0 l e s i t0 x 0 0 l f 从表2 1 可见，有些p i d 的传输包能传送多种s i 表( 如p i d 为0 x 0 0 1 4 的传输包 可以负载t d t 和t o t ) ，在这种情况下，接收机就需要根据表中的t a b l e i d 来区 分不同的表。t a b l ei d 值的分配【1 5 】见表2 2 ： 表2 2t a b l ei d 值分配表 t a b l ei d 值 描述 0 x 0 0 p r o g r a m a s s o c i a t i o n s e c t i o n 0 x 0 1 c o n d i t i o n a l a c c e s s s e c t i o n 0 x 0 2 p r o g r a m m a p s e c t i o n 0 x 0 3 t r a n s p o r t _ s t r e a m _ d e s c r i p t i o n s e c t i o n 0 x 0 4 0 x 3 f 保留 0 x 4 0n e t w o r ki n f o r m a t i o ns e c t i o n - - a c t u a ln e t w o r k 0 x 4 ln e t w o r ki n f o r m a t i o ns e c t i o n - - - - - o t h e rn e t w o r k 0 x 4 2s e r v i c e _ d e s c r i p t i o n _ s e c t i o n - - a c t u a l _ t r a n s p o r t _ s t r e a m 0 x 4 3 0 x 4 5 保留以备以后使用 0 x 4 6 s e r v i c e d e s c r i p t i o n _ s e c t i o n - - - - o t h e r _ t r a n s p o r t s t r e a m 0 x 4 7 0 x 4 9 保留以备以后使用 0 x 4 a b o u q u e ta s s o c i a t i o n s e c t i o n 0 x 4 b 一0 x 4 d 保留以备以后使用 0 x 4 ee v e n ti n f o r m a t i o n _ s e c t i o n - - a c t u a l t r a n s p o r t _ s t r e a m ，p r e s e n t f o l l o w i n g 0 x 4 f e v e n t i n f o r m a t i o n s e c t i o n - - o t h e r _ t r a n s p o r t _ s t r e a m ，p r e s e n t f o l l o w i n g 0 x 5 0 0 x 5 f e v e n t i n f o r m a t i o n _ s e c t i o n - - a c t u a lt r a n s p o r t _ s t r e a m ，s c h e d u l e 0 x 6 0 o x 6 f e v e n t i n f o r m a t i o n _ s e c t i o n - - - - o t h e r _ t r a n s p o r t _ s t r e a m ，s c h e d u l e 0 x 7 0 t i m e d a t e s e c t i o n o x 7 l r u n n i n g s t a t u s s e c t i o n 0 x 7 2 s t u f f i n g s e c t i o n 0 x 7 3t i m eo f f s e ts e c t i o n 0 x 7 4 0 x 7 d 保留以备以后使用 0 x 7 e d i s c o n t i n u i t y _ i n f o r m a t i o n _ s e c t i o n 0 x 7 fs e l e c t i o ni n f o r m a t i o ns e c t i o n 0 x 8 0 0 x f e 用，1 定义 0 x f f 保留 2 3 本章小结 本文主要介绍了两个与数字电视机顶盒相关的标准：m p e g 一2 与d v b 。在 m p e g 2 标准介绍中主要涉及到t s 流的复用及p s i 信息。在d v b 标准介绍中着 重介绍了d v b 在m p e g 一2 基础上增加的s i 信息。为下文的机顶盒系统设计提供 了依据。 1 2 武汉理1 ：人学硕士学位论文 第3 章d v b c 数字电视机顶盒的系统设计 3 1 数字电视机顶盒的基本原理 l 高频信号 卣 解 一视频解码器 。 输 m 模 ；叫信道解码：占片i i t 复 一音频解码器 j 7拟 信 用 号 l 图3 1 机顶盒基本框架图 如上图所示，高频头接收来自有线网的高频信号并下变频为一个稳定的中频 信号，经q a m 解调后供给信道解码部分完成信道的前向纠错解码，最后从载波 中分离出包含音、视频和其它数据信息的传送流。传送流中一般包含多个音、视 频流及其它数据信息。解复用器则根据p s i s i 信息来区分不同的节目，提取相应 的音、视频流和数据流，送入m p e g 2 解码器和相应的解析软件，完成数字信息 的还原。对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解扰，并采用含有识别 用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。 视频p e s 送入m p e g 2 视频解码模块进行解码，然后输出到p a l n t s c 编 码器，转化为模拟电视信号，再经过视频输出电路输出；音频p e s 送入音频解 码模块进行解码，输出p c m 音频数据到d a 变换器，转换成立体声模拟音频信 号，再经过音频输出电路输出。在模拟电视上显示高质量、多声道立体声节目。 3 2 基于q a m i 5 5 16 芯片的硬件系统设计 3 2 1q a m i 5 5 1 6 单芯片方案的特点 根据市场的需求，本课题采用的是意法半导体公司的q a m i 5 5 1 6 单芯片的解 武汉理上人学硕士学位论文 决方案，与其他方案相比，本方案具有如下几个特点【3 j ： ( 1 ) 技术成熟。q a m i 5 5 1 6 是广泛使用的s t i 5 5 1 8 的下一代产品，软件可以 很容易在它们之间移植。 ( 2 ) 集成度高、性价比高。本方案的核心芯片仅q a m i 5 5 1 6 一片，它能完 成整套系统的大部分工作，包括系统控制、解复用、音视频解码、音视频转换等 全