（信号与信息处理专业论文）基于igrs协议的hdtv研究.pdf

北方工业大学硕士学位论文 摘要 本课题要实现基于“闪联 协议的可以与计算机智能互联的“闪联高清网络 电视机 。 中国制定的标准“闪联”标准即将成为3 c 融合领域的第一个世界标准。 文章阐述了该标准制定的背景和意义，并分析了该技术标准的组织结构。在此基 础上，结合高清电视以及高清格式的多媒体逐渐普及的契机，将该标准应用在高 清媒体播放领域。在阐述系统的应用场景之后，分析了系统的需求，科学的选择 了系统实施方案，给出了系统的整体设计方案，详细说明了系统关键环节的硬件 设计，包括电源部分设计、存储部分设计、网络部分设计和u s b 接口部分设计 等几个方面。软件设计方案主要包括网络功能设计、媒体播放器设计和用户界面 设计等几个方面的内容，在进行这几个方面的开发之前，首先进行了硬件抽象层 的设计，以增强系统的移植性。网络功能设计部分在闪联协议栈的基础上根据闪 联的音视频方面的应用框架来设计合适的应用，实现系统和计算机的智能组网和 数据传输等功能。媒体播放器部分设计了播放多种高清媒体格式的播放器，其中 包括播放网络媒体数据和本地媒体数据。用户界面设计部分在嵌入式操作系统 u c l i 伽x 的基础上，设计实现了完整的图形用户界面系统，并设计了一整套的用 户操作流程，让系统根据用户的输入进行响应。 文中给出了设计方案的测试结果，表明该方案能够达到预先定义的系统需 求，成功的将“闪联标准运用在实际产品中，一方面可以在国家推广高清电 视的契机下，推动“闪联 标准的产业化，让民族标准走向世界；另一方面，可 以满足市场上对平板高清网络电视的需求，产生巨大的经济效益。同时为以后其 他“闪联”产品的研发积累经验。 关键词：闪联，网络，高清 北方工业大学硕士学位论文 a b s t l a c t sp 印e f 即s 吼t e dad e s i 印o f h i g l l - d e f i l l i t i o nt vb a s e do ni g r sp r o t o c o l ， t h i st vc a i lg e tt l l em u l t i - m e d i at h i n g s 1 a ti ss h a r e d0 np c ，i ta l s oc a l lp l a ym e ms o p e o p l ec 觚面o y t 1 1 i so n t v h a v i n g b i gs c r e e l l n o w a d a y s ，c l l i n c s ed e 丘n e dt h ei g r s ( m t e l l i g e n tg r o u p i n gr e s o u r c es h a 血g ) s t a n d a r d ，w h i c hi sm e 矗r s ts t a n ( 1 a r di n3 cd o m a i ni nc h i n a ，a l l di tw i l lb em e j f i r s t i i l t e n l a t i o n a ls t 锄d a r di n3 cd o m a i ns o o n 1 1 1 i sp 印e ri n 仃d d u c e dt h eb a c k g r o u n da i l d 舭s i 鲥f i c 锄c eo fd e f i m n gt h i ss t 锄d 捌t l ec o n t e n t so f t h j st e c l l i l i c a ls t a r l d 砌a r e b e i n gp r e s e l l t e di nd e t a i la l s o 儆i n gu s e o ft h eo p p o r h l l l i 锣o fh i g h - d e f i n i t i o nm e d i a b e c o m e sm o r ea 1 1 dm o r ep o p u l a r ；t h i sp a p e ru s e st l l i ss t a n d a r di nh i g h d e 6 n i t i o n m e d i ap l 咖n g s o ，ad e s i 弘o fh i 曲- d e f i n i t i o nt vu s i n gt h i ss t a l l d a r di sa v a i l a b l ei i l 廿l i sp a p 、7 l ，h i c hi n c l u d e st h ew 1 1 0 l ed e s i 印d r a r ，t h eh a r d w a r ed e s i 弘锄dt h e s o r w a r ed e s i g ni nd e t a i l t h eh a r d w a r ed e s i g ni i l c l u d e sp o w e 卜s u p p l yd e s i 印s ， m e m o r ) r 锄ds t o r a g ed e s i 朗s ，n e t 、 ，o r kd e s i 弘sa i l du s b i n t e r f a c ed e s i 印s s o r w a r e d e s i 萨i n c l u d e sn e 魄o r k 劬而o nd e s i 弘，m e d i ap l a _ y e fd e s i 萨a n du s e ri n t e 如c e d e s i g n ，b e s i d e sm i s ，h a r d w a r ca b s t r a c t1 a y e ri sd e s i g n e dt om a l ( et h es o f h v a r em o r e i n d e p e n d e n t 舶mh a r d w a r e t h e n e t 、) l ，o r kf l m c t i o ni sd e s i 盟e db a s i n go nt h ei g r s s t a c k 觚di g r sa vp r o f i l e m e d i ap l a y e rc a np l a ym o s th i 曲d e f i n i t i o n 硒m a t s m o v i e si n c l u d i n gn e 研o r km e d i af i l e s 觚dl o c a lm e d i af i l e s t h eu s e ri n t e r f a c e d e s i 朗e dag u is y s t 咖o nt h eu c l i n u ) 【，i tc a l lm a l ( et h i ss y s t e mr e s p o n s et h el l s e r s d 锄a n d s t h r o u 曲m et e s t ，“w o r k st h a tt h i sd e s i 印i n gc 锄e x t r e m e l yf i tt h er e q u i r e m e i l t w h i c hi sd e f i n e d b e f o r e ni sas u c c e s so fa p p l ) ，i n gt h ei g r ss t a i l d 莉i n t oa i la c t u a l p r o d u c t 。t h i sw i l lb ev e r yh e l p 础d u r i n gt h ei g r ss t 锄d a r db e c o m i n gm er e a l 蠡l c t s t 锄d a r di n3 cd o m a i n i ta l s oc a l ld oab i gf i w o ri na c c e l e r a t i n gm ed e v e l o p m e n to f n a t i o r l a li n d u s t n ri n3 cd o m a i n k e yw o r d s ：i g r s ，n e 觚o r k ，h i 曲一d e f i n i t i o n 2 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j 丝友王些太堂或其他 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 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弘毒琉 签字日期：一多年岁脚 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解j 量友王些太堂有关保留、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j 量友王些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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：老永湔 签字日期a 可秘月加 导师签名： 峦睁 签字日期：口2 年，月2 0 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：华为技术有限公司电话：0 7 5 5 2 8 3 5 8 3 9 7 通讯地址：深圳市龙岗区坂田华为基地邮编：5 1 8 1 2 9 北方工业大学硕士学位论文 1引言 经济全球化和社会信息化的趋势日益明显，信息技术日新月异，信息产业蓬 勃发展，这些无疑影响和改变着人们的生产和生活方式，并已成为现代经济发展 的重要推动力和增长国家综合实力与提高企业竞争力关键所在。在信息技术正加 快向网络化、数字化、智能化方向的发展的今天，p c 和各种嵌入式设备遍布于 人们生活的方方面面。如何让设备间更加方便、智能的互联以及更好的协同工作 已经日益成为人们关注的焦点。同时，在以知识经济和信息网络发展为主题的今 天，谁掌握了标准的制定权，谁的技术成为主导标准，谁就掌握了市场的主动权， 技术标准已成为经济全球化竞争的重要手段。 由中国企业自主制定的3 c 融合领域的技术标准“闪联( i n t e l l i g e n t g r o u p i n gr e s o u r c es h 撕n i g r s ) 标准已经成为该领域第一个国际标准。如何 让这个标准快速投入使用，成为该领域的事实标准是民族产业争取在该领域主动 权的关键所在。 面对此契机，本论文将讨论基于“闪联”标准的一款高清电视设计方案，将 “闪联 标准运用在高清电视中，实现电视和电脑之间的互通互联、资源共享。 同时利用国内市场电视全面更新换代到高清电视的机会，将该产品推向市场，一 方面有利于“闪联”标准的事实化，另一方面为我们的生活带来更好的视听享受。 1 1 课题背景 随着电子技术、信息技术以及计算机技术的迅速发展，人们的生活中涌现出 大量的电子设备，这些设备的出现无疑给我们带来的极大的方便，让我们的生活 日益简单化，智能化。随着这些设备的日益增多，如何让这些设备之间能够快速 简单的互通互联、协同工作以及资源共享成为消费者以及业界r 益关注的焦点。 3 c ( c o m p u t e r 、c o m m l m i c a t i o n 、c o i l s 啪e ) 融合是必然的发展趋势已经成为不 争的事实。面对这样的机遇，各个国家以及企业纷纷抢夺这一领域的主动权和制 高点。 2 0 0 3 年6 月2 4 日英特尔、微软、i b m 、s o n y 、诺基亚、飞利浦1 7 家i t 、 消费电子和通信厂商发起成立了数字家庭工作组( d i 百t a lh o m ew b r k i n gg r o u p ， d h w g ) ，后来更名为d l n a ( d i 西t a ll i v i n gn e 咐o r ka l l i a n c e ) 【。该工作组旨 在建立一个基于开放的工业标准的互操作性平台，并将确立技术设计规则，供企 业用来开发数字家庭有关的产品，使得消费者可以通过家中的有线或无线网络共 北方工业大学硕士学位论文 享各种设备的数字内容。 d l n a 目前已经发布了家庭网络设备互操作性指南的1 o 版，并且2 0 0 5 年 3 月2 8 日还在中国举行了一次关于该指南以及d l n a 组织的研讨会，1 0 版主 要侧重于在网络家电设备、家用电脑和移动设备之间实现互操作性，以支持涵盖 图片、视频和音频等的媒体应用【2 】。该指南可以指导企业完成通过有线或无线网 络共享内容的产品开发，例如电脑、电视机、机顶盒等设备。 d l n a 将其整个应用规定成5 个功能组件。从下到上依次为：网络互连，网 络协议，媒体传输，设备的发现控制和管理，媒体格式。 d l n a 目前成员公司已达2 8 0 多家，通过认证的产品也已经有一百多款。 2 0 0 4 年2 月，日本国内松下、s o n y 、n e c 、日立、东芝等电子与互联网服 务供应商共同成立泛在开放平台论坛( u b i q u i t o u s0 i p e i lp 1 a t f o mf o n l m ，u o p f ) ， 该团体的目的是实现数字家电互联的统一技术标准与指科3 1 。 该组织的成员主要集中在日本国内，市场上还没有见到基于该标准的产品。 2 0 0 3 年7 月1 7 日，由信息产业部科技司批准，以联想、t c l 、康佳、海信、 长城五家企业发起，7 家单位共同参与的“信息设备资源共享协同服务 标准工 作组正式成立( 简称i g r s 标准工作组) ，并共同制定相应的协议规范，工作组 还推出了“闪联”品牌，以推动“闪联”标准的确立以及产业化【4 】。闪联工作组 推出的信息设备资源共享协同服务系列标准也分为六个部分，分别为基础协 议、应用框架、基础应用、设备检测验证、设备类型、服务类型， 目前完成的是一、四两个部分。该系列标准主要目的是实现以p c 功能为基础的 在有限范围内的扩展和办公设备间的点对点互聪除了能够为信息设备提供信息 交换外，最终实现信息终端的智能互联，资源共享与协同服务。信息设备资源 共享协同服务( 简称闪联标准) 1 o 版两个系列标准，己于2 0 0 5 年6 月通过信 息产业部的审查和专家评议，正式成为国家推荐性行业标准。 在将标准国际化方面，闪联于2 0 0 6 年4 月首先正式向i s o i e c 下属有关机 构提交国际标准提案，2 0 0 6 年8 月闪联标准正式通过国际标准组织i s o i e c ( 国际 电工委员会) 的n w i p ( n e ww 6 幽n gi t 锄p r o p o s a l ，新项目建议) ，成为这一领域 中第一个在i s o 立项的标准。 另外，闪联还和国内外的标准组织积极展开合作，取得了如下成果： 闪联与日本、韩国规模最大、最具影响力的标准组织e c h o n e tc o n s o r t i 啪 o f j 印a i l 和h o m en e t w o r kf o n l mo f l 幻r e a 联合成立了亚洲第一个跨地区的家庭 网络标准组织“亚洲家庭网络标准委员会( a s i ah o m en e 俩o r kc o u n c i l ) ”。 闪联代表中国家庭网络产业联盟与e c h o n e tc o n s o r t i u mo f j a p a n 和 h o m en 咖o r kf o m mo f l ( o r e a 签署了中、同、韩三国家庭网络产业标准合作备 2 北方工业大学硕士学位论文 忘录。 闪联作为中国技术组织代表参加i s o j t c l w c 2 5 w g lm e e t i n g ，并做大会发 j o - 口。 目前闪联具有闪联已经有包括联想、t c l 、中国网通、华为、l g 等企业在内 的1 0 0 多家联盟成员。 2 0 0 4 年7 月2 6 日，海尔集团、清华同方、中国网通、上海广电集团、春兰 集团、长城集团、上海贝岭等七家公司发起组了建名称为“e 家佳( i t o p h o m e ) 的“家庭网络标准产业联盟 ，该联盟致力子统一中国家庭网络系统标准和平台， 推广“e 家佳( i t o p h o m e ) ”标准和形成规模化的产品与市场。 e 家佳联盟参与制定的家庭网络标准于2 0 0 5 年6 月获得了信息产业部 的批准，“e 家佳”联盟推出的家庭网络平台系列标准共有六个部分，分别是家 庭网络系统体系结构及参考模型、家庭主网通信协议规范、家庭主网接口一 致性测试规范、家庭控制子网通信协议规范、家庭控制子网通讯协议一致性 测试规范和家庭网络设备描述文件规范。该系列标准主要目的是将家庭内 部通信、娱乐、电气控制、三表远传、安防报警等多种任务融合在同一个家庭网 络平台中，实现数据交互，统一管理，并通过网关实现与外部公众网络的数据交 互业务。0 6 年联盟又以家庭网络标准为基础，向i e c j t c l s c 2 5 和i e c 厂r c l o o 分别提交了关于家庭网络设备互联互通和家庭多媒体网关的两项国际标准提案， 并顺利进入投票阶段。 e 家佳联盟今后将加强市场需求的调研、分析，搭建家庭网络系统技术平台， 推广家庭网络产品和服务，促进家庭网络系统的产业化。同时，家庭网络产业的 发展需要有家庭网络标准来规范产品和服务，以标准化规范产业化，并以产业化 推动标准化，完善相关技术标准是该联盟的另一项重要任务。 e 家佳联盟目前有联盟成员2 0 0 多家，推出了家庭网络系统，“成套家电” 等产品。 目前国内外致力于信息设备互联标准的组织和联盟主要有以上四家，各个联 盟和组织都定义了自己的标准，在将标准国际化方面，“闪联 于2 0 0 6 年4 月 首先正式向i s o i e c 下属有关机构提交国际标准提案，2 0 0 6 年8 月闪联标准正 式通过国际标准组织i s o i e c ( 国际电工委员会) 的n w i p ( n e ww 6 r k i n gi t 锄 p r o p o s a l ，新项目建议) ，成为这一领域中第一个在i s o 立项的标准。2 0 0 7 年1 1 月通过了最终委员会草案( f c d ) 国际投票，这意味着“闪联 标准将成为该领 域第一个国际标准。此前，“闪联 标准和“e 家佳( i t o p h o m e ) ”标准同时被确 立为国家标准p j 。 标准的事实确立依靠的是产业化，各个标准组织都推出了一些相关产品，如 3 北方工业大学硕士学位论文 海尔的“成套家电”以及联想的“闪联”手机，但是距离大规模的产业化以及事 实标准确立都有一定距离。同时各个标准组织也都有自己的厂商产业联盟，共同 致力于将标准应用于实际产品中。目前闪联已经有包括联想、t c l 、中国网通、 华为、l g 等企业在内的1 0 0 多家联盟成员。 1 2 课题研究意义 在各个标准都争取成为国际上和事实上的行业标准的大背景下，开展基于 “闪联 标准的h d t v 的研究是有重要意义的。 研究成果可以由“c i j 联”联盟核心成员中的电视厂商投产上市，一方面可以 在国家推广高清电视的契机下，推动“闪联”标准的产业化，让民族标准走向世 界；另一方面，可以满足市场上对平板高清网络电视的需求，产生巨大的经济效 益。同时为以后其他“闪联 产品的研发积累经验。 1 3 课题的研究内容 本课题主要研究如何在d t v ( d i 百t a lt v ) 平台上实现基于“闪联 协议的 与p c 智能互联的“闪联高清网络电视机”。需要实现的功能可以分为以下几个 部分： ( 1 ) t v ：模拟电视显示的全部功能，支持7 2 0 p 1 0 8 0 i ， 即做到：数字电视 r e a d y 。 ( 2 ) d m a 应用：即实现数字媒体适配器( d i 百t a lm e d i aa d 印t e r ，d m a ) 的 功能，使用户可以用电视的良好视听环境欣赏p c 存储器上的媒体资源。包括： 视频播放。 一支持在电视端列表显示视频文件的功能。 支持o s d 各种u i 显示功能，实现半透明( qb l e n d i n g ) 菜单显示。 一p c 端实现高清节目传输和标清节目的转码。 高清视频文件网络传输实时流畅播放。 音乐欣赏( m p 3 ，w m a ) ：电视端可以播放p c 上的音乐文件。 照片欣赏：电视上可以欣赏高像素j p e g 、b m p 等格式的图片。 ( 3 ) u s b 设备播放：播放本地u 盘上的媒体文件。 支持多种视频媒体格式：m p e g 一2 4 ，w m v 9 等。 支持照片浏览，图片播放。 ( 4 ) i n t e n l e t 接入应用：( 扩展功能) 方便扩展与1 1 1 t 锄e t 的接口，预留闪联认证功能( 扩展功能) 。 4 北方工业大学硕士学位论文 硬件m t v r e a d y ，实现网页浏览器在以及在线f l a s h 播放等功能( 扩展功 能) 。 硬件方面主要研究d t v 硬件平台的设计，其中包括核心芯片的选择，以及 关键外围器件的选择和外围电路设计；软件方面主要是在嵌入式操作系统 u c l i n u x 上面编程实现各种功能。 北方工业大学硕十学位论文 2 “闪联标准 如前所述，“闪联”标准是为了解决各种信息设备之间更好的互联互通、资 源共享和协同服务的问题的。以下简单介绍以下“闪联标准。 2 1“闪联”标准概述 2 0 0 3 年7 月1 7 日，由信息产业部科技司批准，以联想、t c l 、康佳、海信、 长城5 家企业发起、7 家单位共同参与的“信息设备资源共享协同服务”标准工 作组正式成立( 简称i g r s 标准工作组) 。“闪联 ( 即i g r s ) 标准适用的范围是 企业、公共场所、个人以及家庭所涉及的信息设备互联时，遵循共同资源及功能 服务接口标准，使设备能够有效实现资源开放及服务协同，提高设备功能互操作 性，并增强不同设备间组合服务的功能。 经过工作组的努力，2 0 0 5 年6 月2 8 日，信息产业部正式批准发布了两项“闪 联”标准：s j t1 1 3 1 0 2 0 0 5 信息设备共享协同服务第1 部分：基础协议、 s j 厂r1 1 3 1 1 2 0 0 5 信息设备共享协同服务第4 部分：设备验证。闪联是多个信 息终端依据一定的标准在有限范围内动态组网和实现智能互联、资源共享和协同 服务的应用模式技术理论基础。闪联基础应用提供了闪联设备间交互的一些基础 性的应用，通过调用闪联基础应用、闪联智能应用框架、闪联基础协议所提供的 接口实现了更为复杂、功能更强的应用。闪联架构就是为解决这样的问题而出现 的。与网格所涉及的庞大的高性能计算和浩瀚的信息资源不同的是，闪联更关注 当前各个信息孤岛所造成的资源浪费。譬如今天的彩色短信只能显示在手机的小 屏幕上，尽管我们身边已有像投影机、l c d 和p d p 之类的大屏幕显示设备和彩 喷之类的输出设备。闪联主张让用户周围所有的这些信息终端动态而智能地组成 一个微型应用网络。利用闪联之间的有效互联，来构建未来的信息网格。支持资 源开放及协同的闪联，将是下一代互联网的重要组成部分p j 。 闪联的技术实质是整合和协同。从技术的角度看，主要有智能互联、资源共 享、协同服务等三项关键技术特征：智能互联是指配备关联协议的任何个人信息 终端、业信息应用、社会信息服务，在一定范围内自动搜索其他相关终端、应用 和服务，并在关联协议基础上，动态生成新的网络，经安全认证后自动组网或入 网的一种智能活动。这样，在一定范围内的各种复杂的设备、应用和服务，就可 以智能、高效、方便地组织起来。智能互联是关联应用在个人、企业、社会三个 层面得以实施的基础。一切个人信息终端、企业信息应用、社会信息服务首先要 彼此之间进行智能互联，然后才能够进行资源共享和协同服务。 6 北方工业大学硕士学位论文 资源共享是指智能互联的设备通过有线网络和无线网络主动公布自己可提 供的资源，并获知它方可提供的资源，如计算资源、存储空间、输入功能、显示 功能、打印资源、通信功能、音响资源等等。其中资源可以是设备的功能，也可 以是组合的应用和服务。共享的设备可以是个人电脑、笔记本、服务器、交换机、 路由器、打印机、传真机、手机、p d a 等，也可以是电视、音响、投影机、冰 箱、热水器、空调、d v d 等；共享的应用可以是文字处理、图形显示、音乐、 动画、视频节目等，也可以是数据库、邮件系统、e i 冲、c l 洲等；共享的服务 可以是自动定位、远程医疗、旅游规划，跟随服务，也可以是电子商务、电子政 务等。总之，包括一切可以在关联协议基础上进行智能互联的设备、应用和服务。 资源共享是关联应用的手段，是集中众多资源来为个人、企业、社会协同服务的 关键。协同服务是指在智能互联、资源共享的基础上，在一定范围内通过应用和 资源的优化组合，相互协作，充分发挥并释放网络的能量，从而在个人、企业、 社会三个层面产生新的应用形式，并更好地服务于个人、企业和社会。协同服务 是关联应用的目的，是智能互联、资源共享的落脚点。 2 2“闪联 标准的体系结构 i g r s 标准为i g r s 应用提供统一的网络资源发现、使用和管理机制，它由 三部分构成：i g r s 基础协议、i g r s 智能应用框架、i g r s 基础应用【5 1 。其体系 结构如图2 1 所示。 闪联协议的协议栈结构，最上面一层是各个用户开发的应用。应用通过协议 栈提供的服务和客户的描述规范的包装可以发布在i g r s 设备上，成为i g r s 服 务和客户。应用框架是一组支持某种特定应用的服务和客户的集合，特定的应用 框架向特定的应用提供更为贴切和充分的开发支持。i g r s 设备上的服务和应用 通过下层五个i g r s 标准协议与其他i g r s 设备上的服务和应用进行交互，包括 互相发现和使用。底层的设备路由协议为上层的交互消息提供了发送的目的。而 消息的传输则基于现有的传输协议。 i g r s 设备是对现实世界中各种信息终端设备的一种抽象，i g r s 设备是其所 拥有的共享资源的容器和管理者。应用程序通过闪联协议栈a p i 与共享资源管 理器交互实现对由i g r s 设备构成的网络中的共享资源的使用与管理。 7 北方丁业大学硕士学位论文 基础应用及扩展应用 设备协同服务平台 设备发现与资源共享平台 设备交互消息框架 传输与网络协议 设备连接 图2 1 i g r s 标准体系结构 2 2 1 “闪联”基础协议 i g r s 基础协议定义了i g r s 设备间统一的资源发现与发布机制、设备配置 管理机制、服务访问控制机制、数据获取分发机制、安全规范等【6 儿7 1 。 i g r s 基础协议由如下部分构成：设备和服务描述规范；设备管道协议；设 备发现协议；设备访问控制协议；服务发现协议；服务访问控制协议；安全规范。 设备和服务描述规范：定义了i g r s 设备和服务的标准描述模板。设备管道 协议：定义了i g r s 设备问统一的消息框架及设备问的消息转发机制，通过该协 议，具有不同网络介质的i g r s 设备可以通过消息转发的方式实现相互通讯。 设备发现协议：定义了i g r s 设备信息的发布和发现机制。当一个i g r s 设 备进入网络时，可以通过该协议向网络上发布自身的设备资源相关信息，并且可 以发现网络中已有的其他i g r s 设备及相关信息。 设备访问控制协议：定义了i g r s 设备间的交互和管理机制。i g r s 设备可 以借助该协议与其他设备组成设备群组从而实现设备集中管理，同时i g r s 设备 也可以借助该协议实现对其他i g r s 设备的配置管理。 服务发现协议：定义了i g r s 设备上的服务信息的发布和发现机制。i g r s 设备上的服务可以借助该协议发布自身相关信息。i g r s 设备上的客户可以借助 该协议发现网络中各设备上发布出来的感兴趣的服务信息。服务访问控制协议： 定义了i g r s 设备上客户和服务之间的访问控制机制，包括客户和服务之间访问 方式、安全机制等的协商过程以及根据协商结果实现客户对服务的访问和服务状 态变化的获取。 安全规范：定义了i g r s 设备之间、i g r s 设备上的客户与服务间交互过程 北方工业大学硕士学位论文 中的安全机制，包括设备问的身份认证、授权管理、数据传输加密等8 1 。 2 2 2 “闪联 智能应用框架 智能应用框架针对各种应用模式定义了相应的客户、服务、数据对象以及它 们之间的交互规则。不同的应用开发者可以根据特定的智能应用框架开发相应的 客户服务或数据对象。根据智能应用框架中定义的规则，这些相关的客户服务和 数据就可以动态的组合成为完整的应用。例如，一个实现了文件交换类应用框架 客户端的p d a 和一个实现了文件交换类应用框架服务端的笔记本相互发现后即 可实现文件交换。 智能应用框架通过对i g r s 基础协议的封装，为特定种类应用的开发提供了 更为专用的接口，使得该种类的应用开发更为容易。例如，控制类智能应用框架 定义了控制类应用中涉及的客户和服务端各自的功能、交互规则及相应的应用程 序开发接口。客户端应用程序开发者只需根据控制类应用框架中的客户应用程序 开发接口即可开发与特定被控制服务端程序无关的客户端应用程序，从而实现统 一的控制功能。 目前，l g r s 标准中即将定义如下智能应用框架： ( 1 ) a 应用框架：定义了音频、视频应用中的音视频流的传输、播放、控 制机制； ( 2 ) 文件共享应用框架：定义了i g r s 设备问文件发布、查找、获取机制及 相应的安全机制； ( 3 ) 控制类应用框架：定义了i g r s 设备间控制端与被控制端的交互逻辑、 安全机制及相应的应用程序开发接口。之后，i g r s 标准还将陆续制定新的智能 应用框架以完善i g r s 标准体系。 本课题就是应用v 应用框架来实现系统中的音视频传输、播放以及控制 功能的。 2 2 3 “闪联 应用 基于i g r s 标准，应用程序开发者可以开发出各种各样支持“资源共享与协 同服务”的i g r s 应用。 i g r s 基础应用提供了i g r s 设备间交互的一些基础性的应用，i g r s 应用则 是建立在i g r s 标准基础上，通过调用i g r s 智能应用框架、i g r s 基础协议所提 供的接口实现的更为复杂、功能更强的应用。i g r s 应用内置于i g r s 设备，用 于支持多个设备之间某种协同工作模式所必备的应用，其本身可以随着协同工作 模式的发展而扩展。 本课题就是一个基于“闪联”协议，调用智能应用框架的一个应用。 9 北方工业大学硕士学位论文 3 系统整体方案设计 本章首先根据系统的实现目标对需求进行分析，在此基础上选择合适的系统的方 案，并给出整体的方案设计。 3 1 系统需求分析 本课题要实现的系统是一个基于“闪联”标准的，能够和p c 智能组网并实现资 源共享的高清网络电视机。下面根据应用场景得出我们的具体需求。 3 1 1 应用场景描述 本系统可以和模拟电视结合在一起，成为一个整体的“闪联电视”，一方面，电 视部分的功能可以和广播电视网络连接，来获得广播电视网络的节目。另一方面，它 可以和家庭中的p c 智能组成网络，分析其中丰富的多媒体资源。同时，它还可以播 放u s b 设备上的媒体。如图3 1 所示。 闪联电。脑 序电飚络 碰鸯邑 c a b l e 。 嚣黝戮黟 数字，模拟节目 图3 1 系统应用场景 播放u 盘、存储卡等 。本地媒体文件 曦辫翳黧，墨雹 扩展的：本系统还可以集成i n t e m e t 连接功能，接入互联网，获取更加丰富的资 源。 特殊的：本系统中的闪联应用部分也可以不和电视进行集成，而是作为一个独立 功能的产品出现，用户只需购买这个独立产品，并和家中已有的电视机进行连接，即 可获得系统的功能。 1 0 北方工业大学硕士学位论文 3 1 2 需求规格简要分析 由于本系统功能比较丰富，限于篇幅，这里只简要分析一下系统的大体需求规格， 依此我们可以得出方案选择的依据即可。 根据应用场景，我们的系统需要实现至少以下几大功能： ( 1 ) 能够解码播放高清的影片，具有音乐和图片等多媒体播放功能。 ( 2 ) 需要实现网络功能，具有完整的t c p p 协议栈，能够通过网络( 有线和无 线) 和目前存在的电脑连接，并共享其资源。 ( 3 ) 能够提供u s b 设备管理功能，能够管理u s b 设备上的文件。 这几个大功能的实现就决定了系统至少需要具备以下几项性能： ( 1 ) 具有硬件的多媒体解码单元，或者专用的d s p 模块。目前在p c 中解码高清 格式的媒体都需要系统具有很高的配置，在嵌入式系统中，使用c p u 进行纯软的算 法实现是不现实的。为了应对系统中解码播放高清格式媒体的需求，系统必需具有专 门解码高清媒体格式的硬件解码单元或者d s p 模块。 ( 2 ) 具有相关的能够扩展网络设备的总线，比如p c i 或者p c i e 等。这样系统才 能将无线网卡集成上去，满足系统进行无线网络连接的需求。 ( 3 ) 系统上具有嵌入式的o s ，因为需要对u s b 设备进行管理，同时也需要对p c 上共享的媒体进行文件管理，所有的这些都需要系统至少具备拥有设备和文件管理功 能的操作系统。 以上是几个比较大的功能需求，另外，作为一个要成为产品的系统方案，还有一 些影响系统整体开发过程和市场战略的方面需要考虑。比如：开发周期的长短，芯片 厂商是否提供足够的支持等等。 3 2 系统方案选择 根据前文所述的产品需求规格，首先制定出了系统的方案选择依据，并在几款类 似的方案中做出选择，给出了选择结果。 3 2 1 方案选择依据 前文提到的几个大的功能只是我们选择系统方案时决定系统功能和性能的因素。 下面给出在选择系统方案时我们综合考虑的因素。 ( 1 ) 系统功能和性能。这一点是必需要满足系统最基本要求的，同时要考虑是否 有足够的市场竞争力，不能低于市场平均水平。 ( 2 ) 开发费用。这其中包括在研发阶段需要的研发材料和研发工具的费用，以及 对开发环境入门所需要的时间成本。 北方工业大学硕士学位论文 ( 3 ) 成本。主要是指系统生产成本，主要包括主芯片的价格以及周边设备的价格。 ( 4 ) 可扩展性。这个主要是指芯片外设接口是否丰富，是否便于后期扩展，是否 有可持续发展空间。 ( 5 ) 开发难度。这方面主要看芯片厂商的s d k 是否齐全，合作意愿是否强烈， 以及技术支持力度如何。 ( 6 ) 成功案例。看是否有应用该芯片方案的其它成功案例，这方面主要是保证芯 片研发是否成熟，是否存在严重问题。 根据以上选择依据，我们对几个比较接近的方案进行了评估，并给每个方面设定 了一定的权重，最后加权统计出总体的方案评价，依此做出选择【9 】【10 1 。方案评估结果 如表3 1 所示： 表3 1 各方案评估结果 功能+ 性能成本开发难度成功棠例町扩展性f 发费用合计加权统计建议 ( 2 5 ) ( 2 5 )( 1 5 )( 1 5 )( 1 5 )( 5 ) s i g m ad e s i g n s 5543552 74 5 51 e m 8 6 2 4 l s i g m ad e s i g n s 5333542 33 8 52 s m p 8 6 3 4 s ts t b 7 1 0 9 3443352 23 53 b r o a d c o mb c m 7 4 0 15213531 93 3 4 t id a v i n d2311321 22 1 m i c n 3 n a s3332 五 31 83 d e c ”h e r8 1 0 0 t r i d e n t143 4 341 92 9 5 h i d 广r v l x8 0 7 0 p i x e lw o r i s1344341 92 8 5 p w m 2 0 1 0 a t ix e o n 2 2 61335331 82 9 5 其中，每一项的分数范围是0 5 分，得分越高，评价越好。根据评价结果，最后 选择了s i g m a d e s i 印s 的e m 8 6 2 4 l 方案j 该方案在各个方面表现都能满足系统的开发 需求： ( 1 ) 它定位与h d t v 产品，与我们的整体应用相吻合。 ( 2 ) 输入接口丰富，功能性能基本都符合要求。 ( 3 ) 成本最低。 ( 4 ) 产品可扩展性强。 ( 5 ) s i g m 扣e s i 盟s 合作意愿较强，支持力度较高。 ( 6 ) 有成功案例。 3 2 2 方案选择结果 在系统需求分析以及根据选择依据，最后选择e m 8 6 2 4 l 方案作为系统的开发方 案。e m 8 6 2 4 具有很多特色，满足系统的开发要求： 1 2 北方工业大学硕士学位论文 e m 8 6 2 4 是针对数字电视一体机的优化平台，输入接口丰富，数字视频信号可推 送到液晶屏。这个特点满足我们和电视集成的要求，可以直接将输出的视屏信号推送 到电视机的液晶屏。同时，它也有丰富的输出接口，这样也满足我们开发独立功能产 品的需求，具有“闪联 功能的独立产品可能会面对用户复杂多样的输出设备，丰富 的输出接口是必备的。 e m 8 6 2 4 内置了一个2 0 0 mh z 的a l u m 处理器，强大的性能足以满足系统的处理 要求。 厂商已经在上面移植了嵌入式的操作系统u c l i n _ 1 1 ) 【，u c l i n u ) 【是1 i n u x 系统的缩略 版，同样具有强大的文件管理以及设备管理功能，满足我们开发对u s b 设备以及文 件进行管理的要求。同时方便用c 或者c + + 等高级语言直接开发。 e m 8 6 2 4 支持h 2 6 4 ，w m v 9 ，m p e g 1 2 4 等多种先进解码格式【l l 】，这一点是尤 为重要的，充分满足我们解码播放高清格式多媒体的需求。 e m 8 6 2 4 具有输出高清支持，可以支持到1 0 8 0 p 的输出格式，完全满足系统的高 清要求。 e m 8 6 2 4 具有p c i 总线，整体方案有很强的扩展性，同时便于系统扩展无线网卡， 实现无线互联。 e m 8 6 2 4 的内部框图如图3 2 所示。 3 3 系统整体方案设计 图3 2e m 8 6 2 4 l 内部框图 根据课题内容，本课题要实现一个嵌入式平台上的基于“闪联”标准的网络高清 北方t 业大学硕士学位论文 电视，系统整体方案分为硬件设计和软件设计两大方面。 如前文所述，系统的硬件平台已的核心器件经选定为s i g m a d e s i 弘s 的e m 8 6 2 4 l ， 基于该器件，为了满足系统需求，需要扩展合适的外围设备，包括系统的存储部分、 网络接口、u s b 设备接口，以及一些其它的输入输出设备。为了系统的安全，还选 择了一个加密型的单片机来为系统加密，并复杂系统的红外接收设备。系统的硬件框 图如图3 3 所示。 图3 3 系统硬件框图 图3 3 是将“闪联 功能模块和电视功能集成在一起方案中的系统框图，在独立 的“闪联”网络高清播放产品中，可以没有其中的t v 部分，相应的输入接口部分也 会减少，增加相应的输出接口。总体的变化不多，不再附图。 系统要是实现的功能中包括和p c 能够自动组成网络并共享其中的资源，所以， 自然的，系统的软件部分包含p c 端软件和电视端软件两部分。两端的软件都是基于 “闪联 标准的，通过闪联协议互相发现并组成网络。p c 端软件理论上不在本课题 的开发工作范围内，但它在逻辑上和电视端的软件一起才能构成一个完整的系统。所 以，这里将给出它的设计框架。 p c 端的软件是运行在、矾n d o w s x p 或者w i n d o w s v i s t a 操作系统中的，它基于标 准的t c p i p 协议，并在此基础上实现“闪联”协议栈、以及本系统中需要的“闪联 1 4 北方工业大学硕士学位论文 a v 媒体应用智能框架。在此基础上提供媒体解析，媒体管理等功能。同时提供出图 形用户操作界面，以供用户使用。p c 端软件架构如图3 4 所示。 图3 4 p c 端软件架构 其中的操作系统提供基本的系统支持，网络提供完整的t c p i p 支持。在此基础 上的闪联协议栈( i g r ss t a c k ) 提供完整的闪联协议，实现闪联设备的自动发现、自 动组网等功能。其上的闪联a v 应用框架( i g r sa vp r o f i l e ) 提供了多媒体的传输、 播放以及控制等机制。 同样的，电视端也需要软件来实现系统需要的功能。电视端的软件架构图如图 35 所示。 图3 5 电视端软件整体架构图 1 5 北方工业大学硕士学位论文 电视端软件也需要在t c p 口协议的基础上实现闪联协议栈，对于嵌入式设备， 也可以实现闪联微协议栈( i g r sm i c r os t a c k ) ，用以实现闪联设备的发现以及组网功 能。在此基础上，它也需要实现闪联的a v 智能应用框架( i g r sa vp r o j f i l e ) ，用以和 p c 端的a v 智能应用框架协同工作，完成多媒体文件的传输和播放工作。 1 6 北方工业大学硕士学位论文 4 系统硬件设计 系统的硬件设计并不是本课题的重点，为了课题系统的完整性，这里对其进 行简单介绍。从e m 8 6 2 4 l 的内部框图( 图3 2 ) 可以看出，e m 8 6 2 4 l 已经提供 了丰富的输入输出接口，包括d d r 内存控制接口、d e 接口、u a r t 、v g a 视 频输出、s d e 0 视频输出、c v b s