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塑鲨型燮! 三竺! 有线数字电视机顶盒软件设计 摘要 由于数字电视技术具有众所周知的强大优越性，近年来，电视数字化 的进程明显加快，模拟信号向数字信号过渡全面展开。根据我国国情，数 字电视机顶盒将成为模拟电视向数字电视过渡的桥梁，而有线数字电视机 顶盒将成为我国数字电视机顶盒中的主导产品。因此，对有线数字电视机 顶盒软件的开发、设计与产品的实现具有重要的学术价值和实际意义。 本文遵循m p e g 2 和d v b c 国际标准，同时参考国内外众多的机顶 盒产品，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 本软件的设计采用了一种基于分层的框架结构。模块化的编程 方法使程序各部分分工明确，软件便于维护与升级。 2 鉴于目前国内机顶盒软件功能不全面，而国外机顶盒价格较高， 且无中文菜单，不便于收视，本文提出了一套满足于大众需求 的软件方案。它集众多机顶盒功能于一身，且具有中、英文菜 单，可满足国内、外用户的需求。 3 本软件的独特之处在于电子节目指南功能的实现。它可使用户 根据节目的详细信息或节目时间表等有选择地进行收视，使用 户感受到数字电视的强大优越性，这是在模拟电视收视中无法 比拟的。 太原理工大学硕士学位论文 4 本软件的另一大特色是电视小画面的实现。此功能的实现使得 用户在进行节目清单搜索时，边观看电视节目边搜索，无需等 待。 关键词：机顶盒，d v b c ，m p e g 2 ，电子节目指南 查里墨三查兰堡主堂垡堡塞 t h ed e s i g no fd v b - cs t bs o f t w a r e a b s l r a c t i nr e c e n ty e a r s ，b e c a u s eo ft h ew e l l - k n o w na d v a n t a g e so fd i g i t a lt v t e c h n o l o g y , t h et r a n s i t i o nf r o ma n a l o gt v t od i g i t a lt vh a sb e c o m eo b v i o u s l y f a s t e ra n df a s t er o nt h eb a s i so f t h es i t u a t i o ni no u rc o u n t r y , s t bw i l lb e c o m e t h eb r i d g eo ft r a n s i t i o nb e t w e e na n a l o gt va n dd i g i t a lt v , a n dd v b cs t b w i l lb e c o m et h em a i np r o d u c t t h e r e f o r e ，t h e r ea r ei m p o r t a n ts c i e n c ev a l u e s a n d p r a t i c a lm e a n i n g s t oe x p l o i ta n dd e s i g nd v b cs t bs o f t w a r e t h i sp a p e r c o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e sk e y s t b t e c h n o l o g i e sa n dp r o p o s e s t h ep r o j e c to fs t bs o f t w a r es t r u c t u r ea c c r o d i n gt oi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d so f m p e g - 2a n dd v b c t h i sp r o j e c th a sb e e ns h o w nt ob ev i a b l ea n da d v a n c e d i na c m m lu s e t h i ss o f t w a r e su n i q u e a d v a n t a g e s a r ea sf o l l o w s ： 1 ，t h es o f t w a r ei s e a s i l y m a i n t a i n e da n d u p g r a d e d b e c a u s et h e s t r u c t u r eo fi ti sh i b e r a r c h i c a l i t sm o d u l a r i z a t i o n p r o g r a m m i n g a l l o w se a c h p a r to f t h e s o r t w a r et oh a v ei t so w nf u n c t i o n 2 ，t h i ss o f t w a r eh a sm o r ef u n c t i o n st h a no t h e r c o m p a r a b l e s t b s o f t w a r e ；b e s i d e s ，i ti sc h e a p e ra n dm o r eu s e rf r i e n d l yt h a no t h e r f o r e i g ns o f t w a r e i th a sb o t hc h i n e s ea n de n g l i s hm u n u ，s oi t c a n s a t i s f ym o s tn e e d so f t h ec o n s u m e r s 3 t h es p e c i a lf u n c t i o no ft h i ss o f t w a r ei s t h a ti th a se p g t h i s f u n c t i o nc a n h e l p t h ec o n s u m e r sk n o wm o r ea b o u tt h ep a r t i c u l a rt v p r o g r a m m ei n f o r m a t i o na n dl e a d t h ec o n s u m e r st oc h o o s et v 3 太原理工大学硕士学位论文 4 p r o g r a m m e se a s i l ya c c r o d i n gt o e v e n ti n f o r m a t i o no re v e n tt i m e t a b l e s a c c o r d i n g l y , t h i sf u n c t i o nc a r lh e l pt h ec o n s u m e r sf e e lt h e a d v a n t a g e so f d i g i t a lt v t h a ta n a l o gt vd o e sn o th a v e a n o t h e rs p e c i a lf u n c t i o no ft h i ss o f t w a r ei st ou s eas m a l lw i n d o w f o rv i e w i n gt h ea c t u r a lt v p r o g r a m m e s t h i sf u n c t i o ni se m b e d e d i ne p g w h e nt h ec o n s u m e r sw a n tt os e a r c ht h ee v e n tt i m et a b l e ，h e c a nw a t c ht va n ds e a r c ha tt h es a m e t i m e ，t h i sn o th a v i n gt ow a i t k e y w o r d s ：s t b ( s e t t o p - b o x ) ，d v b - c ，m p e g 2 。e p g - 4 查堕墨王奎堂堡圭堂垡丝壅一 第一章绪论 1 1全球化趋势下的数字广播发展概况 早在三十年前，坚信技术具有决定力量的著名传播学者麦克卢汉曾大 胆预言“地球将变成一个村庄”，电子信息瞬息万里，全球生活同步化， 时空差别不复存在，海角天涯刹那可达。三十年后的今天，果如麦氏所言： 各国各地区的政治、经济、文化由于现代通信技术的迅猛发展而越来越多 地呈现出“全球化”趋势。“全球化”这一在2 0 世纪最后5 年里各个阶层 广为流行的话语，从出现之初便成为解读当代政治、经济、文化现象共同 倚靠的一个重要语境。 在全球化的诸种体现形式中，几乎没有什么像国际品牌、大众文化工 业品以及成千上万人观看现场直播重大事件那样如此直观、覆盖面广且渗 透力强。很少有人怀疑，我们最直接感受和经历的全球化形式是文化全球 化。尽管3 0 0 0 年前社会之间的文化互动已经非常复杂，但是，形象与符 号的剧烈运动以及思维模式与交流模式的广泛传播是2 0 世纪晚期和新千 年才有的特征。由于当代电信、广播和交通基础设施建设的空前发达，使 得文化交流的全球覆盖范围、交流量都达到了历史最高水平。d v b ( 数字 视频广播) 技术由此应运而生! 1 l 数字视频广播的概念是在2 0 世纪8 0 年代由欧洲率先提出的。之后， 歇美国家的企业和研发机构用了近8 年的时间，完成了数字视频广播技术 的研发以及标准的制定，并先后于1 9 9 8 年1 1 月和1 9 9 9 年春天分别开播 了数字电视。据悉，美国已经宣布在2 0 0 6 年淘汰模拟电视，欧洲也表示 要在2 0 1 0 年实现数字电视的全面普及1 2 】 查堕墨三盔堂墼堂垡丝奎一 1 2 我国有线数字视频广播系统的发展现状和前景分析 由于我国目前没有发展卫星电视广播的个体接收t 人们收看电视主要 是通过地面无线广播和有线电视广播两种方式。在用户群方面，接收地面 电视广播的用户，大部分布在农村，这部分电视观众已购置的模拟电视机， 要全部使数字视频广播终端设备变为数字电视机还有一个过程，而8 0 0 0 万户有线电视用户大部分为城市人口，对数字视频广播的需求较强。在节 目源方面，有线数字视频广播除少量自办节目外，大多数为中央电视台和 各省( 市) 电视台的卫星数字电视信号，如果有线电视台将前端设备稍加 改造，便可将这种数字电视信号直接传送给用户。在市场方面，国际有线 数字视频广播标准基本统一在d v b c 标准之下，发展有线数字视频广播 系统的不确定性要小很多，市场风险也小。在技术方面，有线数字视频广 播系统对网络的抗干扰能力、频谱利用率等的要求较低，技术难度和设备 的复杂性也相对较低。在系统投资方面，在已经建成的有线电视网上播出 数字节目增加的系统设备投资要少于同样的地面广播。因此，我国视频广 播的数字化将从有线数字视频广播开始 2 1 ， 1 3 机顶盒一实现模拟电视向数字电视过渡的桥梁 数字电视作为一个新生事物，它能适应网络环境下消费者的需求，从 图像质量、传输速度、产品功能等方面都具有模拟彩电无可比拟的优势， 但依据我国国情，从模拟电视向数字电视的转变还需要一定的过渡时期， 数字电视机顶盒便成为模拟电视向数字电视过渡的桥梁。 “十五”期间是我国数字广播制式与模拟广播制式并存阶段，这一阶段 的数字电视接收设备主要是数字电视机顶盒。预计“十五”期间，我国数字 电视及相关产品的市场需求将达到每年1 0 0 0 - - 1 5 0 0 亿元。预计2 0 1 0 年后 8 太原理工大学硕士学位论文 我国数字电视将会进入大发展期，2 0 1 5 年市场规模将达到5 0 0 0 亿元以上。 数字电视机顶盒产品将是未来数字电视市场的主导产品之一。我国现 在模拟彩电的拥有量为2 亿台，在1 5 年过渡期间内要完成模拟向数字的 转变，每年平均需求应有1 3 0 0 万台左右。根据我国的实际情况，有线电 视将是城镇用户未来主要的接收方式，预计其需求量占数字电视机顶盒的 9 0 以上。我国现有有线电视用户1 0 0 0 0 万户左右，且今后每年将新增5 0 0 万户以上，目前上星数字电视信号要由有线台统一进行数模转换，转变为 模拟信号后送往用户，但当节目数大到一定程度或需开展其他增值业务 时，则必须采用数字信号直接传输方式，届时模拟用户必须安装机顶盒才 能接收数字电视。如从2 0 0 3 起到2 0 1 0 年全面推广有线数字电视与数据广 播业务，则平均每年将有1 3 0 0 万台机顶盒产品的需求。由于“十五”期间是 模拟电视向数字电视转变的起步阶段，其需求将呈逐年增加趋势，2 0 0 3 年 我国将完成地面数字( 高清晰度) 电视标准的制订，并在大城市开播数字 电视，因此“十五”中后期的发展速度将加快，预计2 0 0 5 年需求量将达到 1 5 0 0 万台，2 0 1 0 年前后将超过2 0 0 0 万台【l 】 1 4 国内外机顶盒产业现状 在国外，数字有线电视机顶盒市场正处于繁荣阶段，1 9 9 9 年，美国有 线电视公司销售了1 7 0 万部数字有线电视机项盒，有专家估计，这个数字 到2 0 0 3 年将增加到5 0 0 万部以上。巨大的潜在市场，吸引着i t 、电子、 信息服务以及娱乐业巨头纷纷加入竞争，i b m 、飞利浦、微软、i b e r a t e t e c h n o l o g i e s 、摩托罗拉、美国在线等都先后推出了自己进军v o d ( 视频 点播) 领域的相关策略。 在众多机顶盒生产厂家中，美国g e n e r a li n s t r u m e n t ( g t ) 公司和 s c i e n t i f i c a t l a n t i c ( s - a ) 公司占据了最大的市场份额，他们认为，机项盒市 9 查堕里三查兰堡圭兰垡堡塞一 场日趋成熟，应该积极开发产品抢占市场，s - a 公司正忙于为美国第二大 有线电视公司t i m ew a r n e r 公司生产5 5 万台型号为e x p l o r e 2 0 0 0 的数字机 顶盒。t c l 公司则计划在未来3 年里向有线电视用户提供1 0 0 0 万台数字 机顶盒，以便为用户提供上百个电视频道和接入因特网的业务。大名鼎鼎 的m i c r o s o f t 公司已经向美国第瞪大有线电视公司c o m c a s t 投资1 0 亿美元， 充分表明了对机顶盒市场的重视。该公司开发的w i n d o w sc e 系统也正逐 步进入机顶盒市场，并准备在下一代w 曲t v 机顶盒中采用w i n d o w s c e ， s o n y 公司也宣布与m i c r o s o f t 公司结成联盟，将在其开发的数字机顶盒等 消费电子领域中运用w i n d o w sc e 系统。在欧洲、英国b r i t i s hd i g i t a l b r o a d c a s t i n g ( b d b ) 公司已经与g n l l l d i n g ，n o k i a , p a c e ，p h i l i p s ，s o n y , t o s h i b a 6 家机顶盒生产厂家签了订单，b s k y b 公司更希望成为英国第一家开通数 字卫星电视广播的商家，使其数字机顶盒成为英国的行业标准。 而在我国，有线电视数字机顶盒产品巨大的需求潜力吸引国内企业纷 纷开发生产，但是截止到目前，这些企业还没有真正实现产品的市场化， 多数企业还没有能力开发、生产机顶盒的核心部件和系统，这些还都是要 靠国外厂商提供，这大大限制了我国企业对机顶盒开发的主动权。面对中 国巨大的机顶盒市场，国夕 企业已经虎视耽耽，因此国内企业必须力争占 据国内市场的主动权，迎接中国数字广播时代的到来。 1 5 课题的主要工作 综上所述，数字电视机顶盒已成为当今世界数字电视发展过程中不可 逾越的数字家电产品。根据我国国情，有线数字电视机顶盒在我国数字电 视机顶盒产品中将占据主导地位。 在我做课题期间，我参与了太原风华信息股份有限公司的有线数字电 视机顼盒项目的研发工作。我所负责的部分是有线数字电视机顶盒系统软 - l o 查堕里三查堂堡主堂堡堕兰一 件的研究与开发工作。主要包括： +结合系统软件平台对系统解复用软件模块进行分析与研究，根据本机 顶盒的特点对解复用软件模块进行必要的修改与补充。 +系统地分析了数字音视频数据流的处理程序，并在此基础上实现了视 频小画面显示。此功能是本软件设计的特色之一，在电子节目指南中 加以应用。 结合系统软件平台中处理数据流的程序，设计了节目操作管理软件部 分。此部分是用户应用程序的核心部分，包括三个模块：节目数据分 析模块、数据库管理模块和节目操作管理模块。本文对如何设计及如 何实现这三个模块之间以及它们与其它模块之间的通信做了详细地阐 述。这部分所完成的功能包括：频道手动，自动搜索、频道删除、节目 设置、节目选择、系统设置等功能。 电子节目指南软件的设计与实现。这部分本应包括在节目操作管理软 件部分中，但由于它是本软件的一大特色，所以单独构成一章进行详 细阐述。 奎垦堡三盔兰塑主堂些兰皇一 第二章欧洲数字视频广播d v b c 标准 2 1 欧洲的d v b 规划 数字电视广播( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g ，d v b ) 是包括h d t v 在内 的多种数字电视格式。欧洲d v b 规划开始于1 9 9 3 年9 月，这个规划目前 已有来自欧洲和美国的1 6 个国家的1 4 0 个组织参加，目标是制定欧洲的 d v b 标准以及尽早引入d v b 业务。参加者都是自愿的，他们中有制造商、 广播商、节目供应者、网络和卫星的运行者，当然还有研究单位。欧洲 d v b 规划的范围可用图2 1 来表示。 m p e gd v b 规划 e t s i 苎耋妻喜量竺 通信网络 数字会议电视 图2 t 欧洲d v b 规划范围 从图2 1 中可见视频信源编码、音频信源编码和系统复用等都是遵循 m p e g 标准，因为这是国际上已经统一的标准。本文不予介绍。图中的e t s i 是欧洲标准化组织的名称。e t s 是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 s 的缩写，即欧洲电信标准。d v b 规划所提出的指标必须经过e t s i 批准才 - 1 3 奎堕堡三查堂堡圭堂竺堡兰一 能成为标准。 2 2d v b c 系统的总体框架 d v b 有线系统的作用是完成基带电视信号和有线信道特性之间的适 配作用。在有线的前端应能够对多种电视基带信号源作处理，包括卫星信 号、分配网络联接、本地节目源。处理过程如图2 2 所示1 3 1 其中，有线 系统前端将对码流作如下处理： ( 1 ) s y n c 1 同步字节反转以及使能量分配随机化； ( 2 ) r e e d - s o l o m o n 编码： ( 3 ) 卷积交织； ( 4 ) 字节到m 维符号的转换： ( 5 ) 差分编码； ( 6 ) 基带成形； ( 7 ) q a m 调制。 在接收端，系统执行相反的信号处理过程：q a m 解调、匹配滤波、 差分解码、m 维符号到字节的转换、解卷积交织、r s 解码和去除随机化 以恢复m p e g 传输层数据。 2 2 1m p e g 2 传输层 系统的输入码流组织成周定长度的传输包，由m p e g - 2 传输复用器输 出a m p e g 2 传输层每个包长1 8 8 字节，第一个字节是同步字节( 即4 7 h e x ) ， 随后三个字节为包头，包含了服务类型、扰乱和控制的信息。其余1 8 4 字 节是m p e g 一2 视频、音频数据或辅助数据，发送端的处理次序总是从同步 字节的最高位( 即0 1 0 0 0 1 1 1 中的o ) 开始。有线系统帧的组织是基于 一1 5 嚼桀锝峨譬簿墨嫦舆嫦枢窖霹雠露，婚梃斫竹繇hh田 查壁里三奎兰翌垡苎墅垒竺生一 m p e g 2 传输层包结构的，系统的帧结构如图2 3 所示口卅 ( d ) 经交织的帧：交织深度1 = 1 2 字节 s y n c l = 未做随机化且比特反转的同步字节 s y n c n = 未做随枳化的同步字节，n = 2 ，3 ，8 图2 3d v b 有线传输系统的帧结构 2 2 2 能量扩散和随机化 从m p e g 2 传输复用器输出的码流首先要通过一个数据随机化器作随 机化处理，使数据负荷随机化( 不包括同步字节) 。我们传送的电视信号 在暗场景时，它的数据可能出现连续长时间的0 或“1 ”，或者周期性的 数据，这样的数据由于长时间不出现过零交点，接收端的位时钟将出现漂 移而使定时误差过大，不利于接收端的时钟恢复。并且这也将导致基带信 - 1 6 查堕墨三查堂婴主兰焦堕兰一 号的功率谱中出现冲激分量，即信号功率集中在某几个频率点上，这样不 利于下一步的调制放大。数据随机器的作用是使码流具有随机变化的特 性，从频域的角度来看，就是消除功率谱中的冲激分量，使能量均匀地分 布在整个频带内。 数据随机化器用一个伪随机二进制序列p r b s ( p s c u d or a n d o mb i t s e q u e n c e ) 对所有运输小包( 不包括同步字节) 作x o r 运算。这个p r b s 由带反馈的线性移位寄存器产生。其生成多项式为1 + x “+ x ”，寄存器 的初始值取1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 【4 】- 如图2 4 所示，传输层码流将与伪随机序列发生器产生的二进制伪随 机序列按比特进行异或运算。因为每个传输包的同步字节不能被随机化， 所以在同步字节输入期间，将与门禁止。此时虽然伪随机生器继续移位输 出，但不会影响同步字节。 图2 4 数据随机化器和p r b s 序列 图2 4 中每8 个m p e g 一2 传输层小包为一组，和一个长度为1 5 0 3 字 节的p r b s 进行异或。p r b s 序列的第一个比特对应着第一个同步字节后 - 1 7 - 奎璺望王查兰堡主堂皇堡奎一 面的第一个比特。在每8 个传输包的开始，伪随机序列发生器都要用二进 制序列0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 重新初始化移位寄存器。 在接收端有个去随机化器，它从r s 解码器接受经过误差纠正的数据 字节，用和发端相同的p r b s 随机序列作用到数据上去。p r b s 的生成和 发端完全相同。为了给两端的伪随机序列发生器提供一个同步和初始化信 息，每组第一个传输包的同步字节按比特进行反向，由4 7 h e x 变为b 8 i e x 。 2 2 3 r s 编码 r s 编码( r e e d s o l o m o nc o d e ) 以其对突发噪声的纠错能力著称，它 是一种非常有效的块编码。它和其他的以单个码为基础组织的块编码不 同，它是以码组为基础组织起来的，这样的码组叫做符号。在( n ，k ) r s 码中输入信号分成k m 比特一组，每组包括k 个符号，每个符号由m 比特 组成，而不是单个比特。我们处理的只是符号，即使一个符号中只有一个 比特出错，也应该认为整个符号出错了。r s 码具有下面的性质：r s 码有 k 个信息符号( 不是比特) 、r 个监督符号。总的码长阼( = | i + r ) 个符号，又 使 = 2 m 一1 符号f 5 】 r s 码能够纠正t 个符号的错误 f = r 2 ( 2 - 1 ) r s 码1 9 6 0 年由r e e ds o l o m o n 提出来的，当时还没有实际的应用。 后来和交织技术相结合，以及硬件的改进，越来越显示出它的重要，近年 来广泛应用子从c d 播放器到视频广播的广泛领域。这是因为由编码器加 上的冗余比特和别的系统相比是最少的。它的解码和别的非二进制系统相 比是最容易的。 1 8 2 2 4 卷积交织 有线电视信道中的干扰多种多样，有乘性干扰和加性干扰。加性干扰 按引起误码的分布规律不同，可分为随机性干扰和突发性干扰。随机性干 扰导致的误码相互之间是统计独立的。突发性干扰引起的误码相互之间具 有相关性，误码成串出现。突发性干扰的典型例子有信道中的脉冲干扰。 还有由于d v b c 标准采用了差分q a m 调制，差分解码时会导致随机误 差的扩散，也可能引起一连串误码。 r s 码以其同时纠随机错误和突发错误的能力而著称，如r s ( 2 0 4 ， 1 8 8 ，8 ) 码，一帧最多可纠8 8 = 6 4 比特的突发错误。但是，对码流做交 织则可以进一步增强抗突发错误的能力。突发干扰往往造成码流中一长串 连续错误。若某一帧中连续突发错误多于r s 码的纠错能力，则必然造成 接收端最终的误码。对码流做交织，可将长串的连续突发错误分散到不同 的帧中去，若每个帧中的错误不多于r s 码的纠错能力，则所有的错误都 能被纠正。图2 5 是d v b c 标准采用的卷积交织器和去交织器框图【4 】【6 】 固2 5 交织嚣和去交织器 图2 5 中有4 个开关，各个开关同时接通某一行，每通过一个字节就 一起移到下一行，在第1 1 行后回到第0 行。每行中串接的存储单元是移 1 9 - 查璺里三查堂堡主兰垡兰苎一 位寄存器，每个存储单元存储一个字节。第0 行没有存储单元，随着行的 序数增加，存储单元的数目每次增加m 1 。第1 1 行有m 1 x 1 1 个存储单元。 为了保持同步字节的位置不变，所有的同步字节都必须从第0 行通过。因 此，d v b c 标准规定m 1 = n l = 1 7 ( n = 2 0 4 = 一帧的长度，三= 1 2 = 总 的行数) 。 经r s 编码的帧在发送端被交织后码元结构将被扰乱。如果在信道中 受到突发干扰，将产生成串的连续错误。在接收端去交织后，r s 码元结 构将被恢复，而成串的突发错误却被分散到了若干帧中。这样可以利用多 个帧的纠错能力将所有的错误纠正，从而增强了纠突发连续错误的能力。 2 2 5 字节到符号转换和星座图映射 码流经交织后，需将字节映射成q a m 符号。对于2 r q a m 来说，m 比特对应一个q a m 符号。若k 个字节映射成n 个符号，则： 8 k = m ( 2 - 2 ) 以6 4 q a m 为例( m = 6 ，k - - 3 ，n - 4 ) ，每3 个字节( v ov lv 2 ) 映射 成4 个符号( z o z tz 2 z d 符号z o 的最高位来自字节v o 的最高位，后面 依次对应。发送顺序是z o z lz 2z 3 。如图2 6 所示【3 j 1 6 1 b y t e v o b y t e v l b y t e v 2 b 7b 6b 5b 4 b 3b 2 争l b ob 7b 6 b 5b 4b 3 b 2b lb ob 7 b d b 5b 4b 3b 2b lb 0 i f、 ，、 f、 ，、 b 曲4b 3b 2b lb o b 5b 4b 3b 2b tb 0b 5b 4b 3b 2b lb ob 5b 4 b 3b 2b lb o s y m b o lz 0 s y m b o lz ls y m b o lz 2s y m b o lz 3 图2 6 字节到符号转换 - 2 0 - 奎堡墨三查兰堡主兰垡丝奎一 由于接收端载波恢复时，可能会产生硝2 的相位模糊。为了得到石2 旋转不变的q a m 星座，需按下式对每个符号的前两个比特作差分编码。 j 。= 琢_ 万雨0 。o ，。) + 0 r o 昧) 0 r e o 一) ( 2 - 3 ) 级= 瓦百习慨。级一。) + ( 以o b x ) ( 吼i x 一，) 差分编码后，根据q a m 星座图将符号映射成i 、q 两路正交信号。 图2 7 是实施字节到符号转换，差分编码和星座图映射的一个例子。图2 8 是6 4 o h m 的星座图。 2 f o r t 6 q a m q = 3 f o r 3 2q a m 4 f o r6 4 q a m 图2 7 字节到符号转换，差分编码和星座图映射的例子 jlu 1 0 1 1 0 01 0 1 1 1 01 0 0 1 1 01 0 0 1 0 00 0 1 0 0 00 0 1 0 0 1o o l1 0 10 0 11 0 0 口0 0odd口p 10 1 1 0 l1 0 1 1 1 l 1 0 0 1 1 l1 0 0 l o l0 0 1 0 l o0 0 1 0 1 l0 0 1 1l i0 0 1 11 0 d 0 o0 d 0 o 0 1 0 1 0 0 l1 0 1 0 1 11 0 0 0 1 11 0 0 0 0 l0 0 0 0 1 00 0 0 0 1 l0 0 0 l ll0 0 0 l1 0 口0 o0口口0口 1 0 1 0 0 01 0 1 0 1 01 0 0 0 1 01 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 0 10 0 0 1 0 10 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 01 1 0 1 0 l 1 1 0 0 0 111 0 0 0 00 1 0 0 0 00 1 0 0 1 00 1 1 0 1 00 1 1 0 0 0 o o口 o 0 o00 1 1 0 1 1 01 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 11 1 0 0 1 00 1 0 0 0 10 1 0 0 11o l1 0 1l0 1 1 0 0 】 口d口 o 0 0o口 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 11 1 1 0 l l1 1 1 0 1 00 1 0 1 0 l0 1 0 1 l l0 1 1 1 1 l0 1 1 1 0 】 odod 0 ood 1 1 1 1 0 01 1 1 1 0 11 1 1 0 0 1l l l 0 0 00 1 0 1 0 00 1 0 1 1 00 1 1 1 1 00 1 1 1 0 0 ooo口0o口0 图2 8 6 4 - q a m 星座图 2 l - 2 2 6 基带整形滤波器 为了充分利用规定的带宽，提高信号波特率，调制以前，i 和q 两 路基带信号需经平方根升余旋滤波器滤波整形。滤波器的滚降系数为 0 1 5 。 此平方根升余弦滤波器的理想的频率响应由下式定义： n o r ) ：1 i 州 f z ( 1 + 口1 其中 = 击= 鲁 ( 2 - 4 ) ( 2 - 5 ) 是n y q u i s t 频率，且滚降系数日= 0 1 5 最后，i 和q 两路基带信号分别和正交的c o s ，f 莉1 s i n a ) ，f 相乘，两路 信号相加之后送交发射机。 第三章机顶盒软件系统设计 3 1 机顶盒硬件功能概述 d v b 标准有线数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目。 m p e g 传 中频射频输入 图3 1d v b 标准有线数字电视机顶盒接收解码示意图 如图3 1 所示，调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，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 ( 包基本流) 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 层对加扰数据进行解 扰，其输出是已解扰的p e s 。视频p e s 送入视频解码模块，取出视频数据， 并对m p e o 视频数据进行解码，然后输出到p a l n t s c 编码器，编码成 模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频p e s 送入音频解码模块，取 出m p e g 音频数据，并对m p e g 音频数据进行解码，输出p c m 音频数据 2 3 查垦堡三盔兰堡主兰竺堡苎一 到p c m 解码器，p c m 解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路 输出【2 l 【8 】 3 2s t 2 0 t p 3 解复用芯片简介 3 2 1s t 2 0 t p 3 解复用芯片的特点 s t 2 0 t p 3 是s t 公司生产的具有可编程传送流解复用方案的i c ，它 集机顶盒传送i c 和系统微控制器的功能于一身。s t 2 0 - t p 3 能提供在 h d t v 数字机顶盒中所需的专用硬件设施： 1 2 1 增强3 2 位v l - r i s cc p u ( v e r yl a r g e r e d u c e di n s t r u c t i o n s e t c o m p u t e rc p u 超大规模精简指令集计算机c p u ) ，时钟为5 0 m h z + 具有快速的整数运算和位运算功能及高密度的代码 高性能的存储器c a c h e ( 高速缓存) 子系统 2 k b y t e 指令c a c h e 2 k b y t e 数据e a c h e s r a m + 4 k b y t e s r a m 夺2 0 0 m b y t e s 的最大带宽 可编程的外部存储器接口( e m i ) 夺四个分离的可配置区域 能够以8 1 6 3 2b i t s 宽度进行访问 _ 支持固定大小的存储器 + 2 个时钟周期的外部访问 支持页模式的d r a m + 支持对m p e g 的解码器的访问 2 4 太原理工大学硕士学位论文 可编程的传送接口 + 可以接收字节宽度的比特流 d v b 解扰 通过p i d 进行解复用 s e c t i o n 滤波 + 具有条件访问模块 d m a 引擎接口 2 个m p e g 解码器的d m a + 按块移动的d m a t e l e t e x t ( 图文) 接口( i o ) i e e e 】2 8 4 口 高速的数据接口支持外部i e e e l 3 9 4 a v 层链接的输入输出包 中断控制系统 夺中断分为多个优先级 + 8 个级别的中断抢占 十5 0 0 n s 的响应时间 串行通信接口 o s l i n k 接口 2 个具有1 6 字节f i f o 的可编程u a r t 口( a s c ) 十2 个同步串行接口( s s c ) 1 2 c s p i 2 个s m a r t c a r d 接口 p w m 计数器模块 十3 个8 - b i t 的p w m s ( 脉冲宽度调制器) 十4 个3 2 - b i t 的计数器和捕获寄存器 3 2 位的可编程i o 口 一2 5 奎壁里三查兰塑圭兰丝笙兰一 低功耗控制器，实时的时钟看门狗 3 2 2s t 2 0 t p 3 的功能模块 s t 2 0 t p 3 可以按功能划分为以下几个模块：d 3 c p u 模块 s t 2 0 t p 3 上的c p u 是s t 2 0 的3 2 - b i t 处理器核。它包含指令处理逻 辑、指令和数据指针和一个操作数寄存器。它可以直接访问用于存储数据 和程序的片内c a c h e 和s r a m ，同时处理器也可以通过外部存储器接口， 访问外部存储空间。 可编程传输流输入接口( p t d 模块 传输流解复用功能是在一个可编程的硬件模块中进行的，即可编程传 输流输入接口。当数据包从输入接口进入f i f o 时，p t i 模块会检查其p i d 值，以确定该包是当前要被处理的，还是要被丢弃的。被选中的包在p t i 模块中进行分析，以确定它的类型，并从中提取数据。如果该包是经过 d v b 标准的加密的，则需要向d v b 解密核中写入正确的密钥进行解密。 经过分析和解密之后，数据会被送到外部存储器或直接送往m p e g 音、视 频解码器。传输流中的s e c t i o n 是通过一组( 3 2 个) 8 - b y t e 的滤波器进行匹 配滤波的，匹配的s e c t i o n 将送到缓存中由软件进行处理。 串行通信模块 s t 2 0 中设有两个u 越盯( a s c 异步串行口) 。u a r t 提供异步通信接 口，并可以通过编程支持一定范围的波特率和数据格式，如数据大小、停 止位和极性等。 s t 2 0 同时提供两个同步串行口( s s c ) ，可以用来控制如前端、 p a l n t s c 编码器、e 2 p r o m 等1 2 c 或s p i 总线的外设。 存储器子系统模块 2 6 奎堕堡三查堂堡主堂垡丝苎一 s t 2 0 t p 3 片上的存储器系统提供2 0 0 m b y t e s 的内部数据带宽，并支 持在2 5 n s 时钟周期下，流水线式的两周期的外部存储器访问。s t 2 0 的存 储器子系统包括：数据指令c a c h e 、s r a m 及外部存储器接口。 s t 2 0 t p 3 有4 k b y t e 的片上s r a m ，可以用来存放对时间要求较严格 的高速程序段，如中断处理，软件操作系统核或硬件驱动等，也可以存放 使用非常频繁的数据。 s t 2 0 t p 3 的e m i 接口控制所有的对外部存储器和外部器件( 包括 m p e g 解码器的寄存器和d m a 数据口) 的访问。e m i 的寻址空间分为3 个b a n k ，每个b a n k 可以访问1 6 m b y t e 的物理地址空间。 中断予系统模块 s t 2 0 t p 3 的中断予系统支持8 个优先级的中断，提供4 个外部中断 引脚。中断等级分配逻辑，可以将内部或外部的任一个中断配置成任意一 个中断等级，并允许多个中断使用同一个等级。 块移动引擎模块 高效的块数据传输是通过存储器到存储器的d m a 操作来完成的。 i e e e l 2 8 4 接口模块 这是个并行接口，它支持进、出机顶盒的高速数据传输。这个接口有 一个专门的d m a 控制器端口和存储器之间传递数据。 i e e e l 3 9 4 接口模块 这个接口可以将p t i 选择的某个p i d 的m p e g 数据流送给外部的 i e e e l 3 9 4a n 连接层控制器，由于它是双向的，所以也可以接收m p e g 或其他数据，并送回p t i 接口进行解密和解复用。 并行i o 口模块 提供了4 0 位的并行i o 口。每个位都可以编程为输入或输出。同时 提供了一个输入数据的比较逻辑，它可以在输入数据发生任何变化时产生 2 7 - 查曼望三盔堂堡主堂垡堕兰一 中断。 p w m 和计数器模块 这个模块包括三个独立的p w m ( 脉冲宽度调制器) 引擎，它们使用 一个公用的计数器，外加四个时间比较器和三个捕获通道。 s m a r t c a r d 接口模块 s m a r t c a r d 接口支持符合i s 0 7 8 1 6 3 标准并使用异步通信协议的 s m a r t c a r d 。 t e l e t e x t 接口模块 t e l e t e x t ( 图文) 接口模块通过请求和数据协议与数字解码器相连，它 从存储器中读出t e l e t e x t 数据进行解释或将解释后的数据存入存储器中， 它有两种操作模式：t e l e t e x t 数据输入和t e l e t e x t 数据输出。在t e l e t e x t 数据 输出模式下，t e l e t e x t 接口通过d m a 从存储器中将t e l e t e x t 数据取出，并 将其变为串行，以便传递给复合视频编码器。在t e l e t e x t 数据输入模式下， 从复合视频信号中提取出来的t e l e t e x t 为串行流，送入t e l e t e x t 接口，该接 口将数据组织起来，并通过d m a 把数据送往存储器，用于数据处理。 低功耗控制模块 低功耗控制器提供低功耗的工件模式和看门狗定时器。 o s l i n k 串行口模块 o s l i i l l ( 能够提供与主机的通信，包括程序的下载和调试。 3 3 软件系统的集成开发环境 软件的集成开发环境包括个硬件开发平台、一套软件编译调试系 统、一台p c 机或工作站及一个微机到开发平台的s tm i c r oc o n n e c t 仿真 器，如图3 2 所示。如需要的话，还可以有码流发生器等外部设备。 - 2 8 凰护。 图3 2 集成开发环境图 3 3 1 配合软件开发的硬件环境 集成开发环境中的硬件包括如下几个部分： 1 5 1 监视器及音响系统 p c 机或工作站一台或几台 硬件电路板 连接微机与硬件电路板的仿真器 数字电视信号源 前面板及遥控器 其中，监视器和音响设备用来直接监测机顶盒系统音、视频解码输出 信号的正确与否；p c 机2 1 2 作站是软件开发时所需的主机系统，机顶盒应 用软件的载入、运行、调试等都在主机上进行操作，主机与一个微机到硬 件电路板的接口器件仿真器相连，通过该设备与硬件电路板进行通信，完 成程序的在线调试。硬件电路板支持数字电视机顶盒所需要的所有接口： r g