（通信与信息系统专业论文）基于hi+2011的数字机顶盒的设计实现.pdf

摘要 摘要 数字电视发展至今已经有2 0 多年的历史，而我国的数字电视也 已经发展了十多年。在未来的几年里，数字电视系统将完全取代模拟 电视系统，在现有信道的基础上，将能收看到比过去至少多4 倍的电 视节目来丰富人们的生活、获取更多的资讯，数字机顶盒应运而生。 数字电视机顶盒不仅仅是模拟电视到数字电视过渡时期的产物，它也 因付费电视和视频点播、i p t v 等数字电视的新发展而存在。在数字 电视一体机还未普及的今天，对数字机顶盒的研究仍然具有实际的意 义，同时，对数字机顶盒的研究也可以促进多媒体处理器的发展。 本文涉及的是有线电视数字电视机顶盒的软硬件开发，采用 h a i e r 公司的h i 2 0 l l 芯片完成了有线电视数字机顶盒的开发。本文所 做工作如下： 1 分析总结了机顶盒的结构，讨论了机顶盒的相关技术如操 作系统等，分析了机顶盒的硬件结构，还对要使用的 h i 2 0 1 1 芯片进行了讨论分析。 2 利用h i 2 0 1 1 芯片及其提供的开发软件包进行了有线电视 数字机顶盒的应用程序开发，即节目搜索及节目提取程序 的设计和解复用通道的软件设计。 3 完成了数字电视机顶盒的硬件设计与p c b 制板。 4 进行了联机软件调试，实现了电视节目的正常接收。 关键词：数字电视，数字机顶盒，节目搜索，嵌入式系统 a b s t r a c t a bs tra c t d i g i t a lt vh a sb e e nd e v e l o p i n gf o rm o r et h a n2 0y e a r s c h i n a s t a r t si t sd i g i t a lt vs c h e m eo i le a r l y9 0 so f2 0c e n t u r yd i g i t a lt v w i l lr e p l a c ea n a l o gt vi nn e x ts e v e r a ly e a r s p e o p l ec a l lw a t c h p r o g r a m sm o r et h a n4t i m e sa sb e f o r e a sar e s u l t ，p e o p l ec a ng e t m or ei n f o r m a t i o na n de n j o yt h e m s e l v esm o r e d u r i n g t h i s t r a n s i t i o ns t a g e ，s t b ( s e tt o pb o x ) h o l d st h eb a l a n c e s t bi sn o t o n l y as u b s t i t u t eo fd i g i t a lt v ，i tisa ls ot h e c r e a t i o no fn e wd e v e l o p i n go fd i g i t a lt vs u c ha st h ed e v e l o p i n go f v o d ( v i d e oo nd e v i c e ) a n dc a ( c o n d i t i o n a la c c e ss ) a n di p t vi t isu s e f u lt os t u d yo nt h ed es i g no fs t bs i n c et h ea n a l o g d i g i t a l h y b r i di d t visn o tc o m ei n t ob e i n g m e a n w h i l e ，s t u d i e so ns t b c a l la c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i a t h isd iss e r t a t i o ni n v o l v esi nt h ed e v e l o p m e n to fs t bi nl w o p a r t s ：a p p l i c a t i o ns o f t w a r ed e s i g na n dh a r d w a r ed e s i g n w o r k is f i n is h e db a s e so nt h ec h i po fh i 2 0i1 t h em a i nc o n t e n t sa r e a s f 0 1 l o w s ： 1d is c u ss i o n so ft h ek e yt e c h n i q u e so fs t bs u c ha st h e o p e r a t i n gs ys t e m a r e i n c l u d e d a n a l y s i s o ft h e h a r d w a r ea r c h i t e e t u r eo fs t ba n dt h ec h i po fh i 2 011 t h a tw e p l a n t ou s ea r ea l s oi n c l u d e di nt h i s d i s s e r t a t i o n 2 t h ed es i g no fp r o g r a ms e a r c h i n ga n dp a r s i n ga n d d e m u x1 t i o d u l e ，w h i c ha r et h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r eo f t h es t b ，a r ed i s c u s s e di n t h i sd i s s e r t a t i o n 3t h eh a r d w a r ed e s i g no fs t bisd is c u ss e da n dt h ep c b ( p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ) p i c t u r eisp r e s e n t e d 4w ef i n i s h e ds o f t w a r ed e b u g g i n ga n dp r o g l 。a i l lp a r s i l l g ； t h er es l l l t is p r es e n t e d a tt h e1 a s t c h a p t e l o ft h e a b s t r a c t d i s s e r t a t i o n k e y w o r ds ：d i g i t a it v ，d i g i t a ls t b ，p r o g r a ms ea r c h i ”g ，e m b e d d e ds y s t e m 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 为获得电子科技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 确的说明并表示谢意。 签名：疆盎 日肌而6 年 月8 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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应遵守此规定) 签名：址导师签名：主堂 日期：2 0 - o6 年j 月3 日 第一章绪论 1 1 数字电视系统概述 第一章绪论 数字电视的研究始于2 0 世纪8 0 年代初，当时的欧共体资助的 r a c e ( 1 9 8 4 年，欧共体部长理事会提出的“欧洲先进通信技术研究 与发展计划”) 和e u r e k a ( 1 9 8 5 年，欧洲“尤里卡计划”) 两个 项目用于对广播级图像数字压缩的核心技术“离散余弦变换d c t ” 进行可行性研究；1 9 9 0 年国际电工技术委员会( i e c ) 和国际标准化 组织( i s o ) 确定了m p e g 一2 ( m p e g ：m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p ， 运动图像专家组 2j ) 的压缩模式；1 9 9 3 年欧洲多家公司联合签署了 数字电视广播( 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制定。 在d v b 规范确定后，依据不同的传输媒体和不同的应用领域， d v b 组织又将其划分为几个系统：卫星数字电视广播系统( d v b s ， 该标准于19 9 5 年由d v b 组织确定) 、有线数字电视广播系统( d v b c ， 其数字共用天线电视、数字微波电视等标准于l9 9 6 年由d v b 组织确 定) 、地面开路数字电视广播系统( d v b t ，其标准目前正在被各国 认同与逐步采用之中) 、微波数字电视广播系统( d v b 。m ) 、交互式 数字电视广播系统( d v b i ) 、数字电视加扰系统( d v b c a ) 。 目前数字电视标准中，除了d v b 标准外，还有1 9 9 5 年经美国联 邦通信委员会批准的高级电视系统委员会( a t s c ：a d v a n c e d t e l e v i s i o ns y rs t e mc o m m i t t e e ) 作为美国高级电视( a t v ) 国家标准。 1 2 数字电视的优点口1 数字电视无论是在图像质量还是在功能上都有着模拟电视无法 比拟的优点： 第一提高了电视节目的质量，清晰度更高。数字化以后的电视 信号在传输过程中，噪声没有积累，提高了传输质量，图像等级有很 大的提高，同时还可传输高清晰度的电视节目。数字电视机的清晰度 电子科技大学硕士论文 和抗干扰能力比模拟电视大大增强，其收视质量大幅提高，彻底解决 了雪花、重影等模拟电视节目中存在的视觉问题。 第二节目量倍增。与模拟电视相比，数字电视频率对资源的利 用充分。我国模拟电视的标准为p a l d k ，频道带宽是8 m h z ，有线 电视数字调制方式若为6 4 q a m ，一个8 m h z 模拟电视频道可以传输 8 10 套数字电视节目，2 0 0 m h z 带宽可传输2 0 0 5 0 0 套电视节目。 如果用5 5 0 75 0 m h z 频段，也可以使用2 5 0 4 5 0 m h z 的增补频段， 这样不仅节目量猛增，而且还可以开展v o d ( v i d e o o n d e m a n d ，视 频点播) 及其它多媒体业务。 第三拓宽业务功能。随着有线电视的数字化，数字业务、交互 式电视业务等新型服务方式的实现，不仅能提供电话、i n t e r n e t 浏览等业务，也可提供电视购物、电子银行、远程教育、v o d 等新 式有条件接收交互式业务，用户从单纯的收视者变成为积极的参与 者。数字电视技术的实现，使当前的服务领域极大拓宽，不仅仅提供 广播影视节目，提供公拭信息服务，还可以提供信息指南，电子商务、 远程会议、远程教学、远程医疗等多种服务，能有效地促进广播电视 与其它资讯服务的融合。 1 3 数字电视机顶盒 数字电视是全球发展的趋势，数字电视机项盒是数字电视的过渡 产品，它保证了现有的模拟电视仍然可以收看到数字电视节目。机顶 盒( s t b ，s e tt o pb o x ) 的定义可以从多方面来理解。传统的广播电 视是一个单向的业务，用户家中的电视机只是个基本的接收播放设 备。如果用户想要从网络中选择不同的个性化服务，或者是通过有线 网络和电视台进行信息交流，就要使用机顶盒。从广义上说，凡是与 电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒，从基于有线电视网络的 模拟频道增补器、模拟频道解扰器，到将电话线与电视机联系在一起 的“上网机顶盒”、数字卫星的综合接收解码器( 1 r d ，i n t e g r a t e d r e c e i v ed e c o d e r ) 、数字地面机顶盒以及有线电视数字机顶盒都可称 为机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能 将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶 第一章绪论 盒，以及有线电视数字机顶盒，这些设备由于具有很好的网络功能、 数字功能，因此也被称为“信息家电”。 1 4 国内外数字电视的发展状况 1 4 1 数字电视国内发展状况 2 0 05 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 10 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 10 年全面实现数字广播电视，2 0 l5 年停止模拟广播 电视的播出。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12 5 万户，2 0 0 5 年广电总局把到2 0 05 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16 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l2 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10 0 0 线，大部分高端c r t 彩电的清晰度也在10 0 0 线以上，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己经开始走向产业化、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。 电子科技大学硕士论文 1 4 2 数字电视国外发展状况h 1 1 9 96 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；19 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。挪威把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撮后期限。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 10 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。 台：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 10 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 5 本文的任务 容 本文主要讨论数字电视机顶盒软硬件的开发问题。包括以下内 第一章绪论 第二章讨论了数字电视d v b 标准，详细讲述了数字视频压缩 m p e g 一2 标准。讲述了m p e g 2t s 流的结构，说明了节目专用信息 各表之间的关系。 第三章讲述了机顶盒软硬件各部分的组成，从软件和硬件两方面 总结了作者对机项盒原理和结构的理解，以及对后续开发提出的想法 和设计框架。 第四章分为三部分来详细说明开发过程。第一部分讨论了 h i2 0 1 1 芯片的结构，这部分的研究是后续开发的基础；第二部分讨 论了软件设计，讨论了一种应用模块的设计即如何实现频点的搜索和 p s i 表的提取及m p e g 解复用通道的设计：第三部分讨论了如何实现 机顶盒硬件的设计及在电路设计时遇到的问题及解决办法。 第五章讨论了如何进行联机软件调试，最后给出了调试结果。 电子科技大学硕士论文 第二章数字电视传输相关标准 2 1d v b 标准体系结构5 3 6 1 基于m p e g 2 数据压缩和复用技术，e t s i ( e u r o p e a n t e e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d si ns 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 系统成为可集视频、音频( 广播、用户) 数据于一 体的多媒体开放系统，考虑了与现有网络利业务的兼容性，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 la 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 ep l a t f or i l l ，多媒体家 庭平台) 等。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音 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。 ( 2 1 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 一2 系统层部分进行扩充来实现。基于m p e g 一2 的p s i 信息，定义了s i ( s e r v i c ei 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。 f 3 ) 接口部分定义了各利接口标准，如与a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f erm o d e 、异步传输模式) 、p d h ( p l e s i o c h r o n o n s d 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 s d 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。 f 4 ) 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 ) 互操作部分定义了各种媒体的交互操作标准及模型。 第二章数字电视传输相关标准 音频 业务 信息 图文 电视 业务 字幕 数据 广播 交互 业务 ( 6 ) 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，这样可以构成一个由卫星到有线再到地 面传输的大系统。 视频压缩 m p e g 一2 肝酬l e t r 】5 4 音频压缩 m p e g 一2 级i 】i s i 表 e t 53 0 04 6 8 e t r2 1 l 、e t r1 6 2 图文电视 e n3 0 04 7 2 字幕 e n3 0 07 4 3 d a t ao v e rd v b e t s3 0 11 9 2 d s m c c e t s8 0 03 0 2 t r1 0 1 1 9 4 d s 肿c c e t s3 0 08 0 1 e t 53 0 08 0 0 条件访问： e t r2 8 9 ( 通用的加扰算法) e n5 0 2 2 1 ( 通用接口) 图2 一ld v b 的各种标准与规范 有线 e n3 0 04 2 9 卫星站 s m at v e n3 0 04 7 3 微波 1 0 g h z 以上 e n3 0 07 4 8 微波 1 0 g h z 以下 e n3 0 07 4 9 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 叠赢 叫一 一 刚 2 偈儿科箍釜虿 电子科技大学硕士论文 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 一2 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，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 一2 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 一2t 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 2m p e g 一2 与d v b 1 1 6 d v b 标准是基于m p e g 2 数据压缩和复用技术的，下面况明一 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 一2 音频、视频和数据的组合； ( 2 ) 使用通用的m p e g 一2 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。 第二章数字电视传输相关标准 o l 摄录设备口私有数据 l 音频i 视二，r ( 7 ) ：。y 。 m 。、。 m p e g 2 压缩包 illi私有数据 p e s 包 p s i l m p e g ，2 传送流( m u l t ) 广播网络接口 1 、把视、音频数据压缩成m p e g 一2 格式。 2 、把m p e g 一2 文件，p c r n 息，文本格式 的私有数据，以及d s m c c ( 数字存储 媒体命令及控制) 信息打成p e s 包。 3 、将e c m 、e m m 信息打成p s i 包。 4 、p e s 、p s i 包再加私有数据一起打 包成h 佃e g - 2 传送流 图2 2d v b 系统中m p e g 2 传送流的打包流程 d v b 选择使用m p e g 一2 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 ) ，是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 一2 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 o i e c138 18 1 ，复用的输出仍是m p e g - 2t s ； ( 3 ) 与l s o i e c1 1 17 2 1 的兼容性是可选的： ( 4 ) 使用r s 编码( 2 0 4 ，18 8 ) ，可以保护t s 包( 18 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 一2 标准乜3 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 一2 是其最早推出的两 个音频视频压缩标准。m p e g 一2 的比特率比m p e g 一1 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 电子科技大学硕士论文 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 一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 一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 31e s 包打包为p e s 包 m p e g 一2 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 l l l 【2j ，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 。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。在p e s 结构中，最重要的部分是解码时问标记d t s ( d e c o d et i m es t a m p ) 和播出时间标记p t s ( p r es e n t a t i o nt i m e s t a m p ) ，有了d t s 和p t 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p t s 告诉解码 器何时显示帧。 p i c t u r ep i c t u r e a s p e c t b i t p i c t u r e w i d t h h e i g h t r a t i or a t er a t e 、7 h e a d e r 嘲u e n c c5 翟翟；。s e q u e n c e h e a d e r ，一一 一 g o p厅a 1 l ef r a m e h e a d e r h e a d e rf r m i t e l f r a m e n h e a d e r 一一、一一一一 t e m p o r a lf r m ev b v s l i c e r e f e r e n c et y o e出l a y s t a nc o d e h e a d e rm a c r o b l o c k s 1t 0n m a e r o b l o c k s1t on h e a d e r 7、 c o d e db l o c k a d d r e s st y p eb l o c k lb l o c k n p a t t e n 图2 - 3建立原始流e s 的过程 第二章数字电视传输相关标准 图2 4e s 打包为p e s 包的结构 2 3 2m p e g 2 一i s 系统层协议规范 p e s 包按18 8 b 的固定长度加上各种参数组成传送码流t 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。 一x b y t e s + 8 b il1b i t1b i t 1b i t 1 3 b i t 2b i t2b i t4b i t ，1 8 4 一xb y t e s 、二一7 4b y t e s 图2 5m p e g 2 t s 包头的结构 电子科技大学硕士论文 包头由同步字节、1 b 传送数据包差错指示、1 b 净荷单元起始指 示、1 b 传送优先权、l3 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 15 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 l ：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 i t ) 、 业务描述表( s d t ) 、节目段信息表( e i t ) 、与时间和日期 表( t d t ) ，还包括可选的业务组表( b a t ) 、运行：汰态表 ( r s t ) 和时问偏移表( 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 33m p e g 2 一- f s 包头 在这里将对m p e g 2 一t s 包头进行详细说明，以作为后文叙述的 铺垫。其中又将对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。 表2 1m p e g 2 t s 包头参数定义 域长度 说明 ( b i ts ) s y n cb y t e 8 0 x 4 7 ，该字段是m p e g 2 一t s 的传送包同步 主 t r a l l s p or t er r orl 当其值为1 时，表示在相关的传送包中 第二章数字电视传输相关标准 i u d i c a t o r 至少有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0 。 p a y l o a d1 1 1 3 i ts t a r t 1 为1 表示包的第五字节是d 0 in t e rf ie ld i n d i c a t o r 域 t r a n s p or tpr i or i t y l 为1 表示相关的包比其它具有相同p i d 但此字段置0 的包有更高的优先级。 p i d13 表示存储于m p e g 2 t s 包中的有效净荷的 数据类型 t r a n s p o r t2 指示m p e g 2 t s 包有效净荷的加扰方式 s 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 2 表示m p e g 2 一t s 包首部是否跟随有调整字 c o n t r 0 1 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 r4 相同p i d 包的连续计数器 在这4 个字节中l3b i t 的p i 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 、t d t 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 就可阻被还原。表2 2 所示为p i d 分配表。 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 ：霄目关联表( p a t ) 0 x 0 0 0 1 条件访问表( c a t ) o x 0 0 0 2 传送流描述表 0 x 0 0 03 0 x 0 0 0 f 保留 0 x 0 0 lo 0 x l f f e可分配作为ne t w o r k p i d ，p r o g r a m m a p p i d ，e l e me n t a r y p i d ， 或留作它用 0 x lf f f 空包 电子科控大学硕士论文 t r a ns 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 一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 o o 未加扰 o l 用户定义 10 用户定义 1 l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l s o i e c 未来使用保留 0 1 没有调整字段，仅含有18 4 b 长度的有效净荷 l0没有有效净荷，仅含有l83 b 长度的调整字段 1l0 18 2 b 的调整字段后为有效净荷 2 34 节目专用信息p sl 表的说明 在这里要对节目专用信息p s i 表进行说明，咀作为后续章节的参 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 。对于所有节目来讲，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 第二章数字电视传输相关标准 等。以上说明见下图2 6 所示 流l p c r 流2l 视频1 流3l 音频l 流4l 音频2 流kl 数据k p 1 d = 3 1 p l d = 5 4 p l d = 4 8 p i d = 4 9 p 1 d = 6 6 丽 司 壁 节目p r o g2 的p m t 流1 。 流2 _ 流3 _ 流4 视频l p i d = 1 9 音频1p i d = 8 l 音频2p i d = 8 2 流kl 数据kp i d = 8 8 匿 互 圈j 亟巫 虱j 亟巫卫堑玉亟堕_ 、 j c a t c a 分段i ( p r 0 9 1 ) e m m p i d ( 9 9 ) c a 分段2 ( p r o g2 ) e m m p i d ( 1 0 9 ) c a 分段3 ( p r o g3 ) e m m p i d ( 1 1 9 ) - c a 分段k ( p m gk ) e m mp i d ( k ) 多节目的m p e g 一2 t s n j t 私有 段in 1 tl t l f o 私有分段2 n l t l n f o 私有分段3 n i t l n f b 私有分段k n i t l n f o 图2 - 6p s i 各表之间的关系图 2 4d v b 数据广播川7 d v b 数据广播标准是基于m p e g 一2 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。根据i s o i e c138 18 1 协议，所有数据被分割成l8 8 b 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t s 来传送面向多种应用的数据的方法。 电子科技大学硕士论文 m p e g - 2t s 图2 7基于d v b 标准的数据广播( d a t ao v e rd v b ) 第三章数字有线电视机顶盒的原理和结构 第三章数字有线电视机顶盒的原理和结构 3 1 数字有线电视机顶盒的基本原理6 1 9 。 数字有线电视机顶盒的基本原理与数字卫星机顶盒、数字地面机 顶盒相同，只是信号传输介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或 光纤同轴混合网。该类机顶盒可以支持几乎所有的广播和交互式多 媒体应用，如数字电视广播接收、电子节目指南( e p gj 、准视频点 播( n v o d ：n e a rv i d e oo nd e m a n d ) 、按次付费观看( p p v ：p a yp e r v i e w ) 、软件在线升级、数据广播、i n t e r n e t 接入、电子邮件、i p 电 话和视频点播等。 有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目。如图 3 一】所示： 图3 1有线电视数字机顶盒结构简图 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 解凋模块进行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 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，其输出是已经解扰的p e s 。视频p e s 送入视频解码 电子科技大学硕士论文 模块，取出m p e g 视频数据，并对m p e g 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。 对机顶盒的开发可以根据开发商和用户的需求进行功能定制。图 3 2 所描述的有线电视数字机顶盒是一种功能齐全的机顶盒，该机硕 盒由以下几部分组成：数字电视广播接收前端、m p e g 解码、视音频 和图形处理、电缆调制解调器、c p u 、存储器以及各种接口电路。数 字电视广播接收前端包括调谐器和q a m 解调器，该部分可以从射频