（计算机系统结构专业论文）nvd视盘机及其外置磁盘录像子系统的设计与实现.pdf

华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 i 摘摘 要要 nvd (next-generation disc)是我国具有自主知识产权的红光高清光盘技术。它 具有图像性能好、成本低、更于维护、免受国外专利制约的优点。数字视频录像功 能 (digital video recorder，dvr)是 nvd 视盘机(next generation versatile of disc player for hdtv)的一项重要扩展技术，有较大的实用价值。 外置磁盘录像子系统 dvr 的硬件由 nvd 视盘机和 usb 存储设备组成。 在对软 件模块 dvr 的研究过程中，深入分析了 nvd 视盘机特殊的软硬件平台、文件编码 格式 mpeg2 标准，在节目流进入硬件解码前，分析软件缓冲区内的 pack 包，利用 usb2.0 接口的高速传输率将节目以文件形式写入存储设备中，灵活运用人机交互技 术提示用户录制状态信息，最终设计并实现了 nvd 视盘机外置磁盘录像子系统。 外置磁盘录像子系统dvr的创新性在于实现了目前市场上同类产品不具备的外 置录像功能，且不需要增加整机硬件成本，提升了 nvd 视盘机市场竞争的能力。测 试表明，nvd 视盘机外置磁盘录像子系统简单、易用，具有良好的稳定性，人机交 互界面友好，录像文件可在 nvd 视盘机或 pc 机上流畅播放，实现了预期的设计目 标。 关键字：关键字：新一代红光高清视盘机，数字视频录像，人机交互 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 ii abstract nvd (next generation disc) is the optical disc technology of red laser to play hdtv programs. holding the intellectual property right of nvd, which has many advantages such as perfect image, low cost, easer maintenance, enterprise of china can avoid the constrains of foreign patent. as an important expanded technology, the function of dvr (digital video recorder) on nvd player (next generation versatile of disc player for hdtv) contains huge practical value. the hardware of outside-disk dvr subsystem consisted of usb storage device and nvd player. to design and implement the software module of outside-disk dvr subsystem, i have done a lot of research on the special hardware and software platform of nvd player and study deeply in mpeg2 encoding standards. the working principle of subsystem is of analyzing packs in buffer, recording data to storage device as file through the high-speed usb2.0 interface before the program streams enter into hardware decoder and using human-machine interaction to show the recording status. the innovation of outside-disk dvr subsystem on nvd player is that the subsystem record programs to mobile storage device outside while the market only has inside-disk dvd player which could record programs to hard disk embedded in dvd player. it could not increase the hardware cost of nvd player, but it could enhance the ability of competition in market. testing showed that the outside-disk dvr subsystem of nvd player is simple, user-friendly and has good stability and friendly human-machine interaction. recorded files can play fluently in nvd player and pcs. all in all, the design achieves the desired objectives. key words: next generation disc, digital video recorder, human-machine interaction 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、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。本人授权华中科技大学可以将本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和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 1 绪论绪论 1.1 高清晰度数字电视的进展高清晰度数字电视的进展 随着人民生活水平的不断提高，目前电视和 dvd 的 720576p 的清晰度已不能 满足人们的观赏要求，高清晰度数字电视和高清视盘机正顺应人们的需求进入千家 万户，高清时代即将来临。 高清晰度数字电视(high definition television, hdtv)的图像分辨率最低标准为 1280720，目前最高可以达到 19201080，幅型比为 16：9，适合于大屏幕观看1。 相对现在主流的标清电视画质(dvd)来说， hdtv 的像素增加到原来的 5 倍， 画面更 加细腻。 根据水平扫描方式的不同， hdtv 可分为三种模式， 分别是 720p(1280720， “p”代表逐行扫描)、1080i(19201080，“i”隔行扫描)、1080p(19201080，“p”代表逐 行扫描)。我国采用的是 1080i/50hz。hdtv 采用数字传输技术，信号的传输质量好， 不会产生积累噪声，信号抗干扰能力强，收视质量高；色彩逼真，无串色，不会产 生信号的非线性和相位失真的积累；具有 5.1 声道高保真数字环绕立体声，提高了 电视音响效果；在不增加带宽的情况下，可以增加电视节目的频道，节省传输成本； 另外，还能提供不同形式的信息服务，易于实现加/解密和加/解扰处理，便于开展丰 富多样的条件接收业务2。 hdtv 的研究最早始于 1960 年日本。自 20 世纪 80 年代以来，hdtv 因其高质 量的音画效果而受到日本、美国、西欧的关注。进入新世纪后，伴随数字技术的迅 速发展和应用， hdtv 作为全球广播电视行业的巨大市场正在崛起。 据调查， 到 2005 年底， 西欧、 北美和亚太地区的高清晰度电视家庭共有 3400 万， 占所有电视家庭(7.19 亿户)的 4%。其中西欧为 400 万户。至 2006 年初，开办了高清晰度电视的国家共有 12 个，它们是：美国、加拿大、日本、澳大利亚、韩国、中国、德国、奥地利、瑞 典、芬兰、丹麦和挪威。据预测，到 2010 年，这些地区的高清晰度电视家庭可达到 1.05 亿户，占所有电视家庭的 13%34。 我国从 1999 年国庆 50 周年大庆的高清转播开始，中央电视台正式启动了中国 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 2 的高清晰度数字电视。目前，我国已有三个覆盖全国的高清频道：中央电视台的高 清影视频道，从 2005 年 9 月 1 日开始播出；上海文广集团的新视觉高清频道从 2005 年 10 月开始播出； 深圳广电集团的高清频道。 2006 年 12 月， 国家广电总局发布 “十 一五”时期广播影视科技发展规划 ，对于高清电视明确提出： “推进高清晰度电视 和立体场节目制作播出。2008 年实现北京奥运会的高清晰度电视转播，2010 年全国 达到 10 个以上高清晰度电视频道的节目制作能力。大力提高广播电视的立体声，环 绕声节目的制作播出能力”5。据统计和预测，2005 年我国平板高清电视销售量已 达 500 万台，并以每年超过 30%的速度递增，2009 年年销售量将达到 2000 万台，我 国提前 3 年进入平板高清电视销售高潮6。 1.2 高清视盘机的进展高清视盘机的进展 目前人们欣赏高清电视节目有两个途径：一是通过电视台将信号发射出来，再 由终端设备接收并解码，并传到 hdtv 电视机上，由电视机呈现在我们面前。但是， 目前我国 hdtv 还处于试验阶段，只有极少部分地区可接收到 hdtv 数字信号，所 以即使具备终端设备和 hdtv 电视机，绝大多数人还是不能够直接接收到 hdtv。 加上 2008 年北京奥运会和 2010 年上海世博会为高清数字电视在中国的普及开始了 倒计时， 所以市场迫切需要与高清数字电视配套的新一代高清视盘机。 二是将 hdtv 电视节目制作为文件形式，通过网络下载 hdtv 文件，然后在个人电脑上播放，这 是大多数 hdtv 爱好者们的一个尝鲜方法。但是，hdtv 高清文件尺寸巨大，且对 电脑配置的要求很高，目前还没有一个合理的电脑配置能保障播放流畅。所以说， 高清节目使用专用的高清视盘机播放是最合理的7。 针对巨大的市场需求，新一代高清视盘机及光盘的研制与产品已经成为诸多国 内外大公司的发展目标。 1999 年， sony 公司和 philips 公司采用波长为 405nm 的 gan 蓝紫色二极管激光器可以实现单盘单面 22gb 的存储容量89。2001 年，matsushita 公司完成了基于 405nm 波长的蓝紫激光器和 0.85 数值孔径光学系统的相变高密度光 存储实验研究10。2002 年，nec 公司采用 405nm 波长的激光器和最大似然部分响 应(pmrl)检测技术，对两种新开发的蓝光存储系统进行了实验研究，分别获得了 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 3 20gb和35gb的用户数据容量11。 2006年初， 少数蓝光高清产品正式推出： 以philips、 sony 公司为代表的 blu_ray 推出了 ps3；以 toshiba、nec 公司为代表的 hd_dvd 推出了 hd_dvd 碟机。国外蓝光高清视盘机因其产业化程度复杂，产品价格昂贵， 目前市场销售推进缓慢。 我国国内自主研发的高清视盘机及光盘已经发展了一段时间， 相继出现了 evd、 fvd、 hdv、 hvd 等第一代高清视盘机及光盘。 由国家光电实验室主导研发的 nvd 产品是国内的第二代高清产品。依靠现有技术和产业条件，在红色激光技术的基础 上进行研究，拓展红光 dvd 标准，构建我国新兴高清视盘机产业，开发了新一代红 光高清视盘机 nvd(next-generation versatile disc player for hdtv)。 它具有自主物理 格式，采用了自主通道码、纠错码和音视频编解码，导航系统以及版权保护等技术； 价格低廉，不必向国外交纳昂贵的 dvd 专利费，避免高清产业重蹈 dvd 产业在知 识产权问题上的覆辙；满足高清播放要求，其技术参数及性价比如表 1.1 所示；易于 规模生产，能在现有的 dvd 机生产基础上实现技术提升和产业升级。 表 1.1 新一代红光高清与国内外高清产品技术指标对照表 名称 技术指标 nvd 新一代红光高清 evd、hvd、hdv 国内红光 bd、hd dvd 国外蓝光高清 容量 6gb/单层 12gb/双层 4.7g/单层 8.5g/双层 15gb/单层 30gb/双层 光学头的激光波长 (nm) 635/650 650 405 道间距(m) 0.62 0.74 0.32/0.37 数值孔径(na) 0.65 0.6 0.65/0.85 位长度(m) 0.12 0.133 0.06/0.08 高清节目播放时间 135 分钟 31 分钟 135 分钟 分辨率 19201080i 19201080i 19201080i 码流(mbps) 12 4 22 音视频编码格式 avs 技术二次开发 沿用国外格式 mpeg4、h.264 错误纠正(ecc) 自主开发 国外 rspc rspc 或 ldc+bis 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 4 1.3 研究的目标与意义研究的目标与意义 本课题来源于新一代红光高清视盘机产业化项目 。nvd 视盘机支持数字高 清 nvd 播放机、家庭网络多媒体共享、网络下载播放等功能，其清晰度和播放时间 与国际上出现的新一代蓝光高清视盘机相同，但价格除降低约一个数量级。 本课题的目标为： 研究并实现红光高清 nvd 视盘机上的扩展功能外置磁盘录像子系统。 外置 磁盘录像子系统是指在没有内置硬盘的情况下，利用 nvd 机上 usb2.0 接口的高速 传输率，用户将 usb 存储设备接入 nvd 高清视盘机，在观赏节目的同时将正在播 放的节目片段录制到外置的 usb 存储设备上，以实现嵌入式系统的外置磁盘节目录 像功能，系统物理结构如图 1.1 所示；搭建 nvd 视盘机调试系统的软硬件环境，针 对 nvd 视盘机特殊的功能要求对 uclinux2.4.x 内核进行裁剪和配置； 完成录像子系 统的测试。 图 1.1 外置磁盘录像子系统物理结构图 本课题的研究意义在于目前市场上已有的视盘机都只能将节目存储到视盘机内 嵌的硬盘中，不支持外置磁盘录像，本课题的研究及实现填补了此项空白。nvd 视 盘机外置磁盘录像子系统与传统 dvd 播放机内置硬盘录像系统相比，有如下优点： (1) 成本低：既增加了 nvd 高清视盘机的录像功能，又不增加成本价格； (2) 可更换：存储设备可任意更换，存储设备可以是移动硬盘也可以是闪存等， 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 5 不局限设备的使用范围，存储容量的扩充不受到整机的限制，不需要拆开整机更换， 携带方便； (3) 可交换：录制的节目可以拿到其它设备(如电脑)上播放或拷贝，以满足用户 diy 的一些简单需求， 同时用户也可从其它设备获取音视频文件到 nvd 视盘机上播 放； (4) 可移植：该系统可移植到数字电视机顶盒、iptv 机顶盒中去。 除以上四点外，外置磁盘录像功能的增加不会增加整机的重量，也不会限制整 机朝着轻、小、短薄的小型化方向发展，更具市场竞争力。 1.4 主要研究内容主要研究内容 课题围绕“nvd 视盘机及其外置磁盘录像子系统的设计与实现”这一主题，研 究内容为： 第 1 章介绍了高清晰度数字电视以及高清视盘机的要求、现状和发展趋势，介 绍了课题的研究背景、课题目标及研究意义； 第 2 章深入研究了 nvd 视盘机的硬件架构和系统软件的特点， 分析了应用程序 的工作原理，说明了 nvd 视盘机上扩展应用的共性、工作原理及需要添加的模块； 第 3 章介绍了 nvd 视盘机的核心处理芯片 em8620l 的主要特性， 对 em8620l 中处理音视频的主要模块的工作原理进行了研究和分析； 第 4 章介绍了 nvd 视盘机硬件环境和调试平台的搭建过程， 为录像子系统的设 计、调试及测试等创造了一个良好的实验环境； 第 5 章是本文的核心部分。 鉴于传统数字视频录像 dvr 产品仅为内嵌式硬盘录 像方式，在 nvd 视盘机平台上提出了录像新思路外置磁盘录像子系统的方案。 本章通过深入研究 mpeg-2 音视频编解码技术和 usb2.0 主控芯片，灵活运用 xml 人机交互技术，最终完成了录像子系统的设计； 第 6 章对系统进行了功能测试与性能分析； 第 7 章对全文进行总结，对创新点和不足之处进行了分析。 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 6 2 nvd 视盘机整机及其扩展应用视盘机整机及其扩展应用 如图 2.1 所示，nvd 视盘机整机设计框架为层次型结构，分成四层，由系统硬 件、系统软件以及应用软件组成。其优点在于使底层的硬件对上层应用软件透明， 增加和替换硬件不用修改高层的应用软件，上层应用软件修改时不必了解硬件的结 构。这样升级和扩展起来十分方便。 应用软件： 系统软件： 系统硬件：硬件平台 mrua驱动程序 嵌入式linux操作系统 应用服务程序 图 2.1 系统框图 nvd 视盘机系统采用 uclinux 2.4.22 内核作为嵌入式操作系统，sigma design 公司生产的多媒体处理芯片 em8620l 作为整个硬件系统的核心。 该芯片的硬件驱动 由 sigma design 提供的 mrua 驱动程序完成。 2.1 系统硬件系统硬件 nvd 视盘机的硬件平台采用了 sigma design 公司开发的 em8620l 解码板。 em8620l 芯片是针对 mpeg-4 以及 wmv9 设计的一种专用高清音视频解码器，能 够用来实现各种高清产品，如媒体网关、数字电视机顶盒、iptv 机顶盒、dvd 播 放机等，并允许增添附加功能 a/v、dvd 回放、视频点播 vod (video-on-demand)、 视频录像 dvr (digital video recording)、画中画 pip (picture-in-picture)等。 nvd 视盘机系统硬件结构图如图 2.2 所示12131415： 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 7 ddr dram and flash em8620l ide front panel controller ir reciever ir hdmi transmitter to digital input of hdtv /dtv monitor analog rgb or ypbpr ntsc/pal composite and s -video spdif digital audio output audio dacs 5.1-channel analogaudio output cd/dvd driver ethernet 10/100t usb 2.0 host controller pci bus 图 2.2 nvd 视盘机系统硬件结构图 外置硬件配置如下： (1) 光驱采用自主研发的红光光驱，与标准 ide 接口连接； (2) rtl8100c 10/100m 以太网卡和 vt6212 usb2.0 控制器接本地总线接口； (3) 前面板控制器采用的是 nec 公司生产的 upd16311 芯片，该芯片是一块支 持 fip 或者 vfd 显示的芯片。 该芯片支持两种显示模式： 12 段 16 位或者 20 段 8 位。 与 em8620l 的连接非常简单，为串行方式(clk，stb，din，dout)； (4) 红外线输入部分采用的是 nec 公司的 rc5 协议格式的接收芯片 irdc367， 采用异步串行方式工作。该芯片采用低消耗功率高效率 coms 技术的微处理器开发 的红外线译码 ic，它可以接收 nec6212/2 格式的红外线编码 ic。 nvd 视盘机按照 iso9001:2000 质量体系的要求生产， 通过了国家信息产业部第 三研究所(国家法定检测机构)检测和国家 3c 认证，主要技术规格如表 2.1 所示。 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 8 表 2.1 nvd 高清数字视盘机主要技术规格 在研制开发 nvd 视盘机的同时，研发了第一代红光高清盘片，它以改变物理格 式方式，将盘片容量提高到 12gb，是普通 dvd 盘片容量的 3 倍，清晰度是 dvd 的 4 倍，实现 19201080i 高清播放，仅用一张 nvd 盘片即可存储 135 分钟高清晰 影片。由于采用自主知识产权的通道编码技术，利用我国自己的 avs 音视频编码系 统以及自主文件导航技术、自主版权编码技术，从根本上避免了向国外交纳昂贵的 nvd 整机 描 述 机 芯 065na 光学头、激光波长 650nm 盘 片 容量不低于 12gb；道间距小于 0.62m 解码芯片 avs、高清 dvd 芯片 程序存储器 64mb flash 动态存储器 64mb ddr sdram dvi(可选 hdmi)、scart(可选)、d-connector(可选) ntsc/pal 制式、复合视频输出、s 端子输出 视频输出 模拟 ypbp 视频(逐行或隔行)最高至 19201080i 或 1280720p 分辨率 dvi、vga、rgb 输出 音频输出 模拟 5.1 声道、 数字 spdif 输出(光纤，同轴) 网络接口 10/100m 以太网接口网卡、mini-pci 接口(可选装无线网卡) 视频解码格式 avs、h.264、vc-1、mpeg2、mpeg4 mpeg audiolayer 1 pthread_create()创建的线程并不具备与主线程(即调用 pthread_create()的线程)同 样的执行序列，而是使其运行 start_routine(arg)函数。一般情况下，线程在其主体函 数退出的时候会自动终止，但同时也可以因为接收到另一个线程发来的终止(取消) 请求而强制终止。 (2) 存储函数 存储函数 saveav 在 5.4.1 节中已详细描述，工作流程如图 5.11 所示。 开始 读buffer数据 找到第一个以0x000001ba开始的包 y n 写入usb存储设备 存储空间是否足够 y switchdvr = 1 y 读buffer数据 n n 提示信息 结束 图 5.11 存储函数流程图 (3) 绘图函数 rmcuracaoguinavigation 类用于提供多种 osd 层显示接口，对于事件图片使用 事件绘图函数 displayevent，定义为： 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 47 rmstatus rmcuracaoguinavigation:displayevent( rmascii *eventname, / guicommands.h 中定义的事件名 rmbool show, /图片是否显示 rmguitimertype timer, rmbool usetext, /是否使用文本方式 rmascii *str, /文本内容 rmuint16 x, /显示位置 rmuint16 y, rmuint16 width, rmuint16 height, rmbool largefont/*=true*/, rmint8 timeout_1tenth_sec /* = event_timeout */) rmguitimertype 为枚举类型，录像要用到的 timer 有 timer_none 和 timer_event 。 timer_none 表 示 一 直 显 示 ， 直 到 使 用 图 片 清 除 函 数 removeeventbitmap，图片消失。timer_event 表示图片显示数秒后自动消失。 (4) usb 设备检测函数 usb 设备检测函数 detectdisk 使用 linux 系统下提供的 statfs 结构及函数检测设 备是否存在、可用空间是否足够。statfs 结构如下： struct statfs long f_type; /* 文件系统类型 */ long f_bsize; /* 块大小*/ long f_blocks; long f_bfree; long f_bavail; /*非超级用户可用的数据块*/ long f_files; long f_ffree; fsid_t f_fsid; 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 48 long f_namelen; ; statfs 函数原型为： int statfs(const char *path, struct statfs *buf); 返回值为-1，则表明无设备接入；否则返回 0。path 指定设备路径，buf 获取设 备的 statfs。buf.f_bsize 乘以 buf.f_bavai 得到可用空间大小。usb 设备检测函数 detectdisk 返回 1 表明有设备接入，有足够可用空间；否则返回 0。detectdisk 流程图 如 5.12 所示。 err=statfs(dname, err = 0提示没有连接存储设备 (buf.f_bsizebuf.f_bavail) 10m dname = “/mnt/usb” 开始 提示存储设备空间不足 return 1 return 0 结束 y n n y 图 5.12 usb 设备检测函数流程图 (5) 录像文件创建函数 录像文件创建函数 getname 根据 5.4.1 节智能命名规则的描述，针对不同来源的 音视频文件创建录像文件名。getname 函数定义为： rmnonascii * getname(char *oname) 返回值为 usb 设备路径及录像文件名。此函数利用 stat 结构及函数的检测，避免覆 盖已有文件。 stat 函数原型为： int stat(const char *path, struct stat *buf); 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 49 path 指定文件路径及文件名，返回值为 0 说明有同名文件。 录像文件创建函数 getname 流程图如图 5.13 所示。 spituner = 1 name += filename stat(name,statbuf) = 0 开始 结束 n+ name=“/mnt/usb” name += “n.ts” return name stat(name,statbuf) = 0 n+ n y n y y name += filename_n n 图 5.13 录像文件创建函数流程图 5.5 本章小结本章小结 本章介绍了 dvr 的概念及发展现状， 介绍了录像子系统相关技术 megp-2 音视 频编解码技术、usb 接口技术，着重介绍了 dvr 的硬件设计和软件设计，详细阐述 了 dvr 录像子系统的研究，灵活运用 xml 人机交互技术，达到了良好的效果。 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 50 6 测试与评价测试与评价 6.1 主要功能测试主要功能测试 软件测试的主要方法分成白盒测试和黑盒测试。白盒测试则是考虑系统的内部 结构，重点测试系统的每一个动作是否符合定义，所以又称为基于结构的测试。黑 盒测试是指不考虑系统的内部结构，只按照规格说明测试系统已定义的功能，所以 又称为基于功能的测试41。本系统采用黑盒测试，针对录像子系统工作过程中的各 种问题进行功能测试。 (1) 正常录像 nvd 视盘机和电视机连接并开机后， 将 usb 存储设备与 nvd 视盘机连接起来， 选择音视频文件播放，在播放过程中按下录像键，在屏幕右上角显示 dvrstart.png， 如图 6.1 所示。 图 6.1 提示正在录制 录像过程中， dvrstart.png 图片一直显示， 以提示用户再次按下录像键以结束录 像模式。当录像文件大小不超过 usb 存储设备的容量，且用户再次按下“录像”键 结束录像模式时，提示用户录制成功，显示 dvrsuccess.png，如图 6.2 所示。 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 51 图 6.2 提示录制成功 退出录像模式后，不影响节目继续播放。回放需要进入 usb 设备，选择播放录 像文件，可正常播放；将 usb 设备与 pc 机连接，在 pc 机上也可正常播放录像文 件。 (2) 非正常录像 非正常录像，即指不能成功录像，分为两种情况：第一种是 usb 设备没有与 nvd 视盘机相连，无法存储录像文件；第二种是在录制的过程中，usb 设备容量不 足，存储不了录像文件。 第一种情况的测试 开机后，usb 存储设备与 nvd 视盘机处于断开状态，选择音视频文件播放，按 下录像键，检测到 usb 设备没有挂载，在屏幕右上角显示 dvrnodevice.png，如图 6.3 所示。提示图片显示大约 3 秒钟后消失。退出录像模式。 图 6.3 提示 usb 无设备 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 52 第二种情况的测试 usb 存储设备与 nvd 视盘机相连， 选择播放节目， 按下录像键， 提示正在录像。 录像过程中，检测 usb 设备可用空间是否足够：默认磁盘可用空间小于 10mb。当 空间不足时，显示 dvrnospace.png，如图 6.4 所示。退出录像模式。 图 6.4 提示空间不足 6.2 结果分析与结论结果分析与结论 虽然可以选择从 usb 设备播放节目并录制节目， 但这样会造成传输带宽的减小， 影响播放的连续性，故在选择录像的源文件时，最好从光盘或网络上选择。测试结 果与分析如下： (1) 录像子系统支持 mpeg1/mpeg2 编码的 ts、tp、mpg、vob、dat 视频文件以 及 mp3、wav、aac、ac3 音频文件。这些文件有一个共性：录制时只需要找到原始文 件的包起始码即可开始存储数据，对 cpu 性能的要求不高； (2) 录像文件在 nvd 视盘机和 pc 机上均可正常播放， 播放画质与源文件相同。 由于录像子系统是基于数字文件的，故反复录制也不会影响播放画质，录像文件在 播放机上可还原原有画质等属性； (3) 同一文件可分成多个录像文件。针对目前流行的用户 diy 需求，只要存储 容量足够，不限制录像文件个数，用户可利用需要的节目片段制作自己的节目； (4) 反复录像不会造成死机等不良反应。对录像子系统 dvr 以及 curacao 播放 应用程序的深入研究，以多线程方式避免进程阻塞，dvr 与 curacao 并行执行。 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 53 7 全文总结全文总结 7.1 总结总结 本论文在新一代红光高清 nvd 视盘机的基础上， 提出并研究实现了新的扩展功 能nvd 视盘机外置磁盘录像子系统。这一系统顺应了当前信息家电产品的发展 趋势，同时也切入了市场需求的一个热点。该系统在不增加产品成本的前提下，利 用现有 usb 存储设备资源存储录像文件，通过分析 mpeg2 编解码技术、nvd 视盘 机的工作方式以及 usb 相关标准，实现了有录制功能的外置磁盘录像子系统。经过 测试，整个系统能按照预先的设计正常运行，研究目标基本实现。现将本课题的主 要研究工作总结如下： (1) 深入研究了新一代红光高清 nvd 视盘机的软硬件架构以及应用软件的工作 原理，分析了 nvd 视盘机其他扩展功能的可行性及软硬件结构，使录像子系统在设 计时考虑到通用性，对系统的设计与实现奠定了一定的理论和技术基础； (2) 研究并搭建了 nvd 视盘机调试系统的软硬件环境，针对 nvd 视盘机特殊 的功能要求对 uclinux2.4.x 内核进行了裁减和配置，并打包成可以烧录到目标板上 的镜像文件，为课题的实现、调试及测试构建了一个良好的环境； (3) 为实现录像子系统，深入研究了 mpeg-2 音视频编解码技术、usb 接口和 人机交互技术；结合当前数字视频录像 dvr 产品的现状以及 nvd 视盘机平台的可 扩展性，提出并研究实现了外置磁盘 dvr 录像子系统； (4) 对实现的录像子系统做了功能性测试。 7.2 有待改进的工作有待改进的工作 该系统虽然已经基本完成，但是还有需要继续研究和改进的方面： (1) 扩展功能的具体调试。 在 nvd 高清视盘机增添扩展功能(如数字电视机顶盒 和 iptv 机顶盒功能)后，需调试具体代码以完成录像功能； (2) usb 速度提高的改进。由于 em8620l 的主频为 166mhz，限制了 usb2.0 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 54 的高速传输速率。经测试 nvd 高清视盘机读 usb 设备的平均速度为 14mbps，如图 7.1 所示，只满足标清节目的流畅播放，达不到流畅播放高清的标准； 图 7.1 读 usb 设备速度 (3) 对有文件头或文件索引格式的文件不支持录像功能。理论上，分析文件格式 后可以按其规则重新编码得到新的录像文件。 但是， 考虑到现有主 cpu 的处理速度、 各种文件格式的复杂性以及实时性要求，目前录像子系统不支持此类文件。 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 55 致致 谢谢 在本论文完成之际，我衷心感谢我的导师林安副教授，感谢他两年来对我学术 方面无私的指导和帮助，本论文才得以顺利完成。当我遇到困难时，不管是工作还 是学习上，林老师都给予我很大的帮助。林老师渊博的学术知识，严谨的治学态度， 因人而异的教育方式，谦虚正直的人格魅力，都给我留下了深刻的印象，激励我不 断求实、创新、锐意进取，让我终身受益。在此，我向林老师致以最衷心的感谢！ 回首在华科大的二年研究生学习生活中，谢长生教授、黄浩副教授以及计算机 学院里每一位老师都曾给予我无私的帮助和指导。 感谢我同实验室的同学王智杰、刘军、姚杰、徐菲、韩林、张寰、向妮、辛宇， 及所有师兄妹们，和大家一起工作的日子总是充满欢乐。 感谢我的好友胡青、胡雪芬、冯帆、张静等，正是你们给予了我学习、生活上 的关心和帮助，才能完成研究生时期的学习。 感谢所有帮助、关心和支持我的人。 最后，谨以此文献给我深爱的和深爱我的父母，由衷感谢他们给了我无微不至 的关怀，才有了今天的我。在此，我向他们致以最崇高的敬意！ 华 华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 56 参考文献参考文献 1 于 少 军 , 聂 开 军 , 宋 培 珞 . 下 一 代 电 视 _hdtv. 中 国 有 线 电 视 , 2006(03/04):354356 2 王明臣, 姜秀华, 张永辉. 数字电视与高清晰度电视. 北京:中国广播电视出版 社, 2002. 124127 3 温飚. 外国高清晰度电视近期发展态势. 中国电视, 2006(8):7375 4 vincent letang, ben keen. high definition television: global uptake and assessment to 2010. screen digest, uk. march 2006. 2527 5 何宗就. 中国高清电视的现状分析和发展思考在中国数字高清电视发展规 划论坛上的报告. 现代电视技术, 2007(3):1416 6 李影. 2006 年中国高清电视市场调研报告. url: 7 朱大永, 冯静伟. hdtv 入门. 中国有线电视. 2005(22):22342235 8 沈全洪, 徐端颐, 齐国生等. 高密度蓝光存储及其扩展技术. 2005,31(6):921 927 9 narahara t, kobayashi s, hattorim. optical disc system for digital video recordingj. jpn j appl phy, 2000, 39:912919 10 shoji m, nakam ura a, miyashita h. high_density recording on a phase change rewritable disk using a 405nm blue laser diode. jpn j appl phys, 2002, 41:1687 1688 11 iw anaga t, ohkubo s, nakano m. high_density recording system using partial response maximum like 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