（计算机应用技术专业论文）机顶盒的脚本语言应用平台的研究.pdf

哈尔滨丁科火学硕士学位论文 摘要 机顶盒是目前模拟电视机接收数字电视节目和数字信息的主要接入平 台。机顶盒中应用程序的开发速度是影响机顶盒发展的一个主要因素。为了 加快机顶盒软件的开发速度，推进我国数字电视的发展，建立一种尽量缩短 开发时间且应用程序开发与硬件无关的应用平台是目前机顶盒研发领域一个 热点问题。 脚本语言作为一种目前w e b 上比较流行的应用程序的丌发方法被引入 到机顶盒上进行应用平台的开发。 本文在研究了机顶盒工作原理的基础上，深入研究了脚本语言开发机顶 盒应用平台的可行性，主要完成了工作如下。 首先，分析了机顶盒的应用平台目前的研究状况，针对机顶盒的工作原 理得到了对机顶盒的应用平台的要求。 其次，针对机顶盒的应用平台的要求及现有应用平台开发方法存在的不 足，本文提出了一种使用脚本语言开发机顶盒的应用平台的新方法。同时给 出了使用脚本语言开发机顶盒应用平台的具体设计方案。 最后，通过实验，验证了使用脚本语言开发机顶盒的应用平台的有效性 和合理性。 关键词：应用平台：开发方法；机顶盒；脚本语言；嵌入式；l u a 哈尔滨1 ：程人学硕十学缸论文 a b s tr a c t s e tt o pb o xi sw i d e l ya p p l i e dt or e c e i v ed i g i t a lt e l e v i s i o np r o g r a m sa n d d i g i t a li n f o r m a t i o nb a s e do na n a l o gt e l e v i s i o nu s e dp r e s e n t t h es o f t w a r e d e v e l o p m e n ts p e e di so n eo ft h ef a c t o r si n f l u e n c e dt h ep r o g r e s so fs e tt o pb o x i no r d e rt oa c c e l e r a t et h ep g r e s so fs e tt o pb o xa n dp u s ht h ee v o l u t i o no f d i g i t a lt e l e v i s i o ni nc h i n a , d e v e l o pa na p p l i c a t i o np l a t f o r mt h a tc a ns h o r t e n s o f t w a r ed e v e l o p m e n tt i m ea n dm a k et h es o f t w a r ed e v e l o p m e n ti n d e p e n d e n tw i m h a r d w a r eh a sb e c o m et h ef o c u so f s e t t o pb o x s e r i p tl a n g u a g ew a si m p o r t e dt os e tt o pb o xa p p l i c a t i o np l a t f o r ma sa p o p u l a rm e t h o d t oe x p l o i tw e b a p p l i c a t i o n i nt h i sp a p e r , t h ef e a s i b i l i t yo fd e v e l o ps e tt o pb o xa p p l i c a t i o np l a t f o r m w i t hs c r i p tl a n g u a g eb a s e do nt h ew o r kp r i n c i p l eo fs e tt o pb o xw a sr e s e a r c h e d , a n dt h em a i nw o r k sw a sa sf o l l o w s f i r s t l y , t h eb a c k g r o u n do fs e tt o pb o xa p p l i c a t i o np l a t f o r mw a sa n a l y s e d m e a n w h i l e ，t h er e q u i r e m e n to f s e tt o pb o xa p p l i c a t i o np l a t f o r mw a sf o u n d 一 s e c o n d l y , an e wm e t h o dt h a tu s e i n gs c r i p tl a n g u a g et od e v e l o pt h es e tt o p b o xa p p l i c a t i o np l a t f o r mw a sb r o u g h tt ef i l lu pt h es h o r t a g eo ft h ed e v e l o p m e n t m e t h o du s e dp r e s i d e n t m e a n w h i l e ，ac o n c r e t e l yd e s i g np r o p o s a lo fu s e i n gs c r i p t l a n g u a g et od e v e l o pt h es e tt o pb o xw a sp u tf o r w a r d f i n a l l y , t h ev a l i d i t ya n dr e l i a b i l i t yo fu s e i n gs c r i p tl a n g u a g et od e v e l o ps e t t o pb o xa p p l i c a t i o np l a t f o r mw a sp r o v e dt h r o u g ht h ee x p e r i m e n t k e y w o r d s ：a p p l i c a t i o np l a t f o r m ；d e v e l o p m e n tm e t h o d ；s e tt o pb o x ；s c r i p t l a n g u a g e ；e m b e d e ds y s t e m ；l u a 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 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。 作者( 签字) ：笪丞玺 日期：沙矿7 年月，日 哈尔滨_ 程大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 由于数字音视频编码压缩技术的迅速发展与实用化，正引发出一场消费 电子产品从模拟技术转向数字技术的革命。1 9 9 5 年，美国高级电视制式委员 会( a d v a n c c dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ，a t s c ) 以高级数字电视 ( a d v a n c e dd i g i t a lt e l e v i s i o n 。a d t v ) 大联盟开发的制式为基础，向联邦通 信委员会( f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ，f c c ) 提出了美国数字电视 标准的建议。1 9 9 6 年1 2 月，f c c 通过了“a t s c 数字电视标准”，1 9 9 7 年4 月，f c c 为全美1 6 5 0 个电视台指派了用于数字电视广播的频道，并公布了 到2 0 0 6 年所有电视台全部实现数字播出，彻底停止现行模拟广播的f 1 程表。 在美国带动下，欧洲、亚洲、澳洲等也纷纷为其开展数字广播积极地做准备， 形成一股全球化的数字浪潮。而自因特网进入实用以来，作为一种新型数字 信息传输业务，其业务种类和用户数量不断增加，几乎达到“无处不在”的 程度，被誉为蕴涵无限商机的金矿。1 9 9 6 年，因特网传送运动视频成为现实， 使电视机又添新功能，籍由千家万户共有的电视接入因特网的w e b t v 应运 而生，成为生产厂家和网络服务商们竞争的热点m 。 但无论是数字电视还是w e b t v ，由于用户端使用的基本都是模拟彩电， 无法接收数字信号，因此需要一种接收装置来担当二者之间的桥梁，这就是 机顶盒 2 1 。 机顶盒一般置于电视机上早期的机项盒是指观众通过遥控器或按键来 控制某些收费节目的收看。近年来，随着数字广播和因特网的迅速发展，机 顶盒已从单一的解密收费装置发展成为集解压缩、w e b 浏览、解密收费和交 互控制为一体的数字化终端设备 机顶盒用户最直接接触到的就是机顶盒软件。用户通过对机顶盒应用程 序的直接操作实现对机顶盒的控制和操作。由于机顶盒软件是工作在资源有 限的嵌入式平台，而且有较强的专用性，加上不同用户对应用程序的要求不 哈尔滨工程大学硕士学位论文 尽相同，这就要求机顶盒应用程序的开发方法应简单易学并且应尽量缩短开 发周期，因此选用一种好的开发方法是至关重要的。 1 2 机顶盒的相关技术 1 2 1 信源编码标准和信道传输标准 影响机顶盒解码芯片的核心技术最重要的技术标准就是信源编码标准和 信道传输标准。信源编码标准是数字电视系统的关键标准之一今天庞大的 数字音视频产业的产生根源在于2 0 世纪9 0 年代初数字音视频编码技术标准 的突破信源编码技术对数字电视系统的整体效率影响最大标准化的必要性 也最大目前主要有以下几种标准嘲 ； 1 - l p e g 运动图像专家组( m o v i n g p i c t u r ee x p e r t sg r o u p ，m p e g ) 是一个专门订 制活动数字影像编码工业标准的国际专家组，由国际标准化组织 ( i n t e r n a t i o n a l o r g a n i z a t i o n f o r s t a n d a r d i z a t i o n ，i s o ) 与国际电报电话咨询委 员会( c o n s u l t a t i v ec o m m i t t e eo f i n t e r n a t i o n a lt e l e g r a p ha n dt e l e p h o n e ，c c i t t ) 于1 9 8 8 年组建，研究数字存储媒体上的活动图象及其伴音的编码表示f 1 。 m p e g 是l s o 专为数码视频图像的录制和复制而设立的标准。m p e g 能 够以高压缩比例来压缩视频数据，因为它对比连续图像并对静态部分使用相 同的数据。m p e g 分为m p e g 1 ，m p e g 2 和m p e g - 4 ，但没有m p e g - 3 。 m p e g - i 适用于v c d ，m p e g - 2 适用于d v d ，m p e g - 4 主要适用于电信方面， 例如移动电话，互联网，而且能够以高速和小数量数据传送音频图像。 m p e g - 2 和m p e ( “标准的专利权由多家企业共同持有，佳能、法国 f r a n c et e l e o m 、富士通、日立制作所、韩国h y u n d a ic u r i t e l 、k d d i 、松下电 器产业、美国微软、三菱电机、冲电气工业、荷兰飞利浦、韩国三星电子、 三洋电机、夏普、索尼、东芝、j v c 、法国卡纳尔公司、美国飞利浦和亚特 兰大科学公司等公司拥有m p e g 数字视频编解码技术及视频压缩标准的专 利技术。 。 尽管m p e g 标准在上述领域已成为主流并获得推广，但是天下没有免费 的午餐。目前，除了m p e g - 1 不收费外，m p e g - 2 等已由美国m p e g 专利技 2 哈尔滨工程丈学硕士学位论文 术管理公司收费。m p e g 2 的收费标准为；2 0 0 2 年之前，家电设备6 美元 台，解码设备4 美元台；2 0 0 2 年之后，家电设备2 5 美元台，解码设备2 5 美元台。同时，美国m p e g 专利技术管理公司对m p e g - 4 的收费，目前规 定每台解码设备需要交给美国m p e g 专利技术管理公司o 2 5 美元，编码解 码设备还需要按时闻交费( 4 美分天= 1 2 美元月= 1 4 4 美元年) 。按照今后 l o 年国内销售4 亿台( 含数字电视、机顶盒、激光视盘) 设备计算，中国需 向美国m p e g 专利技术管理公司缴纳l o 亿美元专利费。按照同等质量 m p e c 砣比我们的a v s 占用带宽( 或存储量) 多1 4 倍计算，使用m p e g - 2 将浪费5 8 的信道和存储资源 s 1 ， 由于种种原因，我国在制定数字电视标准时，信源编码标准主要考虑使 用m p e g - 2 标准。然而现在这并非是一个最好的选择。因为m p e g - 2 技术标 准是1 9 9 4 年完成的，近l o 年的技术进步使得m p e g - 2 的技术越来越落后， 人们难以接受m p e g - 2 的编码效率。采用新的编码技术组合，在计算复杂性 相当的条件下，研制比m p e g - 2 提高编码效率1 倍以上的编码系统已经不是 一件了不起的事情了 耳前我国使用m p e g - 2 标准的高清解码芯片主要来自于由s t ， b r o a d c o m ，a t i 和t r i d e n t 等几家公司。其中以s t 公司和b r o a d c o m 公司最 为著名，这两个公司分别占据了欧洲和北美的高清晰度电视机顶盒市场。目 前国内使用较多的是s tm i c r o 推出的s t i 7 7 1 0 芯片，b r o a d c o m 公司的 b c m 7 1 1 5 芯片 2 新一代的视频压缩标准j 订 1 9 9 7 年，r r u t ( t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o ro fi n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 提出了一个长期的视频标准化项目h 2 6 l ，并在 1 9 9 9 年8 月推出该标准的第一版测试模型。为响应i s o 匝c ( i n t e r n a t i o n a l e l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) ，m p e g 对先进视频编码技术的需求，从2 0 0 1 年开始，i s o 和i t u ( i n f e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 开始组建联合 视频工作组( j 、，t ，j o i n tv i d e ot e a m ) ，在h 2 6 l 的基础上开发新的视频编 码标准，即t 标准。与现有的视频编码标准不同，t 标准采用了多尺寸 块的帧内和帧间编码、多方向空间预测技术、4 x 4 整数正交变换、去除块效 应的环内滤波器等技术，因此可获得很高的压缩比。与现有压缩标准相比， 3 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 在相同的视觉质量下，码率可减少5 0 。t 标准还可支持多种视频应用， 如低延迟模式的视频会议、高清晰度电视广播、高处理延迟模式的视频存储 等。由于采用了数据划分，j 标准还具有更强的容错能力1 6 1 。 t 标准是一套兼顾广播和电信、覆盖从低码率通信到高清晰电视的广 域标准。在i s o i e c 中，该标准的正式名称为m p e g _ 4a v c ( a d v a n c e dv i d e o c o d i n g ) 标准，作为m p e g - 4 标准的第1 0 部分；在i t u t 中的正式名称为 h 2 6 4 标准们。 在体系结构上，h 2 6 4 将视频数据的编码流和用于传输的流进行了分层， 可将编码好的v c l 封装为n a l 单元进行传输。h 2 6 4 应用范围广，可满足 不同速率、不同画质以及不同传输速率的需求，它支持将视频p e s 打入t s 传输流，在系统部分采用m p e g 2 相应的标准。 由于h 2 6 4 无论编码复杂度还是算法复杂度都比较大，目前大部分宣传 支持h 2 6 4 的终端厂商主要都是支持h 2 6 4 的基本档次。因为h 2 6 4 编解码 复杂度的增加，对终端厂商的视频处理能力提出了挑战。现有的平台，要么 就根本无法做h 2 6 4 的编解码，要么就不能支持高码率下的编解码。目前距 离h 2 6 4 的广泛应用还具有较远的距离。 3 a v $ 标准概况 a v s 标准包括系统、视频、音频3 个主要部分和一致性等支撑部分组成。 a v s 视频编码标准采用与m p e g - 4 a v c 标准类似的技术框架，在性能上要超 过a v c ，在技术实现上更简洁。a v s 音频编码在性能上将达到或超过m p e g - 4 a a c ( a d v a n c e d a u d i oc o d i n g ) 标准。a v s 系统标准采用扩展m p e g - 2s y s t e m 的方案，有利于兼容已有的m p e g 2 传输系统【，1 制定a v s 的基本技术路线是“大胆采用主流技术，小心规避国外专利”， 即在清楚分析国际标准的发展历程、技术框架、关键技术和利益关系的基础 上，采用当前国际主流的技术方案，在认真分析本领域已注册专利的基础上， 大胆采用国际范围内积累的公开编码压缩技术，用自主技术。绕开”正在处 于专利保护期的技术，加入我国自主创新的成果，制定性能上超过国际标准、 技术上具有自主权的国家标准 以a 、，s 视频编码标准为例，整个技术框架包括八大技术模块：变换、量 化、预测、变长编码、环滤波器和帧问预侧、嫡编码器、场编码。在a v s 的 i 哈尔滨1 ：程入学硕十学位论文 自主专利中，一部分是针对国际专利提出了另外一种解决方案( 主要是后3 块) ，另一部分是创新技术，当然，a v s 也用到了很多不受专利保护的公开 技术( 主要是前5 块) 1 7 1 。 a v s 是一套适应面十分广的技术标准。优势表现在这样以下个方面。 ( 1 ) 基于我国自主创新技术和国际公开技术。 ( 2 ) 编码效率比m p e g - 2 高2 到3 倍( 用于高清晰度电视时可达到3 倍 或更多) 。 ( 3 ) 与正在制定的i s o i e c 标准和i t uh 2 6 4 标准编码效率相当，而 技术方案更简洁。 ( 4 ) 可节省一半以上的无线频谱和有线信道资源，降低传输和存储系统 的复杂程度，显著降低传输，存储设备与系统的经济投入婀。 1 2 2 解调及信道解码技术 在机顶盒中高频头是必需的，其调谐范围包含卫星频道、地面电视接收 频道、有线电视增补频道。卫星数字电视广播采用r s 码和卷积码进行信道 编码，同时采用q p s k 方式调制；有线数字电视广播由于信道质量好，只用 r s 编码作为纠错编码，较少采用y c m 卷积码以降低接收端的复杂性，同时 采用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；地面数字电视广播采用c o f d m 或v s b 调制方式，因此对 于接收端的机顶盒来说，针对不同的传输信道需分别采用q p s k 、q a m 、 c o f d m 或v s b 方式解调，在信道解码方面需进行相应的r s 码或卷积码解 码 1 2 3 应用平台的开发方法 机顶盒用户最直接接触到的就是机顶盒软件。用户通过对机顶盒应用程 序的直接操作实现对机顶盒的控制和操作，所以机顶盒应用程序应简单快捷， 易于使用并且非常可靠 从开发者的角度看，由于嵌入式系统硬件本身的特殊性，总体来讲机顶 盒的应用程序应具备以下特点：体积小、运行时耗用系统资源小、上层接口 与硬件无关、高可靠性、在某些应用场合应具备实时性。由于机顶盒软件是 5 哈尔滨l ：程大学硕十学位论文 工作在资源有限的嵌入式平台，而且有较强的专用性，加上不同用户对应用 程序的要求不尽相同，因此机顶盒应用程序的开发方法应简单易学。同时， 嵌入式系统往往是一种定制设备，它们对应用程序的需求必须是可定制的， 并且应尽量缩短开发周期。因此选用一种好的开发方法是至关重要的。机顶 盒软件应用平台的开发方法直接决定了机顶盒应用程序开发的速度与质量。 目前，国内外开发机顶盒的应用平台的方法主要有两种；第一，使用编 译语言，如c 、c + + 、汇编；第二，使用解释语言，如j a v a 。 ， 1 使用编译语言开发软件应用平台 从性能上说，除了汇编语言，c 语言是最接近机器的语言。各种操作系 统的编程接口的默认语言都是c 语言。因此，用c 语言编程，可以最大限度 发挥硬件平台的能力。同时，由于绝大部分的商品软件都是c 实现的，都有 c 编程接口，可以说，没有c 不能实现的功能。c + + 语言基于一种面向对象 的思想，因此用户对其对象的扩展是相当容易的，可给用户提供精美的图形 用户界面所需要的所有元素其它方面与c 语言性能相近。 2 使用解释语言开发软件应用平台 j a v a 是一个由s u n 公司开发而成的新一代编程语言。使用它可在各式各 样不同种机器、不同种操作平台的网络环境中开发软件 相对c ，j a v a 作为现代语言，具有非常丰富的语法特征，如模块和类， 不像c 随操作系统和编译器的不同有极大差异，j a v a 是一个公司的产品，具 有唯一的a p i ，因此，j a v a 程序员没有语言隔阂【9 l 。 相对跨平台的语言来说，j a v a 具有最好的图形界面编程a p i 。j a v a 所有 的a p i 都是类库，相对c 的函数来说，是非常大的进步。j a v a 具有现代语言 几乎所有的特征l i d j j a v a 应用程序必须通过与操作系统密切相关的j a v a 虚拟机，才能实现其 功能。针对实时操作系统开发的嵌入式j a v a 虚拟机可以为j a v a 程序提供支 持环境j 。 6 哈尔滨：r ：程大学硕+ 学位论文 1 3 国内外研究现状 1 3 1 现有机顶盒应用平台开发方法 1 第一代机顶盒应用平台的开发方法 第一代的机顶盒是建立在模拟技术基础上的，弥补电视调谐器能力的不 足。如果调谐器屏蔽不够好，那么无线广播的电视信号就会混入电缆传输的 有线电视信号中，影响电视的图像质量心。 第一代机顶盒使用c 语言开发应用平台。从性能上说，由于c 语言是最 接近机器的语言各种操作系统的编程接口的默认语言都是c 语言。因此， 用c 语言编程，可以最大限度发挥硬件平台的能力。同时，由于绝大部分的 机顶盒的应用平台都是c 实现的，都有c 编程接口，移植也较方便。 2 第二代机顶盒应用平台的开发方法 第二代机项盒增加了可编址的能力，即每台机顶盒对于视频服务器具有 唯一的地址。这样，用户可以从有线电视信号中选择接收与自己地址匹配的 数据。通过这种方法，第二代机顶盒无论在解码能力、显示效果方面，还是 在交互性方面都远远超过了第一代机顶盒。 第二代机顶盒使用c c + + 开发应用平台。c h 语言基于一种面向对象的 思想，因此用户对其对象的扩展是相当容易的，可给用户提供精美的图形用 户界面所需要的所有元素 3 第三代机顶盒应用平台的开发方法 第三代机顶盒将作为家庭信息控制中心的角色出现。第三代的机顶盒针 对电视在音视频方面作了大面积优化，功能更强大，作用更突出而且所采 用的软件专门为电视界面开发的软件，使得操作更简单、更形象化，更适合 家庭使用。老年人、孩子、以及不懂电脑的人都可以很方便地操作和使用 它的主要功能有：互动式电视；d v d 级的v o d 点播；网上冲浪导航；超过 1 0 0 0 种的游戏；互联网广播( 音频和视频) ；语音识别：1 4 视频会议系统； 互联网监视系统等。而且，硬件和软件都采用了计算机标准，可以充分享用 计算机丰富的软件资源。但就目前而言，机项盒还没有达到这样一个要求。 第三代机顶盒主要使用1 a v a 进行机顶盒软件应用平台的开发。j a v a 开发 哈尔滨一r 稃人学硕+ 学位论文 机顶盒的应用平台可以给机顶盒的应用程序的设计和应用带来极大好处，但 高昂的使用费用，对硬件需求的增加以及技术上的不成熟，使其在国内应用 目前还不是很广泛。 1 3 2 现有应用平台开发方法存在的不足 以下介绍使用编译语言及解释语言开发机顶盒应用平台存在的不足。 1 使用编译语言开发软件应用平台的不足 ( 1 ) 因为驱动程序与应用程序编译在一起，编译时间较长，编译产生的 i m a g e 较大，不利于调试。 ( 2 ) 软件升级时，必须重新编译应用程序，并烧入机顶盒，升级比较困 难。 ( 3 ) 使用c c + + 进行机顶盒应用程序的开发，对设计人员的要求比较 高。c c + + 开发的应用程序如果出错，有可能导致操作系统异常严重时可能 导致死机。 2 使用解释语言开发软件应用平台的不足 ( 1 ) j a v a 是对c 的大大的改进。有统一的标准，丰富的库，完全的面 向对象。也继承了c 的一些特点，无所不包的全功能，深入系统底层的编程 的灵活性。但因为j a v a 学习了c 的深入系统底层的特点，它的语言就严格、 呆板、罗嗦。 ( 2 ) j a v a 虚拟机启动的内存开销过大，而对机顶盒这样一个嵌入式系 统而言内存有限。 ( 3 ) 使用j a v a 语言开发机顶盒的应用平台，运行应用程序时就要运行 j a v a 虚拟机，这样一来它的速度就非常令人不满意。 ( 4 ) j a v a 的垃圾收集机制系统开销过大唧。 1 4 目的和意义 中国为了实现全部采用数字电视播出的发展目标，自2 0 0 4 年起明显加快 了数字电视的发展步伐，政府和广电部门都在积极促进数字电视的发展，并 提出了明确的发展要求。根据中国的国情，中国有线电视数字化开始采取模 拟向数字整体平移的方式，将逐步按片区整体转换为数字电视用户。这些政 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 _ - _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ e - _ _ _ _ - _ i - l ii 策和措施，有利地促进了中国有线数字电视的发展。也促进了机顶盒市场的 发展2 0 0 3 年以来，国家广电总局先后在中国4 9 个地区开展有线数字电视 试点工作嗍。 数字电视产业所蕴含的巨大市场，使得作为数字电视的相关产品机顶盒 产业在国内骤然升温。但是，要将机顶盒做得稳定可靠且功能强大，的确是 一件十分复杂繁琐的工作，特别是在软件系统方面，由于s t b 性能的局限住 和使用的实时性，它无法像p c 那样可以支撑庞大的运行环境与程序，也缺 乏完善的开发工具，这对软件开发者而言是一件很具有挑战性的工作 本文提出了种新的方法是用脚本语言进行机顶盒的应用平台的开发， 有助于加快机顶盒应用程序的开发速度，有利于满足用户需求的多样性，有 助于推动我国数字电视的发展。 1 5 本文主要研究内容 本文着重研究机项盒的应用平台的开发方法，提出使用脚本语言来开发 机顶盒应用平台本文对以下内容进行了研究。 首先，研究了机顶盒的相关技术及其应用现状。同时指出了现有机顶盒 应用平台开发方法存在的不足。 其次，研究了机顶盒的工作原理，因此得出了对机顶盒的应用平台的要 求。 再次，针对机顶盒应用平台的要求进行了软件设计并给出了详细的设 计方案及开发步骤。 最后，通过实验，验证了使用脚本语言开发机顶盒的应用平台的有效性 和合理性。 本论文结构安排如下所示。 第1 章绪论部分对机顶盒的起源及其相关技术做了简洁的概括，并介绍 了目前机顶盒相关技术的研究现状。 第2 章将结合宏景高科( 北京) 微电子有限公司的g v 6 1 1 0 高清解码芯 片介绍高清机顶盒的原理。 第3 章将介绍基于脚本语言的机顶盒应用平台的软件设计。 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第4 章将会介绍机顶盒脚本语言应用平台的详细开发过程。 第5 章给出实验数据，总结实验结果 最后总结全文。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章高清机顶盒原理 在本章中，将结合宏景高科北京微电子有限公司的基于g v 6 1 1 0 的高清解 码芯片的机项盒来研究高清机项盒的原理。 2 1 机顶盒的定义 机顶盒( s e tt o pb o x ，s t b ) 是一种将数字电视信号转换成模拟信号的 变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟 的视频和声音信号，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节 目l 啊 机顶盒一般置于电视机上。早期的机顶盒是指观众通过遥控器或按键来 控制某些收费节目的收看。近年来，随着数字广播和因特网的迅速发展，机 顶盒己从单一的解密收费装置发展成为集解压缩、w e b 浏览、解密收费和交 互控制为一体的数字化终端设备。 高清晰度机顶盒用于接收高清晰度数字电视信号，并将高质量的视、音 频信号输出给高清晰度电视机进行显示，能够解码、输出1 9 2 0 1 0 8 0 i 5 0 h z 或更高图像格式的视频信号；其输出的视频信号宽高比可为1 6 ：9 ，水平和 垂直清晰度可达7 2 0 电视线，同时兼容标准清晰度数字电视信号，并能解码， 输出多声道声音信号， 高清机顶盒与标i 鸯机顶盒主要的区别在于解码部分的不同，高清机顶盒 可以完全兼容标清和高清数字电视信号，可做上下变化，输出标清和高清信 号 t t 高清晰度机顶盒目前已初露端倪，世界各大家电厂家和半导体厂家都在 紧锣密鼓地加紧开发产品以抢占庞大的消费电子市场。 2 2 机顶盒的分类 根据传输媒体的不同，机顶盒又分为卫星数字电视机顶盒、地面数字电 哈尔滨工程大学硕士学位论文 视机顶盒和有线数字电视机顶盒3 种。 ( 1 ) 卫星数字电视机顶盒 此类机顶盒用来接收卫星数字电视广播节目。该类机顶盒在几年前就已 商业化现在所看到的许多卫视节目都是有线电视台通过专业的数字卫星接 收机从卫星接收下来，再调制到有线电视频段，通过有线电视送入用户家中 家用的数字卫星接收机由于很多其他的因素在我国并不普及，但在国外具有 较好的市场。该类机顶盒的主要功能是接收卫星数字电视广播，同时也支持 数据广播、图文电视等应用。但由于它的传输介质是卫星信道，支持交互式 应用比较困难数字卫星机顶盒基本采用d v b s ( d i g i t a lv i d e o b r o a d e a s t i n g - s a t c l l i l e ) 标准m l 。 ( 2 ) 地面数字电视机顶盒 地面数字电视机顶盒的功能与卫星数字电视机顶盒类似，所不同的是传 输介质由卫星信道变成了地面广播信道。该类机顶盒所使用的频率与有线电 视频率相同，但由于这种无线信道的情况比有线电视网络复杂得多，它的信 号传输技术与有线数字电视机顶盒有较大差别。地面数字电视机顶盒基本采 用d v b - t ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a ) 标准。 ( 3 ) 有线数字电视机顶盒 有线数字电视机顶盒的基本原理与卫星数字电视机顶盒、地面数字电视 机项盒相同，只是信号传输的介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或光 纤同轴电缆混合同，但由于有线电视网络较好的传输质量以及电缆调制解调 器技术的成熟，使得这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、视频点播、按次付费观看、软件 在线升级、数据广播、因特网接入、电子邮件、口电话等，被业界广泛看好。 有线数字电视机顶盒基本采用d v b - c ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - c a b l e ) 标 准l l i 】 根据我国国传，我国现今大力发展的是有线数字电视机顶盒。本文研究 的也是这种数字电视机顶盒。 哈尔滨r 程大学硕士学位论文 2 3 机顶盒功能 机顶盒的主要功能是：对接收数字的解复用，对压缩数据( 包括音频、 视频) 的解压缩，以及解密收费和信道解码。对于接入c a l 和因特网的机 顶盒而言，其主要功能则是解压缩、解密收费、因特网浏览和交互控制等。 数字电视机顶盒的基本功能包括以下几个方面。 ( 1 ) 电子节目指南 它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式。 用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视 节目。 ( 2 ) 高速数据广播 它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。 ( 3 ) 软件在线升级 它可看成是数据广播的应用之一数据广播服务器按数据广播标准将升 级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件， 并对保存在存储器中的软件进行更新。 ( 4 ) 因特网接入和电子邮件 数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。 用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以 提供各种接口与p c 相连，使用p c 接入因特网。 ( 5 ) 支持交互式应用 例如：视频点播、互动游戏等。 ( 6 ) 有条件接收 ， 有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。 随着数字电视和网络技术的发展，数字电视机顶盒的功能将更加完善， 尤其是单片p c 技术的发展，将促使数字电视机顶盒在物理结构上将各部分 硬件高度集成，形成s t b 核心芯片，从而减小体积，降低成本，提高性能。 外部接口将更加丰富，通过u s b 接口可以和数码相机连接，通过i d e 接口 可以挂接硬盘实现节目存储等。交互式机项盒将成为数字电视机顶盒的主流， 用户在模拟彩色电视机上不仅能收看数字电视，还能实现娱乐、上网和视频 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 _ _ _ i _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ - _ _ - 点播等功能。 + 2 4 机顶盒的硬件组成 从结构上看，机顶盒一般由主芯片、内存、调谐解调器、回传通道、c a ( c o n d i t i o n a la c c e s s ) 接1 ：3 、外部存储控制器以及视音频输出等几大部分构 成，如图2 1 所示 图2 1 机顶盒层次结构 1 调谐解调器 调谐解调器部分的作用是将传输过来的调制数字信号解调还原成传输 流，调谐解调器的不同构成了不同的数字机顶盒，例如用于键控移相调制 ( q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g ，q p s k ) 解调的卫星机顶盒，用于j 下交振幅 调制( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，q a m ) 解调的有线数字机顶盒以及 用于正交频分调制( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 解 调的地面传输数字机顶盒目前市场上比较流行的调谐解调器的生产厂商有 t o m s o n ，s h a r p 等，国内虽然也有一些厂商生产调谐解调器，但市场份额很 小口l l 。 2 主芯片 随着芯片技术的发展，越来越多的厂家将机顶盒的功能更多地集成在一 个主芯片里，例如现在大部分厂商都将c p u 、解码器、解复用器、图形处理 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 器与视音频处理器集成在芯片中，形成一体化的芯片解决方案，有效地降低 了器件成本并提高了可靠性。 在主芯片中，首先根据传输流所传递的标志信息对接收到的传输流进行 解复用，然后根据c a 智能卡所传递的解扰信息对节目流进行解扰，解扰后 的t s 流送到视音频解码器中分别对其进行解码，还原成a v 信号进行输出， 同时，也分离出复用在 i s 流中的各类系统数据表，送给机顶盒处理器分别 输出 另外，由于在主芯片中集成了c p u 和图形管理器，使机顶盒可以完成更 多的功能，它可以运行各种软件完成诸多任务，例如可以通过图形管理器实 现2 d 甚至3 d 的图形处理，为用户提供更美观的界面，实现交互式游戏等各 种高画质应用鲫。 由于c p u 是主芯片的核心，因此通常情况下c p u 的性能就决定了主芯 片的性能。c p u 的性能一般是由主频决定的，主频越高则c p u 的性能也越 高。目前最快的c p u 主频已经超过了4 0 0 m i p s ，即使是目前市场上流行、 最基本的机顶盒中c p u 的主频也超过了5 0 m i p s 。c p u 速度同运行其上的业 务系统有着必然的联系，如果需要运行一个h t m l 浏览器，1 0 0 m i p s 可能就 是对c p u 的最低要求，当然这还需要内存的配合。 本系统主芯片使用宏景高科( 北京) 微电子有限公司研发的g v 6 1 1 0 高 清解码芯片 图2 2g v 6 1 1 0 高清解码芯片结构 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 该芯片主要性能如下 ( 1 ) 传输方面支持a v s l 0 传输流、系统层码流。支持3 2 p i d ( p a c k e t i d e n t i f i e r ) 滤波和3 2 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 ) s i ( s p e c i f i c i n f o r m a t i o n ) 滤波，集成d v b 2 0 加密功能，p w m ( p u l s ew i d mm o d u l a t i o n ) 输出控制。 ( 2 ) 视频解码器支持a v s l 0 视频码流解码，支持高清( 1 0 8 0 i 3 0 卸s 和7 2 0 p 6 0 f p s ) 。内部嵌入处理器，用于视频解码的流水线控制，利用流水线 重置功能来搜索下一个起始码，从而实现解码的错误检测和错误隐藏。 ( 3 ) 显示模块支持四层逻辑图层。背景图层处于最底层，剩下三个图层 的逻辑“z ”次序可以进行调度，支持上三图层的屏幕可编程定位。内部产 生输出的同步时序控制，可编程的输出格式，并且支持外部视频d a c ( d i g i t a l t o a n a l o gc o n v e r t e r ) 。高清和标清以及d v i ( d i g i t a l v i d e oi n t e r a c t i v e ) 输出， 视频帧起始和行起始控制机制。视频输出格式：n s t c ( n a t i o n a lt v s t a n d a r d s c o m m i t t ) ，p a l ( p h a s e a l t e r n a t i n gl i n e ) ，1 0 8 0 i 3 0 f p s7 4 2 5 m h z ，7 2 0 p 6 0 f p s 7 4 2 5 矗饿z ( 4 ) 音频解码器支持多标准音频压缩流，包括a c - 3 ，a a c 和a v s 音 频流；1 2 s 输出 ( 5 ) 总线采用a m b a 内部总线。 ( 6 ) 内部存储器使用6 4 位宽的d d rs d r a m ，频率可达到2 0 0 m h z ( 7 ) 系统时钟高清时为2 0 0 m h z 。 ( 8 ) 生产工艺采用0 。1 8 微米的c m o s 工艺线生产芯片嘲。 3 内存 在某些方面，机顶盒同p c 机有很多相似之处，甚至可以说是一台简化 了的p c 机，两者最相似之处就是内存对机顶盒而言，内存主要分为f l a s h 内存和s d r a m 内存。f l a s h 用来存贮机顶盒的系统软件、驱动软件、应用 程序以及一些用户信息，在系统断电时内容还可保留，同时f l a s h 可以通 过在线的方式对其上所载的软件进行更新，达到机顶盒软件升级的目的。 s d r a m 主要是用来存储应用数据。机顶盒的许多功能都需要内存来实现， 例如图形处理、视音频解码和解复用等，不同的应用需求，内存的大小配置 也各不相同。容量大的f l a s h 和s d r a m 的配置虽然可以为将来的业务系 哈尔滨工程大学硕士学位论文 统预留足够的内存空间，但内存大小是决定软件能否运行的因素，它需要配 合c p u 来工作，不切合实际的高配置只会造成资源浪费。而无助于s t b 性 能的提高。 ，4 外部存储设备 外部存储设备一般指外挂式硬盘，大容量的硬盘可以用于存储节目流以 满足用户的个性化需求。一个s t b 中能否外挂硬盘一般都是由主芯片所决定 的，只有c p u 的处理能力达到一定程度时才有可能支持硬盘的读写，而硬盘 的读写也需要更多的内存空间1 2 4 1 。 5 智能卡接口 通过读卡器读取c a 智能卡中的数据用于数字电视节目的解扰，特别是 在付费电视发展的今天，这是大多数s t b 必不可少的部件。除了标准的读卡