（计算机应用技术专业论文）基于dmbth的移动数字电视接收机的设计与实现.pdf

摘要 数字电视是目前最具发展前景的产业之一，我国也推出自己了的 地面数字电视广播标准- - d m b - t h 。在这种形势下，各种针对d m b - t h 的数字电视产品都被开发出来，便携式移动电视接收机也是其中之 o 本文依据作者参加的移动数字电视接收机项目写成，项目开发了 一款可以实现随时、随地的接收播放电视节目的便携式电视接收机设 备。本课题的主要就是研究移动电视接收机的设计与实现。接收机系 统主要由信道接收、解调系统，t s 流解复用系统，m p e g 信源解码系 统三大部分组成。本文根据数字电视接收机的组成，首先对本课题研 究的接收机系统的软硬件总体方案做了讨论，分析了硬件平台、操作 系统的选择及应用程序的关键设计；接着，对基于d m b - t h 标准的调 谐解调器的设计做了分析并完成相关驱动；接下来，讨论了用f p g a 实现的p i d 硬过滤和由软件实现的s e c t i o n 软过滤的分层结构的t s 流解复用模块的设计，使用这种分层结构的t s 流解复用方案既经济 又有很大的灵活性，便于修改；与用户良好的交互是产品好坏的关键 之一，用户接口模块就是实现与用户的交互功能，本系统依据硬件方 案的o s d 单元、触摸屏驱动芯片特点完成用户接口模块的实现，它分 为输入模块、用户管理模块和输出模块，这样的分模块方式结构清晰， 也具备一定的移植能力；最后，对系统运行的问题做了优化，优化的 结果使系统性能得到了很大的提高。 最后，在本项目结束后，移动接收机的样机已经制作出来，并进 行了小批量的生产。样机可以方便的接收d m b - t h 信号，并取得高质 量的收看效果，达到预期目标。 关键词电视接收机，d m b - t h ，调谐解调器，解复用，用户接口 a bs t r a c t d i g i t a lt v i so n eo ft h em o s tp r o m i s i n gi n d u s t r i e s ，a n dc h i n ah a s a l s ol a u n c h e di t so w nd i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n g ( d t t b ) s t a n d a r d u n d e rt h i ss i t u a t i o n 。v a r i o u sd i g i t a lt vp r o d u c t sb a s e do n d m b t hh a v eb e e nd e v e l o p e d p r o t a b l em o b i l et vr e c e i v e ri so n eo f t h e m t h i st h e s i si sb a s e du p o nap r o je c tt h ea u t h o rp a r t i c i p a t e di n ，t h e p r o je c ti sd e s i g n e dt od e v e l o pap r o t a b l em o b i l em u l t i m e d i ae q u i p m e n t w h i c hc a np l a y d i g i t a lt va ta n yt i m e ，a n yp l a c e t h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n so fam o b i l et vr e c e i v e ra r em a i n l yr e s e a r c h e di nt h i s t h e s i s t h et vr e c e i v e rs y s t e mc o n s i s t so ft h r e ep a r t s ：c h a n n e lr e c e i v i n g a n dd e m o d u l a t i n gm o d u l e ，t sd e m u l t i p l e x e ra n dm p e gd e c o d e r a c c o r d i n gt ot h ec o n s t i t u a t i o no ft h er e c e i v e r , t h ef o l l o wc o n t e n t sa r e d i s c u s s e di nt h i st h e s i s ：f i r s t l y , t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r es y s t e mo ft h e t vr e c e i v e ri ss t u d i e d ，s u c ha sh a r e w a r ep l a t f o r m ，o sa n dt h ek e yd e s i g n o ft h ea p p l i c a t i o n ；s e c o n d l y , at u n e rd r i v e ri sd e s i g n e d ，t h et u n e ra d o p t s d m b t hs t a n d a r d ；t h i r d l y , am e t h o du s i n gf p g at or e a l i z ep i df i l t e r a n ds o f t w a r et or e a l i z es e c t i o nf i l t e ri sg i v e n ，w h i c hi s e c o n o m i c a l ， f l e x i b l ea n de a s i l yu p g r a d e ；ai n t u i t i v ea n da t t r a c t i v eh u m a nm a c h i n e i n t e r a c t i o ni sc r u c i a lt om o b i l ep r o d u c t s t h eu s e ri n t e r f a c em o d u l ei s m a d ef o ru s ed i g i t a lt vr e c e v i c e re a s i l y , s of o u r t h l y , au s e ri n t e r f a c e m o d u l ei sr e a l i z e d i t sh a r d w a r el a y e rb a s e do no s du n i ta n dt o u c h s c r e e nc o n t r o l l e r , i td i v i d e si n t ot h r e em o d u l e ：i n p u tm o d u l e u s e rm a n a g e m o d u l ea n do u p u tm o d u l e ，i th a sac l e a rf r a m e w o r ka n dh a st r a n s p l a n t a t e p o s s i b l i t y ；a tl a s t ，s o m ep r o b l e m so ft h es y s t e mi so p t i m i z e da tt h ee n do f t h et h e s i s a f t e rt h ep r o j e c ti sd o n e t h es a m p l em a c h i n eo ft h em o b i l et v r e c e i v e rh a sb e e nm a d e t h es a m p l er e c e i v e rc a nr e c e i v ed m b t hs i g n a l e x p e d i e n t l ya n dp l a yt vf l u e n t l y , w h i c hr e a c ht h ee x p e c t a n tg o a l k e yw o r d st v r e c e i v e r , d m b - t h ，t u n e r , d e m u l t i p l e x e r ，u s e ri n t e r f a c e i i 硕l 兰垡垒苎 一旦 a f c a g c a s i c a t s c b c h b p f c l u t c o f d m d m b t h d t s d m a d v b t e p g e s f e c f f t f p g a g c c g p i o g u i 1 2 c 1 2 s i f i r i s d b t j p e g l c d l f p c l n a l o m m u 文中主要英文名词缩写 a u t o m a t i cf r e q u e n c yc o n t r o l a u t o m a t i cg a i nc o n t r o l a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e b o s e c h a u d h u r i - h o c q u e n g h e mc o d e b a n dp a s sf i l t e r c o l o rl o o k i n gu pt a b l e c o d e do 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 t e r r e s t r i a l d i g i t a l m u l t i m e d i a t v b r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l h a n d l e 7 d e c o d i n gt i m es t a m p d i r e c tm e m o r ya c c e s s 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 l e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e e l e m e n ts t r e a m f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y g n u c o m p i l e rc o l l e c t i o n g e n e r a lp u r p o s ei n p u t o u t p u t g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e i n t e r - i n t e g r a t e dc i r c u i t i n t e r - i cs o u n d b u s i n t e r m e d i a t ef r e q u e n c y i m a g er e j e c t i o n i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n 唧e r r e s t r i a i j o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e l sg r o u p l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y l o wd e n s i t yp a r i t yc h e c k l o wn o i s ea m p l i f i e r l o c a lo s c i l l a t o r m e m o r ym a n a g e ru n i t 颁i ：学位论文附录 m p e g n i t n t s c o f d m o s d p a l p a t p c r p e s p i d p l l p m p p m t p n p s l p t s q p s k q a m r a m l 心 i u s c r o m s e c a m s i p s o c s t c t d s o f d m t f t t s u s b v c o m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p n e t w o r ki n f o r m a t i o nt i a b l e n a t i o n a lt e l e v i s i o ns y s t e m 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 o ns c r e e nd i s p l a y p h a s ea l t e m a t i v el i n e p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e p a c k e te l e m e n ts t r e a m p a c k e ti d e n t i f i c a t i o n p h a s e l o c k e dl o o p p o r t a b l em o v i ep l a y e r p r o g r a mm a p p i n gt a b l e p s e u d o r a n d o mn o i s e p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n p r e s e n t a t i o nt i m es t a m p q u a t e r n a r yp h a s es h i f tk e y i n g 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 r a n d o ma c c e s sm e m o r y r a d i of r e q u e n c y r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r r e a do n l ym e m o r y s e q u e n t i a lc o l e u ra v e cm e m o i r e s y s t e mi nap a c k a g e s y s t e mo nc h i p s y s t e mt i m ec l o c k t i m ed o m a i ns y n c h r o n o u so r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x t h i nf i l mt r a n s i s t o r 砌n s p o r ts t r e a m u n i v e r s a ls e r i a lb u s v o l t a g e c o n t r o l l e do s c i l l a t o r 7 4 原创性声明 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。尽我所知，除了论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：盐焦 日期： 堡3 年月上日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 盐筮导师签名盔巡日期：堕年! 月旦日 硕1 ：学位论文第一章绪论 第一章绪论 数字电视已经进入了人们的生活，感觉到数字技术的冲击只是一个时间问 题。尽管我们在家里仍然收看的还是模拟电视节目，但是节目制作棚里的设备已 经是数字化了，从节目制作棚到发射塔的信号传输也已是数字化了，没有这些节 目制作与传输的数字技术，我们的节目质量是无法满足的。世界通信与信息技术 的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变革中的关键环 节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信 息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。 电视数字化的时代已经到来1 1 1 研究背景与意义 1 1 1 数字电视系统概述 数字电视【l 】就是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电 视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0 、1 数字串所构成的数字流来传 播的新一代电视，它具有许多优点，如可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频 率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务( 如交互电视、 远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等) 。可以划分为3 大部分：信源部 分( 发送端) 、信道部分( 传输、存储过程) 和信宿部分( 接收端) 。这是一个复杂、庞 大的系统，必须有许多的生产商一起合作实现，因而需要有统一的标准才能保证 各个生产商生产的设备能够相互连接。 按信号传输方式分类，数字电视可以分为地面无线传输( 地面数字电视) 、卫 星传输( 卫星数字电视) 、有线传输( 有线数字电视) - - 类。与有线和卫星传输方式 相比，在信道状况和应用需求等方面，地面传输方式更为复杂。地面传输系统与 卫星传输系统相比较，地面传输实现更容易，价格低廉；与有线传输系统相比较， 地面传输不易受自然灾害、战争、施工建设等因素影响，比较而言，它是具有快 速恢复广播电视覆盖能力的传输系统。地面传输系统还应用于宽带无线接入领 域，并且能实现移动接收和便携接收，这正好与现代信息社会所追求的个人通信 目标相一致，即任何人可在任何时间、任何地点实现任何方式的通信。由于数字 电视地面广播的推广和产业化将带来新的经济增长点，因而世界各国都非常重视 硕，i j 学位论文 第一章绪论 其标准的制定及相关的知识产权问题。 目前，地面数字电视领域有美国的a t s c 标准，欧洲的d v b t 标准，日本 的i s d b t 标准和国内的d m b t h 标准。 1 美国数字电视标准a t s c t 2 】 由于美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上，因此，美国在发展 高清晰度电视( h d m 时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了 以数字高清晰度电视为基础的标准一a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m c o m m i t t e e ，先进电视制式委员会) 。美国h d t v 地面广播频道的带宽为6 m h z ， 调制采用格形编码8 电平残留边带( 8 - l e v e lv e s t i g i a ls i d e b a n d ，8 - v s b ) 方式。 a t s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高为图 像层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频。接着是图像压缩层，采 用m p e g 2 压缩标准。再下来是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中， 采用m p e g 2 压缩标准。最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。 a t s c 成员3 0 个，其中有美国国内成员2 0 个、来自阿根廷、法国、韩国等 7 个国家的成员1 0 个，我国的广播科学院也参加了a t s c 组织。 2 欧洲数字电视地面标准d v b t 【3 1 欧洲电信协会e t s i 于1 9 9 9 年6 月j 下式提出欧洲数字电视视频地面广播 ( 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 l ，d v b t ) 标准，即欧洲标准( e n ) ，是三者中 应用最为广泛和灵活的。使用m p e g 2 传送比特流复用，里德索罗f ( r s ) f i i f 向 纠错系统。采用编码正交频分复用f c o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，c o f d m ) 调制方式，将高速率的输入数据经过串并转变为n 路并行 的数据流，然后以q p s k ( q u a t e m a r yp h a s es h i f tk e y i n g ，四相相移键控) 、 1 6 q a m ( 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 ，正交振幅调制) 或6 4 q a m 方式调制到 n 个载波上，属于多载波调制技术。d v b t 系统在8 m h z 带宽内设置1 7 0 5 个载 波( 2 k 模式) 或6 8 1 7 个载波( 8 k 模式) ，其中2 k 模式用于普通网，8 k 模式用于单 频网( s f n ) ，2 k 模式与8 k 模式的系统可以兼容。 d v b 成员已经达到2 6 5 个( 来自3 5 个国家和地区) ，主要集中在欧洲并遍及 世界各地，亚太地区、中东及美国部分业者都遵循这个标准。 3 日本数字电视地面标准i s d b t 【4 】 同本数字电视地面传输标准( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ，i s d b t ) 经过i t u 批准，于2 0 0 1 年正式成为继美国、欧洲之后的第 三个数字电视传输国际标准。i s d b t 标准是为6 m h z 带宽开发和测试的，但它 可用于7 m h z 或8 m h z 的信道带宽，在带宽内既可传送数字电视，也可传送独立 音频与数据广播。在调制方面，以多载波技术为基本技术路线，在欧洲c o f d m 2 硕l 学位论文第一章绪论 技术的基础上，增加了具有自主知识产权的频宽分段传输o f d m 技术b a n d s e g m e n t e dt r a n s m i s s i o n o f d m ，b s t - o f d m ) ，将整个6 m h z 频带分为一系列频 率段( 称为o f d m 段) ，可以在6 m h z 带宽中传输h d t v 服务或多节目服务。 i s d b t 提供几种调制方式的组合( d q p s k 、q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m ) 和内编码 的编码率( 1 2 、2 3 、3 4 、5 6 、7 8 ) ，这些参数对每个o f d m 段可以独立选择【l 5 1 。 i s d b 筹划指导委员会委员1 7 个，其他成员2 3 个，其成员都是r 本国内的 电子公司和广播机构。 4 中国数字电视标准d m b t h d m b t h ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i a t vb r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l h a n d l e ) 是 我国自主知识产权的数字电视国家标准。它的制定和提出对我国的高新技术产业 的发展和相关民族产业的振兴有着深远的影响。目前，在数字电视传输的三大标 准：卫星传输、有线传输、地面传输中，以地面传输标准为最基本的标准。因为 它不仅技术含量高，也是接收范围最广的大众传媒标准。中国数字电视地面广播 传输系统标准一g b 2 0 6 0 0 2 0 0 6 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和 调制，于2 0 0 6 年8 月1 8 日正式批准成为强制性国家标准，2 0 0 7 年8 月1 同起 实施。自主知识产权的数字电视地面传输标准的推出，避免了我国现有的4 亿台 电视机更新换代就可能要付出的数百亿元技术标准使用费。 不同的数字电视标准中信源编码方面，它们一致采用了m p e g 2 标准为基础， 在上面进行一定的扩充和改进。它们最主要差异在于采用不同的信道调制方法来 传输m p e g 2 码流。对于接收端而言，需要采用不同的信道调制解码器来针对不 同的信号进行解码。 1 1 2d m b t h 的特点及优势 我国的d m b t h 标准的制定起步时间晚，但是吸取了其他3 大标准的一些 经验教训，加上技术的进步，在标准的制定方面，我国的标准吸取了信息传输领 域中更为先进的技术，在纠错编码、调制技术和应用方面比其他的标准更为完善 和先进，所以d m b t h 虽然起步晚，但性能指标却优于其他数字电视地面标准。 d m b t h 的设计就是为了实现多媒体信息在室内外、固定、移动和便携单 相广播和双向通讯。而其他标准由于发展较早，在设计时没有考虑到便携式设备， 只考虑数字地面电视，就便携式移动接收来说d m b t h 是有其优势的。d m b t h 方案以正交频分复用( o f d m ) 为基础，采用了p n 序列填充的时域同步正交频分复 用( t i m ed o m a i ns y n c h r o n o u so 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 ， t d s o f d m ) 调制技术【5 1 。 d m b t h 的关键技术特点及优势【6 】【7 】【8 】： 3 硕i ：学位论文 第章绪论 ( 1 ) 采用o f d m 方式可以很好抑制多载波传输的多径干扰问题，但由于 o f d m 各载波间的正交性这对同步提出了严格的要求，采用p n 序列填充的 t d s o f d m 调制方式，利用了p n 序列柬实现同步和信道估计等功能。比较其 他使用o f d m 方式的标准而言，p n 序列既用于帧同步，又作为o f d m 的保护 间隔，提高了频带利用率。 ( 2 ) 因为采用了与绝对时间同步的分层帧结构，从而可以使接收机在需要的 时候才开机。这意味着接收机可以设计成只有接收所需信息时才进入接收状态， 从而达到省电的目的。 ( 3 ) 由于移动接收时存在多普勒效应和遮挡干扰，这使得传输信道具有随时 间变化的特性。相比较其他标准，d m b t h 发明了新的t d s o f d m 信道估计技 术，大大缩短了信道估计的时间，它通过j 下交相关和傅里叶变换实现快速信道估 计( 一次有效参数估计约需0 6 m s ) ，从而提高了系统移动接收性能。所以更适合 于移动接收。 ( 4 ) 使用了前向纠错编码与相位映射相结合的纠错技术，内贸使用l d p c 码， 这是目前最好的非线性编码一它是根据多媒体业务和移动接收的服务需求设计 的。 从以上特点来看，由于d m b t h 标准在制定时就充分考虑到移动接收的需 求，针对移动接收的一些特点，采用了新的技术来实现。所以在进行使用移动数 字电视接收时，使用d m b t h 是性能最优的选择。 1 1 3 数字电视的现状与发展趋势 根据国家有关部门规划，2 0 0 5 年四分之一的电视台( 覆盖全国主要城市) 将发 射和传输数字电视信号；2 0 0 8 年用数字电视转播北京奥运会：2 0 1 0 年计划全面 实现数字电视广播：2 0 1 5 年停止模拟广播电视的播出。估计到2 0 1 5 年，中国数 字电视市场规模将由4 0 0 亿元扩涨到5 0 0 0 亿元，2 0 1 0 年中国数字电视接收机市 场规划将达到2 0 5 0 万台，而整个数字电视产业的规模将达到1 5 0 0 0 亿元，商业 前景诱人，市场机会巨大。 经过全国广电系统多年的努力，大部分广播电视台在节目采集、制作、播出、 传输环节基本都实现了数字化，目前只有接收环节，即用户的电视机大部分还是 模拟的。 数字电视技术的发展方向可以大致归纳为以下几项： 1 多标准数字电视 由于目前欧洲、北美、韩国和中国等大多数主要地区仍处于模拟电视与数字 电视的转换过渡时期，因此市场上仍然有不少希望既能接收模拟电视节目又能接 4 硕i ：学位论文第一章绪论 收数字电视节目的多功能电视机，当然，数字电视开发商和制造商也不一定非要 把这两项功能都做在一部电视机中，也就是所谓的数字电视一体机，他们也可以 采用机顶盒+ 模拟电视的解决方案来实现。 2 大屏幕数字电视 随着现代人起居室的不断变大，用户市场对大屏幕数字电视的需求也在不断 增长。目前，总体上讲，l c d 数字电视是业界的发展主流。但由于性价比的关 系，一旦尺寸大到某一限度，l c d 屏幕的成本就会急剧上升。传统上，业界认 为4 0 英寸是液晶和等离子电视的分界点，液晶电视更专注于4 0 英寸以下领域， 而等离子电视则适合4 0 英寸以上的显示需求。但随着技术的进步，近期5 0 英寸 有望成为液晶和等离子电视新的分界点。 3 高清化 随着高清节目源的增多，图像水平清晰度大于8 0 0 线的高清数字电视( h d t v ) 越来越成为数字电视的主流，相应的数字电视机顶盒以及编解码芯片也要适应这 一发展的要求。 4 互联网数字电视 数字电视的下一个重要发展方向就是连接互联网，未来的消费者不必再为了 检查邮箱、发送电子邮件、在线玩网络游戏、下载和播放网络视频、甚至收看流 媒体视频( 即口t ，而必须跑到书房去独自呆在p c 或笔记本电脑之前，他将可 以直接在客厅舒适的沙发上用无线鼠标或无线键盘体验上述p c 的所有功能。 5 d t v + p v r p v r ( 个人视频录像机) 也是未来数字电视的下一个重要发展方向，随着未来 的数字电视集成d s p 或多媒体处理器，p v r 功能将逐步融合到未来基于硬盘或 微硬盘的数字电视产品中。 6 支持更丰富的互联接口 未来的数字电视还将支持更多的互联接口，如u s b 2 0 、u s bo n t h e g o 、s d 卡、m m c 卡、1 3 9 4 和w i f i 等，以无缝实现与数码相机、数码摄像机、移动硬 盘、p c 、笔记本电脑、p m p 、智能手机、数码打印机等数字设备的连接，共享 相互之间的音视频信息。 以上是目前数字电视的几个主要技术发展方向，但实际上，真正的未来数字 电视产品很可能是上述几个技术发展方向的组合或融合。 5 硕i - q ：位论文 第一章绪论 1 2 本课题的研究内容 1 2 1 选题依据 数字电视产业链的两大环节是服务提供商和设备提供商。服务提供商负责提 供视频广播( 或电视节目) 的制作、传输和用户管理，而设备提供商则主要负责数 字电视接收设备。数字电视接收设备是直接面向用户的，与用户的关系最为密切。 数字电视接收机包括：数字机顶盒、车载电视等等。 目前数字电视终端的系统结构主要包括嵌入式操作系统、嵌入式软件中间件 和应用程序。面向数字电视的嵌入式操作系统、数字电视多媒体中间件、数字电 视应用服务成为面向数字电视的嵌入式软件平台的研究重点。 本课题，针对数字电视技术发展的进步、国家数字电视地面标准的出台及0 8 奥运的机遇，提出了制作一款便携式的数字电视产品，以满足现今人们对便携式 多媒体娱乐的多方面要求，填补了作为数字电视接收设备的一项产品空白，目的 是做到随时、随地、随心收看数字电视节目。以s i g m a t e l 公司的e m 8 5 11 芯 片多媒体方案为基础研发一款便携式移动数字电视接收机，s i g m a t e l 公司是 世界领先的图形图像处理芯片开发商，它提供完整，便捷的多媒体开发方案，包 括硬件开发板及软件示例，开发商可以根据自己的实际需求进行二次开发，课题 来源于深圳某公司研发的手持式数字电视播放器项目，在原有的多媒体播放器示 例方案上进行改进并加入了数字电视播放模块，及为了项目产品化，市场化而添 加的人性化人机交互功能模块，如便捷的触摸屏操作系统，直观的图形化界面系 统。 1 2 2 课题研究的主要内容 本文研究的主要内容主要有以下几个部分： ( 1 ) 研究了基于d m b t h 的数字电视接收机的基本组成； ( 2 ) 研究了基于e m 8 5 1 1 平台的数字电视接收机的硬件系统设计及软件系统 设计及调试方式； ( 3 ) 针对数字电视的关键模块：调谐解调器及解复用模块的设计与实现作了 详尽的分析： ( 4 ) 设计了一个用户接口模块用于人机交互，并对项目涉及的一些问题做了 优化分析； 6 硕l j 学位论文 第一章绪论 1 2 3 论文的组织结构 本文包括六章，第一章，绪论，主要介绍数字电视的发展现状和发展趋势， 以及课题的背景和来源。第二章，主要介绍什么是数字电视接收机、d m b t h 的特点及本项目接收机的总体方案。第三章，分析主要部件调谐解调器的硬件构 成及相关驱动设计。第四章，分析t s 流解复用的原理、方法及本项目的具体实 现。第五章，主要讲述用户接口模块的设计方案及具体实现，主要说明o s d 图 形a p i 的设计及触摸屏驱动设计。第六章，对系统运行性能的优化分析，主要分 析图像显示优化和触摸屏数据处理优化。第七章，全文总结，对下一步的研究计 划作出了展望和设想。 7 硕l ：学位论义 第二束数，i 也视接收机系统原理与方案总体设计 第二章数字电视接收机系统原理与方案总体设计 2 1 数字电视接收机系统原理 首先，数字电视接收机是个典型的嵌入式系统。嵌入式系统是一种用于对功 能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，它以应用为中心， 以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪。它包括微处理器、微控制器、定时器、 存储器及一些其他外部接口。其次，数字电视接收机的典型应用是机顶盒，本课 题涉及项目是便携式数字电视多媒体播放矧$ ( d t v + p m p ) ，它除了有机项盒的典 型配置，如调谐解调器、主芯片、内存、红外接口等之外，还包括用于显示的 t f t - l c d ，外部存储器件s d 卡及一些其他器件如触摸屏。 从功能上来说，数字电视接收机结构大体上可以分成两部分【2 6 】：信道调制部 分和信源解码部分。信道调制部分是数字电视接收机的前端，也叫调谐解调器， 它负责对数字电视射频信号进行解调接收和信道解码，针对不同的信道编码需要 配备不同的信道解调解码器，在地面d m b t h 标准中采用的是t d s o f d m 调制 方式，需要使用针对d m b t h 的调谐解调器。信源解码部分也称为数字电视接 收机的后端，它主要完成从t s 流输入到解码后的音频、视频输出之间的所有功 能，包括传输流( m p e g 2 t s ) 解复用、音频解码和视频解码等，是接收机的核心 部分。数字电视接收机的主要工作流程是：首先进行对数字电视信号的接收，具 体讲就是把天线接收下来的调制数字电视信号，通过前端的射频( r f ) 调谐器 ( t u n e 0 转换为i q 基带信号，再送入信道解码芯片( d e m o d u l a t o o 进行信道解码， 经过一系列处理，最终送出传输流数据。在后端由传输流解复用模块分解出音频、 视频基本流( p e s 或e s ) ，送入音频、视频解码器，输出解码后的数字视频和数字 音频信号，送入数字视频接口( 如d v i 接口) 再显示和播放；或者通过t v 输出编 码单元和d a 转换器形成p a l 或n t s c 制式的模拟电视信号和模拟音频信号， 送入模拟视频输出接口( 如v g a 接口) 再显示和播放。 对于数字电视移动接收系统来说，由以下一些部分构成：移动接收天线、电 源、开关、移动接收机、移动接收控制软件、移动存储软件，显示屏和放音系统。 接收系统，主要任务是对所收到的高频调制信号进行变频、解调，得到数字电视 码流，再进行解复用、解码并结合相应的控制，完成用户所要求的功能。移动电 视接收机的典型构成如图2 1 所示。 硕 ：学位论文 第一二章数，l u 卒见接收机系统原理与方案总体改计 图2 - 1 典型的移动电视接收机的组成 2 2 数字电视接收机的硬件系统方案 2 2 1e m 8 5 11 平台的特点和结构 主芯片是嵌入式系统的核心，因此通常情况下主芯片的性能就决定了系统的 性能。随着芯片技术的发展，越来越多的厂家将接收机的功能更多地集成在一个 s o c ( s y s t e mo nc h i p ：片上系统) 上，例如现在大部分厂商都将c p u 、解码器、解 复用器、图形处理器与视音频处理器集成在一起，甚至一些以p h i l i p s 为代表的 芯片厂商将调谐解调器也集成在芯片中，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，但灵活性不好，微小的改动就可能需要更换芯片。 本接收机的主芯片使用的是s i g m a d e s i g n se m 8 5 1 1 处理器，这是一款性能强大、 全面的专业解码芯片，采用双核设计，将最高2 0 0 m h z3 2 位r i s c 处理器( a r m 7 4 t 版) 、m p e g 解码处理器及音频解码协处理器( d s pb a s e da u d i od e c o d e r ) 集成于 单芯片上，是一款高性能s o c 片上系统；m p e g 解码处理器提供了硬件解码使 许多解码部分的工作交给它来完成。此外，e m 8 5 1 l 还集成了丰富的外围接口， 如i d e 控制接口，d a c 转换器等，在无需其它外围芯片支持的情况下，完成系 统所需各种接口的提供、系统处理以及流畅的w m av 9 、d i v xv 3 1 1 、d i v xv 4 x 和5 x 、m p e g 4 、m p e g 2 、m p e g 1 等视频解码【l o 】。其功能模块如图2 2 所示。 ( 1 ) 3 2 位r i s c ( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ：精简指令集计算机) c p 0 ， 它内部含有1 6 k b 指令缓冲器，1 6 k b 数据缓冲器和8 k b 片上s r a m ，这些保 9 顽l ：学位论文 第一二章数7 b 视接收机系统原理与方案总体设计 证了它能很好的运行嵌入式操作系统，嵌入式中间件和应用程序进行用户操作和 控制，但因为伍包含m m u 模块，所以一些必须在m m u 管理的嵌入式操作系统 是不支持的。 i d e 1 6 m bd r a m 6 4 4 m m b b d f l r a a s - mi l i r c g p i o l b o u c s a lp f 柚r o m e l u a r t 4 m bf l a s hl rb u sp 柚e l 图2 - 2e m 8 5 1 1 内部模块组成框图 ( 2 ) 存储访问控制器( m e m e 呵a c c e s sc o n t r o l l e r ) 提供方便、快捷的外部存储访 问控制，如f l a s h ，r o m 和s d r a m ，它提供6 个d m a 快速访问通道以提高系 统性能，内部含有一个判优器以裁决c p u 及其他子模块d m a 通道访问系统内 存，包括一个c p u 通道，一个o s d 控制模块访问通道，一个1 2 s 通道，一个 m p e g 解码器读通道，一个m p e g 解码器写通道和一个i d e 通道。 ( 3 ) 中断控制器提供了两个中断优先级，快速中断( f i q ) 和中断( i r q ) 。对于 要求i 0 处理速率比较高的事件可以使用f i q 。 ( 4 ) 提供两个定时器，其中之一可以用做w a t c h d o g ( 看门狗) 定时器。 ( 5 ) 在外围接口方面，提供两个u a r t ( 串口) ，也可以通过设置使其变为i o 端1 3 ；i d e 控制器；1 2 c ( i n t e r - i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 主、从控制模块及1 2 s ( i n t e r - i cs o u n d b u s ) 模块、红外( 瓜) 模块。 ( 6 ) 通用输入输出口接口g p i o 控$ 1 器( g e n e r a lp u r p o s ei n p u t o u t p u t ) 提供3 2 根 i o 管脚，以便系统操作或控制其他器件。 ( 7 ) 音频模块是一个基于d s p 的解码器及1 2 s 或s p d i f 数字音频输出构成， 支持环绕杜比立体声5 1 ，m p e g i 及m p e g 2 层1 ，2 ，3 解