（通信与信息系统专业论文）数字电视接收机系统软件的研究与设计.pdf

中文摘要 数字电视接收机，是一种能够接收数字电视信号，并能够解码输出用于显示 的设备。结合我国国情，对数字有线电视接收机的开发具有重要的实际意义。在 数字电视接收机的开发研制中，软件系统的研究和设计是整个开发工作的难点和 重要组成部分，软件系统的设计直接关系到产品的最终性能。 该论文是课题“有线数字电视接收枧的獗制”豹组成部分。该课题的开发基 于s t 公司的解决方案，以s t x 5 1 0 5 为信源解码芯片，采用s t v 0 2 9 7 芯片进行信 道解调。论文主要完成接收枧系统软件的砚究与开发，包括软传的系统设计和具 体模块的实现，重点进行前端控制软件、解复用软件、节目数据库存储的设计。 前端控制软件完成对前端的控制，实现q a m 解调和信道解码；解复用软件负责 控制s t x 5 1 0 5 内的可编程传输接口模块，实现音、视频基本流的收集畈及节霾特 定信息的存储和分析；节目数据库负责对节目和频道的管理，并存储在f l a s h 中。 论文介绍了接收机硬件系统各部分及其主处理芯片，对系统的开发平台、 s t 2 0 软件调试环境和s t 公司的s t l i t e o s 2 0 实时操作系统进行了简要的介绍， 重点讨论软件系统的各部分知识以及所做的工作，并给出了功能调试测试结果。 该接收机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。该软件系统在署发的接收橇硬件系 统上已经通过了调试，己经较好的实现了预期的功能和效果。 关键词：数字电视接收机前端勰复用s t x 5 1 0 5r t o s a bs t r a c t d i g i t a lt vr e c e i v e ri so n ek i n do fd e v i c et h a tc a nr e c e i v ed i g i t a lt vs i g n a la n d d e c o d ei tf o ro u t p u t i nv i e wo ft h es i t u a t i o no fo u rc o u i l t l y ，i th a st h ep r a c t i c a l i m p o r t a n c et od e v e l o pt h ed v b cr e c e i v e r i nt h er e s e a r c ho fi t ，s o f t w a r er e s e a r c h a n dd e s i g ni st h em o s td i f f i c u l ta n di st h ek e yc o m p o n e n t t h ef i n a l _ p r o d u c t p e r f o r m a n c eh a st h ed i r e c tr e l a t i o n sw i t ht h es o f t w a r ed e s i g n t h i sp a p e ri sap a r to fr e s e a r c hp r o j e c t r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fc a b l e d i g i t a lt vr e c e i v e r t h i sp r o j e c ti sb a s e do ns t m i c r o e l e c t r o n i c ss o l u t i o n ，u s i n g s t x 510 5a ss o u r c cd e c o d i n gc h i pa n ds t v 0 2 9 7a sc h a n n e ld e c o d i n gc h i p t h i sp a p e r s t u d i e sc a b l er e c e i v e rs y s t e ms o f t w a r ea n di m p l e m e n t st h em o d u l e si n c l u d i n g f r o n t - e n dc o n t r o l ，d e m u l t i p l e x i n g ，p r o g r a md a t a b a s e f r o n t - e n dc o n t r o lm o d u l e p r o v i d e sag e n e r i ci n t e r f a c et oaf r o n te n dd e c o d e rf o rr e c e i v i n gad i g i t a lt r a n s p o r t s t r e a mv i ac a b l es e r v i c e s i tp e r f o r m sq a md e m o d u l a t i o na n dc h a n n e ld e c o d i n g t o i m p l e m e n tt h e a u d i o & v i d e o se l e m e n t a r ys t r e a m c o l l e c t i o n ，p r o g r a ms p e c i f i c i n f o r m a t i o ni sc o l l e c t e da n da n a l y s i s e db yu s i n gd e m u l t i p l e x i n gs o f t w a r ew h i c h c o n t r o l st h ep r o g r a m m a b l et r a n s p o r ti n t e r f a c em o d u l ei ns t x 510 5 p r o g r a md a t a b a s e i sr e s p o n s i b l ef o rt h em a n a g e m e n to fp r o g r a ma n dc h a n n e l ，a n di ti ss t o r a g e di nf l a s h t h ep a p e ra l s op r e s e n t sr e c e i v e r sh a r d w a r ea r c h i t e c t u r ea n di t sm a i nc h i pi nb r i e f , a n dm a k e sa l li n t r o d u c t i o no ft h es y s t e mp l a t f o r m , s t 2 0d e b u g g i n gs o f t w a r e e n v i r o n m e n ta n ds t l i t e o s 2 0r e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e mo fs ti n c o r p o r a t i o n t h es o f t w a r eo fr e c e i v e ri se a s i l ym a i n t a i n e da n du p g r a d e db e c a u s et h es t r u c t u r e i sh i e r a r c h i c a l t h em o d u l a r i z a t i o na l l o w se a c hp a r to ft h es o f t w a r eh a v ei t so w n f u n c t i o n t h r o u g ht h ed e b u g g i n go nt h ef o r m e rd e v e l o p e dr e c e i v e rh a r d w a r eb o a r d ， s o f t w a r es y s t e mh a sa c h i e v e dt h ea i mo fe x p e c t e df u n c t i o na n dp e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：d i g i t a lt vr e c e i v e r , f r o n te n d ，d e m u l t i p l e x i n g ，s t x 5 10 5 ，r t o s 独创性声明 本人声明所璺交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究戒巢，除了文孛特裂加以标注和致落之处井，论文孛不毽含其德人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨注盘堂。戏其他教育机构的学位或证 书面使用过鲍材料。与我一陵工作的弱志对本研究所徽蘸任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 步瓴 签字日期：沙7年岁p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文豫者完全了解鑫鲞塞茎有关傈留、使用学位论文的规定。 特授权叁洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据麾进行检 索，荠采用影印、缩窜或扫描等复制手段探存、汇编黻供查阅和借蠢。网意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密静学位论文在解密后适用本授权说赞) 学位论文作者签名： 签字日期：讪司年 导师签名：彳狠复 签字e l 期：文7 年，月罗矿瞍 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 广播电视技术自从问世以来，已经走过了7 0 多年的道路，自从出现电视广 播以来，其对科学技术的传播，社会魏发展进步莛了巨大的推动作用，同时社会 和科技的发展也推动和促进了电视广播自身的变革和曰臻完善。对于目前广泛使 用的模拟电视，无论采用何种调制技术，模拟电视信号都要占用大量带宽，因而 严重限制了传输能力。 相反，采用数字技术进行电视广播有很多优势。数字技术比模拟技术能够提 供更多的可靠性，一垦信息“数字化”后裁可被压缩，从而可以实现更有效、更 经济的数据传输、存储和交互。 数字亿之获以成秀技术发展的必然趋势，这主要是因为： 1 ) 使用数字传输，抗干扰能力强。由于采用了再生方法，基本排除了噪声 和失真积累的影响，提高了功率的利用率。 2 ) 使用最新的数字传输信号设计方法进行信源编码与信道编码联合设计， 包括使用网格编码调制( t c m ) 等编码调制技术，大大地提高了功率频谱 的综合剩雳率。 3 ) 可大大提高视频图像质量。 4 ) 用于电视广播时，在整个用户接收覆盖范围内，由于其门限c n 可比模 拟场合所需的c n 0 0 r i b ) 改善2 0 d b 左右。因此即使其c n 值约低于2 0 d b 仍可获得接近无差错接收的高质量传输。 有线电视传送信号的数字化是当今广播技术的一项极大进步，把信号经过数 字化处理，并经过码率压缩后进行传送，这不仅可以扩展频道容量( 可使传送信 号容量扩大几倍到几十倍) ，而且有利于改善信噪比。由于数字信号经过多钱录 放和多环节传输后仍能良好地恢复，因此保证了图像和声音的高质量还原。数字 化技术可使电视广播出现许多新功能，这些功能均能以数据形式附加在广播电视 通道里，与电视信号同步传送出去。例如，图文电视，静止图像，双伴音( 或多 伴音、立体声) 、传真图文( f a x ) 、综合数据业务广播( i d s b ，i n t e g r a t e dd a t as e r v i c e b r o a d c a s t i n g ) 、综合韭务数字霹( i s d n ，i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 及广 播数据系统( r d s ，r a d i od a t as y s t e m ) 等。另外，对数字电视进行加扰加密则更加 第一章绪论 简便安全，有利于开展视频点播( v o d ，v i d e o - o n d e m a n d ) 7 ) 。付费电视业务。 。2 数字电视技术的发展 旱攒的数字电视发震巍于受到带宽的限制，发震缓慢。后来，随着视频压缩 技术的发展，人们对视频压缩算法的基本框架形成了共识，并制定了一系列视频 压缩标准，如：m p e g - 1 、m p e g 一2 、m p e g - 4 等。在这些压缩标准中，其压缩核心 是采用d c t 变换编码、运动估值和晗夫曼熵编码。这些标准的制定，大大推动了 数字电视技术的发展。 1 2 。1 国际上数字电视技术的发展 旦本的高清晰度电视起步较早，1 9 7 2 年就向c c 嘏提懑h d t v 的提案，首先开 发了1 1 2 5 行高清晰度电视系统。1 9 8 8 年又用高清晰度电视成功地对汉城奥运会进 行了实况转播。日本在高清晰度电视传输方面使用专用的卫星通道单独传送高清 晰度电视节曩的方法，使用被称为多重亚取样编码( v l u s e ) 的传输方式，基本上 是模拟传输。1 9 8 4 年实验播出，1 9 9 5 年正式试播，目前每天已有1 4 j , 时的节目。 起先欧溯不甘心全部h d t v 市场童墨本独占，予是设诗了一条从淞e 到 h d m a c 的逐步过渡到瑚) t v 的道路，但m a c 和h d m a c 也都是模拟传输。最 终不得不因美国先进的数字方案丽放弃h d - m a c 转面推动d v b 。由德国通信部 建议成立了欧洲开发小组，由1 7 0 多个组织共同开发全数字电视系统，包括地面 广播、卫星广播和有线电视传输的数字标准清晰度( s d ) 电视和高清晰度电视 ( 固) 。并于1 9 9 3 年9 胃创建了数字视频广播项重( d 豫) 。欧渊一直认为h d t v 的市场尚远，因此当前致力于数字标准清晰度电视的研究开发。相继出台了卫星 数字电视广播传输标准( d v b s ) 、有线数字电视广播传输标准( d v b c 和地 面数字电视广播传输标准( d v b t ) 。欧洲的策略是：利用s d t v 在目前便于普 及的优势，抢占数字电视的世界市场，加速在全世界普及d v b 标准，以此来与美 国的数字电视标准相抗衡。 同因本和欧洲相比，美围在h d t v 的研究方面起步较晚，但却是发展最快的。 尽管美氍曾支持过基本雄急的1 1 2 5 行珏d w 规格作为统一的世赛标准，但溺意识 到h d t v 潜在的巨大市场之后，美圈联邦通讯委员会( f c c ) 于1 9 8 8 年9 月提出 高清晰度电视要与现行的n t s c 镱t 兼容。美国在1 9 9 1 1 9 9 2 年对五种建议的h d t v 地面广播制式进行了测试，由于被测试的四种全数字制式在技术和经济上的优劣 没有显著的差别，为了取长补短，同时统一国内市场，四个数字系统的提出者于 第一章绪论 1 9 9 3 年5 月组成了“大联盟”( g a ) ，合作提出了一个统一的标准。1 9 9 5 年- 4 月a t s c 通过了 a t s c 数字电视标准”，同年8 月g a 样机研制成功，l o 月“a t s c 数字电视 标准”被提交给f c c 审议。1 9 9 6 年1 2 月2 6 日，f c c 终于批准了该标准。1 9 9 7 年4 月 f c c 宣布：以4 胃7 基为起点，1 8 个届内有2 2 座电视台转为数字电视播墨；2 4 个胃 内，四大商业电视网在全美十大城市进行数字电视播出( 其中三大电视网播出数 字翔) ) ；3 0 个月内有1 7 0 0 个电视台在3 0 个城市转兔数字电视；最终计划在2 0 0 6 年取消模拟电视的播出。 当前世界上基本形成了两种数字广播电视系统标准：一种是美国的a t s c 系 统，一种是欧洲的d v b 系统，两者的图像编码都采焉m p e g - 2 标准，系统结构 也很相似。声音编码上，a t s c 采用a c 3 压缩技术而d v b 则采用m p e g _ 2 的 声音压缩标准。 1 。2 。2 我国数字电视的发展现状 我国对数字电视的跟踪研究从2 0 世纪8 0 年代末就已经开始了。在“八五”期 闫，国务院组织成立了国家高清晰度电视研究开发协调领导小组，营家科委组织 成立了h d t v 发展战略专家组，组织实施了“八五”国家重点科技攻关项目“高清晰 度电享雯技术研究”，对数字高清晰度毫视进行了理论研究和计算橇模摈。 1 9 9 5 年，经国家高清晰度电视研究开发协调领导小组批淮，成立了国家高清 晰度电视( r i d n 厂) 研究总体组。1 9 9 6 年7 月，e l l 总体组负责，组织实旌了“九五”国 家重大科技产业工程项目“高清晰度电视功能样机的研究”。经总体组和全国多所 大学、研究所以及企业的共同努力，于1 9 9 8 年6 月，成功地研制出了我国第一代 数字高清曦度电视功麓样桃系统，1 9 9 8 年9 , 9 ，剩用该功能样机系统在北京由 c c t v 进行了开路演示，取得了很好的效果。在1 9 9 9 年1 0 月1 曰，中华人民共和 国建国5 0 周年之际，对天安f - 】广场的国庆大典进行了现场直播，获得了成功。雷 前我国中央电视台和众多省市、地方电视台都已实现了电视节髓的数字卫星传 输，电视台的发送和接收设备正在逐步实现数字化。 我国在卫星和有线电视中采用匿际通用的d v b 标准，丽在数字电视地面标准 这个产业技术标准的核心上，中国并没有完全采纳国际电联的推荐( 美国a t s c 、 欧洲嗍一l 和匿本i s d b - t ) ，两是选择了自主开发并研截鸯己的标准。从2 0 0 1 年 开始，由于国家标准迟迟没有出台，造成了国内欧洲d v b - t 方案、清华大学d m b - t 和上海交大的a d t b t 方案三套标准共存，并激烈竞争的局面。 在今年8 月3 0 嚣，多方博弈了5 年之久的数字电视地面传输标准终于出台，国 家标准委在“2 0 0 6 年第8 号( 总第9 5 号) 中国国家标准批准发布公告”中发布了；数 第一章绪论 字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制，国家标准委批准时间为8 胄l8 西，将于2 0 0 7 年0 8 月0 l 鑫将正式实麓，叠乏标准是瑟前清华大学的d m b t 标 准和上海交大的a d t b t 标准的融合标准。 数字电视给中国的广播电视带来了新的活力，在市场经济孛又给广播电视开 展增值业务提供了较好的手段。数字电视不仅拉动制造业，促进信息化发展，而 且为广播电视的持续发展提供了极大的空间，相信随着时间的推移，数字电视技 术在雷雨的应用将越来越广泛。 。3 数字电视接收机和机顶盒 。3 。1 概念 数字电视接收机，是指能够接收数字电视信号，并能够解码输出用于显示的 设备，典型的数字电视接收枧有褪颈盒、数字电视一体视、车载移动电视等。 机顶盒( s e t t o p b o x ) 属于数字电视接收机的一种，它可以使观众可以在现 存模拟电视机上观看数字电视节耳，并可进行交互式数字化娱乐、教育和商业化 活动。数字电视机顶盒是模拟电视向数字电视过渡期闽的产品，通过数字电视机 顶盒，不仅可以提供丰富的节目内容，而且改变了收看电视的传统方式。 鬏据传输媒体的不丽，数字电视枫项盒又分力卫星数字机预盒、遗吾数字电 视机顶盒和有线数字电视机顶盒三种。 本课题开发的接收机即属于有线数字电视机顶盒。 。3 2 数字枕顶盒的功能 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，包括视频节目和音频广 播，犀时具有所有广播帮交互式多媒体痘蔫功能，始： ( 1 ) 电子节目指南( e p g ) 。给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快 速访问想看节基的一种方式，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。能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门 礴站等各种消息； ( 3 ) 软件在线升级。软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。数据广 撵服务器按d v - b 数据广播标准将升级软件广播下来，枧顶盒藐识别该软件的版 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： 第一章绪论 ( 4 ) 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 扰和解麓功能。 ( 5 ) 因特网接入和电子邮件。数字机项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翻与p c 相连，用p c 与因特网连接； 总之，到目前为止，围绕数字机顶盒的数字视频、数字信息与交互式应用三 大核心功可开发多种增值业务。 1 。4 本论文的工作内容 综上所述，我国自行研制数字电视接收桃是非常必要恧且有意义的。在我们 的课题中，采用了意法半导体公司( s t ) 的s t x 5 1 0 5 方案。 本论文工作是整个课题工作的部分，主要任务是接收机底层软件的设计和 开发，舆体工作内容如下： 1 ) 仔细阅读s t x 5 1 0 5 的技术手册，掌握接收机的基本工作原理和硬件结构； 2 ) 熟悉整个工程代码，掌握s t 的软件编程规范； 3 ) 学习m p e g - 2 的系统层标准、d v b c 标准、d v b t 标准、d v b s i 标准，熟 悉掌握标准中的各项技术规定和术语； 4 ) 研究5 1 0 5 f t a 软侔平台的整体架构，掌握其编译流程和运行方法，实现 模块的添加方法和新版本a p i 的移植； s ) 掌握前端模块的工作原理容t u n e r 驱动的软佟结构，重写l 激s 6 s l 驱动 程序，实现d v b - t 数字地面广播信号的接收； 6 ) 仔细研究p t i 驱动程序，掌握其a p i 使用并按开发需要修改，根据安全 传输规范编写程序做数据接收和过滤的验证，并测试其接收能力； 7 ) 分析节目数据库的存储机制和空间占用，提供数据库开发接口。 第二章接收视的功畿绪麓概述 2 1 概述 第二章接收机的功能结构概述 数字电视接收机的主要功能是完成对数字电视信号的接收，即把从信道传输 过来豹调制信号，通过前端靛高频头和信道憋码芯片完成解调和信道麓码，麓毒 t s ( 传输流) 。然后通过后端进行解复用分出音、视频基本流，再经过音、视频 解码，输燃解码后的视频和音频信号。对机顶盒来说，最后是通过视频后处理单 元和音频d a 转换器形成p a l 、n t s c 或s e c p d 涯制式的模拟电视信号，送入 电视接收机。除了完成主要功能外，接收机还可以通过硬件和软件的功能扩展实 现w e b 浏览，交互业务功能。 从其结构上讲，接收机大体上可以分成两部分：信道解调部分和信源解码部 分。信遵部分郎前端，负责对数字电视信号进行解调接收和信遂解码，针对不露 的信道可以配以不同的信道解调解码器。信源解码部分也称后端，它主要究成包 括传输流解复用、音频解码和视频解码等功能，是接收机的核心部分。 因为有线电视网络较好的传输质藿以及电缆调制技术的成熟，该类接收视可 以实现各种交互式应用而被业界看好，况且其用户量极大，更便于从模拟技术时 代顺利过渡到数字技术时代，它还可以支持几乎所有的广播以及交互式多媒体应 用，所以采用数字有线接收机是比较好的选择。 2 2s t 公司5 10 5 解决方案 辗据本次课题的任务和内容，选择的整体系统方案是基于s t 公司的s i x 5 1 0 5 芯片的解决方案，与其他厂商同类方案相比，该方案具有以下特点： 1 技术耀对成熟。核心芯片s t x 5 1 0 5 的c p u 连核s t 2 0 曾经作为s t i 5 5 0 0 、 s t l 5 5 1 8 等芯片的c p u 核在标准清晰度的d v b 产品中得到了长时间的考验： 2 。单片解决方案，集成度离，进一步降低了芯片成本，并且比起前代的s t i 5 5 1 8 ， 性能有较大提高，并且增加了许多新特性，如统一的内存管理体系等； 3 c p u 时钟频率达到2 0 0m h z ，配合2 d 的图像引擎，具有很优秀的图像表现力； 4 。外部接舀完善。芯片提供了多个酉编程1 0 日( p i o ) 、u a r t 翻、智能卡接口、 i 2c 总线、红外接收发送接口等等； 第二章接收机的功能结构概述 5 提供软件开发包s t a p i ，缩短了开发周期。 方案的整体框图如图2 一l 所示： 图2 1s t x 5 1 0 5 方案框图 当d v b c 有线电视网利用同轴电缆传送的数字电视射频信号送到前端调谐器 ( t u n e r ) 后，该信号会变换为中频信号，并通过q a m 解调器，在本方案中为 s t v 0 2 9 7 ，以完成信号的定时恢复、载波恢复、数据成型、自适应均衡和维特比 解码、解交织、r s 解码和去随机化，最后将得到的符合m p e g - 2 标准的传输流经 过串并口输出，这样就完成了整个信道解码。 之后传输流通过s t x 5 1 0 5 内部的解复用功能模块分出音、视频基本流，分别 送往音频解码器和视频解码器或解码器的缓存区，同时，提取出码流中的p c r 信 息，用于时钟恢复；解复用模块分出的音频基本流通过芯片内的音频解码器解码， 输出音频的p c m 信号，再经过s t x 5 1 0 5 片外的音频数模变换和音频后处理部分 后，输出模拟音频信号，或直接输出s p d i f 光信号；视频基本流在s d r a m 的配 合下经过视频解码器的处理之后输出解码后的亮度和色差数字信号，通过 s t x 5 1 0 5 片内的数模变换模块和片外的视频后处理部分的处理，输出c v b s ，y 、c ， r 、g 、b 或y 、p r 、p b 视频分量信号：另外，视频解码器输出的数字信号还可 以通过d 1 接口外接一个n t s c p a l 视频编码器，编码输出n t s c 或p a l 制的模 拟视频信号。 存储器模块主要包括f l a s h 和s d r a m 等。其中f l a s h 用于存放用户应用程序、 系统、用户配置信息以及所有的节目信息，s d r a m 是系统和应用程序运行的地方， 而视频s d r a m 则用作视频解码缓冲区以存放o s d 数据。 第二章接收撬鳇功能结搦概述 外围接口模块包括与外界的接豳及控制电路。其中r s - 2 3 2 接口用于系统和 主机的数据传输，也可用予系统软件升级和接收机故障诊断。前聪板和遥控接日 用于接收前面板和遥控器的输入。智能卡接口用于支持c a 有条件访问控制系统， 该接口符合i s o7 8 1 6 - 3 国际标准。就乡 ，j t a g 接墨震于软件调试和下载。 2 3 系统主要芯片介绍 在本方案中，采用s t x 5 1 0 5 作力解复用和信源解码芯片，s t v 0 2 9 7 芯片作为 信道解调芯片。 2 3 1s t x 5 10 5 芯片介绍 s t x 5 1 0 5 为意法半导体( s d 公司予2 0 0 5 年推出的一款用于标准清晰度电视的 m p e g 解码芯片。该款产品将在中国市场逐步取代s t i 5 5 1 8 ，但保留并加强 s t i 5 5 1 8 的现有性能，并可大幅节约成本。 s 叛5 1 0 5 除支持s 曩5 5 1 8 的所有功能外，还增加了很多薪功能，同时提高了 产品性能，内置的s t 2 03 2 位r j s cc p u 是机项盒市场上的主导产品，现在该 c p u 的时钟速度提高两倍还多，达到2 0 0 m 差z ，能够为先进应用提供更强大的功 率，提高与主流机顶盒中间件的兼容性。 s t x 51 0 5 芯片集成了传输流解复用模块、s t 2 03 2 位c p u 、音视频m p e g 2 解码器、数字视频编码器，集成的2 d 引擎避一步增强了产品整体性能，免除了 c p u 对屏幕图形菜单显示( o s d ) 的额外处理，为电视观众提供了更好的视频体 验。这个图形子系统得到一个先进的基于“使块传送器”翡显示器的支持。新增 功能为该芯片的应用向全新的和更先进的平台扩展提供了机会，像d v b ( 数字视 频广播) 解密器，邸一个连接移动加密模块的低成本的d v b c i 通用接口，可以 用于收费电视服务。 芯片内部结构如图2 2 所示，具体特性如下： 1 ) 增强的s t 2 03 2 位v l r i s cc p u ：2 0 0 m h z ，4 k b 指令缓存，4 k b 数据 缓存，2 k bs r a m 。 2 ) 统一内存接日( l m i ) ，最赢支持到1 3 3 m h z ，1 6 b i td d r 接臣。 3 ) 可编程f l a s h 存储器接口( f m i ) ：4 个可配置存储区，支持f 1 a s h ，s f l a s h 等类型存储器，并支持低成本d v b - c i 。 4 ) 可编程传输流接口( p t i ) ：支持d v b 传输流，内置d v b ，i c a m 解扰器。 5 ) 基于m p e g 一2m p m l 的图像解码方式。 客 第二章接收橇的功能结构概述 6 ) 图像显示部分： a 先进的基于位块传送器( b 1 i t t e r ) 显示技术支持； b 支持8 b p p ( 位像素) c l u t 图像，2 5 6 x 3 0 b i t s ( a y c b c r ) 目录； c 。1 6 b p p ( 位像素) 真彩图像，支持r g b 5 6 5 、a r g b l 5 5 5 、a r g b 4 4 4 4 ； d a l p h a 混和，抗锯齿功能，防抖动滤波器。 图2 - 2s t x 5 1 0 5 芯片结构 7 ) p a l n t s c s e c 埘编码器。 8 ) 音频部分： a m p e g - 1 层i i i ； b 支持瓣e g 音频解码及社比输鑫； c i e c 9 5 8 i e c l 9 3 7 数字音频输出接口： d 集成立体声音频溅e 。 9 ) 片上外围设备： a 2 + a s c s ( u a r t s ) ，支持f i f o s 结构的t x 和r x ； b 3 个8 位的并行i o 和1 个7 位的接豳； c 2 个支持s s c 标准的i 2c s p t 总线主从接网； d 红辩收发器； e 集成v c x o ： f 支持j t a g t a p 调试接嗣。 j o ) 封装：2 4 r a m x2 4 m ml q f p 2 1 6 。 v 甜c u 协 r g b ，y c ，c v b s 第二章接收规鹃功毵结构概述 2 3 2s t v 0 2 9 7 芯片介绍 s t v 0 2 9 7 是个完整的q a m 解调单片解决方案，可以用于压缩的音、视频数 字信号传输及电缆上的数据服务。该芯片可以处理符合d v b c 和i t uj 8 3 一a i t u 3 8 3 c 的比特流，并虽适用于1 6 、6 4 、2 5 6 q a m 和3 2 、1 2 8 q a m 的解调。 芯片内部集成了一个a d 变换器，采用直接中频取样( d i r e c ti fs a m p l e ) 的 结构，其性麓可以处理离达2 5 6 q a m 的谲翎信号。输入的中频信号频率可以允许 高至4 4 m h z ，因此可以省掉片外的下变频环节。q a m 中频信号经a d 变换器进入 片内以后，所有的进一步处理都在数字域进行。 正是由于s t v 0 2 9 7 有如此高的集成度，它非常适合用在机顶盒、电缆调制解 调器等消费品中。 除了实现标准的q a m 解调功能外，片内还包括f e c 功麓。此矫还可以输出一 些信号质量和锁定状态的简单的实时的信息。 为了构建完整的应用系统，s t v 0 2 9 7 设计了一些必要的接濯，包括瓣调谐器 产生控制作用的r fa g c 和i fa g c 接口，以及无噪声的i 2c 转发接口。 芯片内部续掏如图2 3 所示： 第二章接收机的功能结构概述 图2 - 3s t v 0 2 9 7 内部结构 芯片的具体特性如下： 1 ) 可以解码d v b c i t u j8 3 一a 和i t uj 8 3 一c 的比特流； 2 ) 高性能的片内a d 变换器，适合全部模式的直接中频变换： 3 ) 支持1 6 ，3 2 ，6 4 ，1 2 8 ，2 5 6 点星座图； 4 ) 小型封装( 1 0 m m l o m m ) ，低功耗( 6 9 m s y m b s 时4 0 0 m w ) ； 5 ) 全数字解调： 6 ) 从0 8 7m b a u d 到1 1 7 mb a u d 的可变符号率范围： 7 ) 集成匹配滤波器，集成自适应均衡器； 8 ) 集成可以屏蔽的片上f e c 模块； 9 ) 两个一输出的a g c ，适于构成延迟a g c ； 1 0 ) 系统时钟可以通过晶体振荡器产生； ， 1 1 ) i 2 c 总线控制，并且集成i 2c 转发器用来减少系统总线信号的干扰； 1 2 ) 可选的并行或串行d v b 通用数据输出； i f 中频信号经s t v 0 2 9 7 解调，输出经过纠错的t s ( 传输流) ，可以直接和系统 的后端处理器s i x 5 1 0 5 连接。 第三章s t 5 1 0 5 f t a 薛软释系统设计 第三章s t 5 10 5 f t a 的软件系统设计 数字电视接收机具有复杂的软件系统，它的主要特点是层次性和模块化。 所谓层次性是指将软件按不同的功能和责任划分出统一清晰的系统层次，每 一层为上一层服务，并提供标准接口，以实现软件构件的可重用性，提高系统软 件的开发效率。 而模块化是指根据系统硬件的种类和功能、或者软件的服务类型将系统功能 分成多个模块，各个模块向外提供调用接口，使系统具有高的可移植性和伸缩性。 3 。1 软件系统的整体结构 5 1 0 5 接收机的整体软件结构如图3 1 所示： 。，应用层- 。：。0 0 。： 辨骓动层( 巍凝、规翱、o s 珏、智黪# ) 一按时擞作系统s t l it b o s 2 0 图3 - 1 软件分层结构 从图中可以看到，软件整体上从下至上可以分为四层：s t l i t 。o s 2 0 实时操 作系统层、硬件接象层( h a r d w a r e a b s l a - a c t i o nl a y e r ) 、s t a p i 硬体驱动层、应用程 序层，下面具体描述一下各个层的功能。 3 1 1 s t l i t e 0 s 2 0 实时操作系统层 在机顶盒一类的实时系统中，由于c p u 要同时对音频解码、视频解码、解 复用等多个方面的事件进行处理，其中既有通信问题，又有同步等问题，使用一 个简单豹单线程的处理方式是很困难的。因而在处理安时系统时，多任务多线程 的方式被广泛采用。应用程序可以被分割成多个相对独立的任务，它们共事系统 第三章s t 5 1 0 5 f t a 的软件系统设计 资源，如c p u 时间、内存和系统设备等。来自外部设备的事件可以通过中断通 知系统。 s t l i t e o s 2 0 实时操作系统核能够提供的复杂的多任务服务如下： 1 ) 通过信号灯( s e m a p h o r e ) 和消息队列( m e s s a g eq u e u e ) 来实现多个任 务之间的同步和通信： 2 ) 事件处理以中断( i n t e r r u p t ) 的方式进行，并通过信号灯与任务通信： 3 ) 任务所需内存的分配，既可以通过操作系统来管理，也可以由用户自己 管理； 4 ) 任务可以被分配不同的优先级，并根据优先级进行调度； 5 ) 提供时间函数，用于实现时间计算、延迟等操作。 实时操作系统层作为所有上层程序代码运行的基础，可以进行多任务调度、 系统资源管理、中断处理、通信操作和同步处理等。 3 1 2 硬件抽象层 硬件抽象层是与硬件联系最紧密的软件层，它主要完成通过读写各个硬件模 块的专用寄存器实现最底层的控制。 硬件抽象层可以面向不同的硬件平台，通过硬件抽象层可以实现上层软件与 不同硬件平台的结合，为上层的应用软件提供更广的应用范围。 硬件抽象层本身包含了多种芯片的底层控制，通过在编程时参数的设置来选 择应用的芯片。因而使用在以前平台上的驱动程序可以很容易地移植到下一代芯 片上，而无需做很大的修改。 3 1 3s t a pi 硬件驱动层 硬件驱动层主要是针对不同的硬件功能模块，提供相应的驱动程序。它主 要包括以下几个部分： 1 接口模块：包括了s t u a r t 、s t l 2 c 、s t s m a r t c a r d 、s t c l k r v 等， 分别实现r s 2 3 2 串口控制、1 2 c 控制、智能卡驱动、时钟恢复。 2 系统控制模块：包含s t b o o t 、s t p i o 、s t p t i 、s t a v m e m 分别对系 统启动、p i o 设置、传输流的解复用及系统内存管理进行控制。 3 音频处理模块：s t a u d 实现对不同格式的音频流的解码、后处理等控 制。 4 视频解码模块：s t v i d 实现基本视频解码的控制。 第三章s t 5 1 0 5 f t a 的软伴系统设计 5 。视频后处理模块：s 仍e n c 将视频信号编码成n t s c p a l s c e a m 制式 的电视信号。s r v o u t 和s r v t g 实现视频信号的输出和同步信号的产 生。 6 菲易失性存储器控制模块：s t f l a s h 、s t e 2 p 实现f l a s h 帮e 2 p r o m 的初始化、读写、擦除等功能。 7 。前端控制模块：s t t u n e r 宪成控制信道解调蕊片s t v 0 2 9 7 、高频头豹 工作。 8 o s d 控制：通过s t o s d 、s t l 越隰r 等模块实现o s d 的图形显示。 当然，s t a p i 包中的驱动并不会全部用到，得根据实际的硬件平台和开发需 要，选择所需的驱动程序和控制模块。 3 。1 4 应用程序层 应用程序层是用户应用软件的主体部分，也是软件开发的主要部分之一。与 数字电视接收机有关的所有上层功能的实现都在这层完成，如关于用户界蕊、前 面板键盘和红矫遥控的接收与处理、节基信息的分祈处理和节西操作的管理等。 在硬件平台的基础上，需要实现各个功能模块的控制。本课题开发的应用程 序主要包含： ( 1 ) 前端的控制 由予同一个信源解码器可以配含不同类型和功能的前端进行工作，所以前端 控制软件的设计要根据具体的前端硬件的不同而有所不同。 ( 2 ) 图形界面的设计 主要处理来自前面板或遥控器的用户输入信息，确定当收到菜个信息时避彳亍 怎样的操作，如o s d 画面或菜单的显示等。在本系统中主要是利用p e g 图形库， 然后剥用这些瘴溺数生成所需的各种基面和菜单图形，用于显示。同时，在设计 各画面和菜单项目信息的数据结构时，要加入有关的辅助信息，以便于各菜单项 目之间的关联。 ( 3 ) 用户操作接口 主要控制遥控器和前面板的操作，需要对按键信息进行定义、分类，并对相 应的按键写好执行菡数，保证爰户在按下某个按键时棚痤操作东确无误地执行。 ( 4 ) 节目及其数据库的操作 为了将有关频道和节目的各种信息有机地组织起来，以利于操作，这里设计 了节目数据库，存储节目的各种有用的属性信息。这部分既包括节目数据库的各 种操作，如：数据库内容的初始化、读写、更新等，也包括关于频道和节网的各 第三章s t 5 1 0 5 f t a 的软件系统设计 种操作，如：自动节目搜索、节目删除、恢复、节目选择等。 ( 5 ) 软件升级 在硬件平台确定后其软件是在不断开发和更新着的，所以为了使同样的机器 能够在原有的基础上不断扩充软件功能，这里设计了软件升级模块。通过r s 2 3 2 串行接口或者在线升级，可以将新的程序代码写入接收机的f l a s h 存储器中， 实现软件的升级功能。 ( 6 ) e p g 电子节目指南 电子节目指南需要提供舒适的、快速的节目浏览功能的人机交互式用户接 口，除了要专门制作显示菜单外，还需要软件来控制与其它模块如前端、数据库 等的协同工作。电视节目的分类、排序、收藏、预定等都需要编写软件来控制。 3 2 系统软件的工作流程 接收机开机后，应用程序以m a i n 函数为入口函数开始执行，程序的整个工 作流程如图3 2 所示： ( r m a r e ) 0 衔仃嚣r ! j 发生 e v t 扣? 誓i 化 隅辛，j 。i f 【 lp e g 再- “硝圳匕l 内打配置 f d m a j 始化 b l i n e r f ! j 拼i 化 l f l a s l i 叫j 落；化 i 幽哆# ；j # ；7 乞a 、m e n l o r y 却j 钓化 吧珈i ! ；踅私1 旬j 婿化 f 段卫上滤器女u 眢f 他i + p i o 卅j 精化 1 0 t t i 蚀垃纠j 罾i f 匕 概垂i 幸j j 纰f ci _ 1i j 数融峨倒虹亿l 0 il j a r l 巩f 巴 p 1 1 ，i j0 打他 i 。i 出：幸j 奸i f 己 i 前蹦珥磐北 0 0 0 1 1 ( i 烯似 幔：“，粕f j & i ，化 红：2 j j 托化 lj 至萎器k b ! , , j t ：f i f k + 0 t b x j j p f l ： 砸! 订“：i 州甜ll 黯髓：u ；- i q 虢化ji jj 。拔l ： j o i f 匕l 1 一 i 一 i一 (州。) 图3 - 2 接收机的软件流程 m a i n 函数根据功能主要分为三个子函数： 1 ) d