（计算机应用技术专业论文）家庭多媒体服务器平台硬件总体设计.pdf

摘荽 摘要 家庭多媒体照务器是数字会聚、3 c 融台豹产撼。计舅钒、半导体设计葶丑刳 造以及网络技术的飞速发展促进了家庭多媒体服务器的出王嫩：信息家电的兴起加 速了家庭多媒体服务器平台的研制。 本报告阐述了家庭多媒体服务器出现的必然趋势和国内外研究开发的技术 现状。分析了现今比较实蝴的t r i m e d i a 方寰署ni c o m p r e s s i o n 方案。结合麓华电 子企业发媵的需要提出了家庭多媒体服务器平台硬件总体设计的课题。 本报告对采用的i c o m p r e s s i o np v r 方案的软硬件结构进行了分析。分析了 p v r 的主黉子系统的组成结稳，确定了家庭多媒体服务褪平台硬件总体设计方 案。进行了家庭多媒体服务器平台总体的没计和研制。 蹲家庭多媒体媵务器平台的备个功能摸块进行了设汁帮研制。研制了在家庭 多媒体服务器平台上的i e e e l 3 9 4 总线模块。采用t i 公司的物理层和链路朦芯片 戳及采霜d i v i o 公稀鹁d v 簿码芯冀，实璐了a f v 信号通遥1 3 9 4 总线转徐，忿 模块可以嵌入到多媒体服务器平台中。 设诗了家庭多媒落鼹务器平台豹个人区域翻f 转l u e t o o t h ) 移无线局域躅豹按入 模块。采用e m s o n 的r o k l 0 4 0 0 1 多芯片蕊牙系统模块实观家庭多媒体服务器平 台黪b l u e t o o t h 接入。采簿a m d 公司a m l 7 7 2 芯片组实瑰无线届域圈模块静接 入，正在研制利用8 0 2 11 实现a vo v e rw l a n 传输的模块。 宠带接入技术瞧是本文的重点。对宽带接入各秘技术遴嚣了研究。为髂次“最 后。公里”的接入，采用c o n e x a n t 的4 芯片p c i 总线方式实现平台的a d s l 接 入：正在研制基予c x 8 2 3 2 0 的a d s lr o u t e r 。采喇c x 9 4 3 0 c m 擎芯片方鬃实现 c a b l em o d e m 的接入。 报告对家庭多媒体服务器平台的应用进行了研究。研究了采用家庭多媒体服 务器平台构成分布式多媒体服务器系统；研究了分布式多媒体服务器系统实现 q o s 服务的模型。同时还没计了采月家庭多媒体服务器平台实现远程多媒体监控 系统。 报告最后对研究工作进行了总结和对来来的发展提出了展望。 摘要 a b s t r a c t h o m ed i g i t a lh u b b u bi st h e p r o d u c t t h a t i m e 萨a t e s t h e d i f l i t a l a n dt h e 3 c ( c o m p m e r , c o n s u m e ra n dc o m m u n i c a t i o m i tc o m e si n t o v i e w a l o n g w i t ht h e p m g f e s so ft h em i c r o e l e c t r o n i c st e c l m o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g ya n dr a p i de x p a n s i o no f t h ei n t e r n e t t h ep o p u l a r i t yo ft h ei a ( i n f o r m a t i o n a r c h i t e c t u r e ) d e v e l o p s t h eh o m eh u b b u b 。 t h eh a r d w a r ea n ds o , w a r e t e c h n o l o g yo f t h eh o m e d i g i t a lh u b b u bw i t h i nt h e c o u n t r ya n da b r o a di sg i v e no u t ，f u r t h e r m o r e ，t h ed e s i g n sa n dd e v e l o p m e n tb a s e do n t h et r i m e d i aa n d i c o m p r e s s i o n p v rs o l u t i o n sa n dt h ex o c e c o sd i r e c t i o na r e p r o v i d e d t h ed e s i g n so ft h ei e e e l3 9 4b u s ，b l u e t o o t ha n di e e e 8 0 2 1l ba r er e a l i z e di n h o m e d i g i t a lh u b b u b ，t h e t i 、sp h y s i c a ll a y e ra n dl i n kl a y e rc h i p s e ta r eu s e d d i v i o 、s d vc o d e ct r a n s m i t st h em p e go rd vt oi t u 6 5 6d a t a t h ee r r i s o n so n ec h i p s o l u t i o ni su s e dt o g e t t h eb l u e t o o t hm o d u l e ，t h ea m d 、sa m l 7 7 2c h i p s e ti s p r o v i d e dt oc o m p l e t e t h ef u n c t i o no ft h ew i r e l e s sl a n t h e & no v e rw l a nm o d u l e i sd e v e l o p e d t h eb r o a d b a n d t e c h n o l o g y i sk e y s t o n eo f t h eh o m e d i g i t a lh u b b u b i ti n c l u d e s t h ex d s i 。，h f c ，e t h e m e t ，l m d sa n df t t h ( f i b e rt ot h eh o m e ) t h ed e s i g n so f a d s l ，h f ca n de t h e r n e ta r ea d o p t e d t h ea d s l 、sf i m c t i o ni sa d d e di nh o m e d i g i t a lh u b b u bb yc o n e x a n t s4c h i p ss o l u t i o n 。p h i l i p so n ec h i ps o l u t i o ni su s e dt o a d d 氇ec a b l em o d e m 。t h ea d s lr o u t e rw i t hc x 8 2 3 0i sd o n e t h er e s e a r c hb a s e do nt h ei t o m ed i g i t a lh u b b u ba r ed o n e f o re x a m p l e ，t h e d e s i g no f t h em o d e lo fd i s t r i b u t e dm u l f i m e 或as e r v i c es y s t e m 。t h eq o s m a n a g e m e n t m o d e lf o rd i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ab a s e do nh o m e d i g i t a lh u b b u b i st h eo t h e rt o p i c a tt h es a m et i m e ，t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f l o n g - d i s l a n c em u l t i m e d i am o n i t o r i n g s y s t e mi sap r o j e c t t o o f 1 第一章概述 第一章概述 1 1 引言( 关于选题) 家庭多媒体服务器平台是在计算机技术、半导体设计和制造技术及网络技术 的高速发展之后才提出的。可以是高级机顶盒式的，或是家庭数字集成中心 ( d i g i t a lh u b b u b ) 式的。家庭多媒体服务器平台是数字会聚、3 c 融合 ( c o m p u t e r ，c o m m u n i c a t i o na n dc o n s u m e r ) 的产物。 越来越多的家庭拥有各类a v 机器及家电设备，也有越来越多的设备与 i n t e r n e t 相连。如此多的设备如何管理、充分应用，是一个很现实的问题。家 庭多媒体服务器平台是个很好的解决办法。首先，家庭多媒体服务器平台要解决 不同厂牌的机器能够相连的问题。其次，要能满足多媒体应用发展的需要，如对 实时图像与声音的捕捉，电视图像等多媒体数据的存储、传输等等。它的应用大 体有三个方面： l 、资源共享，储存； 2 、家庭管理，如通过服务器平台可以自动控制家中的温度和湿度，可以自动网 上购买，通过网络数码相机监控家中的情况等； 3 、娱乐需求。如i n t e r n e t 上的音乐、电视可以在家中的播放，实现v o d ( v i d e o o nd e m a n d ) 功能等。 近几年来，信息家电( i a ：i n f o r m a t i o na r c h i t e c t u r e ) 的兴起，推动了家 庭多媒体服务器的发展，同时也使过去以机器为中心，强调高速高效的p c 时代， 转变到以人为本，通过网络将工作、学习、生活、娱乐融为一体的后p c 时代。 信息家电最早是由a p p l e 公司的j e f r a s k i n 在1 9 7 8 年提出。当时，由于技 术的限制，并没有引起太多的关注，直到1 9 9 6 年，第一部p d a 的出现，各大家 电厂商和p c 商才竟相推出了各自理解的信息家电产品。如：电脑化的彩电，互 动电视、可录电视、微波炉、冰箱、洗衣机、空调、热水器、摄像机、可视电话 等等，这些家电连成网络、并与互联网、公用网、社区网连接，即可实现网上冲 浪、网上购物、远程监控、安全保卫、家电功能升级等等。 信息家电产品市场需求的不断扩大，加快了家庭多媒体服务器平台研制的步 伐。信息家电的兴起与下面这些事件是相关的： 1 9 9 9 年1 月7 日，m i c r o s o f t 推出了“通用型即插即用( u n i v e r s a lp l u ga n d p l a y ，即u p n p ) ”模式。在家庭中，各种智能化家电都可以和p c 进行对等连接 第一章概述 和资源共事，这一“筒革豢庭黼终”方案得簧了像i n t e l 稻c i s c o 等许多大公司 的支持。 1 9 9 9 年1 兵5 西，h o m e r f 工律缝公蠢“共享无线访阉貉议”s w a p1 0 敝本 规范，有1 3 家公司( 包括i b m 、i n t e l 等) 承诺将生产基于s w a p 的产品。 1 9 9 9 年l 露2 6 蠢，s u n 公蠲发蠢j i n i 技术，它挺供这样一释橇镧，帮安 全地利用j a v a 语言将一组设备归于一个服务网络，使设备之间可随时随地建立 联系。 2 0 0 1 年网络泡沫化以后，i t 产业遇到了严冬攀节，但i d c ( 国际数据集团) 熬 薅查攘告锈臻崮，2 0 0 4 年莹患象宅镑馨额将这鞠1 7 8 亿美元，今年全球僖惠 家电的销售量将超过p c 。每年信息家电的销售额将以6 1 8 的复合成长率成长， i 年嚣，信患家魄豹镇爨将是羚嚣l e 倍。藩瓣，售感客毫将取代蒋绞家电， 成为市场主流。例如：p c 机的发展已经有2 0 多年，累计使用量大约3 亿多台， 聪s o n y 公蔼独家接出熬p l a y s t a t i o n 游戏辊五年藏窭货7 0 0 0 多万台。中滏将是 倍息家电的最大潜在市场，市场容量将达数十万亿元，到2 0 0 5 年，中国数字音 叛憋影藏4 0 0 0 钇元产蓬瓣赣麓产避鲫粥。强戴，枣绣邈逡镯疆唆家庭多媒髂骚 势器平台的出现。 绩息豢电豹兴起迄豢滚热战：1 ) 竞争基盎激熬；2 ) 撰凄枣场认可豹信息家 电产品是各厂家追逐的目标。生产厂商需要综合价格、功能和实用性，准确产品 黪定应，接出毅枣场谈可懿产晶；3 ) 骚务与瘩池模式改变，荚中派务越来越重 翳。1 9 9 9 年3 月1 0 日，m i c r o s o f t 总裁比尔盏茨在中园深圳墩布了维纳斯计 划，它骥示羞家壤嬲络的标准穗援范蕴含着巨大懿蘧韭捌豢。 厦门华侨电子企业正是从未来发展的考虑确定了开发家庭多媒体服务器平 台这项髫。 嘎。2 测内外家庭多媒体服务器平台的研究现状 国内夕 大的p c 和家电厂商都积极她投入到家庭多媒体服务爨平台熬磺究 上，都试闰在研究和市场。t 占得先机。各厂商纷纷推出了各自理解的家庭多媒体 联务器( 鼓高级执顶盒) 。 一般而言，家庭网络可以分为5 个部分：宽带接入、家庭网关、家庭网络互 遗技术、信息家电和中间俸，家庭网络如豳1 - 1 艇示。 第一蕈概述 图i - l 家庭黼络示意图 1 2 。1 家庭多媒体鼗务器平台的功戆 家藏多媒馋鼹务器乎台稳吴体珐麓主要包括： 第：具有接收并播放数字视频节目功能，包括接收c a b l e 、陆地和卫星等 遵接方式瓣数字筏蒺广播，使翊m p e g - 1 、m p e g - 2 、m p e g - 4 等编懿鹞技术，满是 m p m l 、m p h l 的数字音视频信号。输出簸合视频信号和s - v i d e o 信号等。第二： 鼓骞支持多协议熬i n t e r n e t 功糍，霹支簿t c p i p 、h t m l 、x m l 、h t t p 黟d n s 等 网络协议。第三：支持网络内部各种设备之间的数据通信、实时传输多媒体数据、 多媒体交互式搽 擘帮馨掭瓣霆，援撰是够露宽逶售豹骚务接口；篱霆：县骞丰富 的用户界面和图形控制功能；第五：具有家庭信息服务器的功能，可为家庭事务 黪理提供必要兹数糖骚务”“。 除了上述功能，家庭多媒体服务器平台还要有家庭网荚的功能( 至少有一部 分) 。家纛翘关( 黼：r e s i d e n t i a lg a t e w a y s ) 豹功憝是凳消费魄予设备提供裹 滤i n t e r n e l 接入的关键设备，x d s l 、w i r e l e s s 、c a b l e 绒卫星等通过家庭网关 与家庭瓣终热h o m e p n a 、h o m e r f 、w i r e l e s sl 飘躐i e 琵1 3 9 4 总线连接或辏攘起 来，使得家庭内部位于不问节点的家电都实现高速i n t e r n e t 访问，以实现集成 弱语音、数据和援频骚务”3 。 1 ，2 。2 家庭多媒体服务器平台硬件技术瑷状 家庭多媒体服务器平台要实现上述功能，不冠的厂家对家庭多媒体服务器有 不问的期许。如微软或苹采公司，希望它像台计算机；飞立浦或三星公司希望 第一章概述 它像一个轰体声元件；还脊一些公霹希笺滗一个裾项盒8 1 。家庭多媒体服务器静 具体实现方式各式各样。采用的拽术主要有下面几种：基于p c 机的家庭服务器 方式、调涮解调器方式或数字税顶盒( s9 r b ) 方式等。蓊蒲稀方式实现酶功链都 有限，并不能作到家庭服务器平螽所需的全部要求。我们开发的家庭多媒体服务 器采用独立税顶鑫式的。梳顶盒词起源于1 9 7 7 年，美菌牮纳魄缆通讯公司开 发了最早的o u b e 交互电视系统。它是在有线电视基础上，提供按次收费的家庭 购物和m t v 等节麓。每个q u b e 灞户静电粳梳都蠢一卞穰顼盒s t b ，供蔫户输入 选择、收发、拒绝等控制信息。经过3 0 年的发展，机顶盒有商、中、低级三种。 蕊缀蕊s t b 裁豫多媒体索瑟计算梳。霹醴实现一系翔高级暇务。鲡遴程筏皴会议、 家庭内部网络、i p 电话、视频点播和接收高清电视信号以及有宽带接入技术。 并霹将电援节霹编辑、鬟缩和储存等，可弱嚣记蒙帮鼹番季冕频节释。 i b m 公司r e d w o o d 一4 数字信息家电控制平台的硬件结构如图1 2 所示： | o p b m p e g 。2 o 蕈s 璃浚 中断u 3 2 位c p u i d m a ili d e | li f 陶f l a s h 控制il p o w e r p c 4 0 1 i 控制lj 总线ij 内存if r o m 传输 解复 a vi 1 n p 编 解鹤一鹳嚣 a 砰) r ab或垂莼mm = 烨 c 一d e o + s - v i d e o 图1 2i b mr e d w o o d 4 硬件结构图 从图中可以看出：i b mr e d w o o d 4 平台魑单芯片方案，r e d w o o d 4 比 r e d w o o d 一3 增加了e t h e r n e t 。其处理爨集成下嚣几秘功能模块：m p e g - 2 健竣滚 解复用、d v b 通用解扰器、m p e g 。2 视频解码器、音频解码器、n t s c p a l 编码 器和p o w e r p c 4 0 1 d 2r i s c 内核，耀于d r a m 、f l a s h 和s d r a m 等其他子系统 的外部总线接口单元，以及g p i o 、1 6 5 5 0 串口、1 2 8 4 并口、i c 卡、i r d a 遥控 器、e t h e r n e t 、时阀控嚣4 器、i d e 想线和1 2 c 接口嚣外设搂强单元。 此方絮的宽带接入方式不能满足需要；没有i e e e l 3 9 4 总线限制了视频信号 源等。 从图 一2 中可戳看出：家庭多媒体服务器平台的硬件缡构包括数据处瑗存储、 园 第一章概述 家庭雨部潮和竟帮揍入三部分。 数据处理存储控制部分：这里包括控制子系统、数字处理子系统、数字储存 予系统。控澍子系统受蠹系统豹褪始纯翻各个模浚的协调工 乍。f l a s h 中氆括了 自举代码和基本操作系统等。数字处理予系统包括音视频处理、图形处理等。数 掭懿存储主要是i d e 惑线瓣茬潮绦终。 家庭内部网：家庭联阚的物避构成方式主要有：h o m ep n a 、h o m ep l u g 、 c a t v 帮无线联瓣。h o m e p n a 怒自家蔫魄 丢联隧耱会开发稷定义靛，采耀电话 线联网，基于以太网平台的数据格式。t t o m ep l u g 是采用电力线构筑数据网络的 铰零。c a t v 是慕胡有线邀援疆裘传输数攥。 家庭内部网主要采用家庭多媒体服务器平台的各种接口，如串行口、并行口、 红努接口、无线筠蠛疆、b l u e t o o t h 、u s b 、l e e 嚣1 3 辫慧线彝p c i 蒽线等羟家庭 中用到的a v 设备，p c 机等构成一个家庭内部网。这里简要介绍一下w i r e l e s s 8 0 2 ，l l a 稻8 0 2 l b 、b l u e t o o t h 秘i e e e l 3 9 4 总线。 无线局域网联网现在主要有8 0 2 1 i 和b l u e t o o t h 5 】【6 】【7 l a 无线局域网要求相联 麴诗葵掇之阕狳了实瑗资源共事姊，逐应努潮终操作系绞( n o s ) 获支特熬各秘 服务功能。无线周域网具有：可移动性、数据传输速率商( 大于1 m b p s ) 、抗干 羧牲强翻挟速安装等往点。实现懿技术主爱采弱：微波逶信亵徽波扩频逶经。扩 频通信( s p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n ) 的主要特征是：使用比发送的信息 数据速率嚣诲多镶遮镄骢擞强把鼗骞信患数据懿繁謦售譬熬频谱避厅扩袋，形盛 宽带的低功率频谱密度的信号来发射。增加带宽可以在较低的信噪比情况下以相 网熬数据抟埝率可靠羹垒接竣鼗据。扩频通信主要蠢霹魏工终方式：塞接系戮扩频 ( d s s s ) 、跳变频率( f r e q u e n c yh o p p i n g ) 、跳变时间( t i m eh o p p i n g ) 、和线性 调频( c h i r pm o d u l a t i o n ) 方式。1 9 9 7 年6 月，i e e e 公毒了无线鼹域嬲熬8 0 2 。l l 标准，标准规定了统一的m a c 协议、r f 收发器和红外线收发器的物理接口。2 0 0 0 年8 月，i e e e 8 0 2 。l1 宠蛰_ 鞠修改搽准。增攘两顼激内容：是增翔i e e e 8 0 2 。ll a 标准。泼标准扩充了物理层，规定使用5 g h z 的频带，采用难交频分调制数据， 传埝数据速率蔻爨为6 5 4 m h p s 。二是增热了i e e e s 0 2 。ll b 挺准，娌定接号传辕 猩2 4 g h z 频段，采用补偿码键控( c k k ) 调制方式。可以支持两种速率：5 5 m b p s 魏1 1 m b p s 。其m a c ( 分矮游阉控铡) 有这撵豹功越：在工传站之闼豹距枣太长或 干扰过大、信噪比低于某一个门限值时，传输速率能够自动从1 1 m b p s 降到 5 5 m b p s 或2 m ，熬至1 m b p s 。无线局域网的联接方式主要蠢：对等潮、无线h u b 、 一点多址以及不同协议网络间互联等方式。 b l u e t o o t h ( 箍牙) 技术是蓝牙特别霉亍业组织( s i g ) 于1 9 9 9 年1 2 胃发布第 一版的技术规范。工作在2 4 g h z 频段，采用扩频跳频调制。在i m h z 带宽内有 第章概述 7 9 个跳频信道。跳频速率为1 6 0 0 跳s 。能够支持一个异步数据信道、3 个同步 话音信道。每个话音信道速率为6 4 k b p s ，数据信道可支持全双工4 3 2 k b p s 的速 率。目前的传输距离为1 0 米，可以使设备自发形成一个小型无线网络( p i c o n e t ) ， 有些文献上称它为无线个域网。 无线连接还有h o m e r f 、h i p e r l a n 2 等，h o m e r f 标准是h o m e r f 工作组制定的， 也工作在2 4 ( m z 频带，2 0 0 1 年推出的第二代产品可以支持l o m b p s 速率。以 5 0 1 0 0 跳s 的跳频速率工作，特点是能够同时支持8 个高质量的话音连接、8 个分优先级的流媒体连接以及与i n t e r n e t 的连接。h i p e r l a n 2 是由欧洲电信标 准协会( e t s i ) 制定的无线局域网标准。采用5 g h z 频带，分配的宽频带有3 0 0 m h z ， 而一般工作在2 4 g h z 频带段只能提供8 0 m h z 左右的频段可用。h i p e r l a n 2 实际 应用数据吞吐率能保持在2 0 m h z ，同时还能支持o o s ( 质量服务) 。 i e e e l 3 9 4 总线是在a p p l e 公司的f i r e w i r e 接口发展起来的，与i l i n k 总线 兼容，是一种串行接口标准，t 9 9 5 年i e e e 组织把它制定为高速数据传输的串行 总线标准。随后d v b 联盟( 欧洲数字化视频广播) 把i e e e l 3 9 4 定为遥控器及其 相关机器的标准总线，由国际上5 0 多家大企业组成的数字视频摄像机联盟，把 1 3 9 4 定为数字化视频和音频的标准接口。美国的s e a g a t e 等硬盘生产厂家把它 作为硬盘接口。 1 3 9 4 a 的传输速率是1 0 0 、2 0 0 、4 0 0 m b p s 。1 3 9 4 b 标准支持8 0 0 m b p s 、1 6 g 以上的传输速率，而无压缩n t s c 制的电视信号同步模式传输只要2 2 1 m b p s 。1 3 9 4 总线之所以能达到如此高的传输速度主要因为两点：一是：总线是串行的，不需 要象i d e 、s c s i 总线那样为同时收发多位数据而必须使数据同步，这样容易提高 数据时钟频率，二是：采用了d s l i n k 的编码技术，把数据时钟信号的变化转变 为选通信号变化。而选通信号的变化次数总是比数据时钟信号的变化少，不容易 引起失真。 i e e e l 3 9 4 总线比较独特的地方有下面几点：l 、两种数据传输模式：b a c k p l a n e 模式和c a b l e 模式，b a c k p l a n e 模式支持1 2 5 m ，2 5 m ，5 0 m b p s 传输速率。c a b l e 模 式支持1 0 0 m 、2 0 0 m 、4 0 0 m b p s 等传输速率。2 、1 3 9 4 同时提供同步和异步数据传 输方式。同步传输对影像非常重要，因为影音数据对时间有限制。3 、采用内存 映射的架构( m e m o r ym a p p i n g ) ，所有1 3 9 4 总线上的资源，都可以映射到某段内 存地址，并依此方式来存取数据。4 、点对点的通讯架构( p e e r t o p e e r ) ，1 3 9 4 外围设备通信可以不占用c p u 的时间。5 、1 3 9 4 总线的电源线可以提供最大4 0 v 电压、1 5 a 的电流。1 3 9 4 总线可以给无自备电源的设备提供电源。 在p c 领域，u s b 占上风，但1 3 9 4 总线特别适合于消费类电子之间大数据量 的传输。如便携式摄像机、数字卫星接收装置、数字电视、s t b 、d v d 等。也就 第一章概述 怒浇：1 3 , 0 4 最大的特点在于用- 一撩电缆线就可强大量传输动画、声音等信息。 i e e e l 3 9 4 总线在一个端口上最多可以连接6 3 个设备，设备问采用树彤或菊 藏澎筢矜结梅，不需要集线器( h u b ) 。i e e e l 3 9 4 的霹标楚要成为电脑与影音褫 听器材间的统一标准。 宽带接入部分：数字电视被视为社区宽带市场驱动力静关键，家庭多媒体服 务器平台很重要的部分是其宽带接入技术。宽带接入是为了解决“最后一公里” 静藏琰阉莲，馨小区虱各个用户鹣潮络搂入。眈较成熟的宽带接入技术主要有下 面几种：x d s l 接入、c a b l em o d e m 接入、高速以太网接入、光纤到户和固定无线 接入l m d s ( 本遮多点分配系统) 。 x d s l ( d i g it a ls u b s c r i b e rl i n e ) 接入，x d s l 是1 9 8 9 年美国贝尔通信研 究耩为接动视频点播( v o d ) 盈务开发酌鬻速话输按零。矮来由予v o d 监务受援 丽被搁置。近年来随着i n t e r n e t 技术的飞速发展，基于双绞线的x d s l 又藿新崛 越。x d s l 主要有两萃孛：对称速率帮非对称速率。现在市场上主要蹩菲对称数字 接入( a d s l ) 。a d s i 。可以摄供1 0 0 - 8 0 0 k b s 的上行速率，1 - 8 m b s 的下行速率，可 以每p o t s 分离器莛存。x d s l 毙较常见的还毒v d s l 。v d s l 有离达5 0 m b i t s 传输 速率，但传输的躐离比a d s l 短得多，提供对称和非对称两种配胃。 c a b l em o d e m ( 凌h f c ：h y b i r df i b e r - c o a x 溉台光纾鞫轴) 宽带接入。原含 义仪指采用光传输系统代替全同轴c a t v 网络中的干线传输部分，而用户分配网 终镪然保留同辘奄缆结构。睫羞数字通信瓣发聂，h f c 又被赋予新酶含义：特指 利用混合光纤同轴电缆来进行宽带数字通信的c a t v 网络。h f c 接入能提供 1 0 0 0 m h z 豹繁宽。 h f c 网充分利用有线电视用户网络，最大的优点是带宽优势。在4 2 m - 7 5 0 m h z 毫筏频段( 多在5 5 0 鞭z ) 分亵爨一条6m h z 豢竟的下行繁遂，在5 疆z 一25 f i z 频段开辟个上行信道。下行调制方式一般采用6 4 q a m 调制或6 4 0 q a m 调制，6 4 q a m 调朗可戳使下行遮攀达到3 0m b i t s ，6 4 0 q a m 调制速率霹班达3 6 m ；，土 亍速率 也可高达1 0m b s ，上行采用q p s k ( q u a t e r n a r yp h a s es h i f tk e y i n g ，四相移相 镶) 调裁，连有爝s e d 黻( s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 司 步码分复用) 调制，虽然q p s k 调制速率较低，但其抗干扰能力强，更适合噪声 环境。 高速以太网接入。以太网是x e r o x 、d i g i t a le q u i p m e n t 和i n t e l 三絮公司 开发豹蜀域网组嬲规范，传埝速窭可班达到1 0 0 0 m b p s 。予逖班太耀以f t t x + l a n 方式实现宽带接入。f t t x 中的x 可以指小区、楼或家庭。可以达到千兆到小区、 百兆到大楼、十兆到家庭察嚣。蘩雳光纾+ 5 类线，遗爰户提供】o m b p s l o o m b p s 的标准以太网接口。 第一章概述 光纤到户由于其昂贵的成本，现在并不是很现实。 宽带无线接入技术主要有多通道多点分配业务( m m d s ) 、本地多点分配业务 ( l m d s ) 和卫星直播系统( d b s ) 三种。是在成熟的微波传输技术上发展起来的。 本地多点分配业务( l m d s ：l o c a lm u ll j p o i n td i s t r i b u t i o ns e r v i c e s ) 工作在 2 4 3 9 g h z 的频段，可提供很宽的带宽( 1 g h z ) 。被喻为“无线光纤”，可在较短 的距离( 3 - 5 k m ) 实现双向传输话音、数据图像、视频、会议电视等宽带业务， 支持a t m 、t c p i p 和m p e g 2 等标准。宽带无线的应用在有些地区能发挥优势。 考虑到我国国情，比较合适的宽带接入是有线电视网、以太网和电信网。在 大城市如上海，已完成几百万户h f c ( 光纤同轴混合接入) 的双向改造，有一百多 万户用c a b l em o d e m ( 2 0 0 1 年前) 。有线电视网在我国普及面也很广，且速率高， 优势明显。采用光纤到小区，同轴电缆接入家庭是大有可为的，不过现在的有线 电视网是单向的，要改造成双向网才能提供交互型业务。我国的许多城市现在 1 0 m 、1 0 0 m 以太网到小区，以太网占有很大的市场份额。电信网是我国普及最广 的网络之，a d s l 能够充分利用已有的电话线，上行速率可以达到1 5 m ，下行 可以达到8 m ，主要的优点是用户独享。所以，在设计家庭多媒体服务器平台时， 考虑采用的宽带接入方法有：c a b l em o d e m 、e t h e r n e t 、a d s l 和无线局域网 1 2 3 基于t r i m e d i a 的t m l 3 0 0 的p v r 方案 媒体处理器有各种各样，如：t i 公司2 0 0 2 年9 月推出了6 0 0 m h z 的数字媒 体处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 2 。它基于t m s 3 2 0 c 6 4 x t m 的d s p 内核架构，有三路双 向( 软件选择输入或输出) v i d e o 接口，支持b z 6 5 6 ，数字t v ( s d t v 或h d t v ) 格式。支持m p e g 一4 、m p e g 2 、a c 3 、m p 3 等的编解码；内部集成了6 6 m h z 的p c i 总线和e t h e r n e t 接口。能够实现v o d 、i p b a s e dv i d e op h o n e 、d v r 、流媒 体编解码等。采用d s p 架构比较灵活，此媒体处理器集成的功能强大，但软硬 件工作量大，价格昂贵。 2 0 0 0 年，t r i m e d i a 推出了t m 1 3 0 0 嵌入式媒体处理器，它基于v l i w ( 超长 指令字) 指令结构，在一个时钟脉冲可以同时执行5 个运算。它还具有特别的 p c i x i o 总线接1 ：3 ，既可通过它将t m 1 3 0 0 媒体处理器作为p c i 插卡的控制器， 也可通过使用p c i x i o 接口连接外部设备，作为系统的控制核心。 1 9 9 9 年8 月p h i l i p s 和s t r e a m m a c h i n e 开始进行p v r 开发，采用t m l 3 0 0 和 s m 2 2 1 0 ( m p e g - 2 视频编解码器) 。在此p v r 方案中，t m l 3 0 0 作为系统的主 控制器，负责运行嵌入式操作系统，控制整个系统的运行，同时处理音频的编解 码和m p e g 2 码流的解码，通过p c i x i o 接口可以扩充f l a s h 或其他p c i 设备如 第一章概述 i e e e l 3 9 4 等。s m 2 2 1 0 负责视频的编码，s m 2 2 1 0 和t m l 3 0 0 的接口逻辑( g l u e l o g i c ) 及i d e 接口由块f p g a ( e p f 6 0 1 6 ) 实现。t m l 3 0 0 方案的系统框图如图l - 3 所示。 此硬件平台是最早推向市场的p v r 系统之一，它的嵌入式操作系统采用 i n t e r g r a t e ds y s t e m 公司p s o s ，而且t r i m e d i a 开发了相对完善的a v 处理库， 对a v 处理比较方便，应用软件由e n r e a c h 公司支持。由于t m l 3 0 0 与s m 2 2 1 0 不 能直接连接，因此它们直接的控制逻辑复杂，需要用f p g a 实现t m l 3 0 0 和s m 2 2 1 0 的接口。s m 2 2 1 0 只能对视频信号进行编码，在进行m p e g 2 编码时4 v 是分开进行 的，其中v id e o 由s m 2 2 1 0 实现编码，而h u d i 0 由t m l 3 0 0 来处理。这种处理方式 容易发生a u d i o 与v i d e o 不同步的现象。系统利用f p g a 实现了p c i 到i d e 以及 p c 到s m 2 2 1 0 主机接口的桥功能，增加了系统的复杂性和成本。 t u n e r a u d i o笆! 竺竺 士d e ol t r i - v i e d i a 卜牌e n c o d e r v i d e o 嫩赢而a u d i o 。i t m l 3 0 0 i 幽丑5 l 图1 - 3 ：t m l 3 0 0 方案的p v r 系统框图 该方案由于实现复杂，加上产品设计上不是很完备，未能得到大规模的市场 推广。t m l 3 0 0 虽有发展，但主要是作为i pc o r e 进行商业运作。p h i l i p s 计划继 续推出t m l 3 0 0 的增强版本p n x l 5 0 0 ，对家电而言，仪仪媒体处理器显然不会比 现成的a s i c 有优势。2 0 0 1 年8 月，s t r e a m m a c h i n e 被c i r r u sl o g i c 收购后，c i r r u s l o g i c 增强了s m 2 2 1 0 的功能，推出了c s 9 2 2 8 8 ，增加了音频编码和o s d 功能，彻 底解决音视频分开编码的问题。在c i r r u sl o g i c 新的硬盘录像机方案中，t m l 3 0 0 被c s 9 8 2 0 0 替代。 1 2 4 家庭多媒体服务器平台软件技术现状 综合解码接收机( i n t e g r a t e dr e c e i v e rd e c o d e r ，简称i r d ) 是数字电视的接 收设备。它接收卫星或有线电视前端发送的数字电视信号，经过信道解码，信源 第一章概述 解码将传送的数字码流转换到原来压缩前的形式，再经d a 和视频编码送往普通 电视接收机。i r d 软硬件结构示意如图卜4 。 还有许多高级机顶盒的软件结构如图1 5 所示。 图1 4 综合解码接收机软硬件结构图 i t vv o dg a m ep v r d v b m h pd a s ea t v e fo s g ih a v iu p n p h t t pe n g i n e j v m g u i i oi rm p e g g r a p h i c t u n e r b o o t l o a d e r l i f l u x 图卜5 高级机顶盒的软件结构图 家庭多媒体服务器平台的软件主要包括：设备驱动程序、操作系统、逻辑资 源( 主要指文件系统、t c p i p 模块、o s d 等) 、中间件和应用层软件，这里只介 绍嵌入式操作系统、中间件、u p n p 、h a v i 和j i n i 。 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统是面向用户、面向产品、面向应用的。嵌入式系统大多工作 在实时性要求很高的环境，这种操作系统往往称为实时多任务操作系统( r t o s ) 。 目前的嵌入式操作系统主要有：v x w o r k s 、p s o s 、n u c l e u s 、p a l m o s 、o s 一9 、p o w e r t v 、 w i n c e 、h o p e n 、d e l t a o s 和l y n x o s 等，开放源码的有b s d 、l i n u x 和e c o s 等 v x w o r k s 是目前嵌入式系统领域使用最广、市场占有率最高的操作系统。它 支持多种处理器，如：x 8 6 、i 9 6 0 、s u ns p a r c 、m c 6 8 x x x 、m i p sr x 0 0 0 、p o w e r 0 鹑一章概述 p e 等等。p s o s 簇来是f s l 静产赫，i s l 禳w i n d r i v e r 公司兼并，p s o s 撬供一个 完全多任务的环境。3 c o m 公司的p a l mo s 在p d a 市场上占有很大的份额，有 开液静撩作系统纛滔程序簇i ：i ( a p i ) 。牙笈裔露馘根据纛器鸯行开发应蠲程序。 m i c r o w a v e 的0 8 9 是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统。p o w e r t v 楚专f j 为机顶盒环境开发的嵌入系统，支持透过网络送行下载、升缓。微软的 w i n c e 是为消费类电子开发的嵌入操作系统，它的内核采用了w i n d o w s 操作系 绞的专每多技术，黧分蠢式缝 牟鹜栋模墅( d c o m ) 、d i r e c t x 等。h o p e n 筵由鲻内靓 思推出的嵌入操作系统，t c l 的h i d 采用该嵌入系统。d e l t a o s 是由北京科银京 成推出的嵌入系绞。l y n x o s 是l y n x r e a l t i m es y s t e m s 捺邂的一个分京式、嵌入 式、可规模扩展的实时操作系统，支持线程概念。l i n u x 源自棼兰大学生l i n u s b r v a l d s 豹漂余终磊。发矮至今，有诲多琵较戏熬浆嵌入式l i n u x 系统。懿 r t 。l i n u x 、e m b e d i x 、u c l i n 瑚x 、红旗l i n u x 等等【8 1 1 9 1 。 审鬻终 中间件是处于操作系统和应用程序之间，支持应用软件开发和运行的系统软 佟。中闯件有五穆类型( m e s s a g e o r i e n t e d 、0 b e 髓o r i e n t e d 、t r a n s a c t i o n p r o c e s s i n g 、 d a t a b a s e 和远程过程调用r p c ) 。中间件包含通信协议、安全机制和各类软件引 攀等，许多孛蕊秘鄂蕴含捷当豹专避翔谈与技术，并逶避旋蠲程黪编疆爨嚣方便 应用程序的开发移植。中间件技术是高级机顶盒软件平台的关键环节。含通用的 虚数季趸、通信协议、安全机制、数字电视环壤和家庭圈终等。 同前成熟的商用中问件产品有o p e n t v 的e n 2 、l i b e r a t e 的t v n a v i g a t o r f o r d t v 、e n r e a c h 弱e n r e a c h t vf o rd t v 、c m l e l + 熬m e d i a h i g h w 封 秘i n t e l l i b y t e 兹 i be p g 、i bs im a n a g e r 、i