（信号与信息处理专业论文）新一代数字电视相关软件的研究与实现.pdf

中文摘要 目前在我国，数字电视节目已经在很多城市播出，也逐渐被广大群众认识和 接受。虽然在模拟电视到数字电视的过渡中，数字电视机顶盒发挥了重要的作用， 但是作为过渡产品它必将被数字电视一体机取代。因此在数字电视已经开始普及 的今天开发兼容模拟电视接收的数字电视一体机对我国数字电视产业的发展具 有非常重要的现实意义。 本课题的前期准备工作是在基于s t 方案( s t i 5 5 1 4 + s t i 7 0 2 0 ) 的带有p v r ( p e r s o n a lv i d e or e c o r d e r ) 功能和条件接收接口的新一代数字高清度电视机顶盒 上完成的。这个部分的主要工作是机顶盒软件的研究与实现，主要包括：前端控 制软件、解复用软件、节目管理软件、d v i 接口模块软件、e 2 p r o m 存储模块 软件、硬盘模块软件。其中d v i 接口主要是通过对外部s i l i c o ni m a g e 公司的d v i 接口芯片的控制完成，e 2 p r o m 存储主要完成机顶盒状态的记忆，硬盘模块主 要完成节目的录制和播放功能。 本课题主要部分是基于b r o a d c 删的新一代集数字电视和模拟电视接收和处 理于一体的s o c 芯片，开发一套能够兼容a t s c 、d v b c 和模拟电视接收的软件和 硬件系统。本论文主要完成其中的e p g 软件模块，包含a t s c 的e p g 模块和d v b c 的e p g 模块。a t s ce p g 模块的任务包括：提取节目列表信息并将信息存储到数 据库当中、根据粥t 表信息判断其他p s i p 表的版本变化并通知其他软件模块进 行相应的更新和处理、根据码流中分析得到当前时间设置系统时间、解析得到当 前节目的v ，c p 信息并通知v c h l p 控制模块。d v b ce p g 模块的任务包括：提 取节目列表信息并将信息存储到数据库中、根据码流中分析到的当前时间设置系 统时间。 另外本文还对s e c t i o n 数据提取模块进行介绍。s e c t i o n 数据提取模块是为 了提高e p g 数据收集速度而开发的。它允许上层程序提出多个s e c t i o n 数据请求， 另外它还具有超时机制，方便上层应用程序的开发。 在论文工作期间，通过在试验条件下和实际复杂条件下的严格测试，本论文 软件部分完成了要求的功能，验证了程序设计的正确性，完全符合开发要求。 关键词：数字电视，a t s c ，d v b ，e p g a bs t r a c t n o w a d a y s ，d i g i t a lt e l e v i s i o np r o g r a m sh a v eb e e nb r o a d c a s t e di nm a n yc i t i e s ，a n d d i g i t a lt e l e v i s i o nh a sb e e nw i d e l ya c k n o w l e d g e da n da c c e p t e d t h ed i g i t a ls e t - t o pb o x h a sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nt h ed i g i t a l i z a t i o no ft h et e l e v i s i o n h o w e v e r , i tw i l lb e r e p l a c e db yd i g i t a lt e l e v i s i o na f t e ra 1 1 c o n s e q u e n t l y , i ti sq u i t en e c e s s a r yf o rt h e t e l e v i s i o ni n d u s t r yo fo u rc o u n t r yt od e v e l o pak i n do fd i g i t a lt e l e v i s i o nt h a tc a n r e c e i v ea n a l o gt v p r o g r a m s a sw e l l t h ep r e p a r a t i o no ft h i sp r o j e c ti sd o n eo nt h es ts o l u t i o n ( s t i 5 51 4 + s t i 7 0 2 0 ) o fa n e w g e n e r a t i o ns e t - t o pb o x ，w h i c hc o n t a i n sp e r s o n a lv i d e or e c o r d i n ga n dc o n d i t i o n a l a c c e s s t h em a i nt a s k sa r ei m p l e m e n t a t i o no ft u n e rs o f t w a r e ，d e m u x i n gc o n t r o l ， p r o g r a mm a n a g e m e n t ，d v ii n t e r f a c ec o n t r o l ，e 2 p r o ma c c e s sa n dh a r d d i s ks t o r a g e t h i sd i s s e r t a t i o na i m sa tt h ed e v e l o p m e n to ft h es o f t w a r es y s t e mo fad i g i t a l t e l e v i s i o n ，w h i c hi sa b l et or e c e i v ea t s c ，d v b - ca n da n a l o gp r o g r a m s ，a n dt h e h a r d w a r es y s t e mi sb a s e do nab r o a d c o ms o cc h i p i tm a i n l ys t u d i e st h ee p g m o d u l eo ft h es o f t w a r es y s t e m w h i c hi n c l u d e sa t s ce p g p a r ta n dd v b ce p gp a r t ， 1 n l em a i nt a s k so ft h ea t s ce p ga r ee x t r a c t i n ge v e n tl i s ta n ds a v ei ti n t ot h ed a t a b a s e d e t e r m i n i n gt h ec h a n g e so fo t h e rp s i pt a b l e sa c c o r d i n gt om g t t a b l ea n di n f o r m i n g t h er e l e v a n tm o d u l e st op r o c e s sa c c o r d i n g l y , g e t t i n gt i m ef r o mt h es t r e a ma n ds e t t i n g t h es y s t e mt i m e ，c o l l e c t i n gv - c h 口i n f o r m a t i o no fp r e s e n t p r o g r a ma n dn o t i f y i n gt h e 、，- c h i pm o d u l e 1 1 1 ed v - b - ce p gm a i n l yi m p l e m e n t sc o l l e c t i n gp r o g r a ml i s ta n d s t o r i n gi ti n t ot h ed a t a b a s e ，e x t r a c t i n gt i m ef r o mt h es t r e a ma n ds e t t i n gt h es y s t e m t i m e a d d i t i o n a l l y , t h i sp a p e rw i l li n t r o d u c et h es e c t i o n - d a t a - e x t r a c t i n gm o d u l eo ft h e s o f t w a r es y s t e m t h i sm o d u l ei si m p l e m e n t e di no r d e rt op r o m o t et h es p e e do fe p g c o l l e c t i n g ，a n di te n a b l e sm u l t i p l es e c t i o nd a t ar e q u i r e m e n t so fu p p e r - l e v e ls o f t w a r e f u r t h e r m o r e ，i th a sat i m e o u tm a c h a n i s m t h r o u g hs t r i c tt e s t ，a l lt h es o f t w a r ei sp r o v e da p p l i c a b l e k e y w o r d s ：d t v , a t s c ，d v b ，e p g 独创性声明 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名啻芬签字日期：年声月2 乒日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞壅盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名蒡搏 签字日期：加多年o 月上日 翩虢嬲 签字目期：凶彩年加月垆日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 数字电视及其发展 1 1 1 数字电视及其优点【l 】【2 】 第一章绪论 模拟电视始于2 0 世纪3 0 年代，最初是黑白电视。5 0 - - 一6 0 年代先后制定了 n t s c ，p a l 和s e c a m 三种制式的彩色电视。随着科学技术的飞速发展，信息 技术已进入数字化时代。数字电视( d i g i t a l t v ) 是从电视节目录制、播出到发 射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视，是继黑白电视和彩 色电视后的第三代电视。 数字电视包括h d t v 和s d t v 。两者区别主要在于图像质量和信道传输所 占带宽的不同。h d t v ( 1 0 0 0 线以上) 为高清晰度电视( h i ：曲d e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ) ，图像质量可达到或接近3 5 m m 宽银幕电影的水平；s d t v ( 5 0 0 6 0 0 线) 为标准清晰度电视( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) ，主要是对应现有电视 的分辨率量级，其图像质量为演播室水平。 相对模拟电视，数字电视不仅能改进图像质量，而且还能与现有的数字通 信和计算机技术相结合，能为人们提供全新的、更灵活、更方便的服务。具体 来说数字电视有如下优点：数字电视信号在中继和复制中不会产生噪声积累， 可以采用纠错编码技术提高抗干扰能力，这使用户能看到演播室级的图像质量； 节目易于存储而且不会像磁带那样产生磨损；易于加密和保密通信；可采用大 规模集成电路，降低功耗，减小体积，提高可靠性，降低成本；可使用各种通 信线路和网络，提供许多新业务，例如视频点播甚至电子商务等。数字电视的 这些优点使之具有强大的生命力和光明的前景，数字电视将会大大丰富人们的 生活，并最终取代模拟电视。 1 1 2 国际上数字电视技术的发展p 儿4 j 日本的高清晰度电视起步较早，1 9 7 2 年就向c c i r 提出h d t v 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。日本处理高清晰度电视和普通电视关系的方法是使用单独的卫 星通道传送高清晰度电视节目，使用被称为多重亚取样编码( m u s e ) 的传输方式， 天津大学硕士学位论文第一章绪论 基本上是模拟传输。 起先欧洲不甘心全部h d t v 市场由日本独占，设计了一条从m a c 到舻 m a c 的逐步过渡到h d t v 的道路，但m a c 和冈州a c 也都是模拟传输。最 终不得不因美国先进的数字方案而放弃h 删a c 转而推动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( h d ) 电视。并于1 9 9 3 年9 月创建了数字视频广播项目( d v b ) 。但欧洲一直认为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 c ) 和地 面数字电视广播传输标准( d 、，b t ) 。欧洲的策略是：利用s d ，n ，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。 同日本和欧洲相比，美国在数字电视的研究方面起步较晚，但却是发展最 快的。尽管美国曾支持过日本推出的1 1 2 5 行卸d t v 规格作为统一的世界标准， 但当意识到h d t v 潜在的巨大市场之后，美国加速了这方面的研究，并从一开 始就采用了全数字化的方案。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，由于被测试的各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，其中四个数字系统的提出者 于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，1 0 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 批准了 该标准。1 9 9 7 年4 月f c c 宣布：以4 月7 日为起点，1 8 个月内有2 2 座电视台 转为数字电视播出；2 4 个月内，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h d t v ) ：3 0 个月内有1 7 0 0 个电视台在3 0 个 城市转为数字电视；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用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 1 3 我国数字电视的发展现状【3 】【5 j 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” 期间，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，国家科委 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 天津大学硕士学位论文 第章绪论 目“高清晰度电视技术研究”，对数字高清晰度电视进行了理论研究和计算机模 拟。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准，成立了国家高 清晰度电视( h d t 研究总体组。1 9 9 6 年7 月，由总体组负责，组织实施了“九 五”国家重大科技产业工程项目“高清晰度电视功能样机系统研究与开发工程”。 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台数字高清晰度电视功能样机系统。1 9 9 8 年9 月，利用该 功能样机系统在北京中央电视台进行了开路演示，取得了很好的效果。在1 9 9 9 年1 0 月1 日，中华人民共和国建国5 0 周年之际，对天安门广场的国庆大典进 行了现场直播，获得了成功。目前我国中央电视台和众多省市、地方电视台都 已实现了电视节目的数字卫星传输，电视台的发送和接收设备正在逐步实现数 字化。国家广电总局在十五规划和2 0 1 0 年远景规划中提出：我国将在卫星和有 线电视中采用国际通用的d v b 标准，在2 0 0 3 年完成具有我国自主知识产权的 地面数字电视广播标准制定工作，并在2 0 0 5 年全面推进地面数字电视广播。我 们相信随着我国申办2 0 0 8 年奥运会的成功，为我国数字电视的发展提供了难 得的机遇，数字电视发展前景广阔。 1 2 国内数字电视需求分析7 】【8 】 目前，我国彩电市场年需求量约为3 8 0 0 万台。预计未来5 1 0 年，彩电市 场年需求量将超过4 0 0 0 万台，“十五”期间，模拟电视向数字电视过渡，以三 分之一用户转换的话，则每年将有近1 3 0 0 万台的需求。2 0 0 8 年将全部转换为 数字电视，年销量将超过4 0 0 0 万台。 根据我国国情，发展数字电视首先要从s d t v 入手，逐步发展h d t v 。现 在在我国部分大城市，已经开始了h d t v 的试播。2 0 0 5 年，卫星传输全部实现 数字化，有线电视网以及省级以上台基本实现数字化。 我国是世界上最大的彩电生产国和消费国。图1 1 列出了我国彩电1 9 9 5 2 0 0 2 年销量、出口量、进口量以及由此推算出的国内市场容量情况，图1 2 示出了国内彩电市场容量近几年的发展趋势。 表1 1 我国彩电市场情况( 单位：万台) 年份 1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 9 2 0 0 02 0 0 12 0 0 2 销量 1 8 7 62 0 8 22 4 8 l3 4 6 33 9 3 53 8 3 3 4 0 1 85 3 5 3 出口量 3 8 74 0 64 0 43 8 65 6 7 1 0 2 91 1 6 21 6 ll 进口量 5 23 73 12 82 28 51 l 国内市场容量 1 5 4 l1 7 1 32 1 0 83 1 0 53 3 9 0 2 8 1 22 8 5 63 8 4 2 天津大学硕士学位论文第一章绪论 图1 1 国内彩电市场容量发展趋势 1 9 9 6 - 1 9 9 8 年，受彩电大幅度降价驱动，国内市场迅速增长。1 9 9 9 年继续 增长，达到3 3 9 0 万台，2 0 0 0 年又急剧降至2 8 1 2 万台，说明一般的彩电增长已 经进入饱和期。但是从2 0 0 1 年起，彩电的销售量又开始增长，2 0 0 2 年猛增到 3 4 8 2 万台，主要是受到市场上大屏幕彩电和新型彩电热销的带动。预计“十五 期间，彩电的销量将保持稳步增长态势，国内市场容量保持在4 0 0 0 万台左右。 从社会拥有量看，彩电的需求稳步增长。从国家统计局公布的全国彩电百 户拥有量情况预测分析也可以得到同样的结论。 模型测算： 表1 2 我国彩电拥有量情况 4 年份，“j 一奠一j i7 ：l1 9 9 0 年 1 9 9 5 年：1 9 9 9 笠4 2 0 0 0 年一，2 0 0 5 年1 - 家庭总户数( 亿户) 2 7 7 3 83 1 6 7 63 43 53 6 5 城镇户数( 亿户) 0 5 5 0 10 8 3 9 411 0 71 3 4 乡村户数( 亿户) 2 2 2 3 72 3 2 8 22 42 4 3 2 3 1 城镇彩电百户拥有量( 台) 5 9 0 48 9 7 91 1 1 61 1 6 61 2 5 乡村彩电百户拥有量( 台) 4 。7 21 6 9 23 8 8 44 8 7 48 9 全国家庭彩电拥有量( 万台)4 2 9 71 1 4 7 62 0 0 6 2 2 2 7 9 33 5 3 4 7 全国彩电百户拥有量( 台) 1 5 4 93 6 2 35 96 8 3 29 7 9 2 从1 9 9 6 年开始，我国彩电新增用户市场农村已开始接近乃至超过城镇。这 一时期城镇彩电的需求由新购需求为主转为更新需求为主，一户多机家庭越来 越多。 随着国民经济信息化的不断推进，各种过程教育、远程医疗、远程购物等 信息化生活方式将不断涌现，也为数字电视提供了广阔的市场。 十五”期间是我国数字广播制式与模拟广播制式并存阶段，这一阶段的数字 电视接收设备主要是数字电视机顶盒，并需要一定量的数字接收一体机。预计 未来3 - 5 年，我国数字电视及相关产品的市场需求将达到每年1 0 0 0 亿l5 0 0 亿元。随着我国申奥成功，原来预计数字电视大发展期将会提前到来，到2 0 0 8 4 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 年市场规模将达到5 0 0 0 亿元以上。 目前，我国彩电市场年需求量约为3 8 0 0 万台。预计未来5 l o 年彩电市场 年需求量超过4 0 0 0 万台。“十五”期间，是我国模拟电视向数字电视过渡的时 期，模拟电视与数字电视共存，若有三分之一的用户购买数字电视体机，则 每年将有近1 3 0 0 万台的需求。2 0 0 8 年后新购电视机将全部都是数字电视，年 销量将超过4 0 0 0 万台。 h d t v ：“十五”期间是数字电视的起步阶段，根据我国国情，发展数字电 视首先要从s d t v 入手，逐步发展h d t v 。从2 0 0 4 年开始，我国会逐步形成 少量的h d t v 用户，若按2 0 0 4 估算，年需求h d t v 5 0 万1 0 0 万台；2 0 0 8 年以后，按4 0 - - - 7 0 的需求计算，每年大约有1 2 0 0 万2 1 0 0 万台的需求。 另外，我国目前年收入在5 万元以上的家庭已经达到6 0 0 万户，如果1 0 左右 的高收入家庭可购买h d t v 估算，其销售量也将达到6 0 万台以上。 s d t v ：根据国家数字电视计划安排，2 0 0 5 年，卫星传输全部实现数字化， 有线电视网以及省级以上台基本实现数字化，若按彩电市场3 0 估算，2 0 0 8 年 以后每年将有1 0 0 0 万台的需求。 我国现在模拟彩电的拥有量为2 3 亿台，在1 5 年过渡期间内要完成模拟向 数字的转变，每年平均需求应有1 5 0 0 万台左右。根据我国的实际情况，其中卫 星和地面机顶盒的需求数量相对较少，有线电视将是城镇用户未来主要的接收 方式，预计其需求量占数字电视机项盒的9 0 以上。我国现有有线电视用户1 亿户左右，且今后每年将新增5 0 0 万户以上，目前上星数字电视信号要由有线 台统一进行数模转换，转变为模拟信号后送往用户，但当节目数达到一定程度 或需开展其他增值业务时，则必须采用数字信号直接传输方式，届时模拟用户 必须安装机顶盒才能接收数字电视。如果从2 0 0 4 年起到2 0 1 0 年全面推广有线 电视与数据广播业务，则每年将有1 4 0 0 万台机顶盒产品的需求。 另外，我国信息产业部2 0 0 5 年4 月3 日公布了数字电视相关的2 5 项电子 行业标准，其中包括了数字电视机卡分离标准等，这意味这酝酿已久的数字电 视机卡分离将实施。“机”就是指接收机，“卡”则是指含有数字电视条件接收 系统的卡，也就是数字电视计费系统。机卡分离就是指将条件接收模块集成在 一个独立的模块中，通过通用接口与接收机相连。目前，整体平移是推广数字 电视的主要模式，运营商们投入很多，尤其是在各地大量免费赠送机项盒，但 是由于目前各地的数字电视接收条件不，各地的机顶盒不能兼容，使制造企 业难以实现机顶盒的规模生产，机顶盒的成本居高不下。机卡分离将会大大促 进数字电视的推广，并且推动数字电视体机的市场发展。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 国外数字电视需求分析 6 1 9 1 1 9 9 9 年底，全球数字电视用户为3 4 4 0 万户，其中卫星电视用户份额占7 7 ，有线电视用户份额占2 1 地面数字电视广播所占的用户份额为2 。2 0 0 0 年新增数字电视用户2 0 5 0 万户，其中卫星电视用户份额占6 5 ，有线电视用 户占3 1 ，地面数字电视广播所占的用户份额为4 。2 0 0 5 年有线电视用户在 三大数字电视系统中独占鳌头，占数字电视的5 5 ，而地面数字电视将不被看 好。预计2 0 0 6 年全球数字电视用户将从2 0 0 1 年的6 2 0 0 万增加到3 5 亿，六年 期间平均年市场需求量为4 0 万 - - 6 0 0 0 万台。 全世界2 0 0 0 年数字电视机顶盒销量为2 7 5 0 万台。2 0 0 2 年的销售量为3 4 2 0 万台，其中用于有线电视网络的占总数的3 7 ，用于卫星电视接收的占6 0 ， 用于地面电视广播的仅3 。 欧洲：1 9 9 6 年欧洲数字电视接收设备的拥有量约为3 2 0 万台，1 9 9 7 年达到 6 2 0 万台，s d t v 的地区普及率为7 0 。在接收方式上多以机顶盒为主，从各 ，有线网或卫星接收。2 0 0 0 年欧洲有1 8 0 0 万个数字电视用户，其中英国2 0 0 0 年 就有7 7 4 万个家庭购买了数字电视机。 美国：据美国消费电子协会( c e a ) 统计，截至2 0 0 1 年4 月1 7 日，美国 有1 8 7 家电视台开展了数字电视广播，2 0 0 0 年销售了6 4 8 万台数字电视和显示 器，总价值1 4 亿美元，2 0 0 1 年销售量达到1 1 2 5 万台，销售额达到2 1 亿美元， 2 0 0 2 年到2 0 0 6 年间年销售量分别为2 1 0 万台、4 0 0 万台、5 4 0 万台、8 0 0 万台 和1 0 5 0 万台；2 0 0 0 年约有2 0 0 0 多万个家庭使用机顶盒。到2 0 0 6 年，美国平 均每年将有1 6 0 亿美元的数字电视产品市场。 日本：据日本i d c 公布，日本1 9 9 9 年数字电视市场为7 4 万台，预计2 0 0 0 年以后1 0 年间日本数字电视需求可望增至4 7 万亿日元。2 0 0 1 年日本的d t v 市场规模约为4 3 万台，到2 0 0 6 年数字电视市场规模约为1 7 6 0 万台。 目前，国际上许多著名电子厂商正在开发生产数字电视产品，以尽快地进 入潜力巨大的数字电视市场，这些产品包括普通数字电视( d 1 _ 叼、高清晰度电 视( h d t v ) 和数字电视机项盒等。世界上数字电视的主要生产厂商有日本的索 尼、东芝，欧洲的飞利浦、汤姆逊等公司。韩国三星电子公司等纷纷表示，要 成为全球数字电视生产领域内最大的生产企业。日本松下公司研制出适合全球 各种制式的数字电视，并称已为开发这一巨大的市场作好了充分的技术储备。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 本方案介绍 1 4 1s t 方案系统介绍 这部分工作是天津市数字技术中心课题“新一代数字高清晰度电视机顶盒 的组成部分。该课题的整体任务是研制和开发基于s t 公司s t i 5 5 1 4 + s t i 7 0 2 0 两 片芯片方案的带有p v r ( p e r s o n a lv i d e or e c o r d e r ) 功能和条件接收( c a ) 接 口的新一代数字高清晰度电视机顶盒。 这个项目的主要工作如下： 表l 一3s t 方案的主要工作 功能模块功能任务描述 硬件信源解码板设计s t i 5 51 4 + s t i 7 0 2 0 的h d t v 信源解码电路 视频解码 使用视频解码的应用程序接口编写应用程序 音频解码使用音频解码的应用程序接口编写应用程序 系统解复用研究和开发解复用相关的应用程序 软件 节目管理设计和编写节目数据库管理程序 前端控制开发前端的控制程序 o s d 控制菜单实现o s d 控制菜单 硬盘录像机控制 编写硬盘录像机的功能程序 条件接收控制开发智能卡接口控制程序 其他d v i 、f l a s h 、e 2 p r o m 、r s 2 3 2 ：红外接收软件 本论文将主要完成了该机项盒系统的部分软件及参与了系统的调试与维 护。主包括以下几个部分： 1 前端的软件控制 2 节目数据库管理软件的设计与开发 3 视频应用软件的开发 4 智能卡接口的软件控制 5 d v i 接口的软件控制 6 硬盘录像与播放的软件控制 1 4 2 本方案硬件系统介绍【l o 】【1 1 】【1 2 】【1 3 】【1 4 】 本方案基于b r o a d c o m 公司最新推出的高度集成用于数字电视的解决方案 b c m 3 5 6 0 ，开发支持模拟、高清和标清以及数字有线电视产品，具有出众的音 频、视频和图像显示质量。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 唧 i r v i d m 利 p e r i m l s 虫 ! ：0 r a p h i c 勾 i 锄划皿 m 疆墨i 吗- 口1 0 = 阳 v i d e o 由 ，r 岔种i 岱 陬垃1 z e i 咏氏 盟p 酬l 。l 脯棚 p i 曲陀 - ，1 1 i - 】r l 口l i ，- l ：n m i t 1 b 时 p n 蕊i 吗 v b i 1 i r r ，“ 加 u 卫舸 i l x i m l螂垤 岫 h 馏。 【瞻i 巾旷i a c i 叼啼 v i c b d 一| 囱由 【 函期 皇 ，r i t ，r l 1 1 r i ：一o 1 l i lj r l a 吐o i b 时 - 瞅帅舾奸 l 一 l r | i 加h l j | 嚣p r t 睡 j o 上；i 旷i 千 【 【 +i l 帅删灯l 。r - l 愀1 i 哪r 一 哪医3 2 。 d e u j 喇b ，d 5 1 瞰i 嗣帅 a 叫 r r 卿i 7 。 i v _ u w l t tj 妣d d i z i 搿咖l ” e a 4 r 。柚。；唰一q z l t o ll e 搿r i q z l i t o ll e t 卿l k e x f 越e 扣1 l r i d c a b l e 臼一 图1 - 2 b c m 3 5 6 0 内部结构 b c m 3 5 6 0 是一套完整的模拟电视数字电视单芯片解决方案。包含a t s c 、 4 - 10 2 4 q a m 和带外信号( o u t - o f - b a n d ) 接收器，以及一个加密卡的接口。它还 包含模拟信号的处理功能，主要有以下部分：3 d 和2 dy c 梳状滤波、片上中 频解调器、双路n t s c 他也模拟电视解码器、兼容4 8 0 i 、4 8 0 p 、7 2 0 p 、1 0 8 0 i 模拟输入、b t s c 和a 2 音频解码、以及1 0 b i t 标清模拟信号处理。集成的视频 处理部分有以下功能模块：图像增强处理器( p i c t u r ee n h a n c e m e n tp r o c e s s o r ) 、 独立的亮色调节模块、多帧运动自适应隔行变逐行。数字音视频处理功能包含 以下模块：兼容a t s c 、所有m p e g - 2m p h l 高清视频解码、杜比和m p e g 音频解码、数字视频输入输出支持高清、标清和v e s a 标准格式、1 0 b i t 数字视 频输出。集成的模拟电路部分可以完成以下功能：片上模数转换功能完成对视 频、中频、带外信号的转换、四个数模转换器完成对基带输出信号的转换、双 通道音频模数转换用于处理左右声道音频信号。另外，本系统还包括了高性能 的图像、视频缩放功能、集成的h d m i d v i 接收器支持h d c p 、u s b 2 0 、片上 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 集成2 5 0 m h z 3 2 b i t m i p s 高性能处理器。 从图1 - 2 可咀看出中频接收嚣直接对高频头的输出信号进行采样。根据恢 复的时钟信号和载波的时序对数据进行滤波、均衡。并将信息传送给解码器。 此外芯片还包含了一个c e a e i a - 9 0 9 的高频头接口。 b c m 3 5 6 0 包含一个m p e g - 2 兼容d v b 的传输流处理模块，它有高性能的 段数据提取能力、d v b 解扰、m p e g - 2 ( m p h l ) 视频解码器、b t s c 音频解 码器、支持杜比a c 3 、m p e g - 2 第一层和第二层解码的音频解码器、s p d i f 和 左右声道音频输出、一个n t s c p a u s e c a m 视频编码器以及两路模拟视频解 码器。第一路n t s c p a l 解码器支持运动自适应隔行变逐行和一个3 d 梳状滤 波器另外一路n t s c p a l 解码器支持p i p 功能包含一个2 d 梳状滤波器。系 统含有两路传输流接口，一个支持智能卡的接口，和一个支持1 3 9 4 的接口。 此外本系统还包含了u s b 20 、3 个u a r t 接口、计数器、g p i o 、键盘、 l e d 、遥控器在内的丰富接口。 另外，本论文所完成的软件首先在b c m 3 5 6 0 的上一代硬件系统b c m 7 0 2 8 上实现，证明了软件的稳定性，和良好的可移植性。b c m 7 0 2 8 芯片由一个 3 0 0 m h z6 4 位的d i p s 处理器驱动，芯片内包含一个多帧隔行变逐行 ( d e m t e r l a e e ) 电路、图像增强模块、y c 分离电路、p v r 模块、h d m d v i 模块、4 0 0 m h z 的d d r 内存接口、高清输出接口但是b c m 7 0 2 8 不包含信道 解码模块，困此需要的外部电路相对b c m 3 5 6 0 要多一些。 1 4 3 本方案软件系统介绍 本系统的毒t = 杜某古站桕加下 应用程序 中间件 驱动戟件 操作蒹统 图1 l 3 系统软件结构 本系统的硬件平台是基于b c m 3 5 6 0 的数字电视一体机系统。辅助的谓试 环境包括：本地计算机监控串口信息，远程l i n u x 服务器为测试平台提供网络 服务咀及数字视频广播信号。试验环境如下图所示： 天津大学硕士学位论文第一章绪论 由 数刳砌疗强 # j “ p ) 蛾 数字电姗 献 o0 0 0 0 0 00 0 驯1 t 集蟠 ii g 器臣器g 口口口l j 口口 口口口口。口口 b 器bo 口口o d 口 口d d 口。口口 l 。 口口口口口口口 口口口口口口口 口口口口口口口 一 一 l j - 男务器 f = 吾l 网绻 i 嘲蒯l 图l _ 4 系统测试硬件环境 本系统采用的操作系统是l i n u x 操作系统，l i n u x 有很多突出的优点： 开放源代码、软件资源丰富、功能强大、运行稳定、支持多种处理器结构、通 信功能强大、良好的开发环境、广泛的软件支持和低廉的使用价格。在这套开 发系统中，我们使用了被广泛采用的交叉编译调试方法：在服务器上运行可以 将程序编译链接成m i p sc p u 上运行的代码的编译链接器，通过网络将可执行 代码下载到目标板上进行调试，通过个人电脑通过串口进行监控。 l i n u x 内核主要有5 个模块构成，它们分别是：进程调度模块、内存管理 模块、文件系统模块、进程间通信模块和网络接口模块。进程调度模块用来负 责控制进程对c p u 资源的使用，所采取的调度策略是各进程能够公平合理的访 问c p u ，同时保证内核能及时的执行硬件操作。内存管理模块用于确保所有进 程能够安全的共享机器主内存区，同时，内存管理模块还支持虚拟内存管理方 式，使l i n u x 的进程可以使用比实际内存空间更多的内存容量。并可以利用文 件系统把暂时不用的内存数据块交换到外部存储设备上去，当需要时再换回来。 文件系统模块用于支持外部设备的驱动和存储。虚拟文件系统模块通过向所有 的外部存储设备提供一个通用的文件接口，隐藏了各种硬件设备的不同细节， 从而提供并支持与其他操作系统兼容的多种文件系统格式。进程间通信模块子 系统用于支持多种进程间的信息交换方式。网络接口模块提供对多种网络通信 标准的访问并支持许多网络硬件。它们之间的依赖关系如图1 5 。l i 副 l o 天津大学硕士学位论文第一章绪论 图1 5l i n u x 内核系统模块结构及相互依赖关系 本系统的驱动软件主要由b r o a d c o m 公司提供，他们对驱动函数进行了模 块化的封装。主要的驱动模块有：音频驱动模块、瑚) m i 接口驱动模块、1 2 c 接口驱动模块、遥控器驱动模块、前端驱动模块、视频解码器接口、解复用器 接口等。这些模块为上层中间件的功能实现提供接口。 中间件是整套系统中相对比较复杂的的一个模块。中间件技术是一个软件 占有很大比重的软件系统技术，也是一个比较笼统的概念。一般地说，它是建 立在数字电视接收设备驱动层软件之上，为交互应用提供一个完整的应用程序 接口的软件系统。它包含一系列的功能，例如内存管理、通信管理、图形系统 管理、s i 数据装载、系统资源管理以及前端子系统间的通信及控制等。目前比 较成熟的商用中间件有o p e n t v 的e n 2 、l i b e r a t e 的t vn a v i g a t o rf o rd t v 、 e r a e a c h 的e n r e a c h t vf o rd t v 等。本课题所设计的e p g 部分软件是上海晖悦 公司自主知识产权的中间件软件的一个部分。这一套中间件软件接口符合晖悦 内部标准，便于更新和维护。向上它为应用程序提供功能接口，例如上层应用 程序可以通过相应的接口控制e p g 的启动，调用相应的函数可以得到节目信 息。向下，它调用驱动软件接口实现自身功能，例如e p g 软件通过调用解复用 模块提供的软件接口从码流当中取得符合要求的数据段。 应用层主要实现数字电视的收看及用户界面的交互操作。具体来说，应用 层要实现各种显示功能，如用户界面、各种菜单功能( 包括菜单的安装、选择， 图形、图像、字符、视频和声音的的显示与播放等) ，以及遥控器和前面板输入 等等。 本论文的主要任务就是完成中间件中e p g 部分的功能。e p g 作为一套数字 电视软件系统中间件的构成部分，它相对于其他软件部分有着许多特别的地方： 1 e p g 软件在系统中执行非常频繁。由于e p g 信息是不断更新的，因此 就要求接收端能够不断地从码流当中解析节目信息。 2 需要较大数据量的存储。在d v b c 的e p g 软件中，由于国内各地e p g 信息发送策略不同，因此需要将各个频道的e p g 信息存储到数据库， 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 并且在各个频点都需要分析所有频道的e p g 信息。a t s c 的e p g 虽然 每个频点都发送本频点的节目信息，但是为了便于上层应用程序的多 种应用也必须将e p g 信息进行存储( 例如在当前频点察看其他频点的 e p g 信息等) 。并且因为同时要存储所有节目的e p g 信息，因此数据 量比较大，例如，一个节目需要2 7 0 个字节左右的空间，每个频道假 设有4 0 个节目信息，一共2 0 0 个频道，那么e p g 需要的空间将是 2 m b y t e 。 3 由于有频繁的内存操作，需要采取相应的措施避免产生过多内存碎片。 因此需要在内存效率和内存操作速度上进行平衡。 1 2 天津大学硕士学位论文第二章s t 公司s t i 5 5 1 4 + s t i 7 0 2 0 机顶盒方案介绍 第二章s t 公司s t i5 5 1 4 - i - s ti7 0 2 0 机顶盒方案介绍 2 1 标准数字电视机顶盒结构特点 数字电视机顶盒从其结构上讲大体上可以分成两部分：信道部分和信源解 码部分。信道部分即前端，负责对数字电视信号进行解调和信道解码，针对不 同的信道可以配以不同的信道解调解码器。目前，信道部分主要有三种，即卫 星、有线和地面传输。在d v b 标准中卫星传输采用q p s k 方式调制，有线传 输采用q a m 方式调制，地面传输则采用c o f d m 方式。信源解码部分也称后 端，它主要完成从t s 流输入到解码后的音、视频输出之间的所有功能，包括 传输流解复用、音频解码和视频解码等，是机项盒的核心部分。 数字电视机顶盒的主要功能是完成对数字电视信号的接收，具体讲就是把 从信道传输过来的调制信号，通过机顶盒前端的高频头和信道解码芯片完成解 调和信道解码，解出传输流( t s ) 数据，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，最后通过d a 转换和音视频后处理单元形成 p a l 、n t s c 或s e c a m 制式的模拟视频信号或高清晰度模拟视频信号及模拟音 频信号，送入显示器。此外，机