（机械电子工程专业论文）数字机顶盒技术及数据广播系统的研究与应用.pdf

哈尔滨工业太学1 = 学顺士学位论文 摘要 全球广播电视的数字化发展已成定局，模拟电视机最终将被数字电视机 所取代也是大势所趋。大量的模拟彩色电视机不可能即时淘汰，模拟广播电 视转向数字广播电视需经历一个较长的过渡时期，数字机顶盒是这一过渡期 间最好的解决方案。将数字机顶盒与普通电视机结合，就可以构成一台完整 的数字电视机。 本论文对z o r a n 公司提供的有线数字机顶盒软硬件平台、m p e g 2 系 统规范、d v b 系统的业务信息、图像压缩等进行了研究与分析，并在此基 础上实现了数据广播系统在机顶盒中的应用。同时，作为与数据广播功能息 息楣关的图形用户接口( g u i ) 技术，本文深入研究了g u i 软件和应用程 序之间的通讯机制，深入图形用户界面( o s d ) 的底层驱动，保证了数据广 播系统中的繁杂数据在z o r a n 平台上的显示和运行。 本论文的数据广播系统包括资讯服务和财经服务两部分：针对资讯服务 部分进行了软件结构设计、系统流程设计、数据结构设计、软件功能设计、 软件测试与完善，最后实现了资讯服务功能；针对财经服务部分，完成了财 经系统接口函数编写、系统流程设计、数据结构设计、软件功能设计、软件 测试与完善，最后实现了财经服务功能。本文也对两部分的软件性能进行了 比较，网时针对财经服务功能实现过程中所遇到的j p e g 图片显示的难点进 行了研究和解决。 图形用户界面使用户可以直接与机顶盒进行交互，其外观的美观度和操 作的方便性直接影响着用户对机顶盒的评价。本文在深入研究了图形用户界 面的制作工具e m b e d d e dw i z a r d 、用户界面模块与其它应用模块之间通讯的 基础上，完成机顶盒整套用户界面的制作，并实现用户界面模块与数据广播 中资讯服务模块、爨才经服务模块之间的通讯。 本文所研究的内容是机顶盒软件系统的重要组成部分。数据广播功能的 实现使机顶盒增值业务的特色得以体现，并为z o r a n 平台的有线数字机顶 盒方案的进一步高端产品化奠定了技术基础。 关键词数字机顶盒；数据广播；资讯服务；财经服务；图形用户界而 譬銮鉴! 些查兰! ：翌土耋竺鎏兰 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fg l o b a lt vp r o g r a m sd i g i t a l i z a t i o n ，t h ed i g n a 】t v b e g i n st os u p p l a n tt h ea n a l o gt v h o w e v e r , am a s so fe x i s t i n ga n a l o gt vc a nn o t b ew a s h e do u ti nas h o r tt i m e , w h i c hi nt u r nl e a d st ot h ee m e r g e n c eo ft h ed i g i t a l s e tt o pb o xr s t b ) t h ec o m b i n a t i o no fas t ba n da na n a l o gt vp o s s e s s e st h e m o s tf u n c t i o n so fd i g i t a lt v t h i sp a p e rg i v e sad e t a i l e de x p o s i t i o no nt h ed v b cd i g i t a ls t be v a l u a t i o n b o a r do ft h ez o r a nc o m p a n y , t h et r a n s p o r tp r o t o c o l so fm p e g 2s y s t e m ，t h e s e r v i c ei n f o r m a t i o no fd v bs y s t e ma n dt h e p r i n c i p l eo fj p e gi m a g e c o m p r e s s i o n 。a n dt h e nt h ea p p l i c a t i o no fm ed a t ab r o a d c a s ts y s t e mi ns t bi s c o m p l i s h e d b e c a u s et h eg r a p h i cu s e ri n t e r f a c ei sp e r t i n e n tc l o s e l yt o 幽i s a p p l i c a t i o n ，t h i sp a p e rg i v e sar e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to nt h ec o m m u n i c a t i o n m e a n sb e t w e e nt h eg u is o f t w a r ea n do t h e ra p p l i c a t i o np r o g r a m s ，t h r o u g ht h e s t u d y0 1 1b o t t o md r i v e r so ft h eo n - s c r e e nd i s p l a y ( o s d ) ，t h em u l t i f a r i o u si n f oo f t h ed a t ab r o a d c a s ti sd i s p l a y e do nt v t h ed a t ab r o a d c a s ts y s t e mi nt h i sp a p e ri sc o m p o s e do ft w op a r t s ，t h ei n f oa n d t h es t o c ks e r v i c e t ot h ei n f os e r v i c e ，t h i sp a p e rh a sa c c o m p l i s h e dt h ew h o l e s o f t w a r ed e s i g n ，t h es o f t w a r ef l o wd e s i g n ，t h ed a t as t r u c t u r ed e s i g n ，t h ec r e a t i o n f o rd i f f e r e n tl e v e lt a s k s ，t h ec o m m u n i c a t i o na n ds y n c h r o n i z a t i o nb e t w e e nt a s k s ， t h ep e r f e e t i o na n dt e s t t ot h es t o c ks e r v i c e ，t h i sp a p e rh a sp r o g r a m m e da 1 1t h e i n t e r f a c ef u n c t i o n s d e s i g n e dt h es o f t w a r ef l o wa n dd a t as t r u c t u r e ，a n ds oo n a l s o t h ep e r f o r m a n c eo ft h es t o c ks e r v i c ep a r ti sc o m p a r e dw i t ht h ei n f os e r v i c e p a r t i nt h em e a n t i m e a ne x p l i c i te x p l a n a t i o no nt h ed i 衢c u l t yi si l l u s t r a t e d ， w h i c ht i e si nt h ep r o c e s so ft h er e a l i z a t i o no ft h ei n f os e r v i c ep a r t ，t h e nav a l i d m e t h o dw a sb r o u g h tf o r w a r da n dp u ti n p r a c t i c es u c c e s s f u l l y t os o l v et h e p r o b l e m t h eo n s c r e e nd i s p l a yi saw a yf o ru s e r st oc o m m u n i c a t ew i t ht h es t b ，s oi t s h o u l db ef r i e n d l ya n dc o n v e n i e n tf o ro p e r a t i o n t h i sp a p e r ，w h i c hb a s e do nt h e s t u d yo ft h et o o le m b e d d e dw i z a r da n dt h er e l a t i o n s h i pp r i n c i p l eb e t w e e no s d a n do t h e ra p p l i c a t i o n s ，h a sa c c o m p l i s h e das u i to fo s l 3f o rs t b ，m a d et h eo s d m o d u l ec o m m u n i c a t ew i t ht h ei n f oa n dt h es t o c ks e r v i c em o d u l e ! ：尘鋈二兰查兰二：竺! ：兰竺芝兰 t h er e s e a r c hc o n t e n t si n t h i sp a p e ra r et h em a i np a r t so ft h es t bs o f t w a r e d e s i g n t h er e a l i z a t i o no fd a t ab r o a d c a s tf u n c t i o nr e v e a l st h ec h a r a c t e ro ft h e i n c r e m e n ts e r v i c eo fd i g i t a lt v ，a l s oi t l a y e saf o u n d a t i o nf o rm o r ea d v a n c e d s t bp r o d u c t so nt h ez o r a np l a t f o r m k e y w o r d sd i g i t a ls e tt o pb o x ，d a t ab r o a d c a s t ，i n f os e r v c i c e ，s t o c k s e r v i c e ，o ns c r e e nd i s p l a y 哈尔滨t 业人学丁学硕i ：学位论义 第1 章绪论 1 1 课题背景及目的意义 随着数字技术、计算机技术和通讯技术的飞速发展，广播电视系统平在 经历又一次飞跃性技术革命数字电视技术。数字电视，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系 统。具体说，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二 进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录， 也可以用电予计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视 设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到 的双向互动等新功能，使电视技术进入崭新时代【l 。】。 数字机顶盒( s e tt o pb o x ，简称s t b ) 是随着电视系统的更新而出现 的一种新型的消费电子设备。数字机顶盒的存在有两个原因：首先，消费者 不愿意立刻更换已有的模拟电视机，要想用模拟电视机接收数字电视信号， 就需要机顶盒：其次，数字电视尚处在发展的阶段，消费者对业务的需求还 不完全确定。因此，通过机顶盒的方式，可以给制造厂商和消费者提供产品 设计研发和选择上的灵活性【2 “。 数字机顶盒能够将数字电视信号转换为普通电视机可接收的p a l n t s c 信号。将数字机顶盒与普通模拟电视机结合就可以构成一台完整的数字电视 机。数字机顶盒可以用于对来自卫星、有线和地面电视网的数字电视信号进 行转换，并不断向3 c ( 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 p t i o n ) 方向发 展，逐渐集成计算机通讯设备和数字消费类产品的功能，成为一个多功能服 务的工作平台。用户通过此设备就能够实现交互式数字电视、数字电视广 播、i n t e r n e t 访问、远程教学、电视会议、电子商务等多媒体信息服务【6 。”。 由于数字机顶盒良好的应用前景，机顶盒技术成为当前消费类电子领域 的研究热点，本课题来源于深圳市迪威特数字视讯技术有限公司，使现有的 数字机顶盒在具备条件接收( c o n d i t i o n a la c c e s s ，简称c a ) 、节目指南 ( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ，简称e p g ) 、影视点播( n e a rv i d e oo n d e m a n d ，简称n v o d ) 等功能的基础上增加了浏览政务、教育、生活资汛 等大量信息的增值功能。 晴尔滨工业大学t 学硕j ：学位论义 1 2 数字电视的发展历程 从1 9 9 4 年开播卫星数字电视，到1 9 9 8 年底开播地面数字电视广播，数 字电视实现了全面启动。到1 9 9 9 年底，全球约有2 5 0 0 万台卫星数字电视机 顶盒，7 0 0 万台有线网数字机顶盒和4 0 万台地面数字电视机顶盒和接收 机，主要分布于欧洲、美国和日本【”。 ( 1 ) 美国1 9 9 6 年1 2 月，美国联邦通信委员会( f e d e r a l c o m m u n i c a f t o nc o m m i t t e e ，简称f c c ) 确定a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o n s y s t e mc o m m i t t e e ) 作为美国数字电视地面广播标准。1 9 9 7 年4 月，f c c 颁布实施数字电视地面广播的时间表和电视频道分配方案，1 9 9 9 年1 1 月1 闩，a b c 、b s 、n b c 、f o x 全美最大的四家电视网络公司在美国电视用户 市场排名前3 0 位城市的1 2 0 多家附属电视台全部播出、发射d t v 节目， 覆盖全美5 3 的电视用卢，到2 0 0 3 年5 月lr ，全部非商业电视台播出、 发射d t v 节目，到2 0 0 6 年全部停止n t s c 模拟电视广播，收回全部n t s c 占用的频率资源。 ( 2 ) 欧洲整个欧洲确定采用以d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 为 框架的数字电视标准，发展的侧重点放在标准清晰度数字电视，向用户提供 增强型数字电视业务，推动代价小，商业化运作较为成功。到2 0 0 0 年1 0 月 为止，英国市场共销售d v b 机顶盒8 9 6 0 0 0 台，集成数字电视机 ( i n t e g r a t e dt v ，简称i t v ) 3 0 0 0 0 台，b s k y b 有近5 0 0 万数字电视的英国 用户，并正在开拓德国市场，德国电信的有线电视网有8 0 条数字频道，法 国电信收购了荷兰的c a s e m a 和英国的n t l 有线电视网，丌展c a b l e 数 据和数字电视业务。以卫星和有线电视网为主要手段的数字电视，正在抢占 更大的份额。 ( 3 ) 日本继欧、美之后，同本在欧洲d v b 技术的基础上，研制出世 界上第三个拥有独立知识产权的数字电视地面广播标准。但是，r 本的实施 步伐较慢，按计划于1 9 9 9 年夏季在1 0 个地区进行了测试试验，诈式丌播时 | 1 j j 定于2 0 0 3 年，服务地区仅限于东京、大阪和名古屋三市。 我国在多年跟踪研究国际数字电视技术发展的基础上，由国家计委牵 头，于1 9 9 9 年确立了国家数字电视研究丌发及产业化专项，成立了国家 数字电视研究丌发和产业化领导小组，由国家计委主任曾培炎任组长。2 0 0 2 年我国f 式播出有线数字电视，2 0 0 3 年全面推进卫星数字电视，全面推广 有线数字电视，2 0 0 5 年全国省级以上电视台基本实现采、编、播全数字 化，全国( 包括各省) 的上星节目停止模拟传输，全部采用卫星数字电视， 有线数字电视接收用户超过3 0 0 0 万户，全国正式播出地面数字电视【8 ，们。 1 3 数字机顶盒技术的研究现状 数字机顶盒已经在我们的生活中开始起到很明显的作用，然而全球多种 数字电视节目标准的制定和多种数字机顶盒方案的出台已经让我们眼花缭 乱。 1 3 1 数字电视的国际标准 在电视数字化的进程中，世界各国积极制定了自己的标准，现在比较 流行和成熟的标准有以下三种 9 t 3 i ： ( 1 ) d v b ( 数字视频广播) d v b 方案是在1 9 9 1 年构思的，并且于 1 9 9 3 年正式丌始，有大约8 0 名成员。现如今，d v b 方案取得了巨大的进 步并且在全世界3 0 多个国家中拥有超过2 3 0 个组织。其成员包括电子制造 商、网络提供商、广播公司、软件公司和各种团体。d v b 方案取得了一个 巨大的成就并且产生了向欧洲、亚洲、澳大利亚和北美发送数字t v 的不同 标准。d v b 方案的工作可以在不同环境下实现数字电视技术解决方案的技 术和非技术文件。由d v b 在近几年制定的国际标准主要的有下面几类： d v b s 一一使用卫星传输数字电视的国际标准； d v b c 一一使用有线系统传输数字电视的国际标准； d v b t 使用基于地面传输数字电视的国际标准。 据最新网络资料，d v b 成员已经超过2 6 5 个( 柬自3 5 个国家和地 区) ，主要集中在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院等单位也在 其中，可以说，d v b 标准发展最快，普及范围最广。 ( 2 ) a t s c ( 高级电视系统委员会) a t s c 委员会是为了广播标准清 晰度电视( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt v ，简称s d t v ) 和高清晰度电视( h i g h d e f i n i t i o nt v ，简称h d t v ) 建立套技术标准而建立的，基于这种标准的 图片比今天的模拟播送要小3 到5 倍。该委员会由1 3 6 个组织、标准团体、 i t 公司、教育机构和电子制造商组成。它已经在美国被正式采用，在这罩 数字电视的应用已经丌始。美国，加拿大、南朝鲜、台湾和阿根廷也采用了 a t s c 数字电视标准进行基于地面的广播。 哈尔演下业大学工学预i 学位论文 ( 3 ) i s d b ( 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 ，综合业务数字广 播)在数字广播系统的选择上，日本已经决定采用一种叫i s d b - t ( t e r r e s t r i a li 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 ) 的方案，i s d b - t 是 种适用于窄带和宽带的数字广播和电视的技术，它是利用编码正交频分复用 ( 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 ，简称c o f d m ) 信道编 码技术的调制方式，i s d b t 服务预期2 0 0 5 2 0 0 7 年在同本开展。 1 3 2 数字机顶盒功能及方案分析 数字机顶盒不仅是用户终端，还是网络终端，它利用电视网络作为传输 平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交 互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播、条件接收等全方位的信息 服务f 1 ”。 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和 交互式多媒体应用功能，包括：( 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。数据广播服务器 按d v b 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主机( p c ) 相连，使用p c 接入因特 网。( 5 ) 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【l ”。 机顶盒中的“条件接收”功能相当重要，该功能可以实现和卫星接收一 样的收费功能，只有在付出一定的费用之后才会接收到相应的电视节目。数 字节目的条件接收功能可以说是电视运营商的最敏感话题。以目静中国的条 件接收技术水平而占，其核心技术仍主要掌握在国外的制造商手中，由于技 术相对不公开，大量的采用这种无自主知识产权的芯片对于中国电视广播存 有安全隐患，所以清华同方、大唐微电子证在介入这一行业，试图丌发符合 中国条件接收的技术标准。 晴尔滨丁业大学丁学颤 。学位论文 ( 3 ) i s d b ( i n t c g m t c 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 ，综合业务数字广 播)在数字广播系统的选择卜日本已经决定采用一种叫i s d b t ( t e r r e s t r i a li 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 ) 的方案，i s d b t 是一 种适用于窄带和宽带的数字广播和电视的技术，它是利用编码正交频分复用 ( 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 ，简称c o f d m ) 信道编 码技术的调制方式，i s d b t 服务预期2 0 0 5 2 0 0 7 年在同本开展。 1 3 2 数字机顶盒功能及方案分析 数字机顶盒不仅是用户终端，还是网络终端，它利用电视网络作为传输 平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交 互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播、条件接收等全方位的信息 服务f 1 “。 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节日。同时具有所有广播和 交互式多媒体应用功能，包括：( 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捶放的电视节目。( 2 ) 高速数掘广 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d v b 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 ) 因特阚接入和电子邮件：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口与主机( p c ) 相连，使用p c 接入因特 网。( 5 ) 有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密数宁机顶盒应具有 解扰和解密功能i l “。 机顶盒中的“条件接收”功能相当重要，该功能可以实现和卫星接收一 样的收费功能，只有在付出一定的费用之后才会接收到相应的电视节目。数 字节目的条件接收功能_ j 以况是电视运营商的最敏感话题。以目前中国的条 件接收技术水平而言，其核心技术仍主要掌握在罔外的制造高于中，由于技 术相对不公_ 丌，大量的采用这种无自主知识产权的芯片对于中国电视广播存 有安全隐患所以清华同方、大唐微电子t f 在介入这一行业，试图丌发符合 中国条件接收的技术标准。 中国条件接收的技术标准。 哈尔滨工业大学t 学颂上学位论义 以前在数字电视网上试运行的机顶盒都是“机卡合一”的，即将c a 系统集成在机顶盒内，由运营商在推广数字电视时捆绑经营。不同的运营商 所采用的c a 系统各有不同，所以也只能采用相配套的机顶盒，这使得机顶 盒难以规模化生产，也使得本应平民化的机顶盒只是某些时尚先锋的玩物。 因此，机卡分离的方案受到广电总局的支持，在经过一年的试运行后，已经 初步成为国内的推广标准【1 6 2 。 机顶盒方案基本是按i j i 端接收部分和后端处理器部分来进行设计的，i j 端接收只包括数字信号的调谐和解码，而后端处理就是对信源的解码了。机 顶盒一般集成有m p e g 2 ( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ) 解码器和c p u 。 绝大多数的国内厂商均采用芯片供应商所提供的解决方案进行二次开发，从 而定制针对不同区域的信号解码方案【l ”。 面对众多的s t b 标准的出台，世界很多大的厂商分别以自己的方式参 与了s t b 项目诸多芯片制造商都跻身于s t b 项目的开发，主要有s t 、 i b m 、l s i 、n e c 、n s 、t i 、m o t o r o l a 、z o r a n 等公司，它们都分别有自己的 机顶盒方案。 在国内市场上普遍受欢迎的是一些低成本芯片产品，这类产品多采用如 s t 的s t i 5 5 1 8 b 、l s i 的a v i a 9 7 0 0 和富士通的s m a r t m p e g 等信源解码芯 片。这类低成本解码器中集成的处理器时钟频率一般在1 5 0 m h z 以下，不 带硬盘接口和u s b 接口，如s t 的s t i 5 5 1 8 b 主要可以实现数字电视信号条 件接收以及股票信息接收等基本功能。 而像s t 的s t i 5 5 2 8 芯片，则是高端产品的代表，采用该芯片的机顶盒 集成了双c p u ，并且采用该芯片的产品多数还支持1 e e e1 3 9 4 接口、u s b 接口以及i d e 硬盘接口，除了具有优秀的音频和视频处理能力外，采用此 类芯片的机顶盒还具有网络浏览功能和多种交互式应用功能【2 ”。 1 - 3 3 数字机顶盒的发展趋势 交互式电视是未来电视的发展方向，丽数字机顶盒不仅是宽带综合信息 网的重要组成之一，更是与之相关的多媒体技术、数据压缩技术、宽带网络 技术和未来构建信息高速公路的关键组件。随着高性能芯片的不断推出以及 整个市场的启动，未来机顶盒的定位将会发生明显转变，机顶盒的交互式功 能会不断增强，可能会成为家庭娱乐中心甚至信息高速公路的网关。虽然目 自口它的种种缺点和不足会制约数字电视的快速普及，但相信随着制造成本的 哈尔滨_ t 业人学工学硕i 二学位论文 大幅下降以及网络信号回传问题的解决，数字机顶盒一定会有美好的未来 9 a o 。 1 4 数据广播概述 数据广播顾名思义是将各种信息以数据形式通过各种不同的传输媒体广 播给各个用户。数据广播采用的形式是多种多样的，可以是一次性的广播， 也可以是周期性的广播；可以为针对多个用户的广播( 点对多点) ，也可以 为针对单个用户的广播( 点对点) 。 有线数据广播是使用有线电视网络作为传输媒体，为广大有线电视用户 提供包括远程教育、因特网网站广播、会融和证券信息、综合信息、电子报 刊订阅、高速点播下载及因特网游览等服务。它利用电视信号加载数字信 号，由一点向多点高速传送数字化信息，它通过针对有线电视网络存在的市 场基础大众，发挥有线电视网络面广价廉、宽带高速的入户优势，向广 大有线电视用户家庭传输和提供廉价、方便、丰富的多媒体信息。 万维网是一种“点对点”的交换结构，虽然对信息资源品牌没有任何限 制，全球近千万个网站的数以十亿计的网页，都是它的信息资源。然而，它 也有两困惑：一是既然把带宽分配给了用户，带宽有限，用户数目自然有 限，用户增加，拥塞问题接踵而至，尤其是服务器的堵赛问题；二是资源品 种愈来愈多，如何在浩瀚的信息海洋中轻松拿到确实有价值的网页，实属不 易。力- 维网愈往前发展，这两个潜在的困惑将愈加浮现。 而基于有线电视网络的数据广播网是一种“点对面”的辐射结构，它的 用户数目不受系统带宽限制，很容易实现普天下共享。迄今为止，有线电视 广播网的用户数目是力维网的几十倍，是百姓文化的主要支柱。从信息内容 的实际需求角度分析，只需把最可能发生兴趣的内容都存进来就行了，无限 制的增加内容反而会让用户如堕烟海，不知所向，而数据广播业务就是将大 多数用户所普遍关注的精选信息传送到用户家中。因此，数掘广播业务的推 出与发展，有效的解决了万维网发展中面临的困惑，被专家称之为“信息阳 光”工程。 数据广播最明显的优势在于信息传播的低成本，点对面之于点对点的传 输在成本方面一目了然，这一特点使数据广播与有线电视网络有了天然的结 合点。而这个优点也恰恰是其缺点所在，广播式服务没有实时交互功能，也 就无法提供完全个性化的服务。但我们必须看到，实时交互、个性化服务并 哈尔滨工业大学t 学颅士学位论文 非市场的唯一需求，它甚至只是个别人在个别时候的特定需求，广播式服务 仍然会是市场的主流 2 2 埘1 。 1 5 本文主要研究内容 我们不难看出，随着我国有线电视数字化进程的不断推进，研制出一种 适合我国国情的有线数字机顶盒具有非常重要的意义。本课题的主要任务就 是研制和开发符合d v b c 标准的有线数字机顶盒。 本课题采用z o r a n 公司的基于z o r a n 3 9 1 5 0 集成处理器方案，通过 软硬件的各自丌发与相互配合，完成了有线数字机项盒的研制工作，并实现 了有线数字机顶盒的数据广播功能。 主要的工作包括以下几个方面： ( 1 ) 研究z o r a n 公司d v b c 方案z o r a n 3 9 1 5 0 的软硬件技术本文 所涉及的机顶盒的研制和开发工作都是基于这个平台，深入掌握该平台的软 硬件技术是开展后续工作的前提和基础。 ( 2 ) 分析和研究数据广播功能实现的关键技术数据广播功能的实现中 数据接收是最关键的一步，这一步需要深入研究m p e g 2 系统规范和d v b 系统的业务信息s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 。同时，鉴于数据广播系统前端 数据中的图片是采用j p e g ( j o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t sg r o u p ) 压缩算法， 而在机顶盒端需把图片解压成z o r a n 公司d v b c 方案所支持的b m p ( b i tm a pp i c t u r e ) 格式才能显示出来，需要掌握图像压缩原理以及j p e g 压缩技术。 ( 3 ) 需要完成数据广播功能的实现在分别研究各模块的工作原理的基 础上，进行系统总体设计、数据结构设计、任务的创建与通讯、人机交互界 面的制作、界面与应用层之问的通讯、整合测试以达到预期效果。 ( 4 ) 分析了数据广播功能实现过程的难点并进行解决数据广播系统时 端发送的j p e g 图片要解压成z o r a n 公司d v b c 方案所支持的b m p 格式 显示，由于此平台并没有实现j p e g 解压显示功能，这是本课题的一大技术 难点。解决这一问题需要在研究j p e g 压缩与解压原理的基础上，移植 j p e g 解压算法、编写解压程序、并进行优化和测试，以实现j p e g 图片解 压成b m p 图片显示。 晴尔滨工业大学t 学颁上学位论文 第2 章数字机顶盒的软硬件系统 作为一个系统，其软件开发应当是基于某个平台上进行的，机顶盒丌发 所依靠的平台已经实现了数字电视信号的解调、解复用、解码等功能。平台 上的硬件系统、嵌入式操作系统、底层驱动程序以及一些基本应用程序都是 后续软件开发的基础，充分掌握开发平台软硬件、丌发工具、调试方法能够 加快系统的丌发进程。 本章主要介绍机顶盒的硬件系统、软件系统以及丌发调试环境。 2 1 数宇机顶盒的硬件系统 本课题所采用的硬件平台是基于z o r a n 公司的z o r a n 3 9 1 5 0 芯片方 案。z o r a n 3 9 1 5 0 是一款高集成度的芯片，它的内部集成了一个3 2 位c p u 、 解复用器、解扰器、音频视频m p e g 2 解码器、图形用户界面单元、音频 视频编码器和一些基本的外围设备。以z o r a n 3 9 1 5 0 为主芯片，配备相关的 硬件模块，构成了机顶盒的硬件系统。整个硬件平台的结构框图如图2 1 所 示。 l 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 幽2 1 数字机顶盒便什系统 f i g 2 - 1h a r d w a r eo f d i g i t a ls t b 喻尔滨t 业大学r 学坝1 ：学位论文 下面以模块化的概念对各部分进行论述 2 5 , 2 6 】。 ( 1 ) 中央处理单元z o r a n 3 9 1 5 0 芯片的c p u 是基于一个1 3 0 m h z 的 3 2 位的r i s c 处理器的主控制器。该单元通过总线把各部分和谐地组织起 来，除负责各子模块的初始化之外，还必须控制各部分的协调工作，共同实 现数字机顶盒的整体功能。 ( 2 ) 前端信道解码模块前端信道解码模块包括t u n e r 调谐器和信道解 调器，整个前端模块的功能是完成电视信号的信道解码功能。这一部分完成 高频下变换和信道解调解码，完成了对信号定时恢复、载波恢复、数掘成 型、自适应均衡、解交织、r s 解码和去随机化等，输出符合m p e g 2 标准 的传输流( t r a n s p o r ts t r e a m ，简称t s ) 。前端信道解码模块的大部分功能出 硬件来完成，而软件只需完成对设备的初始化、系统监控等功能”。 ( 3 ) 后端信源解码模块这部分实现传输流的解复接、解扰。将视频和 音频的打包基本流( p a e k e t i z e de l e m e n t a r ys t r e a m ，简称p e s ) 流送入到 m p e g 音视频解码器，最后输出视频和音频信号。这是数字机顶盒的核心部 分，它由解复用器、解扰器和m p e g 一2 音视频解码器组成。解复用器是从 接收到的m p e g 2 传输流中按照控制要求从中抽出一个节目的基本流 ( e l e m e n t a r ys t r e a m ，简称e s ) 数据或者节目信息表的段数据。几乎所有 的d v b 专用的解复用芯片都将解扰的硬件模块集成进去，解扰模块采用 d v b 的通用解扰算法对加扰得节目进行解扰。经过解复用、解扰后的 m p e g 一2 传输流信号由m p e g 2 解码器对m p e g 一2 码流进行视音频解码。 ( 4 ) 音频、视频处理模块这部分完成模拟电视信号的编码功能，包括 p a l n t s c 视频编码器、音频d a c ，p a l n t s c 视频编码器完成p a l 制式 或n t s c 制式的视频编码，音频d a c 将数字音频转换成模拟音频。 ( 5 ) 系统存储模块为了装载和运行程序，系统的存储系统由系统 s d r a m 、f l a s hr o m e e p r o m 和视频解码d r a m 组成。系统f l a s h 用 柬固化存储用户的应用程序：系统s d r a m 是系统程序和用户应用程序运 行的地方；系统e e p r o m 是用柬存放系统和用户信息，系统中的节目信息 也放在e e p r o m 里面；视频解码d r a m 用作视频解码缓冲区和o s d 数据 存放区域。系统中系统s d r a m 、f l a s hr o m 、e e p r o m 和视频解码d r a m 的大小分别为1 6 m b y t e s 、4 m b y t e s 、4 k b y t e s 和4 m b y t e s 。 ( 6 ) 外围设备和输入输出接口这部分包括一些与外界的接口和控制电 路。j t a g 接口用作调试和程序下载用的；r s 2 3 2 用作系统和p c 机的数据 传输；遥控和前面板控制芯片接收遥控器和前面板键盘的输入。 晴尔滨t 业人学r 学钡l 学位论义 2 2 数字机顶盒软件系统 广播数字化后，数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置。除了音 视频的解码由硬件实现外，包括电视内容的重现、操作界面的实现、数据广 播业务的实现，直至机顶盒和个人计算机的互联以及和i n t e m e t 的互联都需 要由软件来实现【2 “”】。 数字机项盒作为一种嵌入式多媒体终端，其软件系统相对于计算机软件 系统具有软件优化程度高、软件平台的针对性强等特点。 本课题研制的机顶盒方案中，软件采用了一种基于分层的框架结构，其 中部分程序由z o r a n 公司在参考软件中提供，另一部分程序则需要用户自 行丌发，机顶盒软件整体结构如图2 2 所示，其中灰色模块由本课题开发完 成。软件可以分为三层，最低一层是硬件驱动和实时操作系统层，往上是中 间层，最上面一层是用户应用层。下面对各层软件的组成和功能做一个详细 介绍【3 0 3 6 。 图2 - 2 数字机顶盒软件系统 f i g 2 - 2s o f t w a r eo fd i g i t a ls t b 哈尔滨丁业大学t 学颅j ：学位论文 2 2 1 底层 机顶盒软件的底层位于硬件层之上，又可分为实时操作系统层和硬件驱 动层两个子层。 硬件驱动层是硬件的驱动程序，主要包括：接口驱动，解复用接口的设 置及监视，解码控制寄存器的设置及监视，在屏显示功能的实现，前端的调 谐器、解调芯片的驱动，板上数据库的写入及更新，各种表的过滤，解扰部 分的驱动等。 对于数字机顶盒工作时c p u 要同时对音频解码、视频解码和解复用 等多个方面的事件进行处理，这其中既有通信问题也有同步等问题，不可能 使用一个简单的循环就能处理。因而在系统中使用了嵌入式实时操作内核 n u c l e u sp l u s 来提供多任务功能。应用程序可以被分割成多个相对独立的任 务，并且每个任务被分配优先级，根据优先级调度，它们共享系统资源，如 c p u 时问、内存和系统设备等，束自外部设备的事件可以通过中断通知系 统。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。 2 2 2 中间层 中间层通过定义一组完整的标准应用程序接口，使应用程序独立于操作 系统和硬件平台，使应用程序的开发变得更加简捷，产品的开放性和可移植 性更强，以保证机顶盒的扩展性和投资的有效回收，主要包括：节目数据库 模块( s e r v i c ed a t a b a s e ) 、解复用模块( d e m u xa p i ) 、音、视频解码模块 ( a va p l ) 、图形库模块( m e n u g r a p h i ca p i ) 、存储管理模块( f l a s h a p i e e p r o m a p i ) 、智能卡模块( s m a r d c a r da p l ) 等。 2 2 3 用户应用层 用户应用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。与机顶盒有关的所有上层功能的实现都是在这层完成，如用户界面控 制、遥控和前面板接收控制、服务信息提取、准视频点播、节目操作功能管 理和节目数据库管理等。 2 3 数字机顶盒集成开发环境及调试 2 3 1 数字机顶盒集成开发环境 本方案的数字机顶盒集成丌发环境包括硬件电路板、软件编译调试系 统、p c 机、下载板、有线信号和模拟电视机，如图2 - 3 所示。 圈2 - 3 机顶盒集成开发环境 f i g 2 - 3e n v i r o m e n to fc o m p o s i t i v ed e v e l o p m e n t p c 机是软件开发所需的主机系统，机顶盒应用软件的下载、运行和调 试等工作都在主机上进行操作：主机和硬件电路板之间通过下载板连接通 讯，这旱所使用的下载板是由我们公司硬件组提供，该设备一端与硬件电路 板上的调试诊断接口( j t a g ) 连接，另一端与p c 机的并口相连，完成程 序的下载和在线调试，实现了从主机到硬件电路板和从硬件电路板到主机的 信息交流；下载板上的重启( r e s e t ) 按钮只作为重新启动启芯片和存储系 统用，其他外围设备的重启都需要通过软件控制z o r a m 3 9 1 5 0g p l 0 达 到。同时此按钮的丌关选择决定了机顶盒是运行于f l a s h 的固化应用程 序，还是运行于从p c 上下载的程序。 硬件电路板是在z o r a n