（通信与信息系统专业论文）iptv机顶盒图形界面及交互相关技术的研究.pdf

， o 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 同期 加j d 、乡妒 日期： 竺! ! = ：兰：竺 套 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，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，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：虽! 坌当垒 一一 日期： ”导师签名：d 互釜址日期： 2 0 l o 、；f 叮 f ip t v 机顶盒图形界面及交互相关技术的研究 摘要 随着信息技术产业的迅速发展，目前国内电信网络、计算机网络 和广电网络等三网正逐渐走向融合，i p t v ( i n t e m e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n ， 网络电视) 作为一种新兴的网络应用，它利用宽带互联网的基础设施， 以家用电视机和机顶盒为主要终端，通过i p 协议向用户提供包括数 字电视在内的多种交互式服务。机顶盒是i p t v 系统的用户终端，它 是一个嵌入式的宽带网络多媒体信息终端。图形用户界面( g r a p h i c u s e ri n t e r f a c e ，g u i ) 在i p t v 机顶盒软件中占有重要地位，它提供 了用户与机顶盒之间的人机交互界面。因此，对i p t v 机顶盒图形用 户界面及交互等相关技术进行研究有着相当重要的实际意义。 在作者参与i p t v 机顶盒软件的设计与研制的过程中，首先分析 了嵌入式g u i 常用的实现方法，对多种成熟的嵌入式图形界面系统 进行了综合比较，选用了g t k + 这一图形用户界面支持系统作为基础 图形库，采用分层结构，模块化设计的方法对i p t v 机顶盒图形用户 界面等相关模块进行了设计和实践。 随着人们对i p t v 的功能需求的多样化，本文在嵌入式s t l i n u x 操作系统的基础上将基于l i b j p e g 的解码模块和基于帧缓冲的显示模 块有效结合，实现了i p t v 机顶盒图片浏览的功能模块，并对图片浏 览的功能模块进行了性能测试，测试结果表明该方法具有较好的性能， 有一定的实用价值。 本文还研究了i p t v 机顶盒红外远程控制技术( l i n u xi n f r a r e d r e m o t ec o n t r o l ，l i r c ) ，并为本课题所开发的i p t v 机项盒软件产品 进行l i r c 的配置和测试，编写了能够将红外信号映射为x 事件的 l i r c 客户端，使得客户端应用具备处理x 事件的能力，并整合到 i p t v 系统中，最终实现了i p t v 机项盒软件产品的遥控控制。 关键词：机项盒，图形界面，交互，图片浏览，红外控制 f o r e s e a r c ho fi p t vs e l t o pb o x s g r a p h i c a li n t e r f a c ea n di t sr e l a t e d i n t e r a c t i v et e c h n o l o g y a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi n d u s t r y ，t h r e e n e t w o r k so ft e l e c o m m u n i c a t i o n ，c o m p u t e ra n dc a t v ( c o m m u n i t y a n t e n n a t e l e v i s i o n ) h a v e b e e n c o m b i n i n g t o g e t h e r r e c e n t l y i p t v ( i n t e m e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n ) i san e wa p p l i c a t i o nw h i c hi sb a s e do n n e t w o r k ，i tp r o v i d e sm a n yi n t e r a c t i v es e r v i c e si n c l u d i n gd i g i t a lt vt o u s e r st h r o u g hi n t e r n e tp r o t o c o lb yu s i n gi n f r a s t r u c t u r eo fw i d eb a n d i n t e r n e t t e l e v i s i o na n ds e t t o pb o x ( s t b ) s t bi sa ne m b e d d e db o a r d b a n dm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o nt e r m i n a lf o ri p t vs y s t e m g u i ( g r a p h i c u s e ri n t e r f a c e ) p l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l e i ni p t vs t b ，b e c a u s ei t b u i l d su pt h ei n t e r f a c ep l a t f o r mb e t w e e nu s e r sa n di p t vs t b t h u s t h e r e s e a r c ho fi p t vs t b sg u ia n di t sr e l a t e di n t e r a c t i v et e c h n o l o g yi s m o s te s s e n t i a l d u r i n gt h ep r o c e s so fs o f t w a r ed e s i g na n dd e v e l o p m e n tf o ri p t v s t bp r o j e c t c o m m o n l yu s e dm e t h o d so fr e a l i z a t i o no fe m b e d d e dg u ii s f i r s ta n a l y z e d ，a f t e rc o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o nb e t w e e nav a r i e t yo f e m b e d d e dg r a p h i c si n t e r f a c es y s t e m ，w ea d o p t e dg t k + a st h es u p p o r t i v e g r a p h i c sl i b r a r yt oc a r r yo u tt h ed e s i g na n dp r a c t i c et ot h ei p t vs t b s g u i w h i c hu s e dl a y e rf r a m e w o r ka n dm o d u l ed e s i g n a l o n gw i t ht h ed i v e r s i t yo fi p t vf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s i nt h e f o u n d a t i o no fe m b e d d e ds t l i n u xo p e r a t i n gs y s t e m t h i sa r t i c l eu n i f i e s l i b j p e g b a s e dd e c o d i n gm o d u l ea n df r a m e b u f f e r - b a s e dd i s p l a ym o d u l e e f f e c t i v e l yt or e a l i z e dp i c t u r eb r o w s i n go ni p t vs t b t e s tr e s u l t ss h o w t h a tt h i sm e t h o di n t r o d u c e d h e r eh a sag o o dp e r f o r m a n c e t h e r ei sa c e r t a i np r a c t i c a lv a l u ea sw e l l t h i sp a p e ra l s os t u d i e dt h ei p t vs e t t o pb o xi n f r a r e dr e m o t ec o n t r o l t e c h n o l o g y ( l i n u xi n f r a r e dr e m o t ec o n t r o l ，l i r c ) a n dc a m e do nl i r c c o n f i g u r a t i o na n dt e s t i n gf o ri p t vs t bs o f t w a r ep r o d u c t ，d e v e l o p e da s w e l la si n t e g r a t e dal i r cc l i e n ts i d ei n t ot h ei p t vs y s t e m ，w h i c hc a n m a pt h ei n f r a r e ds i g n a lt ox e v e n tt of i n a l l yr e a l i z e dt h er e m o t ec o n t r o lo f s t b k e y w o r d s ：s t b ，g u i ，i n t e r a c t i o n ，p i c t u r eb r o w s i n g ，i n f r a r e dr e m o t e c 0 n t r o l o ， 目录 第一章绪论。1 1 1i p t v 概述1 1 1 1 i p t v 及其特点1 1 1 2i p t v 在国外的发展2 1 1 3i p t v 在国内的发展2 1 2 母t v 机顶盒概述3 1 3 嵌入式系统概述5 1 4 课题目标及研究内容7 1 4 1 课题目标7 1 4 2 研究内容7 1 5 论文组织结构8 第二章基于g t k + 的机项盒g u i 。1 0 2 1g u i 方案选择1 0 2 2g t k + 简介1 2 2 3g t k + 中文环境配置1 5 2 4g u i 界面开发16 2 4 1 基本思路1 6 2 4 2g u i 界面设计一l7 2 4 3g u i 事件处理2 0 2 5g u i 软件测试与调试2 1 2 6 第三章 3 1 3 2 3 3 2 5 1 目的与方法2 l 2 5 2 问题与解决方法2 2 本章小结2 3 帧缓冲图片浏览2 4 帧缓冲简介2 4 3 1 1 概念2 4 3 1 2 组成结构与分析一2 5 3 1 3f r a m e b u f f e r 应用编程2 6 基于f r a m e b u f f e r 的图片浏览2 6 3 2 1 解码模块2 7 3 2 2 显示模块2 9 3 2 3 交互式图片浏览3 0 显示效果与分析31 3 3 1 显示效果3 1 3 3 2 性能分析3 2 3 4 本章小结3 2 第四章红外遥控控制。3 3 4 1l i r c 技术概述3 3 4 2l i r c 的配置及测试3 5 4 2 1l i r c 的配置：3 5 4 2 2l i r c 的测试3 6 4 3 客，_ 端的设计实现3 7 4 3 1 客户端的设计目标3 7 4 3 2 客户端的设计方案3 8 4 3 3 关键实现3 8 4 4 本章小结4 l 第五章数字证书认证管理4 2 5 1 数字证书技术4 2 5 2o p e n c a 简介4 3 5 3 基于o p e n c a 的数字证书4 4 5 3 1 前期准备4 5 5 3 2 认证机构的建设4 5 5 3 3 注册机构的建设4 6 5 3 4 证书的签发与管理4 7 5 4 本章小结4 9 第六章总结与展望。5 0 6 1 工作总结5 0 6 2 工作展望5l 参考文献。5 2 致谢! ；4 作者攻读学位期间发表的学术论文目录5 5 北京邮电人学硕十研究生学位论文 i p t v 机顶盒图形界面及交互相关技术的研究 1 1 lp t v 概述 1 1 1 ip i v 及其特点 第一章绪论 i p t v ( i n t e r n e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n ) 即交互式网络电视，是一种基于p 协议， 集宽带互联网、多媒体等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的 多种交互式服务的崭新技术。从下一代网络( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n g n ) 概念与定义来看【l 】，i p t v 属t r i p l ep l a y ( 语音、数据、视像三重播放业务) 范畴， 是一种宽带网络业务，涉及多媒体、视频业务范畴，可以利用各种宽带网络基础 设施。其主要网络终端可以是i p t v 机顶盒加电视机，或计算机，也可以是手机 及其他相应电子设备。总之，i p t v 集互联网、多媒体、通信、广播电视及下一 代网络等基本技术于一体，通过有利于多业务增值的i p 协议，提供包括视频节 目在内的各种数字媒体交互型业务，实现宽带口多媒体信息服务。 i p t v 最大的特点是使电视图像业务在高速互联网上的应用成为现实，即 i p t v 给宽带业务注入了电视服务内容。同时，m t v 还有如下优点： ( 1 ) i p t v 频道多而且真正实现了互动。i p t v 不同于传统的模拟电视和正 在兴起的数字电视。因为模拟电视和数字电视都具有频分、定时、单向广播等特 点。尽管数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但这只是信号形式的改变， 并没有触及到媒体内容的传输方式。d t v 最终的目标是以电视机为终端，用宽 带网络将家庭和因特网联在一起，提供互动性的内容。而数字电视则是将现有的 电视节目数字化，采用的依然是传统电视的广播模式，互动性不强【2 】。 ( 2 ) i p t v 信息技术丰富、技术成熟。i p t v 的技术发展和业务应用，都借 助并依赖于互联网的信息资源和技术支撑这两大优势，其信息来源广，信息量大； 技术、标准更早已日渐成熟，实现成本较为低廉。 ( 3 ) i p t v 潜在用户数量巨大。目前，我国电信行业宽带用户数达数千万， 其中a d s l 用户占据了宽带市场的8 0 ，已经成为宽带接入的主流。这表明借 助宽带接入，特别是a d s l 技术的升级改造，i p t v 业务将有拥有巨大的潜在用 户群。 ( 4 ) i p t v 节省了网络带宽。m p e g - 4 、h 2 6 4 、a v s 等视频压缩编码标准 技术的发展，特别是h 2 6 4 和a v s 的应用，使i p t v 技术的视频编码效率大大提 高，从而迅速提升了现有带宽条件下的视频质量，有效地节省了网络带宽。 北京邮l 乜人学硕十研究生学何论文i p t v 机顶盒i 刳形界而及交鱼相关技术的研究 ( 5 ) i p t v 将广电业、电信业, h t - t 。算机业三个领域融合在一起，并且i p t v 的技术传输遵循t c p i p 协议，这就决定了i p t v 能够非常容易地将数字电视节 目、可视i p 电话、d v d v c d 播放、互联网游览、电子邮件以及多种在线信息 咨询、娱乐、教育及商务功能结合在一起，在未来竞争中处于优势地位3 1 。 1 1 2ip t v 在国外的发展 。 目前i p t v 是世界i t 业内非常热的话题。国外起步比较早，早在1 9 9 9 年英 国v e d i on e t w o r k s 首先推出的i p t v 业务【4 j 。在欧洲市场，由于意大利宽带 服务提供商f a s t w 曲公司在i p t v 业务的用户发展和每户平均收益a r p u ( a v e r a g er e v e n u e p e ru s e r ) 提升上取得了成功，改变了很多运营商的观望态度。 包括英国电信、法国电信在内的许多著名运营商在i p t v 业务方面进行了商用试 验，并制订了长期的发展策略。相对其他地区，北美电信运营商发展i p t v 业务 一直进程稳定。政府放松对有线电视业和电信运营业相互进入的管制，允许它们 之间彼此渗透，为有线电视运营商进入电信业提供了机遇。美国的m t v 业务从 2 0 0 1 年就已经进入商用阶段，美国最大的无线通信服务提供商v e r i z o n 在2 0 0 7 年年底已经发展了超过1 0 0 万的i p t v 用户。西南贝尔通信公司也与微软签订了 在未来1 0 年金额达到4 亿美元的i p t v 合作协议。加拿大的各大运营商从2 0 0 2 年起也分别开始提供互动商用视频服务。随着i p t v 业务在欧洲和北美地区的发 展，亚洲的电信运营商纷纷推出基于宽带网络的m t v 业务，并对以有线电视为 主的电视业务领域构成了竞争冲击。在韩国，视频点播业务迅速普及，并支撑着 其宽带业务2 0 的收入。新加坡电信2 0 0 1 年首先采用p a c e 公司的d s l 4 0 0 0 机 顶盒对3 0 0 多名用户进行i p t v 业务的测试。在日本，软银集团和雅虎日本公司 合作推出了名为“b b c a b l e t v ”的i p t v 业务，实现话音、数据和视频的捆绑服 务( t r i p l e p l a y ) 。日本的y a h o o ! b b 把电视业务与v o w 等业务捆绑提供，促进了 电视用户增长的同时也使得d s l 用户数量呈现出快速增长趋势，这种提供多频 道广播电视以及视频点播的业务已经在东京开始展开。 1 1 3lp t v 在国内的发展 在国外i p t v 迅速发展的同时，国内i p t v 业务也正在一步一步的从探索阶 段走到实践阶段。随着国内运营商i p t v 试商用的地区与规模逐渐扩大以及广大 消费者对i p t v 认知程度的不断提高，在用户规模总量偏小的基础上，我国i p t v 保持了稳定快速的增k 态势，i p t v 用户总数已经从2 0 0 3 年的1 8 万、2 0 0 4 年的 2 北京邮电人学硕+ 研究生学何论文i p t v 机顶盒图形界面及交互相关技术的研究 4 。6 万增长到2 0 0 7 年的1 2 0 8 万。据有关资料显示，进入2 0 0 8 年以来，尽管受 电信业产业重组等诸项事宜一度迟迟未落定所造成的不利影响，我国i p t v 用户 总数依然保持着较为持续快速的增长。截至第三季度，用户总数已达2 2 0 万。到 2 0 0 8 年底，全国i p t v 用户数已经突破3 0 0 万，与上年同比增长将超过1 5 倍。 预计到2 0 1 1 年，我国i p t v 用户总数将达到2 2 0 0 万。 当前，i p t v 在发展的同时也面临着诸多的障碍，我国电信运营商、广电单 位、内容供应商等都展开了一定程度的合作，但具体的合作模式并不明确，政策 管制、网络改造、业务模式、盈利模式、市场竞争环境等问题也在一定程度上制 约了i p t v 的发展【5 j 。 虽然存在很多的障碍，但我们相信，随着我国经济的发展和社会的进步，会 逐步繁荣整个口t v 市场，提供给用户更多的选择和更好的服务，满足人民群众 日益增长的物质文化生活的需要，促进社会的和谐发展。 1 2ip t v 机顶盒概述 机顶盒( s e tt o pb o x ，s t b ) 起源于2 0 世纪9 0 年代初【6 】，起初主要是欧美 国家有线电视台为解决有线电视收视费问题而设计的一个解扰设备。机项盒作为 数字电视( d t v ) 辅助设备是从2 0 世纪9 0 年代后期欧美国家试播数字电视和高 清数字电视( h d t v ) 开始的。它的主要作用是使用户能够用原有的模拟电视机 收看数字电视节目或者高清数字电视节目，即提供数模信号转换功能，通常把这 类机顶盒称为数字电视机顶盒。i p t v 机顶盒由原来单一的解扰或数模转换专用 机顶盒，发展到支持网络接入方式，具有多种编解码能力和图形浏览器功能，可 以支持包括数字电视在内的视频点播、时移电视、网络浏览、信息服务、远程教 学和医疗、互动游戏等业务功能。 i p t v 机顶盒由硬件和软件两部分组成，i p t v 机顶盒的硬件组成如图1 1 所 示，i p t v 机顶盒的软件组成如图1 2 所示。不同档次的机顶盒采用的系统平台 和软件架构均不同，因而它们实现的功能也不同。在硬件平台方面，i p t v 机顶 盒常用的三种架构是：基于专用芯片架构、基于多媒体数字信号处理器( d s p ) 架 构和基于x 8 6 架构。其软件结构大多采用层次化、模块化结构，也有采用中间 件结构【7 1 。 北京邮l u 人学硕一 ：研究生学俯论文i p t v 机顶盒图形界面及交且相关技术的研究 图卜1i p t v 机项盒的硬件组成【7 】 机顶盒的硬件由核心控制单元( c p u ) 、媒体处理单元( 编解码器) 及各类接口 组成。核心控制单元一般采用嵌入式微处理器，支持实时操作系统的运行，媒体 处理单元一般根据机顶盒的成本选用a s i c 专用解码芯片或数字信号处理器，也 可以采用软件解码实现。口t v 机顶盒接口比其他机顶盒要丰富得多，根据网络 接入方式的不同，网络接口可配置成高速以太网接口、a d s l 接口、无线局域网 接口、e p o n ( e t h c m e t p a s s i v c o p t i e a l n e t w o r k ，无源光纤网络) 或电缆接口。媒体播 放接口基本配置有复合音视频端子和s 端子，较高配置可有y p b p r 、y c b c r 和 数字音频输出接口。控制接口是指用户操作控制机项盒的接口，一般以红外遥控 器为主，或采用红外遥控键盘、w i f i 技术。除以上基本业务所必需的接口外， 可根据业务需要配置u s b 接口、串行接口、z 接口、智能卡接口等扩展接口。 t v 播放视频点j i 浏览器 e p g扩展应朋 内置应用程序下载应用程序 中间件a p i 中间f ，| ：适配层 操作系统( l i n u x 、v x w o r k s 、w i n d o w s c e ) 模块处理程序以及接口驱动程序 图卜2 机顶盒的软件组成【7 】 机顶盒的软件大多采用分层结构，一般分成三层：应用层、中间解释层和资 源层，每一层都包括诸多程序和编程接口。其巾资源层软件包括实时操作系统及 机顶盒硬什的驱动程序，主要用于完成对硬件设备的操作。解释层的主要功能是 将机顶盒应用程序翻译成c p u 能谚 别的指令，调动硬件没备完成相心的操作。 4 应用层 解释层资源层 r-l厂_、l，r-l厂_、 北京邮电人学硕十研究生学何论文t p t v 机顶盒图形界面及交互相关技术的研究 应用层可以分成内置应用程序和下载应用程序两部分，实现诸如t v 播放、视频 点播、e p g ( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ，电子节目菜单) 、d r m ( d i g i t a lr i g h t s m a n a g e m e n t ，数字版权管理) 、游戏下载等业务应用。 1 3 嵌入式系统概述 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适 用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 一般用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能【8 】。嵌入式系统通常由嵌入 式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成 p 】。到目前为止，嵌入式系统的发展经历了以下几个阶段：以单芯片为核心的可 编程控制器形式的系统、以嵌入式处理器为基础简单操作系统为核心的系统、以 嵌入式操作系统为标准的系统和以i n t e m e t 为标志的系统。3 2 位嵌入式处理器的 出现和操作系统的使用使得嵌入式技术从简单走向成熟，与网络、i n t e m e t 或者 数字多媒体技术的紧密结合使得嵌入式技术的应用日益广泛【l o 】【l l 】。 嵌入式芯片是嵌入式系统的核心部件。与通用处理器相比，嵌入式处理器大 多工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把使用通用c p u 的计算机中的许 多由板卡完成的任务集成在芯片内部，具有低功耗、体积小、集成度高，高效率， 高可靠性等特点【l2 1 。 嵌入式处理器3 j 从最初的4 位，8 位，发展到目前流行的1 6 位，3 2 位，运 算能力和处理器可管理的资源都大大增强。早期典型的m c u 5 1 系列处理器的处 理速度是1 m p i s ( 每秒百万指令) ，而目前的a r m 处理器运算能力可以达到几 十到几百m p i s 。现代的嵌入式处理器一般都有较大的内置程序存储器，数据存 储器和丰富的外设接口。嵌入式处理器可以分为低端的嵌入式微控制器 ( e m b e d d e dm i c r o c o n t r o l l e ru n i t ，e m c u ) ，又称为单片机，中高端的嵌入式微 处理器( e m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o r u n i t ，e m p u ) ，常用于计算机通信领域的嵌 入式( e m b e d d e dd i 西t a ls i g n a l p r o c e s s o r ，e d s p ) 和高度集成的嵌入式片上系统 ( s y s t e mo nc h i p ，s o c ) 。几乎每个大的芯片厂商都推出了自己的嵌入式处理器， 因而现今市面上有上千种嵌入式处理器芯片，包括a r m ，p o w c r p c ，m c 6 8 0 0 0 和m i p s 等通用嵌入式处理器与s t 、s i g m ad e s i g n 、b r o a d c 0 m 等公司推出的集 成多媒体音视频解码功能的专用处理器。 在嵌入式大型应用中，为了使嵌入式开发更方便、快捷，就需要具备相应的 管理存储器分配，中断处理，任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等 功能的稳定的、安全的软件模块集合，即嵌入式操作系统。操作系统对于简化用 北京邮电人学硕一f ：研究生学位论文i p t v 机顶盒l 划形界面及交：山：相关技术的研究 户程序的丌发，增强系统稳定性，屏蔽不同硬件的区别起至0 了至关重要的作 i 。 嵌入式操作系统通常由进程管理、内存管理、文件管理、驱动程序等模块构成。 当前比较流行的嵌入式操作系统有嵌入式l i n u x ，w i n d r i v e r 公司的v x w o r k s ， m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sc e ，i s i 公司的p s o s ，q n x 的q n x 等等。 与商业化的操作系统相比，免费的l i n u x 系统已越来越受到人们的关注。 l i n u x 作为典型的现代网络型操作系统，其中所涉及到的技术实现涵盖了操作系 统技术的最新成果。目前，嵌入式l i n u x 己成为众多商家的选择，它有如下优势： 1 ) 嵌入式l i n u x 开放源代码，文档和技术支持丰富，这使学习、修改、裁剪 l i n u x 成为可能，嵌入式系统的设计者可以对嵌入式l i n u x 进行二次开发，去掉 操作系统的附加功能，只保留必须的操作系统功能。而目前大多数的商用操作系 统，不提供源代码，或购买源代码要支付高额的版本费用，相比之下，嵌入式 l i n u x 的这一优点对于对成本和功耗极敏感的嵌入式产品来说是十分重要的。 2 ) 强大的网络支持。嵌入式l i n u x 诞生于因特网时代并具有u n i x 的特性， 基本上支持所有的网协议和网络接口，并能利用l i n u x 的网络协议栈将其开发为 嵌入式的t c p i p 网络协议栈。此外，l i n u x 支持e x t 2 、f a t l 6 、f a t 3 2 等文件系统， 这为开发嵌入式系统应用打下了坚实的基础。 3 ) 优秀的开发工具。开发嵌入式系统需要有一套完善的开发和调试工具。在 线仿真器的价格非常昂贵，且只适合做非常底层的调试。使用嵌入式l i n u x ，只 需软硬件支持串口，不用在线仿真器就能很好地进行开发和调试工作，从而降低 了开发费用。利用嵌入式l i n u x 的一整套工具链，可以很容易地搭建嵌入式系统 的开发环境和交叉运行环境，从而跨越嵌入式系统开发中缺少仿真工具的障碍。 l i n u x 符合i e e ep o s i x 1 标准，使应用程序具有较好的可移植性。 4 ) 广泛的硬件支持。嵌入式l i n u x 支持的硬件平台很多，包括x 8 6 、a r m 、 m i p s 、a l p h a 、p o w e r p c 等多种体系结构，支持各种主流硬件设备和最新的硬 件技术。 5 ) 微内核模块化体系结构。l i n u x 本身的微内核体系结构十分简单，网络和 文件系统以模块形式置于微内核的上层，驱动程序和其他部件可在运行时作为可 加载模块编译或添加到内核，这提供了高度模块化的构件方法，使得添加部件非 常容易。 6 ) 系统小巧。一个功能完备的l i n u x 内核占用大约1 m b 的内存，而l i n u x 微内核只占用其中很小一部分的内存，包括虚拟内存和所有核心的操作系统功能 在内，需占用系统的1 0 0 k b 内存，这使得l i n u x 适用于资源有限的嵌入式硬件 平刨14 1 。 6 一 北京邮电人学硕十研究生学位论文i p t v 机顶盒图形界面及交互相关技术的研究 1 4 课题目标及研究内容 1 4 1 课题目标 本课题的研究是以i p t v 相关理论以及i p t v 机顶盒所涉及到的部分关键技 术为基础的。课题是在和厦华电子公司合作的i p t v 机顶盒软件开发项目上，以 嵌入式s t l i n u x 操作系统和s t b 7 1 0 9 开发板为基本平台完成相应的工作。 从上图1 2 所示的i p t v 机顶盒软件组成来看，终端用户有必要通过统一的 对外用户接口g u i 与诸如t v 播放、视频点播等业务应用进行交互，而且交互 应该是基于遥控器遥控的方式以方便用户操作。同时本课题也新增机顶盒图片浏 览的业务单元以丰富i p l v 的业务内容。因此，本课题所开发的i p t v 机顶盒相 关软件模块在整个机顶盒软件的软件层次如图1 3 所示。 交互 图1 - 3 软件模块层次图 因此，概括而言，本课题的研究目标首先是通过选用合适的图形用户界面系 统，设计并实现基于嵌入式l i n u x 的i p t v 机顶盒图形用户界面，并实现i p t v 机顶盒的图片浏览服务功能，通过使用红外远程控制技术实现i p t v 机顶盒的遥 控控制。最后对能够实现安全访问控制的数字证书认证管理技术进行研究。 1 4 2 研究内容 本文的研究内容主要是涉及嵌入式系统的i p t v 机顶盒若干相关技术，主要 包括图形用户界面技术、图像显示浏览技术、红外遥控技术以及数字证书认证等 技术，本论文的主要工作就是围绕上述的几项技术展开的。在整个课题开发的过 程中，本人的主要工作包括如下几个方面： 7 北京邮电人学硕十研究生学位论文i p t v 机顶盒图形界而及交f ：相关技术的研究 1 ) 分析i p t v 的发展现状，研究i p t v 相关理论以及i p t v 机顶盒所涉及至0 的 部份关键技术。 2 ) i p t v 机项盒图形用户界面的设计丌发。在i p t v 机顶盒的软件中，图形用 户界面占有重要的地位。通过分析嵌入式g u i 常用的实现方法，对多种成熟的 嵌入式图形界面系统进行综合比较，根据本课题的实际情况，选择合适的界面系 统作为嵌入式图形用户界面开发平台。明确i p t v 机顶盒图形用户界面的界面任 务，确定所涉及的界面元素，对开发的g u i 集成图片浏览功能和红外遥控控制 功能，重点完成i p t v 机顶盒图形用户界面相关模块的设计与实现，并对g u i 软件进行测试、调试，解决测试和调试过程中所发现的问题。 3 ) i p t v 图片浏览功能模块的设计与实现。设计图片显示方案，通过分析和学 习帧缓冲f r a m e b u f f e r 的组成结构及应用编程方法，应用j p e g 图像压缩解压缩 函数库l i b j p e g 实现j p e g 解码，在嵌入式s t l i n u x 操作系统的基础上将基于 f r a m e b u f f e r 的显示模块和基于l i b j p e g 的解码模块有效结合，实现i p t v 机顶盒 图片浏览服务的功能模块。 4 ) i p t v 机顶盒红外远程控制模块的实现。根据遥控器按键编写对应的l i r c 配置文件，并对l i r c 守护进程进行测试。通过使用g t k 底层库和扩展库，编 写l i r c 遥控器客户端，将红外信号映射为x 事件，使得客户端应用具备处理x 事件的能力，实现遥控器客户端与g t k 后台程序的通信，并整合到i p t v 系统 中，最终实现对i p t v 机顶盒的遥控控制。 5 ) 分析数字证书认证技术在安全访问控制中的应用，搭建数字证书认证管理 平台。 6 ) 口t v 机顶盒软件模块相应文档的编写。在整个项目实施过程中，对所负 责的子模块进行相应设计文档和说明文档的编写。 1 5 论文组织结构 针对上述研究内容，本文的内容安排如下： 第一章主要概述了i p t v 及i p t v 机顶盒的研究背景和发展现状，并对本文 的主要研究内容、完成的工作和章节的安排进行了介绍。 第二章主要是对i p t v 机项盒g u i 的设计和实现，首先分析了嵌入式g u i 常用的实现方法，主要介绍了使用g t k + 开发g u i 的具体设计和实现要点，最 后对g u i 进行了测试。 第三章是本论文的主要工作之一，主要介绍了i p t v 图片浏览功能模块的设 计与实现。详细介绍了该模块所用剑的关键技术，实现方法和主要秒 j 。 个k l ，最后进 北京邮电人学硕十研究生学何论文i p t v 机顶盒图形界面及交互相关技术的研究 行了性能测试、分析。 第四章对红外遥控技术进行了研究，首先对l i r c 进行了配置和测试，重点 介绍l i r c 遥控器客户端的设计与实现。 第五章是主要介绍了数字证书认证技术，结合数字证书认证技术在安全访问 控制中的应用，搭建数字证书认证管理平台。 第六章对本论文的研究工作进行了总结，提出了存在的问题和不足，并对下 一步的工作进行了展望。 9 北京邮i 乜人学硕+ 研究生学何论文i p t v 机顶盒l 划形界面及交且卡| 】关技术的研究 第二章基于g t k + 的机顶盒g u i i p t v 机顶盒是一种典型的嵌入式应用。在i p t v 机顶盒的软件模块中，图形 用户界面占有重要的地位，它提供了用户与机顶盒之间的人机交互界面。从用户 的角度来看，用户通过g u i 与系统进行交互，所以g u i 应该是简单、直观并且可 靠的。从开发者的观点看，它是工作在系统硬件资源有限的嵌入式环境下，所以 嵌入式g u i 还应该占用资源小，以便可以在内存受限的嵌入式平台上运行。 2 1g ui 方案选择 目前实时嵌入式系统上的g u i 的实现方法有多种：一些大型厂商自主开发 满足自身需要的图形用户界面系统。一些厂商则采用嵌入式操作系统自带的 g u i ，比如嵌入式操作系统v x w o r k s 就自带了z i n cg u i 及其图形设计工具。还 有一些厂商采用移植比较成熟的图形用户界面系统的方法，比如移植m i n i g u i 、 q t e m b e d d e d 、g t k + 等。在上述图形用户界面的几种实现方法中，第一种方法 根据自身需求量身定制开发，有利于提高性能，减少体积，但会极大地增加开发 投入，不适合学校等机构的科研研究；第二种方法可以加快嵌入式软件系统的开 发，但其体积庞大，而且使得开发的g u i 具有操作系统依赖性的缺陷，此外还 需额外支付一定的费用，这也增加了开发成本；相比而言，第三种方法最安全， 因为成熟的界面系统一般比较稳定，这样就省去了在图形用户界面系统内部实现 上所需的大量工作开销。此外，采用这种开发方法，可以使界面程序与功能程序 分丌设计、实现，便于分工合作。考虑到本课题的开发成本和丌发周期等实际情 况，本文选择了第三种方法，接下来就是要选择一个合适的嵌入式图形用户界面 系统。 目前，在l i n u x 之上进行嵌入式丌发时可选的嵌入式图形界面系统主要有： m i n i g u i 、q t e m b e d d e d 、m i c r o w i n d o w s 、g t k + 等。 ( 1 ) m i n i g u i m i n i g u i 是一种面向嵌入式系统或者实时系统的轻量级的图形用户界面支 持系统【l 卯，最早由清华大学教师魏永明组织开发。m i n i g u l 采用分层设计思想6 ， 是一个多线程或多进程窗口系统，它的许多模块都以单独的线程或者进程的形式 运行，进程之i 、日j 、