（计算机应用技术专业论文）基于pvr技术的数字电视机顶盒的开发与研究.pdf

贵州大学硕士学位论文 摘要 随着国家有线数字电视网络建设和网络技术的快速发展，以及网络规模不断的扩大，数 字电视的普及必然成为今后电视产业的发展趋势。所谓数字电视技术，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、存储和记录的技术。 最近几年，随着数字电视机顶盒市场的不断扩大，人们对产品的要求也越来越高，在机 顶盒的基本构架不变的情况下，各种先进技术不断融入机顶盒中，推出了功能越来越丰富， 越来越完善的机顶盒产品。p v r 机顶盒就是在这种大环境下产生的。p v r 机顶盒在数字电视 网络中的应用带来了电视生活的新概念，能够极大地促进数字电视业务的开展。p v r 技术与 机顶盒的结合将成为数字电视机顶盒的一种发展方向。 本论文根据作者参加p v r 数字电视机顶盒开发的经验与研究成果，以n e c 公司的数字机顶 盒方案为基础，研究了数字电视相关理论以及数字电视机顶盒所涉及到的软件技术和软件系 统开发，并对p v r 技术的特点以及与机顶盒的结合做了深入的研究。本课题的主要任务是介 绍基于n e c 的e m m a 2 主芯片的硬件架构和软件模块结构，简要阐述m p e g i i 标准以及d v b 标准的内容以及在机顶盒上的应用。通过对现有市场推出的p v r 数字电视机顶盒的调研考 察，提出一整套p v r 数字机顶盒的实现方案，并对p v r 技术实现难点和解决方案做出详细的 阐述。 另外，本文还介绍了实现双路音视频同时播放的技术难点以及解决方案，同时对n e c 芯片软件开发环境，f l t 】c , r e e nh i l l 公司的m u l t i2 0 0 0 进行了简要介绍。 关键词：p v r 、数字电视、机顶盒、m p e g i i 、d v b 标准、d e m u x 贵州大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i mt h ec o u n t r yw i r e dd i 【百t a lt e l e v i s i o nn e t w o r kc o n s t r u c t i o na n dn e t w o r k i n g sf a s t d e v e l o p m e n t ，a sw e l la st h en e t w o r ks i z eu n c e a s i n ge x p a n s i o n ，d i g i t a lt e l e v i s i o n sp o p u l a r i z a t i o n w i l lb e c o m ef r o mn o wo nt h et e l e v i s i o ni n d u s t r yt r e n do fd e v e l o p m e n ti n e v i t a b l y t h es o - c a l l e d d i 百t a lt e l e v i s i o n ，i st h et r a d i t i o n a la n a l o gt e l e v i s i o ns i g n a la f t e rs a m p l i n g ，t h eq u a n t i f i c a t i o na n d t h ec o d et r a n s f o r m sw i t ht h eb i n a r yn u m b e rr e p r e s e n t a t i v e sd i g i t a ls i g n a l ，t h e nc a r r i e so ne a c h k i n do ff u n c t i o np r o c e s s i n g ，t h et r a n s m i s s i o n ，t h em e m o r ya n dt h er e c o r dt e c h n o l o g y r e c e n ts e v e r a ly e a r s ，w i md i 百t a lt e l e v i s i o ns e t t o pb o xm a r k e tu n c e a s i n ge x p a n s i o n ，t h e p e o p l ea r ea l s og e t t i n gh i g h e ra n dh i g h e rt ot h ep r o d u c tr e q u e s t ，i nt h es e t - t o pb o xb a s i cs k e l e t o n i n v a r i a b l es i t u a t i o n ，e a c hk i n do fv a n g u a r dt e c h n o l o g yi n t e g r a t e si nu n c e a s i n g l yt h es e t - t o pb o x ， p r o m o t e dt h ef u n c t i o nt ob eg e t t i n gm o r ea n dm o r er i c h ，m o r ea n dm o r ep e r f e c ts e t t o pb o x p r o d u c t t h ep v rs e t - t o pb o xi sp r o d u c e su n d e rt h i sk i n do fe n v i r o n m e n t ，n l ep v rs e t t o pb o x t s h a sb r o u g h tt h et e l e v i s i o nl i f en e wc o n c e p ti nd i g i t a lt e l e v i s i o nn e t w o r ka p p l i c a t i o n ，c a l lp r o m o t e t h ed i g i t a lt e l e v i s i o ns e r v i c ed e v e l o p m e n te n o r m o u s l y t h ep v rt e c h n o l o g ya n dt h es e t - t o pb o x u n i o nw i l lb e c o m et h ed i g i t a lt e l e v i s i o ns e t - t o pb o xo n ek i n do fd e v e l o p m e n td i r e c t i o n t h ep r e s e n tp a p e rp a r t i c i p a t e si nt h ep v rd i 西t a lt e l e v i s i o ns e t - t o pb o xd e v e l o p m e n t a c c o r d i n gt ot h ea u t h o rt h ee x p e r i e n c ea n dt h er e s e a r c hr e s u l t s ，t a k et h en e cc o r p o r a t i o n s d i g i t a ls e t - t o pb o xp l a na st h ef o u n d a t i o n ，h a ss t u d i e dt h es o f t w a r et e c h n i q u ew h i c ha n dt h e s o f t w a r es y s t e md e v e l o p m e n tt h ed i g i t a lt e l e v i s i o nc o r r e l a t i o nt h e o r i e sa sw e l la st h ed i g i t a l t e l e v i s i o ns e t - t o pb o xi n v o l v e s ，a n dh a sd o n et h et h o r o u g hr e s e a r c ht ot h ep tt e c h n o l o g y s c h a r a c t e r i s t i c 鹤w e l la sw i t ht h es e t - t o pb o xu n i o n t h i st o p i c sp r i m a r ym i s s i o ni st h e i n t r o d u c t i o nb a s e do nt h en e ce m a 2 l lm a i nc h i ph a r d w a r ec o n s t r u c t i o na n dt h es o f t w a r e m o d u l es t r u c t u r e e l a b o r a t e sm p e g b r i e f l yi is t a n d a r da sw e l la sd v bs t a n d a r dc o n t e n t 鹊w e l l a so ns e t - t o pb o xa p p l i c a t i o n t h r o u g hp v rd i g i t a lt e l e v i s i o ns e t - t o pb o xi n v e s t i g a t i o na n ds t u d y i n s p e c t i o nw h i c hp r o m o t e st ot h ee x i s t i n gm a r k e t ，p r o p o s e dt h a tt h eo n ew h o l es e tp 己d i g i t s e t - t o pb o xr e a l i z e st h ep l a n a n dr e a l i z e st h ed i f f i c u l t ya n dt h es o l u t i o nt ot h ep v rt e c h n o l o g y m a k e st h ed e t a i l e de l a b o r a t i o n o t h e r rt h i sa r t i c l ea l s oi n t r o d u c e dr e a l i z e st e c h n i c a ld i f f i c u l t yw h i c ha sw e l l 蠲s o l u t i o nt h e t w o - c i r c u i ts o u n dv i d e of r e q u e n c ys i m u l t a n e o u s l yb r o a d c a s t s ，s i m u l t a n e o u s l yt ot h en e cc h i p s o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，n a m e l yg r e e nh i l lc o r p o r a t i o n sm u l t i2 0 0 0h a sc a r r i e do n t h eb r i e fi n t r o d u c t i o n k e yw o r d s ：p v r , d i g i t a lt e l e v i s i o n ，s e t - t o pb o x ，m p e g i i ，d v bs t a n d a r d ，d e m u x 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。- 论文作者签名：缉日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：趔导师签名：堡丝日期：至q q 世旦 11 选题背景 第一章前言 近来的丛于有线电税网的d v b 技术、基于等通电话线路的a d s l 和干兆以 网技术都 芷宽带技术的# 流。这其中基丁c a t v 喇络的数字电视其数据r _ 播业务具= 仃m 常广阔的 发腱i 卅景。数字电视与模拟电视相比不仅图像质培有了很大提高，而且还提供了模拟电视 所尤法提供的多种服井业务。电视发艘到今犬，它的使h j 范围早己超越了r 捕娱乐界，j 泛 地扩展剑文化教育、科研管理、1 5 5 。企业、医疗卫生、公安交通、军堆宇航和人们日常生活 的再个领域。随着信息时代的崃、信息和数字拉术的飞跃发展，电视技术住所经了黑闩电 视到彩色电视的革命性转变j 亓。白然而然地进入了从模拟电视到数字电视的革命。 数宁电视是一个从节日摄制、编辑、发射、传输到信号接收、处理、显示完全数字化的 电视系统，它的酬像清晰度是现有电视的两侣所包含的信息鼙大约是模拟i b 视的5 倍越 来越多的田采j e n 试运行数字电视系统，我国也己实行了分步骤、循序渐进的数字t 视发艉 一一略。制囤家r 电总局发布消息称，：1 j 2 0 0 5 年底，我国计划推出的数字i b 视付赞频道将扩人 ，1 1 8 0 个，付费一橘节1 3 增至d 5 套，并征2 0 1 5 年将关闭原有的模拟i u 视。数字电视发展预测如 h ： 图11 数字电视发展概况( 单位：再万户) 数字电视机顶盒是种能够让刖户在现有模拟电视上，观看数字 u 视肖h ，进行交互式 数字化蛙乐、教育和商业化活动的消费业l b 子产品。从而实现数字电视和模拟电视的兼择。 对j ：机顶盘日前没有标准的定义，传统曲说法趄：“置f 电视机顶上的盒子”。由丁我国采 的址欧洲的d v b 数字信号传输标准，所咀我国现冉的机璇盒都是基r d v b 标准的机顶盘。数 卞电视是人势所趋，世足考虑4 我国的实际情况，数字电视技术有一个实现的过程，淘汰更 换模拟l u 视人约要5 年以l 的时间。我阳钉上千家- u 视台3 亿2 千万台模拟电视机巫换这 样毖人数h 的投送设备帛l i b 视机，需耍相当大的预算和投入这决讣一朝步的事情，要有 一个j 渡州。我l 目采川甲稳过渡的策略发展的数字化i u 视，让数字彩电o 模拟彩电和甲共处。 n ：返期l i , 】，艇拟彩电也不必更换，但是机顶盒s t b ( s e t t o p - b o x ) 的醋辑却一定要配备。机 坝盘接收杯礁清晰度数字i u 视社口肝i # 将信号传给模拟彩电“。运段过渡时间埘j 阻前 贵州大学硕上学位论文 生产的彩电来说，足以使用到它的寿命极限。全球机顶盒市场走势如图： 翱键豁嬲匆黝豁黼劾移搿掰雾蝴 口”_ _ 期_ _ _ _ _ 州嬲_ _ 嘲 l 黧霉镶蠹黢霾铴隰l 图卜2 机项盒市场走势 据市场研究公司s t r a t e g y a n a l y t i c s 最新发表的题为数字电视机项盒：全球市场预测 的研究报告称，2 0 0 7 年全球数字电视机顶盒销售量为1 0 2 4 亿台，比2 0 0 6 年增长了1 2 。这是 全球数字电视机顶盒年销售量首次超过1 亿台。这篇报告预测称，2 0 0 8 年全球数字电视机项 盒销售量将达到1 2 8 亿台，到2 0 1 2 年，全球数字电视机顶盒的销售量将达到1 9 6 亿台。 数字电视不仅能改进音、视频质量，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。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 - 2 课题依据及意义 最近几年，随着数字电视机顶盒市场的不断扩大，人们对产品的要求也越来越高，在机 顶盒的基本构架不变的情况下，各种先进技术不断融入机顶盒中，推出了功能越来越丰富， 越来越完善的机顶盒产品。p v r 机项盒就是在这种大环境下产生的。p v r 机顶盒在数字电视 网络中的应用带来了电视生活的新概念，能够极大地促进数字电视业务的开展。p v r 技术与 机顶盒的结合将成为数字电视机顶盒的一种发展方向。 p v r 的全称是p e r s o n a lv i d e or e c o r d e r ，即个人视频录像机，它的发展是基于硬盘技术 的飞速发展，将硬盘作为存储媒介，从而取代磁带式录像机。p v r 机项盒就是将p v r 技术和机 顶盒技术的完美结合，实现电视节目的灵活录制和时移播放等功能，从而带来数字电视的更 加强大的功能。尽管目前在国内机项盒+ p v r 并没有得到广泛的关注，但在欧美地区机项盒 + p v r 已成为标清和高清电视广播应用中一个增长很快的市场。据i n - s t a t m o r 调查显示，2 0 0 4 年美国市场售出的有线数字机项盒中，每五台机顶盒就有一台具有p v r 功能。+ b r o a d c o m 公司 机顶盒产品高级行销经理n i c h o l a sd u n n 认为，很明显机顶盒正在向具有p v r 功能的趋势发 展，p v r 功能可为用户提供真正的节目收看和节目录制体验。随着数字电视的迅速崛起，p v r 2 贵州大学硕七学位论文 数字电视机顶盒必将得到迅猛发展。 在国外众多公司相继推出各自的数字电视机顶盒等相关产品的大形势下，研制国人拥有 知识产权的数字电视机顶盒就有着非常重要的意义。 1 3 数字电视及其发展状况 1 3 1 什么是数字电视 数字电视最早诞生在德国，上个世纪9 0 年代初，德国的盯公司推出了世界上第一台 数字彩色电视机，一时惊动很大，但这台数字彩色电视机没有多大优势，因为它成本很高。 这就是世界上诞生的第一台数字电视。随着技术的发展和计算机的普及，数字电视技术也相 应得到迅猛的发展，今天的数字电视与以往已经有了很大的差别。数字电视是数字化信息技 术革命的产物。所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过量化和编码转换成二进制数代 表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、 监测和控制。数字电视经过信息的数字化传输方式，提供更大的屏幕，更清晰的图像和光盘 质量的立体声音响。同时，数字电视又是计算机化了的电视，它与计算及技术融为一体，数 字化地处理、传输、接收和显示信息瞵。 1 3 2 数字电视在国外的发展 自2 0 世纪90 年代初，由美国率先提出并获得成功的全数字电视系统( d i g i c i p h e r ) 问 世以来，短短的几年中在全世界形成了数字电视发展的热潮，一些发达国家电视台己开始了 各种数字电视广播业务。 1 9 9 3 年由美国七家公司组成了大联盟( g a ) ，目标是制定美国的h d t v 地面广播标准。 1 9 9 5 年，美国高级电视制式委员会( f c c ) 提出了美国数字电视标准的建议。1 9 9 6 年1 2 月， f c c 通过了“a t s c 数字电视标准”。1 9 9 7 年4 月，f c c 为全美1 6 5 0 个电视台指派了用于数字 电视广播的频道，并公布了到2 0 0 6 年所有电视台全部实现数字播出，彻底停止现行模拟广播 的日程计划。美国提出的全数字、频道兼容、基于m p e g 2 压缩编码的h d t v 体制，既适合 卫星广播，也适合地面广播和有线电视系统传输，它仅占用一个地面广播电视频道 ( 6 m h z 8 m h z ) ，而其1 0 0 0 线以上的高清晰度画面和5 1 声道的环绕立体声达到了视听的理 想境地。同时，数字传输的特点为多种信号复用提供了方便。因此这种全数字频道兼容h d t v 已为世界许多国家和地区所公认和接受。美国于1 9 9 8 年1 1 月启动数字h d t v 广播，有2 0 多个 电视台正式广播了h d 晰目。2 0 0 2 年6 月，美国有线数字电视用户达至f j l 6 8 0 万。2 0 0 7 年， 该国数字电视用户达到5 0 以上”1 。 在美国的带动下，欧洲也开始了研制数字电视，并且指定了自己的数字电视标准，即 d v b 标准。1 9 9 5 年，欧洲1 5 0 个组织合作开发数字视频广播( d v b ) 项目，并成立了d v b 联盟。 d v b 联盟是一个由3 0 多个国家的2 3 0 多个成员组成的国际机构。该机构的首要目标是在全球 范围内发展和推广共同的数字电视广播标准。欧洲的数字电视标准很重视可以增加电视节目 内容的潜在优势。他们抓住数字压缩可以比模拟数据更加节省带宽的特点，潜心研究卫星数 字视频广播( d s ) 、有线数字视频广播( d v b c ) 和地面数字视频广播( d v b - t ) ，使 数字电视进入千家万户。d v b 标准规定数字电视系统使用统一的m p e g - - 2 压缩方法和 m p e g 一2 传输流及复用方法；声音标准比较灵活，可以采用m u s i c a m 立体声，m u s i c a m 环绕 立体卢或杜比a c 一3 环绕声；在调制方式上，卫星广播采用q p s k ，有线电视采用q a m ，而 3 贵州大学硕十学位论文 地面广播则倾向于c o f d m 。 欧洲各国中，英国做得最好的是通过卫星传输，直接到户的卫星数字电视和通过无线电 波传输的地面数字电视。o n d i g i t a l 公司在1 9 9 8 年l o 月开始世界首例商业地面数字电视广播， 到2 0 0 4 年全国的数字电视普及率已经达到2 2 ，至1 j 2 0 0 6 年普及率将上升到4 8 ，用户达到了 5 8 0 万户，成为全球数字电视普及率最高的国家。德国政府也推出由大城市向乡村过渡的地 面数字电视发展计划。在德国3 0 0 0 万家庭中，有5 6 收看有线电视节目，其中有线数字电视 约2 0 0 万户。法国广播电视管理机构选定了3 0 个频道作为国家地面数字电视开播的基础，2 0 0 5 年9 月又增设1 5 个发射台，2 0 0 6 年有6 5 的家庭享受数字电视节目，2 0 0 7 年要覆盖8 5 的家 庭。至u 2 0 0 8 年，西方主要发达国家的数字电视用户将超过整个电视用户的5 0 。 日本的数字电视发展也很迅速，并且在1 9 9 9 年由日本的d i b e g ( d i g i t a lb r o a d c a s t i n g e x p e r t sg r o u p 数字广播专家组) 制定了数字广播系统标准，r 【i i s d b 标准。i s d b 能适应不同 的新业务，灵活地将不同业务的数据复接起来，同时还具有与通信网和计算机系统的交互性。 日本非常重视数字电视产业，尤其重视发展卫星数字电视哪! 。日本是世界上最早推出h d t v 广播的国家。其h d t v 采用m u s e 制式，使用卫星进行模拟传输。2 0 0 3 年在东京、大阪 和横滨开始播出地面数字电视，计划2 0 0 6 年实现地面数字电视全国覆盖，- 至t 2 0 1 1 年全国范围 内的所有电视台都采用数字信号发送，彻底结束了模拟信号的发送的历史恻。 1 3 3 数字电视在国内的发展 我国有关管理部门已经制定数字电视的发展非常重视，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 日，中华人民共和国建 国5 0 周年之际，又对天安门广场的国庆大典进行了数字h d t v 现场直播试验，获得了成。 功。国家广电总局在十五规划和2 0 1 0 年远景规划中原曾提出：我国将在卫星和有线电视中 采用国际通用的d v b 标准而在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。广电总局规划：2 0 0 8 年中国主要 大城市应普及数字高清晰度电视，北京奥运会将以数字高清晰度电视向全世界转播，2 0 1 5 年全国将实现数字电视广播1 。 1 3 4 p v r 数字电视机顶盒的发展 p v r 数字电视机项盒是在机顶盒技术不断完善的基础上发展起来的，1 9 9 9 年，有两种 p v r 产品开始在美国销售，分别是t i v 0 ( 由p h i l i p s 和s o n y 制造) 和r e p l a yt v ( 由 p a n a s o n i c 制造) ，2 0 0 0 年秋，德国出现了s e l e x x ，这是g r u n d i g 公司用a x c e n t 的技术推 出的p v r 产品。2 0 0 0 年秋，t i v o ( 以t h o m s o ns c e n i u m 的商标) 在英国销售。s k y ( 天 空电视台) 在2 0 0 1 年推出用于接收自己的卫星广播业务的p v r ( 由p a c e 制造) 。还有越 来越多的制造商准备推出具备p v r 功能的机顶盒。 我国的p v r 机顶盒发展相对落后，至今没有推出一款稳定而完善的p v r 机顶盒。所以 发展我国自主知识产权的数字电视机顶盒，更加具有与众不同的意义。 1 4 论文主要工作 本论文主要从熟悉机顶盒的硬件平台和软件平台入手，在熟悉机顶盒的底层平台以后， 4 贵州大学硕士学位论文 着手搭建软件框架。在系统平台稳定，各个部件的驱动程序已经可以正常运行的情况下，着 手搭建整个软件架构。 首先，要在d v b s 的普通机顶盒的平台基础上，解决双t u n e r 的情况下，如何实现两 路音视频的同时播放。这涉及到两路音视频的播放协调，d e m u x 的对于两个d e v i c e 的解复 用，对于同一个缓冲区如何存储两路音视频数据，两路播放管理，音频没备管理等任务。 其次，要调好p v r 的底层驱动，对硬盘分区格式化，建立文件分配表，对于不同的区 域建立不同的分类文件。 再次，做好p v r 的界面设计，对于录制、播放、回放、预定、提前预定、拖后预定等， 都要做好相应的功能冲突检测和解决方法。基丁二人性化考虑，每个功能模块运行时，都要有 相应的弹出提示框，当发生模块冲突时，也要有相应的冲突提示框，这需要对系统的运转做 一个整体把握。 最后，实现m p 3 软解码，在机顶盒上实现m p 3 功能。 1 5 论文章节安排 论文主要基于嵌入式系统开发，研究p v r 机项盒的实现，为国产知识产权事业做个初 步的尝试。各个章节研究、讨论的内容如下： 第一章为前言，主要论述课题研究背景，提出数字电视在国内和国际的发展概况，以及 p v r 机项盒的发展，提出研究的自主知识产权产品的意义。 第二章对机顶盒的整体系统组成进行详细阐述，描述了机顶盒信号的标准协议，以及机 顶盒收看数字电视的整个原理，同时对p v r 技术进行简要介绍。 第三章描述n e c 产品的硬件总体构架及软件整体搭建框架，软件开发流程和各个支持 平台的系统构成。 第四章主要介绍p v r 机顶盒的开发过程和整体功能，以及具体实现方案。 第五章讨论了机顶盒升级程序的基本原理和升级实现方案。 5 贵州大学硕士学位论文 第二章数字电视系统概论 2 1 数字电视系统的组成 一个完整的数字电视系统同模拟电视广播系统一样，也是由节目源、广播和 接收三大环节组成，具体结构展开如图： 图2 1 数字电视系统流程 由图可见：数字电视系统主要由信源编解码、节目流与传输流多路复用解多 路复用、信道传输、信道编解码等设备组成。其中信源编码主要包括音视频编码和数据编码 两部分，信道编码主要是采用r s 编码、数据交织t c m 联合编码调制等技术，调制方案可 以采用q p s k 、q a m 、c o f d m 等调制技术。在接收端，可以采用数字电视接收机，它应具 备调谐接收、解调、解扰、解多路复用等功能，能将m p e g - 2 压缩编码后的码流解码还原 成为视频、音频信号，从而重现数字演播室传送来的图像与伴音节目；也可利用模拟电视接 收j b q , + s t b ( 数字机项盒) 的方式实现接收，其中数字机顶盒应具有调谐接收、解调、解扰、 解多路复用等功能，解码后输出模拟视频、音频信号，由模拟电视接收机的显示器部分显示 图像与伴音节目。本论文只讨论模拟电视+ s t b 的接收方案。 2 1 1 j 数字电视前端 数字电视广播系统前端主要包含视音频编码器、打包、加扰器、复用器、调制器、混合 器等设备组成。 音视频编码器：对节目数据进行实时m p e g 2 编码，并按照i s o 1 3 8 1 8 1 产生或分配 p s i ( p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ) ，生成视频基本流e s ( e l e m e n t a r ys t r e a m ) 和音频基本流e s 。 打包：基本视音频基本流e s 在进入传输系统前，通过视音频数据包形成器按照d v b 标准进行打包形成打包基本流p e s ( p a c k e te l e m e n t a r ys t r e a m ) ，由包标识符p i d ( p a c k e t i d e n t i f i c a t i o n ) 来区别不同的包h “。 加扰器：主要是针对条件接收系统所用的，用来对音视频节目流进行加扰加密，以控制 6 贵州大学硕上学位论文 终端进行条件接收，相应的终端也需要解扰后才能进行解码收看。加扰有一定的算法，解扰 需要一张解扰卡芯片。 复用器：首先对每个节目的视音频流p e s 复用，加入p s i 信息形成一路独立的节目 流p s ( p r o g r a ms t r e a m ) ，然后将多路节目流p s 与s i 数据流进行传输系统复用形成传输流 t s ( t r a n s l a t es t r e a m ) 。 调制器：将数字信号的t s 流调制转换成射频信号在传输网络中传输。 混合器：将多个频率里的射频信号混合成一路信号送到传输网络传输，供用户终端机顶 盒接收瞪1 。 2 1 - 2 数字电视终端 数字电视终端可以是数字电视一体机，也可以是模拟电视杌l + 数字电视机顶盒。所谓的 数字电视一体机，就是内置高频头和解码器等数字信号接收设备，可以直接接收数字信号。 但如今我国大部分收看数字电视节目，还是以模拟电视机十机顶盒为主，主要原因如下： 1 ) 我国刚刚开始从模拟电视向数字电视转换，现在拥有上千家电视台，有4 亿多台模拟电 视机，要想实现这样庞大数目的发送设备和电视机的更换，需要相当大的预算和投入， 这决非一朝一夕的事情，要有一个过渡。 2 ) 我国各个地区的电视网络采用不同的c a 标准，使各地的机顶盒互相不能通用，“机卡分 离”技术体制又迟迟未出台，标清的机顶盒又不能接收高清节目。 由于以上种种原因，现在收看数字电视还是模拟电视机+ 机顶盒模式，这样级可以收看电视 节目，又可以节约成本。关于终端机顶盒的结构，是本论文讨论的重点，稍后将会详细介绍 【3 3 】 2 2 - 数字电视标准综述 数字电视现在普遍采用m p e g 标准作为音视频压缩。 m p e g 标准是目前最常用的一项音频，视频压缩技术，它实际上并不是一个单一的标 准，而是包括了适合于各种不同应用的一系列标准，但这些标准是以一些共同理论为基础的。 m p e g 是活动图象专家组的缩写词，该专家组是联合技术委员会( j o i n tt e c h n i c a lc o m m i t t e e ， j t c l ) 的一部分，j t c l 是i 扫i s o ( 国际标准化组织) 和i e c ( 国际电工委员会) 建立的。j t c l 负责 信息技术，在j t c i 中，下设有负责“音频、图象编码以及多媒体和超媒体信息”的子组 s g 2 9 。在s g 2 9 子组中，又设有多个工作小组，其中就包括j p e g ( 联合图片专家组) 和负责活 动图象压缩的工作组w g l l 。因此，可以认为m p e g 是i s o i e cj t c l s g 2 9 w g l l 。m p e g 确立了一系列标准并得到了普遍的采纳，例如m p e g 1 、m p e g - 2 、m p 3 音频压缩标准、 m p e g - 4 、m p e g 7 、m p e g - 2 1 等标准。其中数字电视现在通用的压缩标准是m p e g 2 标准。 本论文就是基于m p e g 2 标准所做的系统”。 2 2 1 m p e g 一2 标准简介 m p e g - 2 ( g e n e r i cc o d i n go fm o v i n gp i c t u r ea s s o c i a t e da u d i oi n f o r m a t i o n 活动图像及有关 声音信息的通用编码) 。是由m p e g 开发的第二个标准，按计划于1 9 9 4 年1 1 月正式确定为国 际标准。在此标准制订期间国际电信联盟电信标准化部门( r r u - t ) 成立了一个有关删的 图像编码专家组嘲。 一7 - 贵州大学硕士学位论文 m p e g 2 标准特别使用于广播级数字电视的编码和传送。它是针对数字电视和高清晰度 电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，并不是m p e g 1 的简单升级，m p e g - 2 在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善，并兼顾了与a t m 信元的适配问题。 m p e g 2 中的图像类型分四种：i 帧，或称内码帧，采用帧内编码，不参照其他帧，是完 整的独立编码帧，必须存储或传输；p 帧，或称预测帧，参照前一个i 帧或p 帧做运动补偿编 码；b 帧。或称双向预测帧，参照前一个或后一个i 帧或p 帧做双向运动补偿编码；d 帧，或称 直流帧( d c ) ，只含直流分量，是为快放功能设计的。 m p e g - 2 在许多方面都代表着m p e g 时代的到来。将m p e g 的巨大灵活性与大规模集成电 路日益增长的可用性相结合，这就意味着m p e g - 2 具有非常广泛的应用。m p e g 3 的终结是 m p e g 2 成功的一个精彩场面。m p e g 3 本来是用于高清晰度电视的。m p e g 3 的夭折，是 因为m p e g - - 2 能够很容易地将其应用调整到高清这一领域，这一事实而且是愈来愈明显。 这样，m p e g - 2 就理所当然地成为a t s c t 和d v b 广播标准的基础，同时它也被d v d 用于压缩 系统。m p e g 2 还可用于图象中的运动对象。通过对下面将要讨论的类别和等级的划分，它 能够为某一应用建立一项全面的标准，但它又以进取的姿态转向更为急需的应用瞄副。 m p e g 2 的开拓性工作一直延续到进入2 0 0 2 年。m p e g 2 标准文件即i s o 仃e c1 3 8 1 8 ，目前 有1 0 部分。在m p e g 2 标准中，最重要部分是： i s o i e c1 3 8 1 8 1 系统( 传输流和节目流) ，p e s ，t o s t d 缓存器模型和基本p s i 表： c a t 、p a t 、p m t 和n i t 。 i s 伽e c1 3 8 1 8 - 2 视频编码。 i s o i e c1 3 8 1 8 3 音频编码。 i s 伽e c1 3 8 1 8 - 4m p e g 测试和一致性。 i s o c1 3 8 1 8 - 6 数据广播和d s m c c 。 2 2 2 基于m p e g - 2 的数字电视标准分类 目前，美国、欧洲和日本各自形成三种不同的数字电视标准。美国的标准是a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e 先进电视制式委员会) ；欧洲的标准是d v b ( d i # m l v i d e ob r o a d c a s t i n g 数字视频广播) ；日本的标准是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 l b r o a d c a s t i n g 综合业务数字广播) u 。 我国目前普遍采用欧洲的d v b 标准，但是为了与世界接轨，我国目前已经研制成功具 有自主知识产权的a v s 标准，并且在近期已经推出了第一台基于a v s 标准的机顶盒，在我 国来说具有重大的意义。 一、数字电视技术标准所起的作用 技术标准在数字化、网络化中具有的作用主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 在设备方面，模拟系统的标准主要规定设备的外在接口，而数字系统的标准不仅 规定设备的外在接口，还要对数字信号处理的整个过程和细节甚至是每个比特都做详细的规 定，如果标准不统一，设备和网络都将无法联通，数字信号将无法畅通。 ( 2 ) 在系统方面，模拟系统工程是单一的、相互独立的业务系统，而数字系统则是统 一的、综合的、从播出到接收的大系统，接收端与播出端必须完全对应，这就要求对播出系 统、传输系统与机项盒或接收机统一制订标准。 ( 3 ) 在相互关系方面，模拟系统的标准主要是单一的技术标准，而数字系统的标准则 是集信息标准、广播电视技术标准、通信传输标准、计算机标准于一体的多层次的标准。 我们必须充分认识标准在数字化、网络化进程中的地位和作用，进一步增强标准意识， 在设备选型、新技术运作、事业建设、技术改造等工作中首先必须考虑是否符合国家标准的 8 贵州大学硕士学位论文 问题，遵循标准化的规律，推进电视数字化的健康发展。 二、a t s c 标准 美国在发展高清晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并在1 9 9 6 年 由美国高级电视系统委员会( a t s c ) 提出了以数字高清晰度电视为基础的标准：a t s c ( a d v a n c e dt e l e f i s i o ns y s t e mc o m m i r e e 先进电视制式委员会) 。 a t s c 数字电视标准由四个分离的层级组成：最高层是图像层，确定图像的形式，包括 象素阵列和帧频；第二层是图像压缩层，采用m p e g 2 图像压缩标准；第三层是系统复用 层，特定的数据被纳入不同的压缩包中；最后一层是传输层，确定数据传输的调制和信道编 码方案1 引。 三、d v b 标准 d v b 指的是数字视频广播项目和由d v b 项目所确立的标准和应用。d v b 最初是欧洲的 一个项目，但由它建立的标准和规范也被世界上其它地区所接受。这些标准和规范包括了所 有的传输介质，例如卫星、有线和地面广播。 d v b 标准的传输系统分为信源编解码( s o l l r c ec o d i n g ) 和信道编解码( c h a n n dc o d m g ) 两部分。信源编码采用m p e g 2 码流，首先对音频和视频进行复用，然后再将多个数字电 视节目流进行传输复用。在接受端进行相应的解复用和解码u 引。 信道编解码包括：前向纠错编码、译码、调制、解调和上、下变频3 部分。卫星传输采 用q p s k ( 4 相相移键控调制) 方式，有线传输采用q a m ( 正交振幅调制) 方式，地面传 输采用c o f d m ( 编码正交频分复用) 或1 6 v s b ( 1 6 电平残留边带调制) 方式。 ( 1 ) d v b s 一数字卫星直播系统标准 数字卫星传输系统是为了满足卫星转发器的带宽及卫星信号的传输特点而设计的。该标 准以卫星作为传输介质。将视频、音频以及资料放入围定长度打包的m p e g 2 传输流中，信 号在传输过程中有很强的抗干扰能力，然后进行信道处理。通过卫星转发的压缩数字信号， 经过卫星接收机后由卫星机顶盒处理，输出视频信号。这种传输覆盖面广，节目量大。数据 流采用四相相移键控调制( q p s k ) 方式，在使用m p e g 一2 的m p m l ( 主类 主级) 格式时， 用户端达到c c m 6 0 1 演播室质量的码率为9 m b s ，达到队l 质量的码率为5 m b s 。 在d v b s 标准公布以后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准，我国选用的也是 d v b s 标准。 ( 2 ) d v b - c 数字有线广播系统标准 该标准以有线电视网作为传输介质，应用范围广。有线电视系统分为两部分：c a t v 前 端和综合解码接收机( i i 己d ) 。采用m p e g 2 压缩编码的传输流，由于传输介质采用的是同轴 电缆，与卫星传输相比抗外界干扰能力强，信号强度相对较高。调制方式有1 6 、3 2 、6 4 q a m 三种方式，对于q a m 调制而言，传输信息速率越高，抗干扰能力越低。采用6 4 q a m 正交振 幅调制时，一个p a l 通道的传输码率为4 1 3 4 m b s ，还可供多套节目复用。d v b - c 传输系统 的具有如下几点主要特点：1 可与多种节目源相适配。d v b - c 传输系统所传送的节目既可来 源于从