（电路与系统专业论文）交互式数字机顶盒EPG功能模块的设计与实现[电路与系统专业优秀论文].pdf

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。 r 本人签名： 焦强 日期： 芝z ，墨。么 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： 导师签名： 垄照 北京邮电大学硕士研究生学位论文 交互式数字机顶盒e p 6 功能模块的设计与实现 摘要 随着科技的迅速发展，数字化技术得到了充分的应用，数字化技 术已经应用到与人们生活相关的各个领域。( 2 0 1 0 年我国将全面实现 数字广播电视，2 0 1 5 年将停止模拟广播电视的播出。) 毋庸置疑，数 字电视节目的普及是必然趋势，中国现行的“模拟电视+ 机顶盒”的 转换形式使机顶盒市场蕴藏巨大的商机，预计未来三至五年内中国机 顶盒产业将进入一个高速发展的阶段。 广大观众对机顶盒的要求越来越高，机项盒向着具有更多的附加 功能、易用性、个性化的方向发展。e p g 作为机顶盒一个主要功能其 设计的好坏直接影响用户对机顶盒的评价。本文研究现阶段应用较为 广泛的有线电视数字机顶盒，在分析数字视频广播d v b 标准的基础 上，研究e p g 的设计和实现技术，结合用户对e p g 的具体需求，设计 并实现了一种高速e p g 方案。该方案优化了e p g 的收表顺序，针对高 速率信息下，解复用模块的丢包现象提出了解决的办法，本文所做的 主要工作如下： 根据有线电视运营商的应用要求和d v b 国际标准，对e p g 的设计 进行了模块划分，细化了各个模块的功能。 在分析e p g 实现原理的基础上，改变了常用的e p g 的收表策略， 提出了第一次收表时，先跳过p a t 表，直接接收n i t 表分析、显示的 方案。该方案减少了以后的收表次数，节省了时间和系统资源。 针对当前端发送e p g 信息速率大于3 1 d b p s 时，机顶盒需要很长时 间才能显示e p g ，甚至完全死机的现象，提出了一种基于段号( s e c t i o n n u m b e r ) 的奇偶收取e p g 信息的无阻塞方案，大大缓解了拥塞的情况， 解决了死机问题。 为了加快e p g 的显示速度，设计并实现了一种快速动态e p g 下载 显示方案，该方法的主要思路是从当前频道开始接收e p g 信息，边接 收、边分析、边显示；并且在机顶盒空闲时接收、分析e p g 数据。从 两方面入手，加快了运行e p g 时的显示速度。 最后，将以上技术应用于项目中，结合工程实际情况，设计出一 套完整具体的交互式数字电视机顶盒高速e p g 模块的设计方案，给出 e p g 各个子模块实现的具体流程，为用户提供了简单实用的e p g 。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 关键词：机顶盒e p gs i 信息收表顺序子模块划分 北京邮电大学硕士研究生学位论文 t h ed e s i g no fe p gm o d u l e i nt h ed 4 t e r a c td i g l l e a lt vs e t - t 0 p b o x w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y , t h et e c h n i q u e o f d i g i t i z a t i o ni su s e de v e r y w h e r e d i g i t a lt vh a sb e c o m eo n eo ft h em o s t i m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l d si na l lt h ei n t e r n a t i o n a lh i g ht e c h n o l o g yr e s e a r c h f i e l d st o d a yb e c a u s eo fi t sh u g ep o t e n t i a le c o n o m i cp r o f i t c h i n a i tc a ns e et h a ti nt h ef u t u r et h r e et of i v ey e a r st h ei n d u s t r yo f s e t - t o p - b o xw i l lg r o wq u i c k l y n o w ，t h es e t t o p - b o x ( s t b ) b e c o m em o r ec o n v e n i e n c et ou s ea n d h a v em o r ed i s t i n g u i s h i n gf e a t u r e t h ee l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ( e p g ) ，a s ai m p o r t a n t p a r to fd t vs y s t e m , c a l lp r o v i d eu s e rf r i e n d l yu s e ri n t e r f a c e a n db ec o n v e n i e n tf o rt h eu s e rt oa c q u i r et h ep r o g r a mi n f o r m a t i o nt h e y w a n t t h em a i nt a s ko ft h i sp a p e ri st h er e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no ft h e e p g s y s t e mo nd i g i t a lt v t h i sp a p e rr e s e a r c ht h ec a b l ed i g i t a lt e l e v i s i o n s t bw h i c hi sw i d e l yu s e dn o w d a y s f i r s t l y , w ea n a l y z e dt h es t a n d a r do f d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t ( d v b ) t h e nw er e s e a r c ht h et e c h n i q u et h a ti s i n t e r r e l a t e dw i t ht h ed e s i g no fe p g f i n a l l y ，w ed e s i g na n dr e a l i z eah i g h s p e e de p gd e s i g n t h i sd e s i g nc h a n g e dt h eo r d e ro fr e c e i v i n ge p gt a b l e s a n dg i v eas o l u t i o nt or e s o l v et h ep r o b l e mt h a tl o s i n gp a c k e t sw h e n i n f o r m a t i o nw a ss e n tw i t hah i g hs p e e d t h em a i nt a s ko ft h i sp a p e ri sa s f o l l o w ： a c c o r d i n gt o t h eu s e r s a s k i n ga n dd v bs t a n d a r d ，d i v i d et h e f u n c t i o nm o d u l eo fe p gt ot h r e ep a r t s a f t e r r e s e a r c h i n gt h ep r i n c i p l eo f e p g ；c h a n g e t h eo r d e ro f r e c e i v i n g e p gt a b l e s t h ep l a ni ss k i pp a ra n dr e c e i v en i t d i r e c t l y i tc a ns a v et h e t i m ea n ds y s t e mr e s o u r c e g i v eas o l u t i o nt or e s o l v et h ep r o b l e mt h a tl o s i n gp a c k e t sw h e n 3 北京邮电大学硬士研究生学位论文 i n f o r m a t i o nw a ss e n tw i t hah i g hs p e e d t h i sp r o b l e mm a k es 1 bn e e da l o n gt i m et od i s p l a ye p gi n f o r m a t i o n i nt h em o s tb a ds i t u a t i o n t h e s y s t e mw i l lh a l t e d t oa v o i dt h i s ，w er e c e i v et h et a b l eb a s e do nt h ep a r i t y o f t h es e 肚i o nn u m b e r d e s i g na n dr e a l i z e dr a p i dd y n a m i ce p gd o w n l o a da n da p p e a rp l a n u s i n gt h ea b o v et e c h n i q u ei nt h ep r o j e c t ，g i v i n gt h ed e t a i ld e s i g no f t h es u b - m o d u l eo fe p g k e yw o r d s ：s e t - t o p - b o x ；e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ；s e r v i c e i n f o r m a t i o n ；o r d e ro fr e c e i v et a b l e ；s u b - m o d u l e 4 北京邮电大学硕士研究生学位论文 1 1 项目背景 第一章引言 在以数字化为中心的信息时代发展浪潮的推动下，数字化技术得到了极其充 分的应用。在通信、医疗卫生、工业、军事、科研教学、金融、商贸、交通运输、 新闻出版等领域，数字化技术充分展示了其抗干扰性强、保密性好、传输性能佳 和融合性强等优势。数字化技术已经应用到经济、社会和人们生活的各个领域。 但据有关资料显示，数字化技术最大的市场还是在通信设备和消费类电子产品领 域。数字化电视( d t v ) 是消费类电子产品的核心和集成，因而目前已成为国际社会 竞争的焦点。 1 1 1 数字电视的特点及其发展 数字电视比以三大制式为代表的模拟彩色电视有着突出的优点嗍。主要的优 点是： ( 1 ) 频谱利用率显著提高，极大地拓宽了频道资源。在一个8 m h z 带宽的 模拟频道内原来只能传送一个普通的模拟电视节目，采用数字电视后在原来一个 模拟频道内可传送d v d ( 数字视频光碟) 质量的节目5 至6 个，每一个节目的 质量要比模拟电视节目的质量高。或可以传送高清晰度电视( h d t v ) 质量的节 目1 个或2 个。电视频道的利用率大大提高。我国电视频道共6 8 个( 不计增补 频道) ，原来只能传6 8 个电视节目，采用数字电视后就可传输d v d 质量的节目 3 4 0 至4 0 8 个。 ( 2 ) 信号质量高，抗干扰能力强，电视节目传输的可靠性及电视节目质量 均大为提高。在电视覆盖范围( 如半径4 0 公里范围) 内，接收到的图像质量与 演播室图像质量相当。数字电视采用压缩编码方式，使用户在家里可看到与电视 台播放时一样清晰的电视画面，不再被模糊的电视画面所困扰，并可以获得环绕 立体声伴音效果。采用加密解密技术可以保证有线电视安全播出，进一步提高 有线电视网络的安全保障。 ( 3 ) 在同样的覆盖范围内，数字电视的发射功率要比模拟电视的发射功率 小一个数量级。 ( 4 ) 可以开展各种广电增值业务，如开展服务公众的各种收费业务、远程 7 北京邮电大学硕士研究生学位论文 学历教育、旅游娱乐等，拓展广播电视行业服务新领域，创造广播电视行业新的 经济增长点。 可以说，数字电视代替模拟电视是广播电视发展的必然趋势，数字化可以 提高节目收看质量，丰富频道资源，增强电视服务功能，为政府政务公开和社会 各界提供信息服务平台，实现多种业务的融合，同时也是广播电视安全播出、确 保收费的需要，对推动国民经济发展具有重要意义。世界各国都非常重视电视数 字化工作，许多国家确定了详细的推进计划和全面数字化的时间表，表明了各国 政府对数字电视产业的重视程度已经上升到了战略的高度。 我国自1 9 9 7 年1 月1 日起，先后有河南、青海、福建、江西、辽宁、内蒙 古等省( 区) 的1 0 多套数字电视节目，经过多年的技术跟踪和研究，国家广电 总局确定了数字电视的推进从有线电视切入，先试验后推广的战略步骤。我国主 要大中城市有线广播电视网已经基本完成了节目采集、制作、播出的数字化，卫 星和光缆干线也基本实现了数字信号的传输。 1 1 2 机顶盒概述 数字电视信号必须使用数字电视机才能接收、观看，随着数字有线电视广播 网的成熟，在接收端也经历着从模拟电视到数字电视的转变。无论是从技术上， 还是从价格上，现有的模拟电视机不可能在短时间内全部被淘汰、更新。不论对 于欧美发达国家还是对于我国，都无法实现由模拟电视到数字电视的一步到位。 这些广泛使用的模拟电视机无法直接接收数字电视节目，已经成为影响广播电视 数字化的瓶颈。数字电视机项盒成了模拟电视向数字电视过渡期间最好的解决方 案。只有通过数字电视机顶盒，将数字电视信号接收并解码还原成模拟电视信号 送给模拟电视机，才能正常接收数字电视节目，因此在现阶段要普及数字电视， 数字电视机顶盒是必备的设备。 机顶盒是现阶段数字电视产业链中十分重要的终端设备，机顶盒用于接收、 解密、解码、提供增值业务，开播数字电视后，每台模拟电视机必须配备一台机 项盒才能收看数字电视节目。所以，在现阶段，实现有线电视数字化，关键就是 将接收环节的电视机装上机顶盒，使其能接收数字电视信号，使数字电视信号畅 通无阻，实现全程数字化。数字电视机顶盒是数字化的基础，是产业化的前提， 是信息化的关键。 据i d c 最新研究报告预测，数字电视机顶盒和数字电视半导体市场规模将 由2 0 0 3 年的3 l 亿美元扩大到2 0 0 8 年的9 3 亿美元，年复合成长率为2 5 ，到 2 0 1 0 年底，中国的数字电视用户总数将达到9 0 0 0 万，然而机顶盒产品还有很多 不完善之处，如标准不统一，功能不够丰富等，在现阶段进一步开发机项盒的功 北京邮电大学硕士研究生学位论文 能具有广阔的市场前景。 机顶盒( 英文名全称是s e tt o pb o x ，简称s t b ) 是指用来增强或扩展电视 机功能的一种信息设备，由于人们通常将它放在电视机的上面，所以又被称为机 顶盒或顶置盒。其功能是将数字电视信号转换成模拟信号的变换设各，可以给电 视用户提供高质量的电视节目。 数字电视机项盒可以分为三类：数字卫星机顶盒( d v b s ) 、地面数字电视 机顶盒( d v b t ) 和有线数字电视机顶盒( d v b c ) 三种。1 。目前应用较为广 泛的是数字卫星机顶盒及有线电视数字机顶盒。 有线电视数字机顶盒是利用有线电视网络作为传输平台，利用电视机作为用 户终端，提高现有电视机的性能或增加其功能。 1 2 发展现状与课题概述 随着数字电视产业的迅猛发展，机顶盒在短短的几年内发展迅速，除了 其最基本的功能是接收数字电视广播节目，机顶盒在交互式应用方面的功能也不 断扩展，大大增加了数字电视的附加功能，主要包括“1 ： ( 1 ) 电子节目指南( e p g ) ：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，并可实现节目预约、分类浏览等功能。 ( 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。将i n t e r n e t 数据格式转换成m p e g - 2 传送流接入有线电视 网。采取循环方式的单向广播，在一个频道中高速滚动播出的大量数据信息，用 户有选择接收和本地存储数据信息。 ( 3 ) 准视频点播( n v o d ) ：用户可以根据自己的喜好，点播节目，启动节 目的播放。 ( 4 ) 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。 ( 5 ) 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。 ( 6 ) 有条件接收( c a ) ：确保只有被授权的收视者才能接收到加扰后的电 视节目。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。 欧美发达国家的数字电视起步较早，技术相对比较成熟，在以上功能的基础 上，高端机顶盒已发展到软件方面使用中间件、硬件方面添加硬盘的第三代数字 9 北京邮电大学硕士研究生学位论文 机顶盒，改善了机顶盒的兼容性与交互性。 从国内外机顶盒的发展现状看，未来机项盒的发展方向，将有以下几点： 一是标准化、开放化。现在机顶盒的设计生产厂家是各自独立开发、生产， 机顶盒的兼容性差、可移植性差。二是增加新的外部存储设备，一般指外挂式硬 盘。大容量的硬盘可以用于存储节目流以满足大众的个性化需求，用于满足消费 者记录、重放所喜爱的内容的要求，可以预计支持热插拔的串行接口的硬盘设备 将会出现在以后的机顶盒中。三是增加个性化的应用。应用层是机顶盒中最直观 的部分，开发多样化的应用软件，可以满足不同的观众要求。 现有的三类数字电视机顶盒中，卫星数字机顶盒的相关技术和规范已经成 熟，但是因其传输方式的限制，暂时不适宣普通用户使用；地面广播数字机顶盒 的传输标准尚未确定且价格昂贵；有线电视数字机顶盒的市场前景最为乐观，最 易于实现交互性和普及性，并且我国有线电视广播网技术比较成熟，有线电视是 城乡用户收看电视的主要接收方式，有线电视数字机顶盒的研究和开发对于我国 数字电视的推广和应用具有深远的影响，作为未来数字电视市场的主导产品，存 在巨大的实用价值和商业前景。 本课题中我们选择对有线电视数字机顶盒进行研究开发，着重于机顶盒软件 特别是e p g 的设计与研究。e p g 是电子节目导航，显示未来一段时间内所有频 道、所有时段的节目，并能实现从e p g 中直接进入所选节目、节目预定、节目 简介、节目预览等功能，是应用软件中用户使用最为频繁的一部分，e p g 设计 的好坏，直接关系到用户对机顶盒的整体评价。对e p g 的评判，可以从它的易 用性、速度、扩展功能等几方面来衡量。 本课题研究高速e p g 的设计和实现技术，在本课题展开中主要有以下重点 和难点： 由于e p g 是机顶盒中接触各表项数据最多的应用软件，并且要对各表进 行分析、存储，所以，当前端循环发送大量表单时，e p g 接收表的策略 直接影响系统性能，研究e p g 的实现原理，选择一种速度快、相对节约 资源的收表策略十分重要。 对使用e p g 的用户而言，e p g 的显示、响应速度是其易用性的主要指标。 但e p g 需要对大量的表接收、分析、存储之后才能正确显示，如何能对 e p g 优化，使时延在用户可接受的范围内。 在分析用户需求和国际标准的基础上，将e p g 的功能进一步细化为若干 个子模块，并在工程中实现。 i o 北京邮电大学硕士研究生学位论文 1 3 本文主要贡献 国内现有的e p g 开发尚处于自发状态，没有一定的行业规范和标准，实现 方法多种多样，兼容性比较差，性能也不尽相同，因此，e p g 的开发设计与研 究对于制定e p g 规范标准，提高机顶盒性能，保护国有自主产权有着重要意义。 本文在对课题需求和难点作了详细分析的基础上，给出了一种交互式高速 e p g 的实现方案，针对不同的难点提出了对应的解决方法。本文主要工作具体 如下： 根据有线电视运营商的应用要求和d v b 国际标准，对e p g 的设计进行了模 块划分，细化了各个模块的功能，提出并实现了交互式数字电视机顶盒高速 e p g 模块的设计方案，为用户提供了简单实用的e p g ： 在分析e p g 实现原理的基础上，改变了常用的e p g 的收表策略，提出了第 一次收表时，先跳过p a t 表，直接接收n i t 表分析、显示的思想，并且实现 了。该方案减少了以后的收表次数，节省了时间和系统资源。 提出了一种基于段号( s e c t i o nn u m b e r ) 的奇偶收取s i 表的方案，大大缓解 了拥塞的情况。 为了加快e p g 的显示速度，设计并实现了一种快速动态e p g 下载显示方案， 该方法的主要思路是从当前频道开始接收e p g 信息，边接收、边分析、边 显示；并且在机顶盒空闲时接收、分析e p g 数据。从两方面入手，加快了 运行e p g 时的显示速度。 1 4 本文的结构和安排 本文剩余部分安排如下： 第二章在正式开始e p g 模块的设计之前，对数字机顶盒涉及的重要知识作 了说明，包括数字电视机顶盒的软硬件构成、数字电视信息流的组成、数字电视 接收节目原理及e p g 的基本功能和设计原理，重点介绍在e p g 实现中极为重要 的p s i 和s i 信息，并对其进行细致的分析。 第三章集中描述了设计e p g 的过程中使用的关键技术。针对不同的问题， 提出了相应的解决方法。首先研究了数字电视机顶盒接收s i 信息的一般顺序， 指出了其中的不足，在实现e p g 功能时，完全可以跳过p a t 表和p m t 表，由 此提出了一种直接接收n i t 表的方案。在对一张具体的表进行接收，当信息量 很大时，尤其对于e i t 表，常常会出现拥塞和丢包的现象，第三章的第二部分， 重点研究了这种情况出现的原因，分析了机顶盒的解复用模块和s i 信息的数据 北京邮电大学硕士研究生学位论文 流向，论述了一种基于段号( s e c t i o nn u m b e r ) 的奇偶分别来收取s i 表的方案， 较好地解决了解复用模块的阻塞问题。 第四章是数字电视机顶盒软件体系结构和e p g 模块的总体设计方案。阐述 了机顶盒的整体软件结构及e p g 在机顶盒中所处的位置，在全面分析e p g 功能 的基础上，设计出e p g 的实现方案，将e p g 进行了合理的功能划分，主要分为 三个子模块：e p g 数据提取分析子模块、e p g 显示子模块和e p g 用户按键操作 处理子模块。 第五章是e p g 各个子模块的具体实现，包括e p g 的数据结构、其数据结构 操作函数的定义，详细分析了e p g 数据提取分析子模块、e p g 显示子模块和e p g 用户按键操作处理子模块的工作流程，最后，简要介绍了e p ga p p l i c a t i o n 的代 码框架，并对e p g 各个子模块涉及的a p i 接口进行了说明。 最后是结束语，对全文进行了总结，指出了目前在研究中还存在的一些问题 和不足，并给出了下一步可能的研究课题和相应的一些设想。 1 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章数字电视机顶盒与e p g 的基本原理 电子节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ，e p g ) 是指在符合m p e g - 2 ( 1 3 8 1 8 - 1 ) 的t s 传输流中插a d v b 标准定义的业务信息( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ，s n 和p s i ( 言息( p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ) ，使机顶盒( s e t - t o p - b o x ) 的综合接收解 码器( i r d ) 可以从t s 流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数，根据一 定的组织形式，以菜单等直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地 接收、选择数字电视节目，实现方便灵活地选择节目的功能。 作为数字电视机顶盒扩展应用中最重要的一个功能，e p g 与机顶盒的基本 功能收看数字电视节目( d t v ) 是紧密联系的。本章首先介绍了数字有线电 视机顶盒的硬件构成和一般工作原理：在这个基础上，分析了e p g 的重要性及 其主要功能，最后介绍并分析了e p g 得以工作的基础，即两大国际标准：m e p g 2 中规定的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 ，节目专用信息) 和d v b 中定义的 s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ，业务信息) 。 2 1 数字有线电视机顶盒的硬件组成 机顶盒硬件系统一般由主芯片、内存、调谐解调器、各种智能接口、外部存 储控制器、高频头以及视音频输出、电源、机壳等几大部分构成。 芯片是机顶盒解决方案的核心技术部件，主要进行后端信源解码处理，通常 集成有m p e g - 2 解码器和一个c p u 。随着芯片技术的发展，越来越多的厂家将 机顶盒的功能更多地集成在一个主芯片里，例如将c p u 、解码器、解复用器、 图形处理器与视音频处理器集成在芯片中，这样一体化的芯片解决方案，有效地 降低了器件成本并提高了可靠性。主芯片完成的工作有：首先根据传输流所传 递的标志信息对接收到的传输流进行解复用，如果传输中有c a 功能，还要根据 c a 智能卡所传递的解扰信息对节目流进行解扰，然后将解扰后的t s 流送到视 音频解码器中分别对其进行解码，还原成a v 信号进行输出，同时，也分离出复 用在t s 流中的各类系统数据表，送给机顶盒处理器分别输出。 调谐解调器部分的作用是将传输过来的调制数字信号解调还原成传输流。调 谐解调器的不同就构成了不同的数字机顶盒，例如用于q p s k 解调的卫星机顶盒 ( d v b s ) ，用于q a m 解调的有线数字机项盒( d v b c ) 以及用于o f d m 解调 的地面传输数字机顶盒( d v b - t ) 。经调谐解调还原的传输流包括视频、音频和 1 3 北京邮电大学硕士研究生学位论文 一些数据。转换之后，再经过前向纠错，传送到解复用器；调制器用来发送回传 信号。 内存：机顶盒作为一个计算系统需要内存来存储指令和数据。目前机顶盒中 的许多部件都需要内存来完成不同的任务，机顶盒中的图形引擎、视频解码和复 用都需要一定数量的内存来实现各自的功能，机顶盒设备的内存可以分为r a m 和f l a s h 内存。机顶盒中的r a m 均为s d r a m ，s d r a 】主要是用来存储应用数 据。f l a s h 用来存贮机顶盒的系统软件、驱动软件、应用程序以及一些大众信息， 在系统断电时内容还可保留，同时f l a s h 可以通过在线的方式对其上所载的软件 进行更新，达到机顶盒软件升级的目的。 本项目中采用博通( b r o a d c o m ) 公司的b c m 7 1 n 数字电视解码芯片，该芯 片集成度很高，集成了如下功能模块：高性能的3 5 0 d m i p s 的m i p s 3 2 c p u ；两 个6 4 2 5 6 1 0 2 4 q a m 带内解调制器；2 5 6 q a m q p s k 调制器；标清的m p e g 2 视 频、音频解码器；条件接收( c a ) 模块；2 d 图像加速模块；n t s c p a l 视频编码 器可直接驱动电视输出；音频立体声及s p d i f 输出；外设模块包含红外接收、 u s b l 1 、1 2 c 、u a r t 、g p i o 等等。 b c m 71ll 的单芯片方案在硬件设计上非常简练，只需加上高频头、内存及 f l a s h 等主要元器件即可完成。本项目中，我们使用两片6 4 m b i t 的s d r a m 和 1 6 m b i t 的f l a s h 2 2 数字电视机顶盒原理 有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目。如图2 1 所示， 调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，然后送入q a m 解调模块进行 q a m 解调，输出m p e g 传输流( t s ，t r a n s p o r ts t r e a m ) 的串行或并行数据，t s 码流是一种包含视频、音频和数据信息的多路节目数据流，它们按照m p e g 2 标准复接而成。解复用模块接收m p e g 传输流，从中抽出一个节目的p e s 数据 ( p e s ：符合m p e g 2 标准的打包节目基本流) ，包括视频p e s 、音频p e s 以及 数据p e s 。视频p e s 送入视频解码模块，取出m p e g 视频数据，并对m p e g 视 频数据进行解码，然后输出到p a l n t s c 编码器，按照一定电视制式，编码成 模拟电视信号，再经视频输出电路输出，供模拟电视机接收。音频p e s 送入音 频解码模块，取出m p e g 音频数据，并对m p e g 音频数据进行解码，输出p c m 音频数据到p c m 解码器，p c m 解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电 路输出嘲。 其中，解复用模块要从传输流中提取p s i 、s i 信息( 属于数据p e s ) ，并对 其进行分析，从而决定要对哪一路传输流中的哪些音视频p e s 进行处理。 1 4 北京邮电大学硕士研究生学位论文 2 3 e p g 工作原理 2 3 1e p g 功能介绍 图2 - 1 数字电视广播接收解码示意图 数字电视由于传输数字化，多种业务可以混合在一起通过一个信道传输，因 此，数字电视已经不是单一的电视业务，而是指通过电视传输通道传输的数字业 务，包括视频、音频、图像、数据等。随着全球数字电视已经进入快速发展阶段， 数字电视广播节目越来越多，未来的数字电视节目除了传统的音视频节目以外， 还有各种形式的图形、文字、音频、视频等多媒体灵活的组合，构成了形式多样、 内容丰富的数字电视节目。随之而来的问题是，当数字电视能为用户提供数倍于 目前节目量的节目及多种业务时，用户怎样才能迅速便捷地找到所要的节目和信 息呢? 在多达几百套的数字电视节目中，这绝非易事。 e p g ( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ) 功能的出现，很好地改善了这种情况，它 就像电子化的广播电视报，给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速 访问节目的一种方式，有了e p g ，用户不仅能接收普通的电视节目、广播节目， 而且还可以查看他所感兴趣的某一类信息，比如：按节目分类( 如新闻、电影等) 检索节目；按节目的提供者检索节目；未来一段时间内的节目播出表等等。如果 实现了高级的e p g ，还可以提供定时节目切换功能，并且传送更加丰富的信息， 例如在足球比赛时，可以将各个球员的信息通过e p g 传过来，只要用户作相应 的操作，这些信息就可以显示给用户。 作为数字电视的一大特色，e p g 在数字电视广播中的应用越来越重要。只 有在数字电视广播网络上构建功能强大的电子节目指南，用户在数字电视终端才 能有效地选择和购买自己喜欢的电视节目。因此，高效、可靠、易用的电子节目 1 5 北京邮电大学硕士研究生学位论文 指南非常重要，e p g 设计的好坏、其功能是否强大，直接关系到用户使用机顶 盒的感受，它不仅是用户查找数字电视节目的方便工具，也是服务提供商提供服 务和回收投资的重要手段，e p g 是机顶盒应用软件设计的关键环节，直接关系 机顶盒设计的成败。 2 3 2e p g 系统设计原理 数字电视与传统模拟电视节目选择的方式完全不同，传统电视的每一个频 道对应一个节目，只要调到相应的频率，就可以看到节目。而在数字电视信号 中，一路码流对应多路节目，使用复用技术就可以做到了。一个物理的频道能给 出包含多路节目的一路传输流。要观看其中的某一路节目，还必须从该传输流中 提取出该路节目的压缩包，然后再进行解码。所以怎样从众多的传输流中，选 中一路节目播放，就变得很复杂。 具体实现中，在发送端所有视频、音频、文字、图片等经数字化处理后都变 成了数据，并按照m p e g 2 的标准打包，形成固定长度( 1 8 8 个字节) 的传送包， 然后将这些数据包进行复用，形成传送码流( t s ) ”，在t s 流中如果没有引导 信息，数字电视的终端设备将无法找到需要的码流。所以，在m p e g 一2 的传输流 ( t r a n s p o r ts t r e a m ) q ，插入节日专用信息p s i ( p r o g r a ms p e c i f i c i n f o r m a t i o n ) ，其 作用是自动设置和引导接收机进行解码，p s i 就是规定不同节目和节目中的不同 成分如何复用成一个统一的码流。以p s i 为基础可以提供一个码流的构成，从 而帮助用户对节且进行选择。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 ) 标准中的服务信 息s i ( s e r v i c ei n f o 肌a t i o n l 则对此进行了进一步的扩展，加入了一些对用户有用的 信息，标示节目的类型，服务商，节目的相互关系等。 在数字电视接收终端设备中，对前端传过来的码流解复用后，从中提取出相 应的p s i 和s i 信息，并对其在分析的基础上形成一定的数据结构存储下来，利 用这些p s i 和s i 信息组成丰富的节目菜单，使用户对节目进行灵活的控制”1 。可 见，e p g 是构建在p s i 和s i 信息之上的，正确的了解m p e g - 2 的p s i 以及d v b 的s i 的结构，及其在节目组织，选择中的应用，理解它们在d v b 解码中的地位。 对于理解e p g 的设计原理起着至关重要的作用。所以首先需要研究一下p s i 、 s i 信息的内容、结构和功能。 2 4 p s i 与s i 信息 1 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文 2 4 1p s i 与s i 信息中的基本定义嘲 l 、业务群b o u q u e t ：同一实体在市场中提供的业务集合。 2 、广播者( 业务提供者) b r o a d c a s t e r ( s e r v i c ep r o v i d e r ) ：组织一系列事件或 节目，并按时间表将其传送给观众的机构。 3 、组件( 基本流) c o m p o n e n t ( e l e m e n t a r ys t r e a m ) ：共同构成事件的一个或 多个实体。例如：视频、音频、图文。 4 、条件接收系统c o n d i t i o n a l a c c e s s ( c a ) s y s t e m ：可以控制用户接收业务、 节目和事件的系统。 5 、授权管理信息e n t i t l e m e n tm a n a g e m e n tm e s s a g e s ( e m m ) ：提供特定的条 件接收信息，规定了解码器的授权级别或业务的授权级别。可以为单个解码器寻 址，也可能为解码器组寻址。 6 、事件e v e n t ：一组给定了起始时间和结束时间、属于同一业务的基本广 播数据流。例如：一场足球比赛的半场、新闻快报或娱乐表演的第一部分。 7 、复用流m u l t i p l e x ：将一路或多路业务的所有数据合成一路物理通道内 的一个码流。 8 、网络n e t w o r k ：一个传输系统，可以传输一组m p e g - 2 传输流( t s ) 。 例如：某个有线电视系统中的所有数字频道。 9 、原始网络标识符o r i g i n a ln e t w o r ki d ：一个网络的唯一标识符。 1 0 、节目p r o g r a m m e ：由广播者提供的一个或多个连续的事件。例如：新 闻广播，娱乐广播。 1 1 、段s e c t i o n ：在插入t s 之前，p s i 和s i 表被分成一段或若干段映射 ( 变换) 到t s 流中传输。段是用来把p s i 和s i 变换为t s 包的语法结构，其长 度是可变的。e i t 的段限长4 0 9 6 字节，其余p s i 和s i 表的段限长1 0 2 4 字节。 每段包含以下元素：表标识符、表标识符扩展、版本号和当前后续指示符。 1 2 、业务s e r v i c e ：在广播者的控制下，可以按照时间表分步广播的一系列 节目，对应模拟电视中的一路节目。 1 3 、业务标识符s e r v i c e _ i d ：在传输流中，业务信息的唯一标识。 1 4 、业务信息s e r v i c ei n f o r m a t i o n ：用于描述传送系统、内容和广播数 据流的计划时间表等的数据。它包括m p e g - 2 的p s i 信息及独立定义的扩展部分。 1 5 、子表s h b _ t a b l e ：子表是指具有相同表标识符( t a b l e _ i d ) 的段的集 合，并且： 对网络信息表( n i t ) ：具有相同的t a b l ei de x t e n s i o n ( n e t w o r ki d ) 和 v e r s i o n _ n u m b e r ； 对业务群关联表( b a t ) ：具有相同的t a b l ei de x t e n s i o n ( b o u q u e t 和_ i d ) 1 7 北京邮电大学硕士研究生学位论文 v e r s i o n _ n u m b e r ； 对业务描述表( s d t ) ：具有相同的t a b l ei de x t e n s i o n ( t r a n s p o r t ，s t r e a m i d ) 相同的o r i g i n a ln e t w o r ki d 和v e r s i o nn u m b e r ； 对事件信息表( e r r ) ：具有相同的t a b l ei de x t e n s i o n ( s e r v i c ei d ) ，相同的 t r a n s p o r t _ s t r e a m _ i d 、o r i g i n a l _ n e t w o r k _ i d 和v e r s i o n _ n u m b e r 。 1 6 、表t a b l e ：由具有相同的表标识符( t a b l ei d ) 的一系列子表构成。 1 7 、传输流标识符t r a n s p o ns t r e a mi d ：一个原始网络中的传输流的唯一标 识。 1 8 、基本流e s ：组成数字电视节目的基本元素( 如视频、音频、数据等) 按照标准，经过信源编码或其他处理后所形成的有格式的数据流。 1 9 、打包的基本流p e s ：对e s 打包后形成p e s ，它的格式由m p e g 一2 系统 部分规定，p e s 层的主要参数有：流类型( 如音频流、视频流等) 、包长度、加 密控制、版权信息等。 2 0 、传输流t r a n s p o r ts 仃e a m ( t s ) ：将各种p e s 和其他数据打成固定长度 ( 1 8 8 b i t ) 的包后复用形成的流，t s 主要用于码流在传输介质中的传输。t s 层 的主要参数有：同步、传输错误指示、p i d 、连续计数、加扰控制、p c r ( p r o g r a m c l o c kr e f e r e n c e ) 等，t s 中不同的包是利用不同的p i d 来区别的。 2 l 、分组i d ( p i d ) ：一个原始流的i d 值。具有相同p i d 值的传送流分组带 有来自同一个原始流的数据 2 4 2p s i 信息及其功能 m p e g - 2 中的传送码流是根据r r u t r e c h 2 2 0 、i s o i e c d i s l 3 8 18 - 2 和 i s o i e c l 3 8 1 8 3 协议定义的一种数据流，其目的是为了在有可能发生严重错误的 环境下进行一道或多道节目的编码数据的传送和存储。这种错误表现为比特值错 误或分组丢失。传送流的速率可以是变化的或固定不变的。传送流速率由节目参 考时钟( p c r ) 字段的位置和数值决定，通常对于每个节目都有自己的p c r 字段。 传送流中有关