（信号与信息处理专业论文）数字电视机顶盒中显示、交互、前端等底层软件的研究与开发.pdf

中文摘要 电视技术发展到今天，数字电视机顶盒的开发研制越来越显示出其重要性， 同时也显示了其潜在的广阔市场前景和巨大的经济效益。机顶盒的很多功能是要 依靠软件实现的，因此机顶盒的软件开发是非常重要的。 本文首先介绍了机顶盒设计中的两个系统方案：s t 机顶盒和 b r o a d c o m 机顶盒，然后具体介绍了这两个方案中的部分软件设计及 调试工作。论文主要分成两个部分：s t 机顶盒中图形库的建立和前 面板接收，b r o a d c o m 机顶盒中部分驱动程序的开发。 s t 机顶盒采用s t 公司的s t 2 0 t p 3 + s t i 7 0 0 0 + s t i 4 6 0 0 的三片系 统方案实现符合a t s c 标准的机顶盒。在市场上，对于具有同样品 质和功能的机顶盒来说，用户界面友好的机顶盒会具有更大的竞争 力，而建立用户界面的关键就是必须有强有力的图形库的支持。图 形库主要是由图形和字两部分组成的，本论文详细的阐述了图形库 的构成及建立过程。并将图形库应用于用户接口界面，实现了界面 的设计。前面板是实现用户与机顶盒交互的工具，通过前面板向机 顶盒发出指令并实现用户的需求。本文介绍了前面板工作的原理和 实现的过程。 b r o a d c o m 机顶盒采用b r o a d c o m 公司的b c m 7 1 0 0 单片方案实现 符合d v b c 标准的机顶盒。设备驱动程序是硬件设备与上层应用的 介质，好的驱动程序能够更好的将软件开发与特定的硬件分离，使 软件具有更好的兼容性。本论文详细介绍了对用户接口，高频头和 f l a s h 三部分的驱动程序的实现。 此外，本论文还简要介绍了机顶盒开发的标准，并将与论文中软 件设计相关的芯片作了介绍。 关键词：数字电视机顶盒，图形库，屏幕显示，布雷森汉算法， 设备驱动程序，用户接口，高频头 a b s t r a c t a st h ee v o l u t i o no ft vt e c h n o l o g i e s ，t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fs e tt o p b o x ( s t b ) p l a y s m o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l e s ，a n dh a sag o o dm a r k e tp e r s p e c t i v e m a n y f u n c t i o n a l i t i e so fs t b d e p e n dh e a v i l yo n t h eu n d e r l y i n gs o f t w a r e ，w h i c hm e a n s t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f c o r r e s p o n d i n gs o f t w a r e sb e c o m e s t h ec r u c i a ls t e pf o r t h es u c c e s so fs t b p r o d u c t s t h i st h e s i si so r g a n i z e da sf o l l o w s f i r s t l y , i ti n l x o d u c e st w o s y s t e ma r c h i t e c t u r e s o fs t bd e s i g n ，s ta n db r o a d c o m s ts e tt o pb o xa p p l i e st h et r i p l e c h i ps y s t e m a r c h i t e c t u r eo fs tc o m p a n y , s t 2 0 t p 3 + s t i 7 0 0 0 + s t i 4 6 0 0 ，w h i c hf o l l o w st h ea t s c s t a n d a r d b r o a d c o ms e t t o pb o xi m p l e m e n t st h es i n g l e c h i p b c m 7 1 0 0s y s t e m a r c h i t e c t u r eo f b r o a d c o m c o m p a n y t h a tf o l l o w sd v b cs t a n d a r d a n dt h e n ，t h et h e s i s d e s c r i b e si nd e t a i ls o m ei s s u e so nt h ed e s i g na n d d e b u g o fs o f t w a r ei nt h ec o n t e x to f t h o s et w os y s t e ma r c h i t e c t u r e s t h et h e s i sm a i n l yf o c u s e so nt h eb u i l do fg r a p h i c l i b r a r ya n dt h eu s eo ff r o n tp a n e lo fs ta n dt h ed e v e l o p m e n to fs e v e r a ld r i v e r so f b r o a d c o m i nm a r k e t ，g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h es t b st h a tp r o v i d em o r e f r i e n d l yu s e r i n t e r f a c e s t a ym o l lc o m p e t i t i v ew h e n t h eq u a l i t ya n do t h e rf u n c t i o n a l i t i e sa r ee q u a lo rs i m i l a r f u r t h e r m o r e ，t h ed e v e l o p m e n to f t h er o b u s tu n d e r l y i n gg r a p h i cl i b r a r yi st h ek e yi s s u e t ob u i l db e t t e ru i ag r a p h i cl i b r a r yo fs t bc o n s i s t sm a i n l yo ft w o p a r t s ，g r a p ha n d c h a r a c t e r t h i st h e s i se l a b o r a t e st h ec o n s t r u c t i o no fs u c ha g r a p h i cl i b r a r y , a n dh o w t o a p p l y i tt ou i d e s i g n i nt h ed e v e l o p m e n to fs t b ，t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nu s e ra n ds t b i sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n t ，a n di ti sd e p e n do nf r o n tp a n e l o n es i d e ，u s e rs e n do r d e rt os t b t h r o u g hf r o n tp a n e l ，o nt h eo t h e rh a n d ，s t bc o m p l e t et h eo r d e ra n ds e n dr e s u l tt ou s e r t h r o u g h f r o n tp a n e l d e v i c ed r i v e r sl i eb e t w e e nh a r d w a r ea n d s o f t w a r e a p p l i c a t i o n s ，a s a n i n t e r m e d i a t el a y e rt h a ts e p a r a t e st h es o f t w a r e d e v e l o p m e n t f r o mt h es p e c i f i ch a r d w a r e d e v i c ea n dt h u si m p r o v e st h ec o m p a t i b i l i t yo ft h ew h o l e s y s t e m t h i st h e s i sd i s c u s s e s i nd e t a i lt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f t h ed e v i c ed r i v e r so ft h r e ep a r t so fs t b ， u s e ri n t e r f a c e ，f l a s ha n dt u n e r i na d d i t i o n ，t h i st h e s i sa l s og i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h ed e v e l o p m e n ts t a n d a r d o fs t ba n dt h ec h i p so f i n t e r e s tt h a ta r er e l a t e dt ot h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h e c o r r e s p o n d i n g s o f t w a r e k e yw o r d s ：s e tt o pb o x ，g r a p h i cl i b r a r y , o s d ，b r e s e n h a ma r i t h m e t i c ，d r i v e r , u s e ri n t e r f a c e ，t u n e r ，a t s c ，d v b 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，也不包含为获得岙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：却杏点签字日期：2 p 口年1 月；_ 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权左洼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：却春熏、 导师签名： 签字日期：沁3 年z 月刁i t 奄蹲 签字日期：1 ”；年二月l 7 日 第章簿言 1 1 数字电视及其发展 第一毒前言 电视是本世纪对人怼，圭活缓有影响数技术发明之一，世界上是扶发竣电褪广 播系统以来，电视技术仅仅有过从黑白到彩色一次总体技术上的提高。数字电视 技术被称作继黑融电视和彩色电视之后的第三代电视技术，随麓数字技本、计算 捉技术、遽讽技术的飞速发展，广播魄援系统终予逑来了一次飞跃蛙麴技术擎翕 数字电视技术。数字电视广播的最大特点是电视信号是以数字形式进行广播 的，数字电视广播体箭与模拟电视广播体帚4 有了根本的改变。随着信怠革命的深 人，电视、计冀撬弱遁售业务燕盔甥互渗遴，赣赘“融台”翡方囊发袋。毽魏，数 字电视的发展受剿各方砸的特别关注。 现行的模拟电视觚黼像信弩的产生、发射、传输、接收、僚号处瓒一直潮图 豫豹重现，整个过程都楚在摸羧售号静体铡下宠成熬。纛数字壤粳裁楚蠲数字信 号表示图像信息。从广义上讲，数字电视是用数字方式摄取、记录、处理、传输、 接收和显示电视倍号。数字电视是一个从节目采集、节目制作、节日传输、艇至i 囊户溃，都要以数字方式楚理信号懿蠛至g 壤熬系绞。数字遗援系统，怒一拿繁台 概念。顾名思义，就是以数字化的方式传输、处理数字化的节目源。自然界和生 活中的图像都是连续变化无间断的模拟信号，而数字信号在时间、空间上都建离 熬豹，要慧避幸亍数字健接赣，必矮毙转纯成为数字信号。篱单致谤，芟_ 过程就是 在符合抽样定理的前提下，对模拟图像中像素点的亮度、色度j 行采样，然聪将 时间离散化的信号按一定的量化间隔堂化，达成幅度离散化，最后以特定规则编 羁，彤残数字售号。 2 0 世纪9 0 年代以来，世界发达凰家都谯积极研究开发数字电视广播。目前， 许多国家融经在卫星广播、有线电视广播和地面广播中采用数字电视技术。 数字毫援豹羹妥毪表理在爨下足令方瑟：第一，信号蓬绩技术捷赢了频谱穰 用率一传输路模拟电视的带宽可以传送4 1 0 路数字电视节目。第二，信邀编 码技术提商了信号的传输质量；第三，数字电视能够提供多方面的信息服务，而 第一章前言 不仅是将原有模拟电视数字化，或提高和改进原有电视的某些性能指标。数字电 视作为一个信息传输平台，除提供电视广播外，还将提供其它多种业务。数字电 视促进了电视、计算机和通信业务的融台；第四，电视是人们日常获取信息和娱 乐的重要途径，数字电视的发展必将影响到千家万户。因此各国政府出于对本国 政治利益和经济利益的考虑，对数字电视的研究开发、标准制订和产业发展给予 积极的影响和支持。 国外的数字电视比国内先发展。下面介绍一下国内外数字电视的总的发展 情况。 日本对h d t v 的研究起步最早，旱在七十年代初期n h k 就向c c i r 提出过 h i - v i s i o n 建议，并于1 9 7 8 年进行了h d t v 的传输和接收实验。虽然实验的结果 还令人满意，但由于传输所占用的带宽太大，因此限制了这种系统的应用。为此， n h k 又对能压缩传输频带的新系统进行了研究，于1 9 8 4 年正式公布了研究方案， 命名为m u s e 制。m u s e 制采用了时分多路传输技术和带宽压缩技术，它能以 8 1 m h z 的视频带宽在一个卫星信道中进行宽高比为1 6 ：9 的l1 2 5 行的h d t v 广播；同时传送两路数字编码的高保真律音信号和其他数据信号。日本在1 9 8 8 年成功地运用其h d t v 系统对汉城奥运会进行了实况传播，并于19 8 9 年开始了 h d t v 的实验广播。几乎同时，欧洲掀起了m a c 制和h d m a c 的研究，并于 1 9 9 2 年在巴寒罗那奥运会上正式采用h d m a c 转播。无论是m u s e h d t v 还 是h d m a c ，其信号的传输形态仍然是模拟调频( f m ) ，频谱很宽，一套节目 就要占用一个卫星转发器频道( 2 4 m h z 3 0 m h z ) ，使节目的扩展和频道的利用 受到限制。 数字音、视频编码压缩技术的迅速发展与实用化，使得数字高清晰度电视 广播有了一条新的出路。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 第一章前言 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 i ) t v 己为世界各国所公认和接受。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 t v 节目，并且计划在 2 0 0 6 年前停止全国的模拟电视广播，代之以h d t v 和d t v 的数字电视广播，目 前已有约1 0 0 个台开播了数字电视节目。而美国的卫星s d t v 广播早在1 9 9 4 年 就已经开始。 在美国带动下，欧洲也开始研制数字电视并制定自己的数字电视标准，即 d v b 标准。欧洲研制数字电视虽然在美国之后，但它们很重视数字电视可以增 加节目内容这个潜在的好处。它们淡化处理1 0 0 0 线以上的高清晰度( h d ) 和 5 0 0 线左右的标准清晰度( s d ) 之间的界限，而是抓住数据压缩可以比模拟制式 更节省带宽这个要领，潜心于卫星数字视频广播( d v b s ) 和有线数字视频广播 ( d v b - c ) 这两项开发，努力把更多的节目通过卫星送往全国，通过光纤和电 缆传送到家庭。数字视频广播( d v b ) 1 9 9 3 年在欧洲兴起，短短几年时间已从 标准化进入商品化、实用化和产品化阶段，并以惊人的速度发展。英国的b b c 在1 9 9 6 年底之前就进行了地面d t v 信号的发射和接收试验，并于1 9 9 8 年1 1 月1 5 日开始了地面d t v 的广播。d v b 系统包括d v b s 、d v b c 和d v b t ， 其中最突出的是d v b s ，由于其广播方式简单，设备投资少，k u 波段广播用 o 4 5 0 6 m 的天线就能接收到清晰的图像，因而被许多国家广泛采用。与此同时， 亚洲、澳洲等也纷纷为开展数字广播积极地做准备，纷纷制定各自的数字电视标 准和广播电视全面数字化的日程安排，形成一股全球化的数字浪潮。 数字技术与计算机技术的出现，使世界电予技术跨入了一个新时代，我国也 一直紧跟世界技术发展的步伐。我国在8 0 年代末期就开始了h d t v 的研究。1 9 8 9 年，原国家科委组织了h d t v 软科学研究，并且经过“八五”攻关项目“高清 晰度电视研究”，使我国在h d t v 仿真实验研究方面已达到国际先进水平。1 9 9 4 年6 月，国务院召开专门会议研究加快h d t v 研究开发的问题，决定采取“分 两步走”的策略。1 9 9 6 年4 月，作为第一步目标的高清晰度电视功能样机系统 总体实施方案得到批准。同年在全国范围内公开招标，整个研制工作于1 9 9 6 年 7 月全面开展。一共有1 4 个单位，2 0 0 多名研究人员参加这个项目。经过全体人 员的努力，用两年多的时间研制出了我国第一套数字h d t v 功能样机系统，该 第一章薪言 系统的经熊这餮￥1 9 9 3 年美鬻“g a ”懿襻辊承平，弓l 起了餮凑终熬关注。1 9 9 8 年9 月成功地在i b 京中央电视台进褥了开躜演示试验，并且在1 9 9 9 年1 0 月1 日，中华人民共和国建园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。虽然我国还没有正式开戆数字h d t v 静f - 搔，僵我鏊众多省 市、地方电视台都已实现了电视节目的数字卫星传输，中央电视台和许多地方省 台都在通过卫星向全国传送数字卫星节目，电视台的发送和接收设备正在逐步实 瑗数字傀，只是警电褫螽将数字节霹靛至整上揍教下来之后，仍然将冀变成模撅 信号通过褥线电视网送到各家庭。所以对用户来讲，这一模拟到数字的变化尚未 充分体现。 1 2 数字电视机顶盒的发展 掰裙撬颚盒，是掺徽亏：电裰凝】瑟端( 蕺内部) 魏一释终端装麓，其凌楚楚秘 电视技术的发展相适应的。机项盒按其发展历程及实现的功能大致可以分为三代 产品。第一代机顶盒仅作为频率转换器，完成频率变换功能，随着电视技术的发 展，宅褫广播频袋不錾扩震，第一霞产品遣涟之退密了爱雯舞套。第二代产菇与 第一代相比，功能、种类都大大增加，它可以完成增补频道的功能，模拟电视的 全频道接收和加扰频道的自动解扰功能，模拟电视机上变换器。模拟电视解扰机 都怒其代表产品。蒋秀代产品， 蠹稍簸大豹特点是都采嗣了针对模撅僖号进行处 理的技术，箍第三代机顶盒则是处理数字视频业务的家用通信终端。第三代数字 式机顶盒戆以目前的电视机为照示设备，接受由卫崖或有线电视网传输的数字信 号，其包撬数字褫频、酱频及潮络信怠等。由于窀采孀了m p e g 编解鹞、数字 传输以及纠错处理技术，不仅健输信号的质攫高于模拟传输，薅且信逆利用警也 大大提高。因此，现今世界各国纷纷采用数字压缩技术传送电视节目。我国从 1 9 9 6 年实行采用d v b m p e g - 2 标准避行数字卫星窀视佟送进来，先焉已经开播 了中央及她方鲍多个数字压缩频道。 随着因特网的飞速发展和数字电视广播中数字业务种类的不断增加，标准清 晰度和高滴晰j 室数字电搅视项禽都面临着这样一个问题，就是关于能够提供多种 业务功姥的规顶鑫的开发。数据服务、交互她务以及网络测览等对二者来说都是 有待开发的功能，而且在今后的机顶盒市场竞争中中这些功能会显得愈发重袋。 第章蔚言 数字电税的多方瑟鹩优越往及箕在功麓帮市场中的酸大潜力使褥d t v 鞠薪 一代数字电视极了贞盒成必众人瞩丑的焦点。由于逐步认识到数字极顼鑫的巨大市 场潜力，消费电子厂家、计算机公司、通信设备公司以及广播电视公嗣等纷纷开 始抢占枫赣盒颥域静髑裔点。在数字化时代到来之际，数字电褫产监驻示崮了明 显的知识经藏特征，国际竞争环境 曩趋严醚，一艇处理l ；当，憋会受到予人。因 此，我们应该很好地利用已形成的科研基础，以科技和自主知识产权为核心，协 调蕊范标准的制定工作，加速产监溅备，戬使我国的数字电视产、监髓成为一个其 奏懑力，越繁动行业增长，对毽民经济有重要贡皴鞍在黧际上舆青缀强竞争力的 产_ k 。 1 3 本论文的王作内容 综上掰述，凌餮鑫幸亍磅潮数字雹褫辍溪盒是非常羹簧舔飘骞意义的。强蘸 国际上有许多关于数字电视机顶盒的舞发方案。 本人在硕士论文期间参加了两个方案的机顶盒项目的开发工作。 第一个矮霹楚采用s 下公霹静芯片骚髑衽开发符合荑簪a t s c 标准酾数字高 清躜度电鞔机顶盒，即采用s t 2 0 t p 4 ( 解复用芯片) + s t i 7 0 0 0 ( 视频解码芯片) + s t i 4 6 0 0 ( 音频解码芯片) 为主的系统方案。其功能有如下几个方面： 1 输入格式和幅黧眈模式的选稀 2 节题和节耳数据痒的瓣理 3 图形库和用户接口界磷操作 4 音褫频酶解褥鼗示 5 密码设鬟_ 鞫定拜寸功能 本人参加为实现上述功能的软件开发工作，主要负责s t 机顶盒的图形库和前 面板接较遂两部分的设计与赛现，内容主簧包括： 1 枫顶愈图形黪的建立，图形痒是楣对底层豹内容，它是为赐户应弼层静翅户 界碰服务的。图形库主要包括图形、文字、图标等内容的显示，其中阁形部分包 括点、直线、曲线和组含图形等内容，文字部分龟括中荚文字库的建立和中英文 的攫示两姆缝图振是为增强美鼹和可爆牲聪设计数。 2 前面板接收，用户与机项搬的交互工作是通过前面板和遥控器来实现的，本 簦章耱言 爻灸责蘩疆叛部分。遂过藏嚣教土数按键，方瑟传递罔户豹拯令，男一方嚣穗 应用户的指令。 第二令顼强楚采蹋b r o a d c o m 公司豹蕊片b c m 7 1 0 0 磅裂和开发舞台敬溯 d v b 标准的数字标准清晰度数字电视机顶盒，其功能有如下几个方磷： 1 输入模式的选搀：可以同时包括模拟和数字信号的输入，只包括模拟信 号线数字信号，鼓壹谈辕入t s 滚鞠秘方式。 2 ，自动和手动搜台，均包括模拟和数字两种情况。 3 e p g 4 。霹频遭懿管理，惫蘩鞭遴兹增减、麟除，恢复等功能 5 音视频的解码照示 6 用户接口部分 7 。瑟餐功麓：密弼豹设鬟帮t i m e r 功髓 本人在该机顶愈的软件开发中负责部分硬件驱动程序的开发，主要包括用户接 口部分、前端和对f l a s h 的操作，内容主要包括： 1 爝户接日部分，主要包话静面板、遥控器、l e d 和状态灯这足部分，实魏角 户与机顶焱豹交互。 2 t u n e r ，以t h o m s o n 公司的d c t 7 0 3 0 型号的t u n e r 完成信道解调。 3 。f l a s h ，完成辩f l a s h 的读警操作，并通道f l a s h 下装代码并怒行。 本论文首先介绍机顶盒的结构特点和必键技术，然后介绍两个机顶盒设计 酶系统方案和开发环壤，在既蒺旗上主要介缁我在项嚣中完成的软侔设计帮谲试 部分的内褰，最菇对这两个项基提文些可以进一步完整款内褰。 第二章数字电褫梳壕盒韵能结及关键技术构 第二肇数字电视机顶盒功能结构及关键技术 2 1 机顶盒的功能结构 数字邀视季足颂盒豹最基本豹功能是接收数字电视节基，懋就是对来鑫继遂 的数字电视信号首先进行解调制和倍道解码，得到传输流数据，由后端对传输流 进行解复糟，分出音、褫频基本流，樽经过音、视频解码，输出解码艏的视频和 音频售号。某些糗 耍愈还具鸯w e b 测菱或交互数务功糍，这魑枧顼鑫除了露要 信息的下传通道外还需要一个上传通道，在结构上比前者要复杂些。 数字龟视杌硕盒从矮结构上讲大体可以分成两部分：信道部分和信源解码部 分。售邀部分馨薅溃，受蠢露数字奄援售号进行勰调接救窝镶遂舞玛，赞对不同 的倍道可以配以不同的信道解调解码器。目前，倍道部分主要有三种，即卫星、 有线和地掰传输。信源解码部分也称后端，它主耍完成从t s 流输入到解码后的 音、褪频辕出之鹈懿爱骞功能，包慈簧辕浚解复臻、音频舞羁积巍频解羁等，是 机顶盒的核心部分。 目前世界上常用的数字呶视标准是美闰的a t s c 、欧洲的d v b 和日本的 i s d b ，在本论文孛只涉及妥囊誊嚣个梅准。a t s c 与d v b 在系绞瑟瑟继源解鹦豹 视频部分楚相同的，都是利用m p e g - 2 的系统层和数字视频压缩编码技术，但 音频部分d v b 采用m p e g 2 数字音频压缩算法，a t s c 采用d o l b ya c 3 音频压 缩簿法；偿道帮分禳零不同，a t s c 不涉及盈璧广獾，戳忿对予有线秘逑蟊鹾耱 信邋分别刹用z e n i t h 公司的8 v s b 或1 6 v s b 调制技术，d v b 掇据卫鼹、有线和 地耐传输等不同的信道分别使用q p s k ，q a m ，o f d m 几种调制方式。 信道部分主要包括两部分： 夺信道解码：r s 前向纠错解码、卷积去交织、网格解码等 夺信道麓灞 信源解码器的一般结构包括阻下几部分 第二章数字电视机顶盒功能结及关键技术构 夺作为解复用、解扰和控制器的c p u 夺存储c p u 软件所需的r o m 和r a m 夺视频解码器 夺用于辅助视频解码的r a m 夺音频解码器 视频后处理模块电路 夺部分外部接口模块 某些数字电视机顶盒的硬件方案可能使用的是集音视频解码和解复用功能 于一身的c p u ，从硬件上讲则没有上述那样细的划分。 一般对一个固定的前端，它与后端信源解码器的接口是一定的，二者通过这 个接口进行通信。就系统工作方式来讲，可能是由后端直接通过软件对前端进行 控制，也有可能前端部分自带一个小的微处理器，通过对它的编程来控制前端， 后端不直接干预前端的工作，而只通过某种通信的方式告知前端现在需要作什 么，具体的操作由前端自身的软件完成。 2 2 机顶盒中的关键技术 数字电视机顶盒的关键技术可以总结为如下几点： 信源部分：解复用与解压缩技术 信道部分：下行数据解调与信道解码技术 实时软件操作系统技术 上行数据的调制编码技术 前三项是实现机顶盒基本功能所必须的几项技术，下行数据解调与解码技术 实际就是前端技术，解压缩技术也就是音、视频解码技术，实时软件操作系统是 包含多个任务的系统控制软件的调度器，因而是必不可少的：上行数据的调制编 码则是针对需要实现交互功能的机顶盒而言的，如v o d ( 视频点播) 、w e b 浏览 等，由于包含这些功能的机顶盒需要通过上行通道进行上传某些数据，所以它不 仅需要下行数据通道，同时也要考虑上行数据的调制和编码问题。 第三章褥套数字电视辘颈盒静系统方案 第三睾两襄数字电视规顶蠡的系统方寨 3 1s t 公司数字高清晰度电视机顶盒方案 我锯静辊顼鑫参照s t 公嗣的数字高潼辑度毫筏辊璎盒静系统方黎为整体系 统方寰，即s t 2 0 + s t i 7 0 0 0 + s t i 4 6 0 0 的三片方案。这个方案符合a t s c 标准。该 方粜采用s t 2 0 一t p 3 t p 4 作为系统的控制芯片( c p u ) ，完成解复用及替种其它控 割麓能，豁s t i 7 0 0 0 程颓解码蕊片实鬻视频解羁、o s d 显示等，筠岁 使滗s t i 4 6 0 0 作为专用的音频鼹码芯片。开发系统的结构框图如图3 1 所示。 注：图中的s t v 0 1 1 9 怒p a l i n t s c 视频编码器。 凿3 一l s t ；鞋i 溪盒豢统方案翡缔梅框爱 出 塞 第三章两套数字电程梳颈盎麓系统方鬃 凿3 - 1 中的概颈盒缭构将究成魏f 功链： 藏端对数字觊视信号进幸亍麟调制和信道解码； 接收来自前端或传输流信号发生器的传输流数据； 由s t 2 0 t p 3 进行解密、熊复用、系统控翻和接霸操作 在s t 2 0 - t p 3 上运行系统的核及皮用软件 s n 7 0 0 0 进行m p e g 2 视频解码和o s d 画面藏加 s t i 4 6 0 0 进行m p e g - 2 或d o l b y a c 3 音频解磷 提供h d t v 钓r g b 埝出潮n t s c p a l 编码的输出 该机丁煲盒方案的工作过程是这样的：首先，前端在c p u 软件的控制下( 通 过1 2 c 总线) 调谐到菜个数字频道，遴过蘸端的解调帝和信遭躲筠，解鑫数学电 视的传输滚( t s 浚) 数据，连同一艘标恚信号一起，通过一个接日终送到艨端 的信源解码板( 进入信源解码板的传输流数据也可以是来自传输流信号发生器) ； 然聪。传输流数据进入解复用芯片，通过解复用功能模块分崮传输流中的音税颏 基本滚，分别遴缓音频艇羁爨和视频勰码嚣或解鹦器的缓存区，网对，提取如码 流中的p c r 信息，用于时钟恢复；通过解复用分出的音频基本流通过音频解码 器的解码输出音频的基带数字信号，经过音频数禳变换麝输出激多六个声道的模 数脊频镶号，或童接输蹬s p d l f 光信号；援频基本滚在s d r 鼬埴款聚舍下经过 视频解码器的处理之后输出解码后的亮度和色差数字信号，通过视频后处理电路 处理，输出v g a 或y 、c r 、c b 模拟视频倍号；另外，辛凳频解码耱输出的信号还 霹激逶过个n t s c 霸媳视频编玛嚣，编璐竣出n t s c 渡p a l 铡的模拟视频售 号；机顶窳的软件固化在r o m 存储器里，开机后程序被调到r a m 中运行；系 统与用户的接口是前面板，通过前面扳按键传递用户的撩作意图，并由c p u 实 褒疑体功耱。 注：即使采用不同的机顶盒方案来开发适应不同环境的机顶盒，开发工作的步骤 大致是相似的。 3 2b r o a d c o m 公司数字标清晰度电视机顶盘方案 本规顶金选撵的整体系统方案是b r o a d c o m 公司豹数字标猴清糍废电视椒顶 盒系统解决方案即采用b c m 7 1 0 0 的单片方案。这个方案悬符合欧洲的d v b 第三章瓣套数字电筏撬顶盘静系统方蘩 标准蘸。该方案采雳b c m 7 1 0 0 麓够究成藩源部分豹全部凌髓，帮可叛实魂解复 用+ 整频勰妈+ 视频解码的功能；著麒能够实现信道部分的信道解码，即可以完 成中频信号转换为t s 流。 b c m 7 1 0 0 酶功耗i 常强大，它惫插一个遴覆m p e g 一2 鞠d v b 标稳豹传输滚 解复用器，d v b 解扰器，m p e g - 2 d c 2 视频解码器，杜比a c 3 m i u s i c 舢诅静频 解码器( 可以输出模拟信号和s p d i f 信号) ，具有梳状滤波器和时基校准的n t s c 模拟褫频解鸦器；诧外，b c m 7 1 0 0 述其寿滋大静2 d 3 d 图形设备可敬菲常蕊效 的利用内存始宽擞示演播室质量的图形和文本。开发系统的结构框图如图3 ，2 所 不。 闰3 21 3 r o a d e o r r l 方案机顶禽奸发系缎的简单结将框图 注：耳翦的枧顶蠡开发方案中不包括p o d 靼带辨接收部分。 图3 - 2 中的机顶畿结构将完成如下功能： 高频头对数字电视信号进行解调镬，输出中颓信号 接收来自毫凝头鲍中频缤号送入b c m 7 1 0 0 由b c m 7 1 0 0 进行解密、解复用、系统控制和接口操作 在b c m 7 1 0 0 上运行系统的核及应用软件 转c m 7 l o o 进行m p e g - 2 d v b 视频解码氍o s d 西瑟嫠如 b c m 7 1 0 0 进行m p e g - 2 m u s i c a m 或d o l b y a c 3 裔频解码 键侠s d t v 的r g b 输出和n t s c p a l 编码的输出 第三章褥套数字邂筏梳矮盒的系统方案 注：可以从硬件开发平食的t s i n 。o u t 管罨萃连接一禳虢线纛( 扶l v d s 端日壹接涂 入t s 流) ，使b c m 7 1 0 0 直接接收来囱传竣漉信号发生器的传输滤数摄。 该机商盒方案的工作过程与s t 机顶盒类似。不同之处是b c m 7 1 0 0 可以完 成倍道解磷和信源部分的全部功能。 第四章两套数字电视机顶盒的软件系统 第四章两套数字电视机顶盒的软件系统 本章主要介绍两套机顶盒的开发环境，并对论文中涉及到的芯片做了简要的 介绍。 4 1s t 公司数字高清晰度电视机顶盒 4 1 1 s t 公司 玎) t v 方案软件系统的集成开发环境 4 1 1 1 配合软件开发的硬件环境 集成开发环境中的硬件包括如下几个部分： _ h d t v 监视器及音响系统 _ p c 机或工作站一台 硬件开发平台 微机与开发平台的接口设备j p i _ 数字电视信号源 4 1 1 2 软件开发环境 s t 2 0 的集成开发工具包是对其软件进行开发的基础，它支持s t 2 0 软件的 编程及通过诊断控制单元( d c u ) 的调试。主要特点如下： 一 工具包可以在p cw i n d o w s 9 5 n t 和s u n 工作站上安装使用 提供开发工具、支持部分库函数 i 具有可扩展的调试工具 _ s t l i t e o s 2 0 实时多任务核支持s t 2 0 某些特别的性能，并有助于其软件在不 同的s t 2 0 平台上的可移植性 一一套强大而通用的命令语言接口 _ 两种系统启动的方式 第四章两套数字电视机顶盒的软件系统 4 1 2 系统软件整体框架结构 在s t 公司h d t v 机顶盒方案中，d t v 的软件采用了一种基于分层的框架 结构，其中部分程序由s t 公司在其d t v 参考软件中提供，另外一部分需要由 用户自行开发。机顶盒软件的整体结构如图4 - 1 所示。 图4 1s t 机顶盒软件分层框架结构示意图 注：灰色的部分为参考软件中没有提供，是我们自行开发的部分，本人在其中完 成图形库部分和用户应用程序层的前面板接收。 根据上图所示，整体软件结构可以分为四个层次：用户应用程序、用户应 用层、硬件驱动层和实时操作系统层。下面就分别予以说明。 一、 实时操作系统层 在机顶盒一类的实时系统中，由于c p u 要同时对音频解码、视频解码、解 复用等多个方面的事件进行处理，其中既有通信问题，又有同步等问题，使用一 个简单的单线程的处理方式是很困难的，因而在处理实时系统时，多任务多线程 的方式被广泛采用。应用程序可以被分割成多个相对独立的任务，它们共享系统 资源，如c p u 时间，内存和系统设备等。来自外部设备的事件可以通过中断通 知系统。 第四章两套数字电视机顶盒的软件系统 在s t 机顶盒的软件开发中使用的实时操作系统是s t 公司的s t l i t e o s 2 0 实 时操作系统核，该操作系统核能够提供的复杂的多任务服务。 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。与此层有关的模块有s t s y s 、 s t 、s t w d g 、s m x 。s t s y s 模块包含对所有硬件设备访问的操作及存储 器资源的管理；s t e v t 模块是事件处理模块，用于不同d r i v e r 之间及d r i v e r 与 应用程序之间的异步通信；s t w i ) g 模块提供了几个软件w a t c h d o g ，主要用于超 时控制等功能的软件实现。 此层中的各模块和操作系统库己在d t v 参考软件和软件集成开发工具包中 提供。 二、 硬件驱动层 硬件驱动层提供多个d r i v e r ，主要针对各硬件模块，提供相应的驱动程序。 该层通过操作系统层提供的工具，实现对硬件设备和接口模块的控制和管理等。 这部分主要包括： 1 接口模块 pcr：时钟恢复和v c x o 控制 i i c ：i i c 接口操作控制，用于访问i i c 接口标准的外部芯片 u a r t ：异步串行接口控制 1 2 8 4 ：i e e e l 2 8 4 并行口控制 2 t a p i 模块：并行传输流输入接口控制单元，对输入的t s 流进行处理，负 3 4 5 6 责解复用功能的实现 音频：音频流解码输出控制( 包括数字音频流和n t s c 模拟音频信号解 码处理及音量控制等) 视频 v t g ：s t i 7 0 0 0 的水平垂直同步输出信号的控制模块 o s d ：o s d 图形显示操作 v i d e o ：视频解码输出控制 d e n c ：s t v 0 118n t s c 脱l 视频编码器控制 d 1 输入：主要是对s a a 7 1l l a 的控制，完成对n t s c p a l 制复合基带 第四章两套数字电视机顶盒的软件系统 视频信号的解码和模拟y u v 信号的数字化 7 f l a s hr o m ：f l a s hr o m 的擦除、编程等操作的控制 8 前端 ：p h i l i p s 的8 v s b 前端调谐控制 9 e e p r o m：e e p r o m 的初始化、数据的读、写、更新等操作的控制 此层中的硬件d r i v e r ，已经在d t v 参考软件中或由以前的同学开发完整， 可以直接使用。 三、 用户应用层 用户应用层的主要功能是在应用程序开发时提供所需的信息输出等功能。 用户在开发应用软件并连机调试时，往往希望程序在运行过程中能反馈出一些 信息，以方便程序的调试。在本套软件系统中，这一功能以t e s t t o o lc o m m a n d 的形式出现，t e s t t o o lc o m m a n d 是用户编写的一些测试命令，通过在程序执行的 调试环境下键入这些命令，可以激发某个函数的运行或某个任务的启动，并能 够在屏幕上显示出相应的反馈信息。此层包含所有有关t e s t t o o l 功能的实现，如 程序中的出错报告、文字信息输出、t e s t t o o l 命令分析等。 d t v 参考软件中已提供了部分t e s t t o o l 命令，用于程序的部分功能演示和软 件模块的调试，但对于用户自行开发的模块，如果希望以t e s t t o o l 命令的形式进 行调试，则所有与新增模块有关的t e s t t o o l 命令函数，都需由用户编写，这也是 软件开发中的一个重要环节。为了进行图形库的测试，必须写自己的t e s t t o o l 命令。 四、用户应用程序 用户应用程序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 第四章两套数字电视机顶盒的软件系统 一。与数字电视机顶盒有关的所有上层功能的实现都在这层完成，如关于用户界 面、用户信息输入输出控制、节目信息的分析处理和节目操作的管理等。这部分 所包含的主要模块如图4 2 所示。 4 1 3s t i 7 0 0 0 视频解码芯片简介 s t i 7 0 0 0 是s g s t h o m s o n 公司生产的符合m p e g l 和m p e g 一2 的h d t v 视频解码专用芯片。它主要应用于高清晰度电视、先进电视、数字电视和数字机 顶盒。 4 1 3 1 s t i 7 0 0 0 视频解码芯片的结构 图4 - 3 是s t i 7 0 0 0 的功能模块框图。整个i c 一共有四个外部接口：微控制器 接口，本地s d r a m 存储器接口，标准清晰度或高清晰度视频输出接口，标准清 晰度数字视频输入接口( d 1 ) 。这些接口加上一定数量的s d r a i v l 以及视频后处 理电路就构成了一个完整的i v l p e g 2 视频解码系统。s t i 7 0 0 0 一共提供了2 2 个 中断和1 0 8 个寄存器供开发人员使用。下面对s t i 7 0 0 0 的几个接口作一简单介绍。 l 、微控制器接口 微控制器接口共有下列信号： 一d 7 一d 08 位数据线；a 7 一a o8