（通信与信息系统专业论文）数字视频广播卫星接收机（dvbs）的研制.pdf

海人学硕 论文数字视频广播甲星接收机( d v b s ) 的研制 摘要 随着数字视频卫星广播业务的发展，数字视频广播卫星接收机作为整个数字 视频卫星广播的终端设备正在得到越来越广泛的应用。其中，欧洲的数字视频广+ 播d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t ) 标准系列被业界广泛看好，得到了绝大多数数 字视频机顶盒生产厂商的支持。 论文首先概述了数字视频广播标准和数字视频机顶盒的发展概况，目前 d v b 标准系列的研究和应用热点，以及课题研究的目的意义。 接着论文简述了d v b 标准系列的协议框架，介绍了d v b 标准系列中m p e g 一2 标准中的传输复接部分、d v b 业务信息标准( d v b s i ) 和d v b 卫星广播 标准( d v b s ) 。 然后论文根据数字视频广播卫星接收机的系统结构和实现原理，详细分析了 利用数字视频广播卫星接收机专用芯片s t i 5 5 x x 实现数字视频广播卫星接收机 的硬件设计原理，及s t i 5 5 x x 的设计特点。 论文分析了数字视频广播卫星接收机的系统软件结构，然后介绍了嵌入式操 作系统s t l i t e o s 2 0 的特点和在系统软件中的典型应用，提出了基于该嵌入式操 作系统的数字视频广播卫星接收机的软件设计方案。 论文还简述了数字视频卫星广播接收机中硬盘数字节目存储和回放功能的 技术关键。 论文讨论了在调试数字视频广播卫星接收机所碰到的问题和解决的思路，并 给出了相应的测试结果。 论文最后对今后工作的思路和下一代综合数字卫星视频广播接收机的发展 前景进行了展望。 关键词：数字视频广播，数字视频广播卫星接收机，嵌入式处理器，嵌入式操作 系统，数字节目存储，数字节目回放 上海人学f i 鳓十论文数| ：；= 视频广播1 星接收机( d v b - s ) 的研制 a bs tf ac t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to f d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s ts e r v i c e ，d i g i t a ls t b d o e sa st h e t e r m i n a lo f d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s ta n dh a sb e e na p p l i e dw i d e l y a m o n g t h ep r o t o c o l s o fd i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，m a n ye x p e l sa n dm a n u f a c t u r e r sh a v es u p p o r t e dd i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t ( d v b ) o f e u r o p e t h e s i sb e g i n sw i t ht h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t ，t h eh o tp o i n to f c u r r e n tr e s e a r c ha n da p p l i a n c ea n dt h em e a n i n g so f t h i sp r o j e c t t h e s i si n t r o d u c e sa r c h i t e c t u r eo fd v bs t a n d a r d sb r i e f l y , a n dm p e g 一2t r a n s p o r t m u l t i p l e xs t a n d a r d s ，d v bs e r v i c ei n f o r m a t i o n ( d v b s i ) a n d d v b s a t e l l i t e ( d v b - s 1 ， t h e s i sg i v e st h ev i e wo fa u t h o r sd v bs a t e l l i t er e c e i v e r sh a r d w a r ed e s i g n a t i o n c o n c e p ta n dt h e ni n t r o d u c e st h es t i 5 5 x xc h i pf e a t u r e t h e s i s g i v e s t h e d e s c r i p t i o n a u t h o r sd v bs a t e l l i t er e c e i v e r s s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e ，e m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e ma n d s o f t w a r em o d u l e s t h e s i st e l l sh o w t or e a l i z et h eh a r dd i s kf u n c t i o ni sf o l l o w e di nd e t a i l t h e s i sd e s c r i b e st h ep r o b l e m si nd e b u g g i n gs o f t w a r ea n dh a r d w a r e a r eb e e n w r i t t e n ，a n dt h e nt h ea u t h o rg i v e st h es o l u t i o n s ， t h e s i se n d sw i t ht h ea u t h o r ss u g g e s t i o n sa n di d e a so fd e s i g n i n gf u t u r ed v b s a t e l l i t er e c e i v e r k e yw o r d s ：d v b ，d v b s a t e l l i t er e c e i v e r , e m b e d d e dc p u ，e m b e d d e do s ，p r o g r a m r e c o r d r e p l a y f ：海大学硕j 一论文 数字视频7 1 播卫星接收机( d v b s ) 的t i j f , 伟0 第一章绪论 机顶盒( s e tt o pb o x ，s t b ) 是指电视机顶端或内部的一种终端装置。机项盒 的概念自2 0 世纪8 0 年代出现以来，其结构与功能一直在变化。发展到今天，机 顶盒的概念已经非常广泛，功能和结构方面没有统一的标准，所出现的产品也是 种类繁多，很难给它下一个确切的定义。数字视频广播机顶盒技术是当前信息家 电技术中发展最快，研究最多的热点技术，也是我国当前信息家电发展的关键技 术。 数字视频广播机顶盒按照信号传输媒质可以分为以下三类：传输平台是卫星 信道的数字视频广播卫星接收机，基本上采用d v b s ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g s a t e l l i t e ) 标准【1 】：传输介质是全电缆网络或光纤同轴混合网( h y b r i df i b e rc a b l e ， h f c ) 的数字视频广播有线机项盒，基本上支持d v b c ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g c a b l e ) 标准 2 1 ；传输介质是地面无线广播信道的数字视频广播地 面机顶盒，世界上有三种主要的数字视频广播地面标准：欧洲的d v b t ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ) 1 3 1 ，美国的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 m s c o n m a i t t e e ) 1 4 j 和日本的i s d b t ( 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 - t e r r e s t r i a l ) 【5 】。其中，欧洲的d v b 标准系列得到了当前业界和国际上的普遍认 同和看好。 本章主要概述d v b 数字视频广播机顶盒的发展背景。第一节总结数字视频 广播标准的发展；第二节介绍数字视频广播机顶盒的概念；第三节简述当前在 d v b 数字视频广播机顶盒领域的研究与应用热点；第四节阐明论文的研究目的 和意义。第五节归纳论文的主要内容和贡献。 1 1 数字视频广播标准概述 模拟电视始于2 0 世纪3 0 年代，最初是黑白电视机。5 0 6 0 年代美国和欧 洲先后制订了n t s c 、p a l 和s e c a m 三种彩色广播电视标准，以后模拟电视 得到了迅速的发展和普及，出现了有线电视、卫星电视等服务，模拟电视接收机、 录像机和摄像机等产品。电视作为最重要的信息媒体已经成为了人类生活的重要 组成部分。 但从技术上来讲，视频广播技术并没有很大的突破，仍旧使用模拟电视技术， 这极大地限制了图像信息在人们日常生活中所起的作用。模拟电视的局限性主要 表现在 6 】： ( 1 ) 回波反射：在地面广播中，由于周围的建筑物和山脉等会对电视信号 产生多径反射，从而导致接收机出现画面重影现象，影响了收看效果。 ( 2 ) 存储困难：现在的电视节目大多以模拟信号形式存储在磁带媒体上如 j 二海大学硕l 论文数字视频广播l i 星接收机( d v b 。s ) 的珂 制 录像带。长期存放和使用磨损会严重影响放映质量。 ( 3 ) 噪声积累：由于模拟电视信号在传输和存储过程中会受到各种干扰和 引入各种噪声，经多次传输或复制，噪声积累，图像质量会不断下降。 ( 4 ) 对传输信道有严格要求：电视信号的传输过程中，由于传输信道的特 性并非总是十分理想，因此会导致电视信号的线性和非线性失真。 其他的缺陷还包括亮色互扰，行间闪烁、爬行和大面积闪烁等。 模拟电视制式的这些缺陷是自身无法克服的，只有数字技术才能彻底改观。 数字技术不仅能改进图像质量，更重要的是能与现有的数字通信和计算机技术相 结合，能为用户提供全新的更灵活、更方便的服务。具体来讲，数字电视具有如 下优点哩 ( 1 ) 多次中继或复制后不会产生噪声积累，适用于远距离传输和反复复制。 ( 2 ) 可充分使用压缩编码技术压缩其数据率，有效地利用各类频谱资源。 在一套模拟电视地面广播地8 m h z 频道内，可以传输5 套s d t v 节目。 ( 3 ) 可采用纠错编码技术，增加抗干扰能力，提高图像和声音地接收质量， 节省发射功率。 ( 4 ) 易于实现加密和保密通信。可以开战信息安全收费业务。 ( 5 ) 可采用大规模集成电路，降低功耗，减小体积，提高可靠性，大规模 生产成本低。 ( 6 ) 可使用各种通信线路和网络，容易开展各种综合业务和交互式业务， 例如视频点播等。 从2 0 世纪8 0 年代末研制开发数字电视到现在只有短短的十几年时间，但发 展速度之快令人惊异。美国已经开始数字电视包括h d t v 广播。按计划到2 0 0 6 年，美国将停止所有n t s c 模拟电视的广播，全部改为数字视频广播。欧洲也已 经开通了卫星、有线和地面的数字视频广播。 目前，欧洲、美国和日本各自形成了三种不同的数字视频广播标准系列。1 9 9 4 年欧洲公布了d v b 的两个建议草案：数字视频广播卫星传输d v b s 标准草案 和数字视频广播有线传输d v b c 标准草案，在1 9 9 6 年又提出了数字视频广播 地面无线传输d v b t 标准草案。欧洲现在已经有了较完整的数字视频广播标 准系列。1 9 9 5 年美国高级电视制式委员会( a t s c ) 公布了以数字高清晰度电视 ( h d t v ) 广播地面无线传输的a t s c 电视标准。1 9 9 8 年日本政府和工业界推出 了针对数字视频广播地面无线传输的综合业务数字广播标准( i s d b t ) 。在实 际应用中数字视频广播卫星传输主要是采用d v b s 标准，数字视频广播有线 传输主要是采用d v b c 标准，而数字视频广播地面无线传输的采取何种标准 尚未有定论，a t s c 和d v b 两个系统作为i t u r 第1 0 和第1 1 研究组的d t t b 两个建议，都_ ：i _ f 在被采纳为国际标准。i s d b 系统也正在被i t u 考虑之中。 海大学硕士论文数，视频广播卫星接收机( d v b s ) 的研制 根据最新权威机构的数据资料，d v b 成员已经达到了3 0 0 多个( 来自4 0 多 个国家和地区) 【8 】，主要成员遍布世界各地，我国的广播科学研究院和t c l 电 子集团也在其中；a t s c 成员有1 7 0 个，其中来自9 个国家【9j ，我国的广播科学 研究院也参加了a t s c 组织；i s d b 筹划指导委员会委员1 7 个，其他成员2 3 个， 其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。从上述三个数字视频广播标准的成 员数量及分布情况来看，欧洲的d v b 标准系列发展最快，普及范围最大。 我国的数字视频广播业务早在1 9 9 7 年就已经开通运行了，但在数字视频广 播方面的标准研究和相关设备丌发才! 目l j m l j 开始，符合我国国情的数字视频。播标 准系列尚处于讨论中还未制订完成，因此研究比较完整的d v b 数字视频广播标 准系列无疑具有重要的参考价值。 1 2 数字视频广播机项盒概述 数字视频广播机顶盒是广播媒介实现数字化后用于接收端的重要设备。数字 视频广播机顶盒的基本功能就是把来自卫星、有线或者地面的数字视频广播信号 转换成模拟电视机能够接收的p a l n t s c 制信号。数字视频广播系统如图1 1 【1 0 】 所示。 广一一一一一一一一一一一一一一一一一一一1 竺割黼蔫卜 _ _ _ - 。 叫黼篓卜一霎嘉复信 解 道 。_ 编 数字复 码 发 信道 调 叫徽篓 _恒孵音频输刽簇嘉然卜 用- b与 - - 射谐 解调 一l 压缩编码i 数机2 9 情道 字 解码用 调 ! 剖黼篱卜 器制 叫黻卜叫黼 数字视频广播 器 机顶龠 图1 1 数字视频广播系统 图1 1 中左半部为发送端，数字的视频信号、伴音信号及数据信号经压缩 编码后使数码率压缩到几十分之一，大大提高了传输的效率。继而进行信道编码， 加入各种纠错编码，以提高传输的可靠性，最后进行数字调制，以提高信道频谱 利用率。该数字电视信号经发射机发送出去，在接收端由调谐器接收的信号，经 数字解调、信道解码及解调复用器后，分别通过视频、伴音及数据的压缩编码， 恢复出原来的数字电视信号。数字视频及伴音信号经d a 转换成模拟电视信号 即可在显示终端看到图像，并听到伴音。图1 1 虚线框内就是数字视频，+ 播机 顶盒的基本结构。 随着数字视频广播标准的完善，数字视频j 。播机顶盒的功能不再局限于单一 上海人学坝i 论义数，视频广播h 星接收帆( d v b s ) 的研制 的接收数字视频广播节目，还有电子节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a m g u i d e ，e p g ) 功能，数据广播( d a t ab r o a d c a s t i n g ) 功能，条件接入( c o n d i t i o n a l a c c e s s ，c a ) 功能，视频点播( v i d e oo nd e m a n d ，v o d ) 等交互功能j 。 同时数字信号处理( d s p ) 技术和高速嵌入式处理器技术的迅猛发展为支持 数字视频广播机顶盒的上述功能提供了软、硬件支持。由于数字视频的视、音频 信号都是m p e g 一2 系统复接的数据流，对数据流的解复接和解码的实时性以及 多种外部i o 功能的支持势必要求处理器具有高实时处理能力。世界上最大的两 家数字视频广播机顶盒芯片商s t 和l s il o g i c 公司最近都推出了主频高达 1 0 0 m h z 以上的数字视频广播机项盒专用芯片s c 2 0 0 5 和s t i 5 5 1 4 i l 2 j 1 1 。 数字视频广播机顶盒是软件含量很大的消费类电子产品，它实际上就是一个 复杂的计算机系统，因此操作系统是必不可少的。相对于普通的计算机操作系统， 数字视频广播机顶盒操作系统应具有更高的稳定性和实时性，因此都采用了嵌入 式操作系统，比较流行的有v x w o r k s ，p s o s ，s t l i t e o s 2 0 和o s 一9 等。 数字视频广播机顶盒技术还刺激了片上系统( s y s t e m o n c h i p ，s o c ) 发展， r i s c 处理器，m p e g 一2 视音频解码器和部分d a 电路等功能模块都已经可以 集成在单片i c 内，同时提供了大量专用外设接口，例如红外线接口，a t a p i 硬 盘接口，m o d e m 接口和i e e e1 3 9 4 接口等。提高了系统集成度和稳定性，减少 了系统体积和降低了系统成本，又丰富了数字视频广播机顶盒的功能。 数字视频广播机顶盒领域将成为计算机和消费类电子的结合点，是计算机硬 件、通信和半导体技术发展的高度结合，据专家预测将成为未来1 0 年甚至更长 时间计算机与消费类电子产品的主流f i ”。研究数字视频广播机顶盒技术和开发 数字视频广播机顶盒产品符合时代的要求和趋势，具有重要的实际应用价值。 1 3d v b 数字视频广播机顶盒研究与应用热点 在过去的几年里，d v b 数字视频广播机顶盒技术与应用发展非常迅速，除 了研究数字视频广播机顶盒的软、硬件体系结构外，研究的热点还慢慢涉及到了 条件接入1 1 5 1 和公共接口技术( c o m m o ni n t e r f a c e ，c i ) d 6 1 ，利用d v b 信道进行数 据广播( 例如i po v e rd v b 技术) 【17 1 , 中间件( m i d d l ew a r e ) 和多媒体家庭平 台( m u l t i m e d i ah o m ep l a t f o r m ，m h p ) 【18 1 。应用的热点有数字视频记录器( d i g i t a l v i d e or e c o r d e r , d v r ) 实现数字视频节目存储回放功能，电子节目向导e p g 实 现电子节目选单功能。 1 4 本文选题目的和研究意义 目前，国际上对欧洲的d v b 标准系列已经基本认同，我国数字视频广播标 上海大学颤f 。论文 数宁视频广播j 星接收机( d v b s ) 的研制 准还未出台，借鉴d v b 标准系列不失为一种有效的捷径。 其次，数字电视是未来电视发展的趋势。但是，我国现有1 0 0 0 多家电视台， 3 亿台模拟电视机，其中彩电1 5 亿台。此外，在中国的广大农村还面j 垤着彩电 普及的问题。据乐观估计，如果要实现全部环节的数字化，至少还有1 0 年以上 的过渡期。因而近期的数字应用还是集中在模拟彩电数字化，这必将会给数字视 频广播机顶盒提供较大的市场。 还有，随着数字视频广播机顶盒功能日益强大，数字视频广播机顶盒发展方 向不再局限于数字视频广播接收，而要成为家庭多媒体信息网络终端，这龟口可以阢 降低数字电视的成本和复杂度，又能灵活的实现针对不同用户提供不同服务选 择。因此数字电视发展非但兑法消防数字视频广播机顶盒，而且更会加速数字视 频广播机顶盒功能的多元化发展，使之成为数字电视密不可分的一部分。 论文研究了d v b 数字视频广播卫星接收机的软、硬件结构并加以实现，其 原理也适合于数字视频广播有线机顶盒和数字视频广播地面机顶盒，也为将来进 一步数字视频广播机顶盒技术研究和功能开发打下了实践基础。 论文研究了d v b 系列中的部分标准，实现了e p g 功能和数字视频节目存储 回放功能，从而对d v b 标准系列加深理解，有助于将来研究d v b 数据广播协 议和中间件协议。 综上所述研究d v b 标准系列与开发d v b 数字视频广播机顶盒产品对于 发展数字电视、计算机和通信信息以及与之相关行业都起到了重要的促进作用， 为将来发展具有自主知识产权的数字视频广播机顶盒和制订数字视频广播标准 提供参考依据。 1 5 本文的主要内容和贡献 论文第一章归纳和总结了数字视频广播d v b 标准系列和数字视频广播机顶 盒最新发展情况，然后介绍了当前d v b 数字视频广播机顶盒的研究与应用热点， 进而阐明了本论文的研究目的和意义。 论文第二章概述了d v b 标准系列的框架体系，并介绍了其中最主要的三个 标准：m p e g 2 标准中的传输复接、d v b s i 标准和d v b s 标准。 论文第三章根据数字视频广播卫星接收机的系统结构和实现原理，详细的分 析了数字视频广播卫星接收机的硬件设计。然后阐述了系统硬件中的核心芯片 s t i 5 5 x x 的设计特点和外部接口电路的技术要点。 论文第四章介绍了数字视频广播卫星接收机软件结构。介绍了嵌入式操作系 统s t l i t e o s 2 0 特点并给出了该操作系统在系统软件中的典型应用。接着提出了 基于任务的系统软件设计方案。最后，简述了硬盘存储回放功能实现流程。 论文第五章简述了在数字视频广播卫星接收机软硬件调试中所碰到的问题 r 海大学倾士论文数字视频广播m 星接收机( d v b s ) 的耕制 和解决思路，并给出相应的测试结果。 论文第六章对系统研制做出小结并对其前景进行了展望。 论文主要贡献如_ f ： ( 1 ) 根据数字视频广播卫星接收机的系统结构和实现原理，对基于s t i 5 5 x x 的数字视频广播卫星接收机进行了硬件电路设计。 ( 2 ) 根据数字视频广播卫星接收机的不同功能需求，基于s t l i t e o s 2 0 嵌 入式操作系统进行了系统软件方案设计和编程。 ( 3 ) 开发了s t i 5 5 x x 的硬盘接口功能，实现了数字视频节目存储回放功能。 在数字视频广播卫星接收机中实现了数字录像功能，使该样机技术水平在国内外 现有的数字视频广播机顶盒产品中，处于领先地位。 l 海大学硕l 论立数视频广播f ! 星接收机( d v b s ) 的研制 第二章d v b 数字视频广播标准 d v b 成员组织成立于1 9 9 3 年，d v b 组织的目标是建立基于电视业务m p e g 2 应用的统一框架的数字视频广播d v b 标准系列，通过d v b 标准系列，电视 工业的数字设备供应商可以实现标准化和兼容性。d v b 组织提供了以市场为引 导的数字视频广播标准，满足电子消费和数字视频广播工业的实际需要，d v b 标准系列得到了数字视频广播界的广泛接受。 本章的第一节概述了d v b 标准系列的协议框架体系。第二节介绍了d v b 标准系列中的m p e g 一21 力议中传输复接部分，d v b s i 协议和d v b s 协议。 第三节对本章做了小结。 2 1d v b 标准系列的协议框架 文献【1 9 1 j 哿d v b 标准系列基本分为五个系统部分：基带处理系统标准，传输 系统标准，条件接入系统标准，交互业务系统标准和其他。 2 1 1d v b 基带处理系统标准 在基带处理系统标准中，采用m p e g 一2 ( i s o i e c l 3 8 1 8 1 2 3 国际标准【2 0 b 来定义数字视频广播中的系统、视频和音频，1 3 8 1 8 标准系列是d v b 标准系列 中的基础。其中，1 3 8 1 8 1 系统( s y s t e m ) 文件，是有关多路音频、视频和数 据的复接和同步标准的规定。1 3 8 1 8 2 视频( v i d e o ) 文件规定压缩码率从1 5 m b s 至大于6 0 m b s 的数字视频编码标准，适用于各种清晰图像的视频压缩编码标准。 1 3 8 1 8 3 音频( a u d i o ) 文件在m p e g 一1 音频标准1 1 1 7 2 3 的基础上扩充为多 通道音频编码系统。 在基带处理系统标准中还有基带附加信息标准e n3 0 04 6 8 b ”，又称为d v b 业务信息( d v b s i ) 标准。d v b s i 标准包含了节目码流中的节目信息，网络 信息和事件业务信息。数字视频广播机顶盒必须要遵从d v b s i 标准来从d v b m p e g 2 复接码流中提取视音频数据流。 基带处理系统标准除了上述两个主要的标准外，还有数字图文广播 ( t e l e t e x t ) 标准e n 3 0 04 7 2 ，数字广播字幕( s u b t i t l i n g ) 标准e n 3 0 07 4 3 和相关 指导性标准等。 2 1 2d v b 传输系统标准 在传输系统标准中，d v b 针对卫星广播、有线广播和地面无线广播的不同 形式分为e n 3 0 04 2 1 ( d v b s ) 2 2 】，e n 3 0 04 2 9 ( d v b c ) 和e n 3 0 0 7 4 4 ( d v b ：海大学倾l 论文 数字视频广播m 星接收机( d v b s ) 的研制 一t ) 。这三部分传输标准分别定义了d v b 视频广播卫星、有线和地面无线传输 的信号帧结构、信道编码和调制方式。三者的派生标准有d v bs m a t v ( 数字视 频广播卫星公用天线系统标准，e n 3 0 04 7 3 ) ，d v b m s ( 高于1 0 g h z 的数字视 频r 。+ 播m m d s 系统标准，e n 3 0 07 4 8 ) 和d v b m c ( 低于1 0 g h z 的数字视频 广播m m d s 系统标准，e n 3 0 07 4 9 ) 。 2 1 3d v b 条件接收系统标准 条件接收( c a ) ，就是在视频广播的过程中规定一些节目只有特定的用户可 以接收，而决定哪些机顶盒可以接收含有特殊信息的节目的一整套体系称为条件 接收系统。d v b 标准系列中的e t r 2 8 9 2 3 1 对d v b 条件接收系统进行了详细的规 定。d v b 计划在该标准中没有制订统一的c a 系统规范，但是定义了d v b 传输 的通用加扰系统，这主要是考虑到通用的加扰系统连接到m p e g 的复用设备上， 对于不同的c a 系统可在一定程度上增加互操作性，并可降低解扰端的数字电视 接收机顶盒的成本，当前流行的c a 系统有i r d e t o 和v i a a c c e s s 。当前针对d v b 数字视频广播机顶盒的条件接收系统有两种系统结构：同密结构和多密结构，见 图2 1 和图2 2 。 机顶盒 加墼堕 f 磊丽玎掣缈流 i i! 广l ； ； ic a 模块l： i 矗 l 智能卡i 图2 1 条件接收系统同密结构 同密结构是利用d v b 公共解扰算法的特点，把通用解扰模块和c a 模块放 在数字视频广播机顶盒里，解扰在机顶盒内部的解扰模块中进行，而解密通过智 能卡与数字视频广播机顶盒里的c a 模块通信在智能卡中进行。这样的优点在于 智能卡成本低，而通用解扰器由于数量大从而可以降低成本。但是当前的缺陷在 于数字视频广播机顶盒与c a 系统帮定，特定c a 系统的数字视频广播机顶盒只 能接收与之相同c a 系统的加密的节目 2 6 。 r 海大学硕十论文数字视频广播 l 星接收机( d v b s ) 的研制 机顶盒 自口扰数据流广一一一一一一一一一一一一一一一一i 解扰数据流 h 厂寸斗 i 一一上- 一一一一l 一一一一一一一一： l c i l i i 宦葫一； l i 公共解扰模块hc a 模块i ： ffif i p c m c i a 昔 图2 2 条件接收系统多密结构 多密结构则是将数字视频广播机顶盒和条件接收系统完全分离开，两者通过 公共接口( c i ) 标准进行通信。加扰数据流的解扰和解密操作在p c m c i a 卡 里进行，然后p c m c i a 卡将解扰的码流再送到数字视频广播机顶盒里。这样， 可以实现同一数字视频广播机顶盒可接收不同的c a 系统加密，而且降低了数字 视频广播机顶盒的实现复杂度。但缺点在于当前的p c m c i a 卡的成本要高出 4 0 6 0 美元，而且当前的c i 技术还未成熟。 2 1 4d v b 交互业务系统标准 d v b 标准定义了交互的协议分为两部分。第一部分是与网络独立的e t s3 0 0 8 0 2 标准，是i s o o s i 的第二层向第三层进行近似的扩展。该标准中的主要部分 是i s o i e c1 3 8 1 8 6 ( d i g i t a ls t o r a g em e d i ac o m m a n dc o n t r o l ，d s m c c ) 。第二 部分是与i s o o s i 模型的底层相关的，因此规定了用于交互的依赖网络。到目前 为止，制订了两种规范标准。利用p s t n 和i s d n 作为交互的物理网络的e t s3 0 0 8 0 1 标准和利用c a t v 网络的e t s 3 0 08 0 0 标准。 2 1 5d v b 数据广播标准 d v b 标准系列中除了上述四大部分外，还有包括了d v b 计划推荐的数字广 播标准方案e n3 0 11 9 2 。该标准根据不同应用领域，定义了四种类型数据广播方 式： ( 1 ) 数据管道( d a t ap i p i n g ) ：支持简单的，非同步的，端到端的数据广播 ( 2 ) 数据流( d a t as t r e a m i n g ) ：支持异步数据流，不需要时钟信息( 例如 r s 2 3 2 ) ；支持同步数据流，对包的到达时间有严格要求，时钟信息可以在接收 端准确接收( 如e 1 ，t 1 ) 。 ( 3 ) 多协议封装( m u l t i p r o t o c o le n c a p s u l a t i o n ) ：支持在d v b 信道中传输符 合其它通信协议的数据，针对i p 包进行了优化，但也用于传输任何其它的网络 l 海火学硕一f 论文数字视频广播卫星接收机( d v b s ) 的研制 协议。 ( 4 ) 数据轮放( d a t ac a r o u s e l s ) ：支持周期性传输数据模块，这些数据模块 应该是预先知道大小，并且可以随时更新，增加和删除。可以分为单层轮放和双 层轮放。 本节只是概述了d v b 标准系列的框架和其中具有普遍性的协议规范。当然， d v b 标准系列中还有许多本节中没有提到协议规范，可以参阅欧洲电信标准化 协会( e t s i ) 官方网站【2 ”。 2 2m p e g 一2 标准2 0 l m p e g 2 标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下压缩方案 和系统层的详细规定，编码速率从每秒3 - - 1 0 0 兆比特。m p e g 2 不是m p e g 一1 的简单升级m p e g 一2 标准在系统和传送方面作了更加详细的规定和进步的 完善，特别适用于数字视频广播的编码和传送，被认定为s d t v 和h d t v 的编 码标准，m p e g 2 标准还专门规定了多路节目的复用方式，并兼顾了与a t m 信 元的适配问题。 2 2 1m p e g 一2 编码 m p e g 一2 码流是分层结构，按编码先后大致可分成三层，即基本码流e s ( e l e m e n t a r yb i ts t r e a m ) ，分组基本码流p e s ( p a c k e te l e m e n t a r ys t r e a m ) 和复用 后的传输码流t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) 或节目码流p s ( p r o g r a m s t r e a m ) 。m p e g 一2 编码系统结构见图2 3 ： 图2 3 m p e g 一2 编码系统结构 在m p e g 一2 编码时，视频编码器将原始图像数据压缩成视频e s 码流，音 频编码器将音频数据压缩成音频e s 码流。这两个基本码流在进入复接器和进行 传输层复接之前要分别经过分组器变换成p e s 码流，而辅助数据( 如图文电视) 上海大学硕十论文数字视频广播卫星接收机( d v b s ) 的研制 则不需要打成p e s 包。p e s 码流的分组结构可变，最大可达2 ”字节，一般是一 个存取单元的长度。为了提高传输带宽的利用率，在m p e g 一2 编码系统中，采 用了t d m 复接方式，复接后的码流有p s 和t s 两种类型。p s 码流用于不易产 生错误的传输媒体( 例如d v d 和硬盘) ，t s 码流用于可能产生严重错误的传输 媒体( 例如卫星，有线和地面广播) 。 m p e g 一2 标准中规定t s 分组里的数据可以是视频、音频和辅助数据，但 每一个t s 分组里只能有一类数据。一个新的p e s 分组总是开始于新的t s 分组， 着p e s 分组在一个t s 分组的中间处结束，那么t s 分组余下的长度内就用填充 字节填满。 m p e g 一2 标准中规定t s 分组具有固定1 8 8 个字节长度。当传输误码破坏 了某一t s 分组的同步信息时，接收机可在固定的位置检测它后面包中的同步信 息，从而恢复同步，避免了信息丢失。此外，采用固定长度分组格式的t s 码流 在多路数据复接方面具有灵活性和优点。 m p e g 一2 标准中规定t s 分组由4 个字节的链接头，可变的自适应字段以 及有效的数据负荷组成。同步字节( s y n c 是固定为 的8位字段。图_byte)0 x47 2 4 是t s 分组的语法结构图。 一1 8 8 字节+ 传输流 包头负荷包头负荷包头负荷 同步传送错有效负载数据传输优 p i d 传输加目遁肚子连续计自适应 i 字节误控制单元起始指示先级扰控制 段控制数器字段 81 l 一一1 一一一一1 3 一一一呈一一一一一2 一一 4 自适应字不连续随机存基本流优 5 个附加填充 段长度指示符取指示先级指示标志字段字段 8 l 一一一一j 一一一一一1 - 一一一i 、 一一一一一一一一一一一一 、 切换倒传送专用专用扩展自适 3 个扩展自 p e r0 p c r 计数数据长度数据应段长度标志 适应段 4 24 2888 图2 4 t s 分组语法结构图 2 2 2m p e g 一2 传输层复接，解复接 由于一路数字电视节目码流速率是与节目内容密切相关的，例如体育节目的 码流速率要远高于采用同样编码器的新闻节目码流速率，因此在数字视频节目传 输和交换时，都将多路节目复接在一起传输，根据节目内容动态分配其传输带宽， 可以大大节省实际所需的传输频带。m p e g 一2 标准中采用了t d m 复接方式和 双层多路复接结构，如图2 5 所示： 上海大学硕 ：论文 数字视频广播i i 星接收机( d v b s ) 的研制 图2 5 t s 双层多路复接 第一层为节目复接( p r o g r a m m u l t i p l e x ) ，将具有公共时钟基准的基本码流( 也 就是同一个节目的视频、音频和辅助数据t s 流) 复接成一组。而第二层为传输 复接( t r a n s p o r tm u l t i p l e x ) ，将多个节目传输码流复接成一组，各个节目码流之 间的时钟是独立的。 节目复接时为了识别每个基本码流的属性，除了每个基本码流的分组头部有 一个p i d 以外，在复接的时候还加了节目映射表( p r o g r a m m a p t a b l e ，p m t ) 。 p m t 表中包含组成本节目传送码流中各个基本码流的p i d 信息、数据的性质、 码流彼此之间的关系。p m t 的p i d 是p i d ( n + 1 ) 。 m 个节目传送码流在进行传送复接时，必须同时传输节目组合表( p r o g r a m a s s o c i a t et a b l e ，r 盯) 。b 钉表中包含用于节目复接时的p m t 的p i d 。p a t 的p i d 号必须为0 x 0 0 0 0 。 在接收端对系统层t s 流解码时，首先找出p i d = 0 的p a t 表，然后从p a t 表中找出携带特定节目的p m t 的p i d 值，根据p m t 的p i d 值找出描述该节目 码流的p m t 表，从p m t 表中找出视、音频和辅助数据的p i d 值，解复接器根 据这些p i d 值就可以从t s 码流里解复接出特定节目的基本码流，送到相应解码 器解码。 2 3d v b 业务信息标准( d v b s i ) 1 2 1 j t s 分组里的有效数据负荷不仅携带了数字视频节目的视、音频和辅助数据 流，还携带了d v b 业务信息，例如上节中的p a t 和p m t 。d v b 业务信息提供 了数字视频广播信道物理参数，服务和事件信息。数字视频广播机顶盒可以根据 信道物理参数和用户所选的服务或者事件来进行自动配置和自动接收。d v bs i 携带的信息又是实现e p g 的基础。在详细介绍d v b 业务信息标准( d v b s i ) 之前，先要解释一下d v b s i 标准中的术语： 发布系统( d e l i v e r ys y s t e m ) ：是指发送一个或多个复用流的传输媒质，例如 卫星转发器( t r a n s p o n d e r ) ，同轴电缆或地面天线。 j ：海大学顾十论文 数字视频广播1 1 星接收机( d v b s ) 的研制 事件( e v e n t ) ：实际上就是通常所说的节目片断，它有确切的起始和中止时 间，一连串的事件就构成了服务。例如，足球比赛的上半场和电影的第一部分。 复接流( m u l t i p l e x ) ：指一个物理频道内上的复接传输流，传送了该频道内 的所有服务。 网络( n e t w o r k ) ：一个单独的、完整的传输体系，可以传送一个或多个m p e g 一2 的复接流。 节目( p r o g r a m ) ：几个相关的事件构成节目。 表段( s e c t i o n ) ：是一种语法结构，用于将所有的s i 信息映射到t s 分组罩。 服务( s e r v i c e ) ：要播放的一串节目序列，一个服务是在一个系统传输流中 传送的。 予表( s u b t a b l e ) ：是具有相同的表标识( t a b l e i d ) 和扩展表标识的表段集 合。 表( t a b l e ) ：所有的s i 信息都以表的形式从中心系统广播下来，是具有相同 表标识的表段的集合体。 s i 数据在插入到t s 分组之前，会分成若干个表段。因此，表段是d v b s i 的基本单位。表段的语法结构定义在i s o1 3 8 1 8 1 中的专用表段( p r i v a t es e c t i o n ) 中。 2 3 1d v b s i 表结构 d v b 业务信息中的表类型可以分成两部分：m p e g 一2 节日特定信息表 ( p r o g r a ms p e c i f i c t a b l e ，p s i ) 和d v b 业务信息表( s e r v i c e i n f o r m a t i o n t a b l e ，s i ) 。 数字视频广播机顶盒根据p s i 表对当前复接流的解复接和解码操作进行自动配 置，该类型表包括p a t , p m t ，条件接入表( c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e ，c a t ) 和网 络信息表( n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e ，n i t ) ；s i 表提供给用户当前或其他复用流、 网络的服务和事件信息表，数字视频广播机顶盒可以利用s i 表实现多种功能， s i 表包括信束关联表( b o u q u e ta s s o c i a t i o nt a b l e ，b a t ) ，服务描述表( s e r v i c e d e s c r i p t i o nt a b l e ，s d t ) ，事件信息表( e v e n ti n f o r m a t i o nt a b l e ，e i t ) ，运行状态 表( r u n n i n gs t a t u s t a b l e ，r s t ) ，时间日期表( t i m ed a t e t a b l e ，t d t ) 和填充表( s t u f f i n g t a b l e ，s t ) 。d v b s i 标准中的表结构见图2 6 。 二海大学颂_ ：论文数字视频广播卫星接收机( d v b s ) 的研制 图2 6 d v b s i 表结构 2 3 2 节目特定信息( p s i ) p a t 表提供了节目号和p m t 表的p i d 值的对应关系，p a t 表必须在实际传 输流中传输。用所实现的数字视频广播卫星接收机解复接下来的a s i a s a t 3 s 卫星 频点4 0 0 0 m h z 的 海大学