第12章电视原理与接收技术ppt课件.ppt

国防工业出版社 赵坚勇编著 电视原理与接收技术 数字电视接收机 第12章 内容提要 本章介绍数字电视接收机单片解决方案 主要包括常用接口 中间件 STi5518系列单片解决方案和交互电视 跳至目录 知识要点 数字电视接收机常用接口电路 数字电视接收机软件系统 中间件 中间件标准MHP STi5518主要功能 其他单片解决方案 交互电视 教学建议 要求熟悉DiSEqC IEEEl394 IEEEl284 CI和JTAG等常用接口了解数字电视接收机软件系统 掌握中间件概念 了解中间件标准MHP 熟悉STi5518各个功能模块和性能 了解STi5518系列芯片 了解STi5518接收方案 了解STi5518的开发平台和软件工具包 了解其他公司的单片解决方案 了解国产单片解决方案 熟悉电话视频点播 存储释放终端交互 因特网电视点播和双模电视 建议学时数为6学时 12 1常用接口 12 2中间件 12 3STi5518系列 12 4其他单片解决方案 12 5交互电视 12 1常用接口数字电视接收机除了数字调谐器主要就是解复用和信源解码加上各种电路接口 这些电路的方框图如图12 1所示 12 1 1DiSEqC接口 12 1 2IEEE1394接口 12 1 3IEEEl284接口 12 1 4CI接口 12 1 5JTAG接口 12 1 1DiSEqC接口DiSEqC DigitalSatelliteEquipmentContro1 数字卫星设备控制 总线是数字卫星接收机和卫星外围设备之间通过同轴电缆进行通讯的总线 DiSEqC被集成在卫星接收系统中代替传统的模拟开关和控制配线 实现多路卫星信号之间切换 DiSEqC的主要优点是标准化 低功耗 低成本 可靠性高 消除了因开关问题造成的系统部件不兼容 通过双向通讯容易实现接收机安装 DiSEqC信号是以不连续数字信号形式调制在22kHz及高频头电源上的 是数字接收机所独有的 在22kHz方法的基础上扩展 最小化数字卫星接收机的变化 DiSEqC规定只有一个主设备 从设备可以是一个或多个 通讯开始于数字卫星接收机 避免了接收机软件在处理其它任务时继续监视总线 DiSEqC功能也可以用简易单片机实现 用软件实现控制 解码 编码等功能 1 信号编码格式DiSEqC标准规定了DiSEqC信号的编码格式 总线控制命令分为主设备 master 发送信号和从设备 slave 回复信号两种 主设备发出的命令包括FRAMING ADDRESS和COMMAND三个字节 有些命令后面还需要跟随一些参数DATA 每个字节后有奇校验位P 如图12 2 a 所示 帧头信号FRAMING包括信号的来源 类型 错误指示等信息 ADDRESS指示与主设备进行通信的从设备地址 COMMAND是DiSEqC标准中应用的命令语句 DATA只在需要参数的命令后使用 在DiSEqC2 0以上的标准中 从设备是有应答信号的 基本格式是FRAMING DATA 如图12 2 b 所示 DiSEqC的数据是调制在频率为22kHz 4 4kHz 峰峰值为650mV 250mV的载波上的 1 0ms的载波 22个载波周期 加上0 5ms的无载波信号表示数据 0 如图12 2 c 所示 0 5ms的载波 11个载波周期 加上1 0ms的无载波信号表示数据 1 如图12 2 d 所示 由于DiSEqC向后兼容13V 18V和22kHz开关 所以还包含了简单的Toneburst开关信号 不经过调制的UnmodulatedToneburst信号表示选择卫星A 该信号如图12 2 e 所示 是12 5ms的22kHz信号 经过调制的ModulatedToneburst信号表示选择卫星B 该信号如图12 2 f 所示 是在12 5ms内发送断和续的比例为2 1的22kHz信号 在波形上与0 xFF的DiSEqC的命令信号是一致的 同时在总线上传输的电平信号13V代表水平极化 18V代表垂直极化 2 可驱动的开关DiSEqC信号常用来控制22K开关和DisEqc中频开关 22K开关相当于一个单刀双掷开关 它有两个输入端 标记为A和B 一个输出端 当输出端接收到卫星接收机发出的UnmodulatedToneburst信号 便触发内部继电器切换 使A输入端与输出端连通 反之接收到ModulatedToneburst信号 B输入端与输出端连通 DisEqc中频开关中有四个电子开关 输入分别标注为A B C D 另有一个公共输出端 由一块内部CPU控制 这两种开关都通过同轴电缆传递控制信号 无需给开关单独走线 分别由卫星接收机设置菜单中的DisEqc及22K选择控制切换 12 1 2IEEE1394接口IEEEl394又称火线 firewire i link和Lynx 是一种高速串行总线标准 支持不经集线器的点对点连接 最多允许63个相同速度的设备连接到同一总线上 因为支持点对点连接 相当于局域网络拓扑结构中的 对等网 IEEEl394 1995定义了1394的总线结构 数据传输协议和传输媒介 是目前所有1394设备遵循的标准 IEEEl394a又称为IEEEl394 2000 是IEEEl394 1995的附加规范 对原规范中含糊的地方作出了详尽的解释 增强了产品的兼容性 同时规定了增强性能的措施 并对电源管理特性作了较大的改进 是目前业界最受欢迎的标准 IEEEPl394b是由Intel主持制定的最新附加规范 在保持向下兼容的同时极大地提高了传输速率 增加了传输距离 并支持包括光纤在内的多种传输媒介 OHCI规范 OpenHostControllerInterface 开放式主机控制器接口 是在1394基础规范之上制定的 定义了1394总线接入主机的方式 是向所有支持1394厂商提供的开放式标准 该规范定义1394接口由物理层 链路层 交易层和总线管理层4部分构成 物理层提供设备和线缆之间的物理连接 直接控制数据的收发 链路层提供同步和异步模式下的数据包接收确认 定址 数据校验和分帧 交易层处理异步数据包 总线管理层提供全部总线控制功能 包括优化定时 分配同步通道和处理错误信息 物理层和链路层由硬件实现 交易层和总线管理层由软件实现 1 IEEE1394标准的特点 高速率IEEEl394标准的电路一律支持400Mb s数据传输速度 为了适应新的需求 正在开发800Mb s和1Gb s的LSI电路 IEEEl394标准采用先进的内存映射 Memory Maps 架构 所有1394总线上的资源都可映射到某段内存地址 设备资源被看作寄存器和内存单元 设备通过对该段内存地址的访问来完成对数据的存取 所以具有高速传输速率 实时性IEEEl394标准支持异步传送和等时传送两种模式 等时传送适用于要求传输速率恒定但对错误不敏感的场合 1394总线以125us的周期传送数据 等时事务一旦完成申请 即在每个周期中占据相同的带宽直至结束 每个周期中所有等时事务占据的带宽不超过80 其余不小于20 由异步事务分享 在每个通道中数据包的大小是有限制的 在400Mb s的传输速率下 每个等时数据包不得超过4KB 异步数据包不得超过2KB 在实时的音视频播放传输中 数据的生命期很短 数据流的连续性远比准确性重要 强调恒定带宽而不要求传输确认 等时传送方式有利于音视频流的传输 灵活的拓扑结构 IEEE1394标准允许节点菊花链 NodeDaisyChain 和节点分枝 实现混合连接 同时通过协议时序优化 ProtocolTimingOptimization 还可实现更高效率的网络结构 尽管IEEEl394标准接口规范允许菊花链 但若以一线串珠方式连接 最多只能连接16台设备 只有采取混合连接才能实现额定的63台设备连接 支持即插即用 IEEEl394标准接口的通信协议已明确规定 当网络上附加结构和撤消节点时 能够自动地实现网络重构和自动分配ID 传输距离长IEEEl394标准允许两节点间的最大距离为4 5m 超过时必须采用新产品POF PolymerOpticalFiber IEEEl394b标准可以实现100m范围内的设备互连 2 专用插头座IEEE1394标准设备都使用标准六针插座 如图12 3 a 所示 在线缆两端有完全相同的插头如图12 3 b 所示 Vp为8 40V电源 VG是地 TPA TPB为双绞线 传闻差分信号 线缆剖面如图12 3 c 所示 插座尺寸为11 3 6 2 插槽由外壳和接触圆片组成 当插头被插入时 插头体接入插座外壳而在插头体内的接触圆片伏在插槽的接触圆片上 插槽的电源和地线接触针较长 当插头插入插槽时 确保电源针比数据针先接触 当拔出插头时 数据针比电源针先断开 电源针和数据针的最小间隔是0 8mm 电池驱动设备和手持设备可选用四针连接器 插座 插头和线缆剖面如图12 4 a b c 所示 12 1 3IEEEl284接口为了适应高速外部设备与主机通信要求 1994年3月公布了IEEEl284标准 即个人计算机双向并行外设接口的标准信号法 StandardSignalingMethodforaBi diractionalParallelPeripheralInterfaceforPersonalComputer 1 五种工作方式 兼容方式兼容方式 CompatibilityMode 也就是与传统的Centronics方式或SPP StandardParallelPort 方式兼容 主机向外设单方向传送数据 每输出一个字节 主机软件产生数据选通信号 数据传送率很低 一般为100kB 150kB s 半字节方式半字节方式 NibbleMode 是双向通信方式 标准并行口有五根状态线 分别是Ack 应答 Buzy 忙 PaperOut 缺纸 Select 联机 Error 出错 外设向主机传送数据使用其中4根线作数据传输 1根线作联络信号 每个数据字节分为前半字节和后半字节传送 故称为半字节方式或4位方式 这样可以实现主机与外设的双向数据传输 但反向数据传送率只有50kB s 字节方式字节方式 ByteMode 是PS 2计算机使用的方式 用8位双向数据线取代4位状态线传输数据 该方式可用EPP ECP方式实现 因此不再详细介绍 EPP方式EPP EnhancedParallelPort 方式是一种双向并口通信方式 应用于传输速率较高的外设 用硬件产生联络信号 主机输出或输入数据只要执行一条指令 传输速率达到每秒500kB 2MB s EPP占用8个瑞口地址 前3个瑞口与SPP方式的数据 状态 控制瑞口兼容 Base 3和Base 4为EPP的地址和数据端口 读写这些端口只要执行一条I O指令 因此处理速度可以达到或接近ISA总线I 0的性能 Base 5 Base 7端口用来支持16位或32位传输 执行32位传输时 ISA控制器自动连续产生4个8位I O周期 分别将4个字节依次送入Base 4 Base 7瑞口或从端口读出 这项操作对软件完全透明 ECP方式ECP ExtendedCapabilityPort 方式具有与EPP方式相同的双向数据传输和硬件联络特性 支持DMA方式 用FIFO缓冲区发送与接收数据 采用游程编码实时压缩数据 为了实现高速数据传输 ECP对SPP引脚信号重新做了定义 两个方向传输数据只有数据周期和命令周期 分别由主机的HostACK和外设的PeriphACK信号的高低电平表示 高电平代表数据周期 低电平代表命令周期 数据周期传送数据 命令周期传送数据压缩和选择通道地址的有关命令 主机根据外设的具体情况将IEEEl284接口设定为某一种模式 IEEE1284标准定义了接口上一整套事件的时序 旧式的外设不响应这套时序 主机会将接口保持在兼容模式状态 IEEE1284接口外设则响应这套时序 主机可以将接口设定为主机和外设支持的模式 2 专用插头座1284标准规定全部信号都采用信号和回路地的绞线结构 在每个信号和它的回路地间有62 6 带宽为4MHz 16MHz时 的特征不平衡电阻 线间串扰不大于10 等 并定义了三种连接器 1284 A型连接器 24脚DB25 1284 B型连接器 36脚Centronics连接器 1284 C型 36脚Mini Centronics袖珍连接器 原来的并行口 主机端使用1284 A型连接器 外设使用1284 B型连接器 1284 C型连接器是推荐使用的新设计产品 这种连接器既可以用于主机端 亦可用于外设 外观小巧 有一对锁紧电缆的挂钩 使用这种连接器的电缆还提供了两个 外设逻辑高 和 主机逻辑高 信号 用来确定连接在电缆另一端的设备是否开机 连接线有下列几种方式 AMAF AmaletoAfemale A型凸插头和A型凹插头 AMAM AmaletoAmale 两个A型凸插头 AB A型凸插头和B型插头 StandardPrinterCable 标准打印机电缆 AC AmaletoC A型凸插头和C型插头 BC Centronicstomini connector B型插头和C型插头 和CC minitomini C型插头和C型插头 12 1 4CI接口1 条件接收系统条件接收是一种技术手段 它只容许被授权的用户才能收看规定的一些电视节目 未经授权的用户不能收看这些电视节目 条件接收系统由加扰器 解扰器 加密器 控制字产生器 用户授权系统 用户管理系统和接收机中的条件接收子系统等部分组成 如图12 5所示 在信号的发送端由控制字发生器产生控制字 CW ControlWord 将它提供给伪随机二进序列发生器PRBSG产生的一个伪随机二进序列送给加扰器 加扰器对MPEG 2传送比特流进行加扰运算 加扰器的输出结果即为经过扰乱了以后的MPEG 2传送比特流 控制字就是加扰器进行加扰所用的密钥 控制字的典型字长为60bit 每隔2 10s改变一次 控制字加密器接收到来自控制字发生器的控制字后 根据用户授权系统提供的业务密钥 SK ServiceKey 对控制字进行加密运算 输出为经过加密以后的控制字 被称为授权控制信息 ECM EntitlementControlMessage 业务密钥在送给控制字加密器的同时也被提供给了业务密钥加密器 业务密钥加密器根据用户授权系统提供的管理密钥MK或称为个人分配密钥 PDK PersonalDistributionKey 对授权控制系统送来的业务密钥SK进行加密 输出加密后的业务密钥 这被称为授权管理信息 EMM EntitlementManagementMessage 经过这样一个过程产生的ECM和EMM信息均被送至MPEG 2复用器 与被送至复用器的加扰后的图像 声音和数据信号比特流一起打包成MEPG 2传送比特流而输出 在发送端还有用户管理系统SMS SubscriberManagementSystem 和节目信息管理系统 图12 5中未画出 用户管理系统主要实现数字电视广播条件接收用户的管理 包括对用户信息 用户设备信息 用户预订信息 用户授权信息 财务信息等进行记录 处理 维护和管理 根据用户订购节目和收看节目的情况 一方面向授权控制系统发出指令 决定哪些用户可以被授权看相应的节目或接受相应的服务 一方面它还可以向用户发送帐单 节目信息管理系统为即将播出的节目建立节目表 节目表包括频道 日期和时间安排 也包括要播出的各个节日的CA信息 节目管理信息被SI发生器用来生成SI PSI信息 被播控系统用来控制节目的播出 被CA系统用来作加扰调度和产生ECM 同时送入SMS系统 在信号接收端 在最开始的瞬间 经过解调后的加扰比特流送至解复用器 由于ECM和EMM信号被放置于MPEG 2传送比特流的固定位置 因此 解复用器便很容易地解出ECM和EMM信号 从解复用器出来的ECM和EMM信号 被分别送至条件接收子系统中的控制字解密器与业务密钥解密器 控制字解密和业务密钥解密的工作常由CPU执行特殊算法来完成 恢复出控制字CW 并将它送至解扰器 恢复控制字的过程十分地短暂 一旦在接收端恢复出正确控制字以后 解扰器便能正常解扰 将加扰比特流恢复成正常比特流 可以看出整个条件接收系统的安全性得到了三层保护 第一层保护是用控制字CW对复用器输出的图像 声音和数据信号TS流进行加扰 使其在接收端不经过解扰就不能正常收看 收听 第二层保护是用业务密钥SK对控制字加密 这样即使控制字在传送给用户的过程中被盗 偷盗者也无法对加密后的控制字进行解密 第三层保护是用PDK对业务密钥的加密 非授权用户即使在得到业务密钥 也不能轻易解密 解不出业务密钥就解不出正确的控制字 没有正确的控制字就无法解出并获得正常信号的TS流 为了能提供不同级别 不同类型的各种服务 一套CA系统往往为每个用户分配好几个PDK 来满足丰富的业务需求 在已实际运营的多套CA系统 主要在欧美 中使用的加密授权方式有很多种 如人工授权 磁卡授权 IC卡授权 智能卡授权 用IC构成有分析判断能力的卡 中心集中寻址授权 由控制中心直接寻址授权 不用插卡授权 智能卡和中心授权共用的授权方式等 当前 机顶盒的主流授权方式是智能卡授权 我国广电总局确定智能卡为我国入网设备的标准配件 2 同密和多密同密 Simulcrypt 是指通过同一种加扰算法和加扰控制信息 使多个条件接收系统一同工作的技术或方式 其核心是不同厂家采用同一种加扰方式 用同一种加扰算法来加扰电视节目 但对各自的密钥数据采用各自的加密算法 多密 Multicrypt 技术是指接收机中对多个不同的条件接收系统的节目进行接收的技术或方式 多密方案的基本思想是将解扰 解密等条件接收功能集中于一个具有公共接口的插入式CA模块 CAM 中 而接收机中只具有接收未加扰的MPEG 2视频 音频 数据的功能 DVB在综合解码接收机 IRD 和条件接收系统之间定义了一个公共接口CI CommonInterface 如图12 6所示 通过定义和使用公共接口 条件接收系统的生产商能够将公共解扰器及专利解密器集成在一块可拆卸的模块上 并可装入DVB接收机上的插槽中 这样做的好处是可以将DVB接收机的生产和销售与条件接收系统的生产和销售分离 从而使得数字电视经营者能够根据需要选择不同的接收机生产厂商和条件接收系统生产厂商 公共接口的物理格式采用了笔记本电脑的PCMCIA PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation个人计算机存储器卡国际协会 标准 在DVB接收机和条件接收卡之间有一个68线的接口 特殊的插槽设计使条件接收卡在插入时最先供电 拔出时最后断电 从而可以带电插拔 该公共接口标准还规定了条件接收模块的形式参数和性能 公共接口在一个物理接口中包括两个逻辑接口 第一个是MPEG传送数据流接口 它将解调以后的MPEG 2比特流送入条件接收模块 条件接收模块根据授权控制系统的授权 对加扰的MPEG 2比特流进行解扰 然后将处理后的MPEG 2比特流送回DVB接收机 第二个是命令接口 在DVB接收机和条件接收卡之间传递控制信息 它可以使条件接收模块能够与DVB接收机中的调制解调器 显示器件等进行通信 而并不要求DVB接收机必须理解其细节 多密技术要求接收机采用CI接口 实现同一接收机可以接收不同CA系统加密节目 从用户角度来讲 不会因购买一家CA接收机而受到限制 用户还有选择其他CA服务的可能性 当CA系统需要更新时 只需更换CA模块 不需要更换接收机 图12 7是多密方式的条件接收系统示意图 在发送端 节目提供商提供的第1套节目由条件接收系统1加扰 经调制后传输 节目提供商提供的第2套节目由条件接收系统2加扰 经调制后传输 在接收端 用户只要在其接收机的公用接口上分别插上条件接收系统1和2的子系统模块 就可以用这个接收机接收到第1套和第2套节目 若在接收机上只装有条件接收系统1的子系统 则该接收机只能正确接收第1套节目 即使是在发送端授权该接收机能接收第2套节目 但由于没有安装条件接收系统2的子系统 则还是不能接收到第2套节目 当发送端有多个节目提供商提供多套节目时 可以类推 无论是同密方式还是多密方式 一台数字电视接收机或机顶盒就可以接收到信道传送的各个被授权接收的节目 同密方式只要一个条件接收子模块便可接收多个授权节目 这些节目采用同一种加扰算法 多密方式要具有多个条件接收子模块才可接收多个不同的授权节目 这些节目采用不同的加扰算法 3 DTV CI规范2006年3月31日 信息产业部组织制定的SJ T11336 2006 数字电视接收机条件接收接口规范第1 1部分 DTV CI技术规范 和SJ T11337 2006 数字电视接收机条件接收接口规范第1 2部分 DTV CI测试规范 发布 标准1 1采用的DTV CI接口包括两个部分 传送流接口和命令接口 两个接口都采用层次化结构 使得整体接口设计 实现更加容易 层次化结构中 高层实现相同 但是低层实现可以不同 传送流口接实现传送流的双向传输功能 模块处理接收机选定的业务 返回解扰过的传送包 其他未选定的包不变 如果模块不具备解扰选定业务的能力 则将传送流直接返回 传送流接口层次由低到高依次是PC卡物理层 PC卡链路层 传送层和高层次 传送层和高层次在GB T17975 2000中定义 命令接口负责模块和接收机之间的通信 功能包括 支持同一个接收机处理多模块的能力 支持接收机和模块之间会话 支持对象扩展 命令接口层次由低到高依次是PC卡物理层 PC卡链路层 PC卡传送子层 通用传送子层 会话层 可选扩展层 用户接口 CA 系统层 资源层 应用层 PC卡传送子层的具体实现特性取决于编码方式 消息交换协议 通用传送子层定义了与传送层连接的标识 初始和终止 会话层 资源层 应用层对所有物理实现是相同的 应用层要求设计和应用语义无关 通信以资源为基础进行 标准1 2规定了对DTV CI卡的接口 电压 电流 初始化 命令接口的多层协议 CA资源 日期 时间资源 MMI资源 热插拔信号和TS流等具体条目的测试和评定 规定了对符合DTV CI规范的接收机的主机接口 电源 初始化 命令接口的多层协议 CA资源 日期 时间资源 MMI资源 热插拔信号 TS流和交互测试等条目的测试和评定 测试的最终目标为 1 通过测试的接收机能够和任意一个通过测试的DTV CI卡互连互通 2 通过测试的DTV CI卡能够和任意一个通过测试的接收机互连互通 3 不能通过测试的接收机 由测试过程可以发现本身的CI协议栈问题所在 4 不能通过测试的DTV CI卡 由测试过程可以知道自己内部的程序实现同标准要求存在那些差距 5 测试可以作为评价接收机和DTV CI卡标准符合性的基准 4 UTI机卡分离接口清华大学联合体在提出的UTI UniversaltransportInterface 机卡分离接口协议在物理层采用当时最高性能并免知识产权费的USB2 0接口 分层结构由低到高依次是物理层 数据链路层 传送层 会话层 应用层 在其上面四层协议中规定了实现EPG 下载器 数据广播 调谐器和数字内容版权保护等多种应用的信令和数据传送结构 成功开发了TSoverUSB核心技术 在USB2 0接口上通过硬件第一个实现了串行高速实时双向传输 突破了USB接口的应用领域 为了节省CPU对接口控制的操作 开发生产了国际上第一块低成本TSoverUSB的专用芯片 通过硬件实现音视频流的传输协议转换和控制 UTI协议采用通用USB接口协议 支持目前市场上现有USB应用 具有很强的功能扩展空间 12 1 5JTAG接口JTAG JointTestActionGroup联合测试工作组 是欧洲电子公司组织 提出的边界扫描测试 BoundaryScanTesting BST 采纳为IEEE1149 是一种PCB和IC互连测试技术 电路规模不大时 采用可以微动的探针输入专用测试设备来完成电路测试 随着电路的规模越来越大 测试变得越来越困难 测试的费用越来越高 由于多层电路板和BGA BallGridArray 球栅阵列 封装的广泛应用 传统的在线测试 incircuittest 和单纯依靠专用测试设备的做法变得越来越不可行 必须在进行芯片设计时就考虑电路的测试问题 即可测试性设计 DesignForTest DFT 目前DFT成为系统级芯片 SystemonChip SoC 设计中必不可少的技术 边界扫描是在芯片的每一个输入输出引脚上设置一个或几个单元 它们串行相连形成一个扫描通路 从而构成一条扫描链 根据扫描测试规律 对芯片输入 输出引脚上的信号进行控制或采样测试 由于这条扫描链分布在芯片的边界 故称为边界扫描测试 BST电路中扫描机制主要由测试存取通道 TestAccessPort TAP 及控制器 指令寄存器IR 旁路寄存器BR和边界数据寄存器组DR组成 测试存取通道TAP控制器 是一个16状态的状态机 可产生时钟信号和各种控制信号 比如测试 移位 捕获和更新等信号 指令测试数据移入相应的寄存器 并控制边界扫描测试的各种工作状态 它包含4个引脚 测试数据输入端 TDI 测试数据输出端 TDO 测试时钟输入端 TCK 测试模式选择引脚 TMS 有的还加了一个异步测试复位引脚 TRST 扫描机制中指令寄存器 IR 由串行移位器和并行锁存器组成 其位数由所选指令数决定 一位旁路寄存器可以旁路其他移位寄存器 而获得TDI到TDO的最短扫描路径 边界数据寄存器组DR用于存放测试数据和测试结果 它由串行移位器和并行锁存器组成 接收机主芯片常用接口除了上面介绍的5种接口 还有显示器接口LVDS LowVoltageDifferentialSignaling 低摆幅差分信号 DVI DigitalVideoInterface 数字视频接口 HDMI HighDefinitionMultimediaInterface 高分辨率多媒体接口 详见7 2节 12 2中间件数字电视接收机软件系统分为驱动及系统资源 中间件和应用程序三部分如图12 8所示 1 驱动和系统资源驱动程序主要包括信道参数设定 前端调谐器 解调芯片的驱动 若有回传信道还应包括回传信道驱动 MPEG解复用接口的设置及监视 若解复用是软件实现则包括软件解复用部分 SI信息的过滤 电子节目表的过滤与显示 MPEG解码控制寄存器的设置及监视 OSD显示功能的实现 板上数据库的写入及更新 条件接收和智能卡控制 音视频流控制 Modem管理 flash存储管理和其它接口驱动功能 ti5500系列提供的STAPI软件包 MB86H21提供的FAPI FujitsuDriverApplicationProgrammingInterface 软件包都包含驱动程序Drivers和应用编程接口API 驱动程序之上是实时操作系统 RTOS RealTimeOperationSystem 主要作用是控制各种资源 包括各种硬件的控制 系统资源的分配等 此部分往往已经提供了简单的API 用于用户编程来实现系统控制和简单的用户界面 Sti5500系列使用的操作系统为OS20或称STLite LSI公司的SC2000系列使用的是pSOS操作系统 2 应用程序应用程序建立在中间件系统标准界面之上 用来提供各种各样的交互功能 如电子节目指南 游戏 网上购物 电子银行等 3 中间件数字电视中间件 Middleware 是数字电视接收机软件系统中位于接收设备驱动层软件之上 隔离交互应用与系统资源的一层软件 有了中间件 应用程序可独立于接收机硬件平台 不同硬件组成的数字电视接收机能在同一电视系统中使用 不同的软件公司可以基于同一编程接口来开发应用程序 并运行在不同的接收机中 因此中间件技术可以降低接收机和应用软件的成本 增强数字电视市场推广力度和普及率 核心模块由一系列子模块组成 包括内存管理 线程调控 事件管理 安全性控制 数据下载管理及网络协议管理 TCP IP PPP HTTP等 Java虚拟机符合J2ME标准 用来解译执行Java应用程序 并提供Java程序调试 查错 debug 等功能 网页浏览器支持HTML HyperTextMarkupLanguage 超文本标记语言 3 2 4 0 XHTML DOM CSS等 显示HTML网页 提供上网功能 图像与多媒体子模块通过与下层平台的系统移植接口 提供高级的函数用于绘图 多视窗管理和音 视频控制等 SI引擎子模块 用于管理服务信息 SI 数据库 它负责缓存EPG信息 提取网络信息表 NIT 节目映射表 PMT 等常用SI表格数据 并且具有监测功能 它可提供频道搜寻时已储存的数据 如频道名称等 应用程序管理器完成获取应用列表 定位并下载应用 控制应用生命周期 以及管理应用的资源和安全访问权限等功能 是协调各种交互式应用程序的管理模块 应用编程接口包含多个Java程序包 用于开发交互式应用软件 它包括一些J2ME程序包和一系列用于数字电视的专用程序包 如图形显示 多媒体控制 SI数据装载和存取 回路控制及系统资源管理等 包括控制web浏览器和运行JavaApplet的程序包 还包括提供系统属性信息 SI数据库的信息 Message传递等一些功能包 12 2 1中间件标准MHP欧洲数字电视商业运营的迅速发展使人们认识到必须制定一个共同标准 在DVB的倡导和资助下 欧洲于1998年成立中间件标准工作组致力于数字电视通用家庭平台的研究 这就是后来的MHP MultimediaHomePlatform多媒体家庭平台 标准 MHP定义了交互数字应用与其所运行的终端之间的通用接口 这一接口解除了应用提供商与特定的MHP终端实现间的耦合关系 这样 数字内容提供商可以使用包括低端接收机 高端接收机 集成数字电视机和多媒体电脑等各种终端 实现了内容只需创作一次可以在 任何 地方运行 1 MHP参考模型MHP参考模型分为资源 系统软件与API 应用三层 资源包括硬件资源和软件资源 如机顶盒 MPEG解码 输入输出设备 CPU 内存 图形显示等 操作系统和驱动程序等 系统软件和API包括MHP中间件API 应用管理器 Navigator 传输协议和虚拟机等部分 应用是相互作用共同运行于同一环境下的Java类的集合 2 MHP的层次 Profiles MHP不可能支持所有的应用领域 随着时间的推移MHP标准中将不断增加新的功能和要求 所以MHP标准采用了层次结构 根据应用的类型 MHP被划分为增强广播 Enhancedbroadcasting 交互广播 Intereactivebroadcasting 和因特网访问 Internetaccess 3个主要的层次 增强广播层适用于单向广播网络 在本机内完成交互的接收机和应用 交互广播层适用于有回传信道的双向网络提供交互服务的接收机和应用 因特网访问层适用于有访问因特网内容和服务的接收机和应用 图12 9是MHP层次关系示意图 3 MHP主要组成部分MHP规定了实现交互电视的软件平台的技术集 其基本构成元素有传输协议 内容格式 应用程序管理 DVB J平台和安全等 图12 10是MHP主要组成部分示意图 传输协议 TransportProtocols 传输协议规定了广播和交互所必须遵从的各种协议 广播协议主要是涉及数据广播的DSM CC DigitalStorageMediaCommandandControl 数字存储媒体命令和控制扩展协议 MPEG 2第六部分 DataCarousel 数据轮播 和DSM CCObjectCarousel 对象轮播 协议 而交互协议主要是采用IP协议 内容格式 ContentFormats 内容格式的支持是保证互操作性的重要方面 MHP的规定了静态格式 JPEG MPEG 2的I帧 PNG GIF 流格式 MPEG 2视频 MPEG 1 2音频 字幕 字体 驻留字体 可下载字体 以及HTML格式的支持 广播MHP应用模型广播MHP应用模型包括基本生命周期控制 启动应用 对于多个同时运行的应用的支持 停止应用 穿过业务边界的应用的持续 自动启动管理等 DVB J模型DVB J模型包括开始DVB J应用 停止DVB J应用 DVB J应用生命周期等 DVB J平台DVB MHP使用虚拟机 Virtualmachine 的概念 它对于不同的硬件和软件实现提供了一种通用的接口 虚拟机是基于Sun微系统公司的Java规范的 因此基于虚拟机的DVB平台就称为DVB J平台 图12 11是DVB J平台的结构框图 系统软件包括了所有需要具体实现的部分 包括实时操作系统 驱动程序和固化软件 应用管理者也是具体实现的 控制MHP的操作与配置 应用管理者包括一个浏览器 Navigator 它可以确保与所有业务的链接 在整个平台上 DVB JAPI是非常重要的 它将底层的有关DVB的硬件 协议的实现与上层应用分离开来 向应用呈现标准 统一的接口 DVB JAPI可以归纳为以下几类 由SUN定义的JavaAPI 包括基本的JavaAPI lang util beans 显示API awt JMF 业务选择API JavaTV 由HAVI定义的API 包括显示图形用户接口GUIAPI 由DAVIC定义的API 包括CAAPI 通用架构 Commoninfrastructure API 调谐API 由DVB定义的API 包括JavaAPI的拓展 数据存取API 业务信息和选择API IO设备API 安全API 其他API 提供一套附加工具 由于己经存在带有不同API的DVB系统在运行 对于这样一类现有系统的支持以确保将来能移植到统一的DVB MHPAPI上也是很重要的 于是DVB J平台提供了对于插件 plug in 的支持以完成继承 legacy API 插件可以在DVB J平台上实现 如图12 11中Plug inA所示 这样一个互操作的插件可以使用在所有DVB J平台上 另外一种方式是直接在系统软件上实现 如图12 11中继承应用B所示 这需要一个特定平台的插件 安全 Security MHP定义了保证安全数据访问和应用程序安全性的方法 MHP将使用数字签名来保证应用程序的安全 同时在返回通道上 MHP也采用安全的加密传输方式 在非标准化交互电视市场模式下 用户为了收看来自不同广播商提供的节目 必须同时拥有多个数字电视机顶盒 而在MHP开放式的交互电视市场模式下 用户只要有一个支持MHP标准的机顶盒 就可以接收来自不同广播商的MHP交互电视节目 交互应用 中间件和机顶盒可以由不同的软 硬件厂家生产 这样可以通过竞争提高产品的性能 降低产品的价格 从长远来看 MHP作为一个统一的中间件标准 最终会取代其它互不兼容的中间件产品 成为数字电视中间件的主流 由于MHP对于多种语言的支持 中文MHP接收机同样能够胜任中国数字电视广播的要求 4 国际中间件标准发展状况2001年11月美国有线电视实验室 CableLabs 决定采用欧洲MHP标准 已经将其作为开放电缆 OpenCable 数字机顶盒的标准 2002年美国两大标准组织ATSC与CableLabs达成协议 整合现有的ATSCDASE标准和CableLabsOCAP规范 ATSC同意采用OCAP的执行引擎 而CableLabs则同意采用ATSCDASE的显示引擎 ATSC和CableLab之间达成的标准兼容协议建立在GEM GloballyExecutableMHP 全球可实行MHP 规范之上 从而使MHP应用与服务可以在美国实施和部署 GEM定义了API协议及可满足所有交互电视标准和规范的内容格式 它提供了一种可以确保在DVB以外网络中部署MHP应用的手段 在没有采用DVB而无法实施MHP标准的地方 可以通过组合GEM和其他规范以生产出一种GEM接收机 来确保应用之间的互操作性 GEM标准的制定旨在为MHP应用提供真正的 书写一次 到处可用 的功能 2003年6月ITU批准了代号为 RecommendationITU TJ 202 的全球首个共同的交互电视中间件标准GEM 目前ATSC已经同意将其数字电视应用软件环境 DASE 标准建立在GEM的基础之上 日本无线电工商业协会 ARIB 也已同意把GEM整合在其以后的ITV规范中 这样 目前使用的4种开放式中间件平台 OCAP MHP ATSC的DASE及ARIB的STD B24 不久都将享用一个共同的内核GEM 该标准的制定为新的制作公司进入交互电视节目制作扫除了入门障碍 同时降低了风险并将为交互式功能的发展铺平道路 12 2 2中间件产品OpenTVCore美国OpenTV公司研制的中间件OpenTVCore是一个比较成功的中间件产品 它由集成于机项盒的中间件产品 一系列服务开发工具 一组交互电视应用组成 包括驱动程序 客户软件平台内核 解释层和库程序 如图12 12所示 OpenTVCore客户软件平台内核是一个自适应层 它可支持大量嵌入式实时操作系统 包括pSOS VxWorks NucleusPlus microTOS和OS 9 它的主要作用是屏蔽上层应用与不同的机顶盒硬件平台 这种屏蔽作用是通过给操作系统附加一个解释层来完成的 解释层负责将OpenTV描述性语言 o code 转化为CPU可理解的指令 OpenTV还开发了丰富的库程序 包括开发多媒体内容的图形构件 实现完全交互的网络通信组件 数字音视频流控制 授权和加密技术支持 0penTV提供端到端互动电视解决方案 包括中间件 应用及专业服务 以及基于标准的服务器端技术 并将这些技术本地化 以满足特定的市场需求 0penTV现已为上海文广有线电视 河南有线电视 江西有线和中广影视卫星公司等网络提供技术 0penTV解决方案充分支持中文字符 字符输入及本地机顶盒厂商 常用的国外中间件产品还有Alticast公司的AltiCaptor NDS公司的MediaHighwayCore等 常用的国内中间件产品有上海高清的媒体烽火台系统等 12 3STi5518系列目前已有很多厂家把解复用和信源解码和各种电路集成在单芯片上 常用的单芯片有法意半导体 汤姆逊公司 SGS Thomson 简称ST公司 的Sti5500 5518系列 LSILogic公司 01年并购C cube公司 的SC2000 2005系列 德国富士通公司的MB87L2250 MB86H21和Philips公司的PNX8310 其他芯片厂商ATI公司 NEC公司 科胜讯 conexant 公司 broadcom公司 ZORAN公司等也有类似的芯片 因为我国的卫星电视标准和有线电视标准是参照DVB标准制订的 采用欧洲厂商芯片相对要方便一些 采用美国和日本厂商芯片要考虑是否符合我国的标准 例如日本NEC公司的HD解复用解码芯片PD61160其他方面都符合要求 但条件接收只支持日本的加扰方法Multi2 在选用该芯片前首先要解决条件接收解扰的问题 目前国内用得最多的是Sti5518 所以本节主要介绍Sti5518 12 3 2STi5518接收方案 12 3 3开发平台和软件包 12 3 1STi5518简介 12 3 1STi5518简介ST公司的STi5518采用嵌入设计 将32位微处理器 TS流解复用器 MPEG 2音频 视频解码器 PAL NTSC模拟编码器 块运动DMA控制器 MPEGDMA控制器 诊断控制器以及串行IEEEl394接口 外部存储器接口EMI 图文信号接口 SDAV SimplifiedDigitalAudioVideo 在5518和外部单元之间高速传送记录和回放的TS包 接口等一系列接口集成在一起 图12 13是STi5518的功能模块组成方框图 主要包括下列模块 1 ST20和周边电路 CPU 芯片内部的CPU是一个ST20 C2 的32位可变长度精简指令 VL RISC 微处理器内核 它含有指令处理逻辑单元 指令和数据指示器 运算寄存器等 能高速地直接进入片内的SRAM存储器 SRAM中能存储数据和程序 利用高速缓存器减少到片外程序和数据存储器的存取时间 时钟信号频率为81MHz CPU能经通用外部存储器接口EMI ExternalMemoryInterface 进入外部DRAM和EPROM存储器 用来在5518和外围电路 Flash和附加的SDRAM和DRAM之间转移数据和程序 CPU也可经与MPEG解码器共享的SMI SharedMemoryInterface 接口进入外部125MHz16 32 64MbitSDRAM存储器 支持MPEG解码和OSD显示 存储器子系统 芯片内部含有2kBICache InstructionCache 指令高速缓存器 2kBDCache DataCache 数据高速缓存器 和4kBSRAM存储器 SRAM可任意构成DCache 支持最大200MB s数据率 可从高速存储器中很方便地调用数据 指令和数据缓存器是直接映射 缓存器支持突发存取外部存储器 突发存取增加页面方式DRAM的性能 EMI使用最少的外部逻辑来支持存储子系统 在4个8 16位宽 21或22根地址线和字节选择的通用存储块中存取32MB物理地址空间 4个存储块的定时能分别设置 每个块放置不同类型的存储器 而不需要外部硬件 串行通信 芯片中含有4个通用异步串行接口UART UniversalAsynchronousReceiverTransmitter 也叫做ASC AsynchronousSerialController异步串行控制器 能支持多种波特率和数据格式 其中2个常用于智能卡控制器 其余2个可用于与调制解调器或其它外围设备相连 可编程的参数包括选择8或9位数据传送 奇偶校验产生 停止位的数目 奇偶校验 成帧 超限错误检测能增加数据传送的可靠性 发送和接收的数据被双缓冲 或者使用深度16的FIFO 为了多处理器通信 可以选择区别地址和数据字节的结构 一个16位波特率发生器为ASC提供分开的串行时钟信号 SSC SynchronousSerialController 同步串行控制器 提供高速接口给多种串行存储器 远程控制接收器和其他微控制器 SSC支持串行外围接口总线 SerialPeripheralInterface SPI 和I2C总线 SSC能编程为其他串行总线标准的接口 SSC与并行输入输出口 PIO 共享芯片引脚 支持半双工同步通信 I2C总线通信用于控制解调和信道解码集成块等外围芯片 中断子系统 中断系统允许片上模块或外部中断引脚中断有效的进程 中断信号可以是外部中断引脚信号 内部周边电路或子系统的信号 软件认定中断 中断控制器支持8个优先中断等级 允许实时系统设计中断嵌套 TS流解复用器 利用片内硬件模块来完成TS流解复用的功能 TS流解复用器直接与解调和信道解码集成电路相连 所以也称为线路接口 TS流进行分析和解扰后 数据可转移到外部存储器的缓冲器中 再从缓冲器中用DMA方式进入MPEG解码器 数据也可直接加到MPEG音频和视频解码器 解复用器支持32路PID解复用 智能卡接口 2个智能卡接口支持与ISO7816 3兼容的智能卡 每个接口有一个UART ASC 一个专用的可编程时