毕业论文 智能数机顶盒的设计

1、 编号 毕毕业业论论文文 题 目智能数字机顶盒的设计 学生姓名 学 号 系 部电子工程学院 专 业电子信息工程 班 级 指导教师 顾问教师 二一年十月 摘摘 要要 机顶盒是用来增强或扩展电视机功能的一种信息设备，目前机顶盒的主要 功能就是，接收前端发送过来数字信号，并把数字信号转换成为模拟电视机能 够识别处理的模拟信号。本片论文主要介绍机顶盒的硬件和软件两大部分。以 db-558cp为例介绍了机顶盒的设计。 重点讨论了高清数字电视机顶盒的软件系统设计，同时也结合了基于 sti7109芯片硬件设计的一种解决方案。简单描述了数字机顶盒软件系统的启动 过程。由于嵌入式linux的开源性和强大的网络功

2、能。相信基于嵌入式linux的 高清数字机顶盒将成为高清数字机顶盒未来发展的一个主流方向。 关键词关键词：机顶盒 海信 db-558cp 高清机顶盒 abstract set-top boxes are used to enhance or extend the television information on the features of a device, the current set-top boxs main function is, received front end sends digital signals, and converted into analogue sig

3、nals to digital identification of analog signal processing. this paper is to introduce twomost set-top box hardware and software. designing introduced the stbs in db-558cp them. focused hd digital tv stb software system design also combines the sti7109 based chip hardware design solutions. digital s

4、et-top box softwaresystem design also combines the sti7109 based chip hardware design solutions. digital set-top box software systems is a brief description of the boot process. because of the embedded linux open source, and powerful network functions. believe that based on embedded linux for high d

5、efinition digital set-top box will become a mainstream direction of future development of high definition digital set-top box. keywords: set-top box hisense db-558cp hd stb 摘摘 要要.i abstract.ii 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 引言.1 1.2 主要功能.1 1.3 分类.1 第二章第二章 机顶盒的原理机顶盒的原理.3 2.1 机顶盒原理图.3 2.2 硬件系统.3 2.3 机顶盒的软件系统.5 第三章

6、第三章 机顶盒的设计（以海信机顶盒的设计（以海信 db-558cp 为例）为例）.7 3.1 概 述.7 3.2 整机原理介绍.8 3.3 调试工艺说明.13 3.4 主板调试.14 第四章第四章 嵌入式嵌入式 linux 下高清数字机顶盒软件设计下高清数字机顶盒软件设计.18 4.1 概述.18 4.2 高清数字机顶盒硬件结构设计.18 4.3 高清数字机顶盒软件结构设计.19 4.3.1 软件系统层设计.19 4.3.2 应用软件设计.20 4.3.3 软件的启动过程.20 第五章第五章 机顶盒的发展前景机顶盒的发展前景.22 第六章第六章 总结与展望总结与展望.24 6.1 论文总结.2

7、4 6.2 机顶盒在我国的发展.24 致致 谢谢.25 参考文献参考文献.26 第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言引言 机顶盒（英文名全称是 set top box，简称 stb）由于人们通常将它放在电 视机的上面，所以被称为机顶盒或顶置盒。它是指用来增强或扩展电视机功能 的一种信息设备，它可以将压缩的数字信号转成电视内容，并在电视机上显示 出来。信号可以来自有线电缆、卫星天线、宽带网络以及地面广播。机顶盒接 收的内容除了模拟电视可以提供的图像、声音之外，更在于能够接收数据内容， 包括电子节目指南、因特网网页、字幕等等。使用户能在现有电视机上观看数 字电视节目，并可通过网络进行交互式数字化娱

8、乐、教育和商业化活动。机顶 盒的功能将会越来越丰富，在人们的日常生活中发挥越来越重要的作用。 1.2 主要功能主要功能 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体 应用 功能，如： （1）电子节目指南（epg） 。给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快速访问 想 看节目的一种方式，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 （2）高速数据广播。能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等 各 种消息 （3）软件在线升级。软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务 器 按 dvb 数据广播标准将升级软件广播下来，机

9、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 （4）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。同时机顶盒也 可以提供各种接口与 pc 相连，用 pc 与因特网连接 （5） 有条件接收。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。总之，到 目前为止，围绕数字机顶盒的数字视频、数字信息与交互式应用三大核心 功能开发了多种增值业务。 1.3 分类分类 狭义上只包括数字设备的机顶盒，按标准分可分为数字卫星机顶盒（dvb- s）、欧标数字地面机顶盒（

10、dvb-t）、国标数字地面机顶盒（dmb-th）、有线 电视数字机顶盒（dvb-c）。按功能可分为单向机顶盒、双向机顶盒、iptv 机顶 盒。 选用的芯片不同，构成的硬件平台就不同，配备的其他设备和接口也不同， 这就组成了多种多样的 stb。例如，在 stb 中加上调制解调器或网卡，就构成了 一个具有双向功能的机顶盒；加上硬盘就构成了个人视频录制器 (pvr：personal video recorder)，当然这些都需要软件的配合。在同一个硬 件平台上通过驻留不同的软件也可以构成不同应用的机顶盒，而多样化的 stb 满足了不同层次的需求。 第二章第二章 机顶盒的设计机顶盒的原理机顶盒的设计机

11、顶盒的原理 2.1 机顶盒原理图机顶盒原理图 图 2.1 机顶盒原理图 2.2 硬件系统硬件系统 机顶盒硬件就是一个稍微复杂的单片机硬件，一般由主芯片(cpu)、内存、 调谐解调器、回传通道、ca（conditional access）接口、外部存储控制器 (sdram,flash)，视音频输出，供电电源等几大部分构成。 调谐解调器 高 频 头 qam 解调 器 ts 流 解复用 器 mpeg- 2 解码器 pal/n tsc 编码 器 视频 输 出 音 频 输 出 cpu 主处理器 智能卡rs232 ic eprom 条件接受智 能卡接口 rs232 接 口 flash dram 或 sdr

12、am 前面板控 制 sdram 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 qpsk 解调的卫星机顶 盒（dvb-s），用于 qam 解调的有线数字机顶盒（dvb-c）以及用于 ofdm 解调的 地面传输数字机顶盒（dvb-t）。目前市场上比较流行的调谐解调器的生产厂商 有 thomson、sharp 等，国内虽然也有一些厂商生产调谐解调器，但市场份额很 小。 主芯片 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，例如现在大部分厂商都将 cpu、解码器、解复用器、图形处理器与视 音频处理器集

13、成在芯片中，甚至一些以 philips 为代表的芯片厂商将调谐解调 器也集成在芯片中，形成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。 在主芯片中，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，然后根据 ca 智能卡所传递的解扰信息对节目流进行解扰，解扰后的 ts 流送到视音频解码器中分别对其进行解码，还原成 av 信号进行输出，同时，也 分离出复用在 ts 流中的各类系统数据表，送给机顶盒处理器分别输出。 另外，由于在主芯片中集成了 cpu 和图形管理器，使机顶盒可以完成更多 的功能，它可以运行各种软件完成诸多任务，例如股票接收、网页浏览等，也 可以通过图形管理

14、器实现 2d 甚至 3d 的图形处理，为用户提供更美观的界面， 实现交互式游戏等各种高画质应用。 由于 cpu 是主芯片的核心，因此通常情况下 cpu 的性能就决定了主芯片的 性能。cpu 的性能一般是由主频决定的，主频越高则 cpu 的性能也越高。目前最 快的 cpu 主频已经超过了 400 mips，即使是目前市场上流行、最基本的机顶盒 中 cpu 的主频也超过了 50 mips。cpu 速度同运行其上的业务系统有着必然的联 系，如果需要在一个 stb 中运行一个 html 浏览器，100 mips 可能就是对 cpu 的 最低要求，当然这还需要内存的配合。 内存 在某些方面，机顶盒同 p

15、c 机有很多相似之处，甚至可以说是一台简化了的 pc 机，两者最相似之处就是内存。对机顶盒而言，内存主要分为 flash 内存和 sdram 内存。flash 用来存贮机顶盒的系统软件、驱动软件、应用程序以及一些 用户信息，在系统断电时内容还可保留，同时 flash 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。sdram 主要是用来存储应 用数据。机顶盒的许多功能都需要内存来实现，例如图形处理、视音频解码和 解复用等，不同的应用需求，内存的大小配置也各不相同。容量大的 flash 和 sdram 的配置虽然可以为将来的业务系统预留足够的内存空间，但内存并不是决 定软

16、件能否运行的因素，它需要配合 cpu 来工作，不切合实际的高配置只会造 成资源浪费，而无助于 stb 性能的提高。 外部存储设备 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 足用户的个性化需求。一个 stb 中能否外挂硬盘一般都是由主芯片所决定的， 只有 cpu 的处理能力达到一定程度时才有可能支持硬盘的读写，而硬盘的读写 也需要更多的内存空间。 智能卡接口 通过读卡器读取 ca 智能卡中的数据用于数字电视节目的解扰，特别是在付 费电视发展的今天，这是大多数 stb 必不可少的部件。除了标准的读卡器外， 在有些 stb 中也采用通用接口 ci（common interfa

17、ce）来完成对 ca 智能卡的读 取。ci 是一个由 dvb 组织为机顶盒和分离的硬件模块之间定义的标准接口。这 种起源于 pcmcia 的技术应用，使机顶盒可以批量生产，也为机顶盒带来了变化， 有着广泛的应用前景。 回传通信接口 随着机顶盒应用的扩展，使用户对机顶盒的需求已经不单单停留在简单地 收看视音频节目上了，交互式的需求使机顶盒中内嵌了回传设备，这些设备可 以包括网络适配器、调制解调器等通信接口，用于满足用户将信息回传到前端。 其他设备接口 新技术的发展使机顶盒的物理接口也不断地增加，如 rs232 接口、红外遥 控器接口、无线键盘接口、wi-fi 接口等等，使 stb 可以同摄像机、

18、dvd、pda 等众多设备进行连接。 2.3 机顶盒的软件系统机顶盒的软件系统 机顶盒作为一个客户端系统，除了要具有良好的硬件平台外还需要配备不 同的软件系统才能使其完成各种任务。机顶盒中的软件可以分成三个主要的层： 用层、中间解释层和驱动层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。 驱动层 驱动层包括机顶盒硬件的驱动程序和 api 接口，它主要用于完成对硬件设 备的操作。 中间解释层 中间解释层将 stb 的应用程序指令翻译成 cpu 能识别的指令，从而通过驱 动层去调动硬件设备完成相应的操作。该层包括嵌入式操作系统、中间件、ca 驻留软件等。虽然中间件的使用可以给 stb 软件的设计和应用带来极

19、大好处， 但高昂的使用费用，对硬件需求的增加以及技术上的不成熟使中间件在国内鲜 有应用。目前许多软件设计者采用直接调用驱动层的软件来编写应用程序，这 虽然可以满足一时的需求，但随着应用需求的增加，在 stb 中使用中间件才是 一个很好的解决方案。 应用层 应用层可以分成驻留应用程序和可下载应用程序两部分，不同的 stb 软件 设计理念使这两个部分包含的应用程序也不尽相同，合理规划这两部分的组成 将有助于提高 stb 的可靠性和相应时间。目前国内机顶盒中的应用较少，主要 以 epg、数据广播、股票、简单的下载游戏等为主，而数字电视的魅力并不在于 看电视，而在于这种基于数字电视平台的业务应用，这些

20、应用将会改善人们的 一些日常生活习俗。随着双向网络的建设，交互式应用的普及，基于交互式的 应用软件也将越来越多，这也会给运营商带来难以预料的增值收入。 有线电视 数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、 加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平。 加解扰技术 加解扰技术用于对数字节目进行加密解密，其基本原理是采用加扰控制字 加密传输的方法，用户端利用 ic 卡解密。在 mpeg 传输流中，与控制字传输相 关的有两个数据流：授权控制信息 （ecms）和授权管理信息（emms），由业务 密钥（sk）加密处理后的控制字在 ecms 中传送，其中还包括节目来源、

21、时间、 内容分类和节目价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理 中传送， 并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（ pdk）的加密处理，emms 中 还包括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费 等。用户个人分配密钥（pdk）存放在用户的智能卡（smart card）中。 在用 户端，机顶盒根据 pmt 和 cat 表中的 ca-descriptor，获得 emm 和 ecm 的 pid 值， 然后从 ts 流中过滤出 ecms 和 emms，并通过 smard card 接口送给 smart card。smart card 首先读取用户个人分 配密钥（pd

22、k），用 pdk 对 emm 解密， 取出 sk，然后利用 sk 对 ecm 进行解密，取出 cw，并将 cw 通过 smart card 接 口送给解扰引擎，解扰引擎利用 cw 就可以将扰的传输流进行解扰。 加解扰技 术分为同密和多密技术。 同密技术是将两家或两家以上的条件接收（ca）系统 应用于同一网络平台之中，从有线电视台角度是实现技术的选择和竞争的环境。 多密技术要求机顶盒采用 ci 技术，实现同一机顶盒可接收不同 ca 系统加密节 目。从用户角度 来讲，不会因购买是一家 ca 的机顶盒而受到限制，用户还有 选择其 ca 服务的可能性。 第三章第三章 机顶盒的设计（以海信机顶盒的设计（

23、以海信 db-558cp 为例）为例） 3.1 概概 述述 db-558cp 有线数字电视接收机符合 dvb-c 标准的数字电视信号。它采用 友好的中文屏幕显示(osd)菜单，加上实时帮助信息可使操作方便容易。它可以 根据需要增加、删除和编辑频道，并可对接收的节目按自己的喜好任意编排。 另外，本机具有断电记忆功能，并提供用户密码功能，可确保接收机正常工作 时不被其他人改动。智能卡条件接收可用于接收加密节目。 db-558cp 有线数字电视接收机以 ibm 公司的单片方案 stb01001 为 mpeg2 解码芯片，配合采用一体化 qam 解调高频头 dcf8710，最大限度的 提高了产品的模块

24、化、集成度以及可靠性，极大地提高了产品的性能。 db-558cp 采用一体化电路化设计方法，硬件部分分为：电源模块、前面 板模块和 qam 解调及 mpeg-2 解码一体化主板；软件部分分为：遥控、音视 频控制、前端控制、节目管理、ca、epg、数据接收和游戏模块等。 db-558cp 的功能框图如图： 图 3.1.1 db-558cp 功能框图 3.2 整机原理介绍整机原理介绍 整机根据不同的功能分为主板、电源板、smartcard 板和前面板几个部 分介绍。 主板电路 主板采用 qam 解调和 mpeg2 解码在一体的设计方式。从功能上分，整 个主板电路由 以下几个部分组成： 1）ibm

25、解码芯片电路 2）程序存储 flash 电路和程序调用 dram 电路 3）mpeg2 解码 sdram 电路 4）ethernet 电路 5）av 输出电路 6）qam 解调前端电路 7）rs232 和 smartcard 接口电路 8）系统时钟电路 整个电路的工作过程如下： 存储在 flash 中的程序首先被调入 dram 中，psos 操作系统开始工作， 进行各种系统初始化。接着，根据原来的 eeprom 的节目对前端的 stv0297 进行参数设置，同时，主芯片中的 powerpc cpu 对 channel 数据通道进行 检测，若有 ts，则进行解复用、mpeg2 解码等功能，如有加

26、密节目则首先从 smartcard 读出个人分配密码（pdk） ，利用 pdk 从 emm 和 ecm 得到 cw，并通过 smartcard 接口送入解扰引擎，利用此引擎把加密节目正确的 解出来。此外还有 ethernet 电路用于程序的调试，以及遥控或键盘信号的处 理和菜单的显示等 下面对各电路做技术说明： a)、ibm 39 stb01001 此芯片为带 32 位 cpu、解复用模块、mpeg2 解码 模块、pal/ntsc 编码以及 smartcard、红外遥控和 1284 并行接口等多种 功能的系统芯片，加上外部的存储模块就可以实现 mp/ml 的 mpeg2 解码功 能整个芯片由四

27、个子系统组成：外围控制子系统、cpu 部分、存储器管理子系 统和数字音视频子系统。各个管脚均是 3.3/5v 的信号。该芯片为 bga 封装， 因此，对电路板的要求较高，同时对焊膏也要求细腻，这样才能保证回流焊的 质量。为了保证信号的可靠传输， 在芯片的数据线和地址线与外部芯片之间接有匹配 47 欧的电阻排。地址和 数据在逻辑上均采用 32 位总线架构，在物理上则不同的数据采用不同的字长和 地址。此外，高 6 位也用于前面板遥控器译码数据。具体的地址分配可参见 datasheet b)、程序存储 flash 电路和程序调用 dram 电路 中 dram 提供软件的运行空间和 stb01001

28、解复用所需的空间，而 flash rom 则 是软件的存储空间。flash rom 的数据宽度为 32 位，dram 的数据宽 度可以是 16 位或 者 32 位。flash 的容量是 2 片 16*1m，dram 为 2 片 16*1m。 c） 、mpeg2 解码 sdram 电路 主要用于 mpeg2 解码和 osd 显示，数据宽度为 16 位，容量为 2 片 16*1m。 d） 、ethernet 电路 主要是用于程序调试，主要是为保证时钟的波形，在时钟输入端前增加了 74f125 进行波形整形。 e） 、av 输出电路 视频部分采用一级 pnp 放大电路，对 stb01001 输出的视

29、频信号进行电流 放大、阻抗变换和提升频率以保证视频指标能满足标准中对指标的要求。而音 频电路则利用双运放 lm358 进行信号放大处理，使输出的音频电平在 0dm。 为保证音视频的性能指标，主板设计中采用数字和模拟电路部分相互分离的方 式，以提高音视频的信噪比。 f） 、qam 解调前端电路 采用一体化高频头，为防止信号反射，在数据输出端增加了 22 欧匹配电阻， 另外，为提高灵敏度，对高频头电压采用了稳压输出的方式。前端解调电路是 将符合 dvb-c 标准（以 qam 调制）有线数字电视信号的解调制，并将其转 换成符合 mpeg-ii 标准的 ts 流，以 8 位并行口将码流数据输出到信源部

30、分。 该信道部分采用 thomson 公司的一体化高频头 dcf8710，其 qam 解 调芯片以 st 公司的信道解码芯片 stv0297（包括内部 adc、同步器、均衡器 及频道解码）为核心，外配高频放大、滤波器、下变换器、外围电路等组成。 图 3.2.1 信道部分结构图 高频调谐器接收到 dvb-c 制式（qam 调制）有线数字电视信号，内部经 高频放大和变频产生并输出中心频率为 36.15mhz，频带宽度为 8mhz 的中频信 号，该中频信号经适当的放大中频声表面波滤波器（saw） ，滤除 8mhz 之外的 临频干扰信号后，输入到增益可控放大器。增益可控放大器的主要功能是根据 stv0

31、297 的 agc 控制信号，进行中频增益控制，以满足解调制芯片 stv0297 所需的输入信号要求。stv0297 是一片可实现信道解调和信道解码功能的高集 成度芯片。带有串行 iic 总线接口，以从主机导入寄存器值，进行状态初始化和 进行的芯片寄存器的读写操作。经过 stv0297 处理后，将 8bit 并行流和相 关的解码状态信息输出给信源解码模块。 其信号工作流程原理如下： 在信道部分所使用的主芯片是 st 公司的数字电视解调制单片 stv0297。 该芯片可以实现 qam 解调。来自调谐器的中频信号经过滤波和信号放大之后， 形成带宽为 8mhz，输入电压受到 agc 电路所控制的信号

32、，幅度大约为 1vpp。该信号进入 stv0297 之后，首先由内部 adc 进行量化。 量化后，信号经由可编程解调器，进行二次变频，成为基带信号 7.2mhz。 该可编程解调器同时还进行频率补偿等功能。随后，通过 nyquist 滤波器 ， 其滚降系数可编程调整为 0.13/0.15。然后，经数字 agc 以补偿滤波所造成的能 量损耗，接着送入载波恢复和自适配滤波器，以去除残留的载波分量、线性变 形等，并进行相位补偿。解调信号随即进入到下一步关键的 fec 处理部分，该 部分主要模块是去交织、rs 校正器和解扰器。去交织电路实现交织数据的翻转 和恢复并由 rs 解码电路实施纠错，对附加 16

33、byte 奇偶校验位的 187byte 数据 长度的传输流进行 8byte 的误码校正。最后数据进入解扰器，该电路产生一个 伪随机序列，去除扰码，恢复原始 ts 流。 电源电路 电源部分采用最新的开关电源芯片，该开关电源具有效率高、稳压范围宽、 体积小等特点。首先，市电 90-270v 进来后首先经过一保险丝 f900，对整个电 源电路起保护作用。r900 是压敏电阻，在打雷等引起尖峰电压时，阻值迅速下 降，相当于短路，f900 烧断而保护了后面电路。c900、c901 与是跨接电容(安 全标准件 x1 类电容)，c902 与 c903 是旁路电容(安全标准件 y1 类电容)， l900 是共

34、模扼流圈(线路滤波器)，它们共同组成输入滤波电路。c900、c901 与 l900 构成差模低通滤波器，滤除开关电源的常态噪声；c902、c903 分别与 l900 构成共模低通滤波器，滤除开关电源的共态噪声。由于 c900 的值大于安 全标准所允许的范围，所以并接电阻 r901 对 c900 放电，放电常数控制在 1 秒以下。在电源地与次级地有隔离电容 c909 和隔离电阻 r906，次级积累的静 电通过 r906 泻放，由漏电流不大于 0.7ma 的安全要求决定了 c909 的值。 r902 是负温度系数热敏电阻(ntc 电阻)，因在开机瞬间充电 c905 会产生较高 的浪涌电流，r902

35、 的串入可抑制浪涌电流，起保护作用；进入工作状态后，由 于工作温度的上升，阻值急剧降低，功耗可忽略不计。 vd910、vd911、vd912、 vd913 进行全波整流，在滤波电容 c905 上形成 310v 左右（交流 220v 输入）的直流电压。n900 是集成开关芯片，输出级的电流反馈通过光耦 n901 在 c907 上积累形成反馈电压来控制开关管的导通时间，使输出级稳定。当开关 管关断时，初级线圈漏电感中存储的能量产生振荡电压和浪涌电压，并且次级 电压将按初次级线圈的匝数比反射到初级线圈上，产生反射电压，这些电压都 会叠加到开关管的漏级，使开关管漏级所承受的电压大大上升。为把这些电压

36、抑制在一定的范围内，加入了复位电路，由吸收网络 r903、c905、vd901 组 成。vd902、c908、 c907、r905 为开关管提供工作电压，此级输出电压为 15v，在开关芯片的正常工作范围之内。r904 一路提供启动电压，并提供过压 与欠压保护。变压器输出级分三路输出：30v、 5v、12v，各自通过整流滤波 网络输出，主控 5v 一路通过一只可控稳压管稳定输出 3.3v，12v 一路也是通 过一只可控稳压管稳定输出，这两路在待机时关断。c914、r907 用于吸收 vd905 所产生的尖峰脉冲，c915、r908 用于吸收 vd906 所产生的尖峰脉冲 电源板输出连接为一只 8

37、 脚插座，各脚排列从上到下为： 30v、gnd、5va、+5vd、gnd、3.3v、gnd、12v。测量各脚输出电压允许误 差均为 5%。有两只 3 脚插座分别连接主板和前面板通过遥控待机信号。 图 3.2.2： 电源示意图 smartcard 电路 smart 卡的工作原理： 微控制器模块 ibm stb01001 通过 sc-io 口与 ic 卡接口芯片 tda8004 的 i/ouc 口交换数据，并向 ic 卡接口芯片 tda8004 提供外部时钟和 ic 卡复 位信号，而 ic 卡接口芯片 tda8004 则向微控制器模块 ibm stb01001 提供中 断信号，ic 卡接口芯片 t

38、da8004 则通过其 i/o,aux1,aux2 口与读卡器完成 数据交换. 图 3.2.3、智能卡示意图 smart 卡的核心器件是 ic 卡接口芯片 tda8004，下面对其做一简单介 绍：tda8004 是一种低成本的异步智能卡的模拟接口。在智能卡与微控制器之 间只需要很少的外部元件来连接，但却可以提供所有的保护和控制功能。 它具有以下特征： 1 可选择 3v 或 5v 供电。 2 所有的触点均有过热和短路保护。 3 自动激活和自动休眠（短路，取出卡，过热或掉电则通过软件或硬件 初始化） 。 4 增强的静电保护功能。 5 与 iso 7816，gsm11.11 和 emv (支付系统)

39、兼容。 6 工作环境温度 -25c - +85c 它有以下应用： 1 银行业的 ic 卡读卡器。 2 电子付费。 3 身份识别。 4 付费电视。 它的工作过程如下： 当上电时，首先复位，电路进入休眠状态，只有晶振和电压监测工作，等 待微控制器的开始信号。经过内部脉冲宽度延迟后，系统开始检测是否有智能 卡的存在(当 off = high 和 cmdvcc =high时，意味着智能卡存在；当 off = low 和 cmdvcc = high 意味着智能卡不存在)，如果智能卡不存在， 则进入休眠状态；如果智能卡在读卡器中，将产生一系列操作，如 cmdvcc 信号将变为低电平，vcc 将从 0v 变

40、为 5v，i/o,aux1,aux2 和 rst 等将被激活。逻辑电路被激活以后，tda8004 将进入工作状态。 数据将通过 i/o 口在读卡器与微控制器进行交换，并完成相应的操作。当一次操 作完成后，逻辑电路又将进入休眠状态，开始下一个循环周期。 此外 tda8004 具有故障检测功能，它能对以下故障能被电路监测到，并将 中断信号传送到微控制器，做出相应的处理： 1 短路或电流过大 2 在数据传输过程中取走卡 3 vdd 掉电 4 过热 4、 前面板电路 前面板电路的主要功能是利用单片机 89c2051 作为按键编码器和红外译码 器。单片机以 p3.4、p3.5、p3.6 口作为按键的输入

41、线，根据不同的键值输出 6 位数据，以中断 1 为按键响应。红外遥控码则以中断 0（p3.3）为遥控响应。这 样可以减轻主芯片的 cpu 开销，同时也可以提高按键和红外遥控的响应速度。 单片机主频采用 12mhz，遥控系统码为 0x04，其它编码可以根据要求调试 3.3 调试工艺说明调试工艺说明 安全说明 1 更换、焊接任何元器件时，必须将电源切断。 2 防静电措施： a）不得随便用手触摸 ic。 b）使用防静电电烙铁。 c）焊接工须戴防静电手套。 3 更换具有特殊安全要求的元器件时，应参照明细表，不得随意更换规格 和型号。 4 在调试之前，调试对象须首先通过 qc 检验。 前面板调试 1 工

42、装及设备 a） 前面板调试工装一台（我方自制提供） b） 电视机（或监视器）一台 c） 音、视频线一条 d） 遥控器一只 2 调试准备 用音、视频线将前面板调试工装的音、视频输出与电视机的音、视频输入 相连，开启电视机电源，关闭调试工装电源。 3 调试步骤 a）遥控接收功能调试 将前面板与调试工装相连，开启调试工装电源，电视机屏幕上应显示开机 图，待开机图过后，按动遥控器的 menu 键，电视机屏幕上应有 osd 界面弹 出。表明前面板遥控接收功能正常。 b）前面板按键功能调试 按以上方法对前面板的各个按键功能逐一检查。 注：以上 a） 、b）两项有一项不合格者则视为故障板。 ic 卡接口板调

43、试 1 工装及设备 a） ic 卡接口板调试工装一台（我方自制提供） b） 电视机（或监视器）一台 c） 音、视频线一条 d） 遥控器一只 e） ic 卡一张 图 3.3.1 主板编程连线图 2 调试准备 用音、视频线将 ic 卡接口板调试工装的音、视频输出与电视机的音、视频 输入相连，开启电视机电源，关闭调试工装电源。 3 调试步骤 a）将 ic 卡接口板与调试工装相连接，开启调试工装电源，电视机屏幕上 应显示开机图，待开机图过后，电视机屏幕下方状态拦应显示“请插入 ic 卡” 字样。 b）将 ic 卡插入 ic 卡接口板卡座，稍等片刻，若读写卡正常，状态拦应 显示“读写 ic 卡正常”字样

44、，否则显示“读写 ic 卡失败” 。 c）将 ic 卡从 ic 卡接口板卡座中拔出，电视机屏幕下方状态拦应显示 “请插入 ic 卡”字样。 注：以上 a） 、b） 、c）三项有一项不合格者则视为故障板。 3.4 主板调试主板调试 在线编程 flash 板烧录方式 用数字万用表测量机顶盒电源插座八芯连接器(座) tjc14-8a（j11）的各电 源脚是否有对地短路。 将机顶盒主板固定好，连接好电源线， 将机顶盒程序烧写板插入机顶盒主 板的插座 j10 及 j10a，注意不要将插针插错位。将跳线 j6 的跳线块接至 2-3 位置（非 normal 位置） 。 开启机顶盒电源，这时机顶盒烧写板的红色

45、发光管点亮，绿色发光管熄灭， 表示正在烧写程序。等待大约 50 秒钟左右。红色发光管熄灭，绿色发光管点亮， 表示程序烧写完成。关掉机顶盒电源，拔下机顶盒程序烧写板。将跳线 j6 的跳 线块接至 1-2 位置（normal 位置） 。 在程序烧写过程中，未按 4123 所示顺序点亮红绿发光管的（两灯全 亮或全灭）为故障板。 riscwatch 方式 工装及设备 a） riscwatch 一台（我方提供） b) pentium 计算机一台（带网卡） c） rs232 串口线一条 d） 机顶盒电源一个 调试准备 a 用数字万用表测量机顶盒电源插座八芯连接器(座) tjc14-8a（j11）的各 电源

46、脚是否有对地短路。 b 将机顶盒主板固定好，连接好电源线， 用 rs232 串口线将机顶盒串口 和计算机串口相连. 调试步骤 a）将机顶盒主板按图一连接好。 b）开启机顶盒和 riscwatch 电源，riscwatch 开始启动， riscwatch 启动完成其前面板上的“dbg”和“pwr”两灯亮，其他两灯灭） 。若 riscwatch 不能正常启动，可关闭机顶盒和 riscwatch 电源，按照 413 的 b）步骤重试两次。若都不成功，则说明主板 存在故障待检查。 c）待 riscwatch 成功启动后，启动计算机上的 riscwatch 程序和超级终 端程序。riscwatch 程序

47、启动成功后，其窗口下方状态条上显示“welcome to riscwatch v4.4.1” 。 d） 在 file 菜单中选择 command file，打开 program.cmd 命令文件对机顶 盒的 flash 进行在线编程。编程成功后 riscwatch 的 output 窗口中显示 “done: flash rom0_1program passed”和“done: flash rom0_2 program passed”字样。在编程过程中超级 终端上应该显示“abcdefg” ，表明机顶盒串口工作正常。 主板调试 注：本工序的调试主板是指编程完毕的主板。前面板和 ic 卡接口板是指

48、经 过单板调试正常的前面板和 ic 卡接口板。 工装及设备 a） 遥控器 一只 b) 电视机（或监视器）一台 c） 前面板和 ic 卡接口板各一块 d） 音、视频线一条 e） 机顶盒电源一个 f） ic 卡一张 g） 射频信号源 调试准备 将前面板的带(3 芯)罩导线（655-31201-84）和带(12 芯)罩导线（655- 31201-09）分别与主板的三芯连接器(座) tjc3-3a 和十二芯连接器(座) tjc3- 12a 相连；将 ic 卡接口板的带(10 芯)罩导线（655-t1201-06）与主板的十芯连 接器(座) tjc3-10a 相连；将机顶盒电源与主板的电源插座八芯连接器

49、(座) tjc14-8a（j11）相连；用音、视频线将主板的音、视频输出与电视机的音、视 频输入相连；将射频信号源接入主板高频头的射频输入端。开启电视机电源。 调试步骤 a） 开启机顶盒电源，电视机屏幕上应出现“首次使用本机器，正在进行 系统初始化.”字样，大约 1 分钟过后，出现开机图。 b） 开机图过后，按动遥控器的 menu 键，屏幕上出现 osd 界面，按照 使用说明书所示方法，搜索一个频点的节目。应该可以搜索到节目，主板上的 锁定指示灯 d9 应点亮。 c） 搜索到节目后，屏幕上应能正常播放节目，并注意节目伴音是否正常。 d） 将 ic 卡插入 ic 卡接口板的 ic 卡插座，按动遥

50、控器的 menu 键， 屏幕上出现 osd 界面，选择“收视记录”菜单，按动遥控器的 enter 键，应 该能够从 ic 卡读出收视记录。 注：以上 a） 、b） 、c） 、d）四项有一项不合格者则视为故障板。 整机测试 1 工装及设备 a） 遥控器 一只 b) 电视机（或监视器）一台 c) ic 卡一张 h） 射频信号源 d) 音、视频线一条 2 测试准备 将组装好的整机按整机接线图连接好。 3 测试步骤 a）开启电视机及机顶盒电源，电视机屏幕应出现开机图，按使用说明书搜 索所有 频点的节目，机顶盒应均能搜索成功并正常播放。伴音应正常。 b）插入 ic 卡，应能从卡中读出收视记录。 c）按动

51、遥控器的电源按键，应能正常开关机，前面板各按键应操作灵活。 d）ic 卡插拔应灵活顺畅。 第四章第四章 嵌入式嵌入式 linux 下高清数字机顶盒软件设计下高清数字机顶盒软件设计 信源编码首先将输出的图像和伴音信号经 a/d 变换后变成适合数字系统处 理和传输的数字信号，接着将数字信号按信息的统计特性进行变换，以减少信 号的冗余度，提高信号传输的效率，即在保证传输质量的前提下，用尽可能少 的数字信号来表示信息。信源编码是压缩信号带宽的编码，压缩后的单位时间、 单位频带内传输的信息量将增大。 4.1 概述概述 近年来数字机顶盒在国家大力推行下有了很大发展。预计国内数字机顶 盒市场将在 2010

52、年达到全球第一， 占全球数字机顶盒总消费量的 80lll。因 此，数字机顶盒发展具有很高的经济价值而高清数字机顶盒是数字机顶盒中 一种值得关注的发展趋势。数字机顶盒的主要功能逻辑关系如图所示 图 4.1 高清数字机顶盒的主要功能逻辑关系 当数字机顶盒接收高频信号后，通过高频头对信号进行下变频，再通过 ad 转换器进行转换后，用 qamqpsk 解调得到 mpeg 的传输流解复用 和分析 pes 流后就分别得到了视频、音频流，再通过解码、编码后变成模拟信 号，通过输出 ei 输出。 4.2 高清数字机顶盒硬件结构设计高清数字机顶盒硬件结构设计 一个低成本的高清数字机顶盒设计主要包括数字广播电视接

53、收前端、mpeg 解码、音视频及图形处理、cpu、调制解调器和其他外围接口等。笔者用到的 sti710 芯片是新一代的 soc 芯片，它整合了 cpu、编解码、音视频处理及图像 处理等多项功能，可以大大提高开发周期，具体设计方案如图所示 图 4.2 高清数字机顶盒的硬件设计方案 数字机顶盒数据流程主要是先从缆线把数字信号流(包括公开的和加密的)传 给高频头， 然后在芯片stb0468b芯片处进行qamqpsk解调处理再传输到 sti7109集成芯片组解析，产生对应的视频信号和音频信号。 4.3 高清数字机顶盒软件结构设计高清数字机顶盒软件结构设计 一个低成本的高清数字机顶盒设计主要包括数字广播

54、电视接收前端、mpeg 解码、音视频及图形处理、cpu、调制解调器和其他外围接口等。 4.3.1 软件系统层设计软件系统层设计 高清数字机顶盒与标清数字机顶盒软件的层次设计具有相似性，但是由于 高清数字电视数据量要大的多，除了提高硬件本身的处理速度外，还要对软件 层次进行修改，以提高代码的运行效率，降低 cpu 负荷。图为高标清数字机顶 盒软件设计方案对比 。 图 4.3.1 高标清数字机顶盒软件设计方案对比 在高清数字机顶盒软件设计方案中取消了 jvm 中间固件，因为尽管 java 程 序编写相对容易。但是 java 虚拟机运行速度太慢，增大了 cpu 负荷。同时， 还要针对应用程序部分做更

55、合理的设计，方便以后软件升级与改进。 4.3.2 应用软件设计应用软件设计 应用软件设计是从两个方面进行的，分别为软件层次和软件模块功能。首 先，把应用软件分成 3 层，即初始化层、中间接口层和分类的软件模块应用层 嘲(见图 4)。 图 4.3.2 高清数字机顶盒软件设计方案 初始化层主要完成对板上的各种接口、总线、音视频编解码器以及其他板 级等内容的初始化，包括对其各种寄存器参数的初始化，还有实例对象的初始 化，如音视频的句柄等。中间层的接口主要是对底层的一些实力对象进行包装 后让更上层的应用能直接调用中间层的数，如设置音量大小和高频头的频率 等。各种软件应用模块主要是直接面向用户层，为用户

56、提供相关服务的接口 比如可以通过选单显示出epg的内容通过网络实现互动点播等。 4.3.3 软件的启动过程软件的启动过程 高清数字机顶盒软件系统的启动主要包括 5 部分：bootloader、linux 内核、 文件系统、动态加载部分驱动模块以及应用软件如图 5 所示同。 图 4.3.3 高清数字机顶盒软件系统的启动过程 软件的启动从 bootloader 开始，当 bootloader 完成一次对硬件最基本的初始 化后，把控制权交给 linux 内核然后 linux 操作系统再次对硬件初始化，并管 理整个系统，最后动态加载一些驱动模块(这里是为了避免 gnu 的一些代码公 开条例)，运行高清

57、数字机顶盒应用软件同。 至此整个软件系统就运行起来了。 第五章第五章 机顶盒的发展前景机顶盒的发展前景 三网融合概念的出现，无疑给了机顶盒市场注入新的生命力，伴随着国 家大力推进三网融合战略，机顶盒作为一个关键的接入节点，迎来全新的增长 机遇。音视频内容无论是通过广播网还是通过互连网传送，也无论终端产品形 态是机顶盒还是一体机，各种服务功能的实现，最终都是通过芯片和软件来完 成的，差别只是经过哪个接口、采用什么标准进行处理而已。集成电路是现代 电子信息技术的基础与核心，以数字音视频集成电路为核心的消费电子产品， 是三网融合数字生活时代最重要的信息电子产品形态。三网融合，反映在芯片 上就体现在需

58、要集成更多的功能，支持更多的接口和标准。比如在接口支持方 面，包括有线、网络、光缆传输、无线接入和各类高速数字接口(usb、hdmi)， 同时需要通过依托芯片硬件的嵌入软件来实现对各种复杂音视频标准的灵活支 持。 三网融合的难点是广电与互联网的融合，表现在终端形态上就是争夺客厅 这一块大市场。传统电视采用的是单向广播传输网络，实现广播效率的最大化。 互联网是通过交换网络实现的，特点是交互和便利。尽管电视广播网可以通过 双向改造以实现交互功能，互联网也可以增加带宽来承载大容量的音视频业务， 但客观上应该是各有优势和特点。网络融合不应该将对方的基础业务作为自己 的增值业务来运营，而是应该共同努力，

59、去开创三网融合下的全新业务领域。 但从老百姓角度来讲，不会关心某种业务究竟是通过广电网还是互连网实现的， 而是关心什么业务能给人们的生活带来便利，谁的服务质量高，谁的资费更便 宜，谁就有竞争力。三网融合，必将给数字电视市场带来更好的发展机会。以 有线电视市场为例，之前信产部力推机卡分离，但由于地方割据的行政体制， 至今无法实现，把本来很大的蛋糕切成很小的一块一块，谁都做不大。三网融 合新政出台后，有望通过引入竞争机制，实现资源的跨区整合，形成全国性的 运营商和统一市场，使机卡分离的初衷得以实现，并由此形成规模市场效益。 而有了市场，各种技术和产品都会应运而生。 在未来的两到三年中，高清用户爆发式的增长是可以预见的。主流的运营 商已经不再满足于只是给用户提供简单单向的广播式服务，新颖的 3d 用户界面， 双向互动的点播和游戏，利用电视或机顶盒接入互联网等增值业务不但给用户 带来了全新的体验和感受，也给运营商们带来了额外的，更多的收入来源。韦 裕京认为，在高清和多业务方面的基本要求有三点：高质量的高清视、音频解 码，多种网络接口和协议栈的