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1、武汉理工大学硕士学位论文DVB-C 数字电视机顶盒的设计与实现姓名：李伟申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术指导教师：胡燕20230401摘 要数字化是一场全世界范围内的产业技术革命， 数字技术已经广泛渗透到社会生活的各个领域。 作为数字技术重要分支的数字电视技术是继黑白电视和彩色电视后的第三代电视技术。 由于从模拟电视到数字电视的转换需要一个较长的过渡时期， 为了使现有的模拟电视机能够接收数字电视信号， 需要一种转换装置， 数字电视机顶盒应运而生。 数字机顶盒是一种能够接收数字电视信号、完成相应处理并输出模拟的音视频信号， 通过模拟电视机播出节目的家用电子产品。当前全世界的数字电视产业下
2、处于一个飞速进展的时期， 我国也正在大规模推广数字电视， 由于我国现有亿多的模拟电视， 所以承受模拟电视加上数字电视机顶盒收看数字节目的方式比较适合我国现有的国情。正是在这种背景下， 数字电视机顶盒的争论相当有意义。本课题中我们选用了公 司的 系 统解 决方案 ，设 计并实 现了 符合 和 标准的有线数字电视机顶盒。为完成数字电视机顶盒的设计， 本论文从以下几个方面进展了争论：第一，介绍了与数字电视机顶盒相关的两个主要标准和 。分析 了标 准的 系统 部 分， 重 点分 析中 流 传输 流 的 打包格式及双复用过程；分 析标准中与电子节目指 南 相 关的信息。其次， 对公司生产的视频解码芯片的
3、内部模块资源禾 围接口的功能、构造进展了介绍， 并以为根底， 给出了硬件设计方案。第三， 介绍了机顶盒中的软件系统构造， 以及各软件在整个系统中发挥的作用和相互间的关系。第四，具体介绍了机顶盒中的 软件的设计与实现过程， 是数字电视的重要标志， 它为用户供给一种简洁使用、界面友好、快速扫瞄节目的方式。第五， 介绍了条件接收系统的原理和组成， 提出了一种基于模块划分的方法来移植， 以到达提高代码复用率， 加快丌发速度。关键词： 数字电视， 机顶盒， ， 移植 ， ， ， ， ， 。 ， ， ， ， ： ， ， ， 一 ； ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ， ，舒 ， 独
4、创 性 声 明本人声明， 所呈交的论文是本人在导师指导下进展的争论工作及取得的争论成果。 尽我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的争论成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它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争论所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保存、使用学位论文的规定， 即： 学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进展检索， 可以承受影印、 缩印
5、或其他复制手段保存或汇编本学位论文。 同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文， 并向社会公众供给信息效劳。保密的论文在解密后应遵守此规定争论生签名：盟导师签名：武汉理大学硕士学位 论文第 章 引 言选题背景及意义近几年来， 数字电视技术、 网络技术、 信息技术以及智能化技术的迅猛进展给全球的政治、 经济、 文化和社会生活领域带来了广泛而深刻的影响。其中数字技术的普及是信息领域最大的一次革命， 这场革命不仅转变了信息传递方式， 而且也转变了人类的生产方式、生活方式和思维方式。作为高技术应用部门的播送电视领域也发生了巨大的变化， 并逐步进入数字化时代。自年月法国开
6、播了第一个欧洲商业化数字电视播送以来， 数字电视在世界范围内的需求已有很大的增长， 数字电视市场在国际上已经全面启动【 。 美国在年首次开通卫星高清楚度电视， 以推动地面高清楚数字电视的进展。年月，美国已有分布在大中城市个电视台播出数字电视节目，掩盖了 的美国人口； 英国全国由模拟电视向数字电视过渡的时间从年开头，估量年完毕；日本年开播套卫星高清楚度数字电视，但地面高清楚度电视要在年才会在主要的大城市开播。我国也始终格外关注数字电视技术的进展， 从上个世纪的年月开头跟踪国际技术进展动态， 年月完成数字电视关键技术的理论储藏。 目前我国中心电视台和众多省市、地方电视台都己实现了电视节目的数字卫星
7、传输，电视台的发送和接收设备正在逐步实现数字化。年， 经国家高清楚度电视争论开发协调领导小组批准 ， 成立了国家高清 晰度电视 研 究总体组。 年 月， 由总体组负责， 组织实施了“ 九五” 国家重大科技产业工程工程“ 高清楚度电视功能样机系统争论与开发工程”。 经总体组和全国多所大学、争论所以及企业的共同努力， 于年月， 成功地研制出了我国第一台数字高清楚度电视功能样机系统。 年月， 利用该功能样机系统在北京中心电视台进展了开路演示， 取得了很好 的效果。在年 月日， 中华人民共和国建 国周年之际，对天安门广场的国庆大典进展了现场直播，获得了成功。年初国家公布了地面数字电视标准， 并利用地面
8、数字电视技术全程直播了年北京奥运会。广 播影视科技“ 十五”打算和年远景规划也明确提出：到年我武汉理工大学硕十学位论文国有线数字电视用户超过万户，年全面实现数字播送电年停 视， 止模拟播送电视的播出。下是由于这一规划的提出以及近几年数字电视技术的飞速进展 ，使 得我国数字电视有了长足的进步：从 年数字电视规模只有 万户进展到年 月底的万户，至此全国数字化率为【； 有个城市完成有线电视数字化整体转换工作；数字电视就是将模拟电视信号经过取样、 量化和编码转化成二进制形式的数字电视信号， 或是利用数字摄像机、 数字录像机、数字摄录机等设备直接产生数字电视信号，然后进展一系列针对数字信号的处理、传输、
9、存储和记录， 然后实施发送、 播送， 供观众接收、播放的视听系统。严格意义上的数字电视系统是从节目摄制、节目编辑、节目制作、信号放射、 信号传输， 信号接收到节目显示完全数字化的电视系统【 。数字电视的消灭打算了数字电视机顶盒 ， 的消灭， 因为数字电视用的是数字技术， 而无论以前的模拟电视还是现在的数字处理电视都不具备对数字电视信号进展解码的功能一体机除外， 而我国模拟电视的现有量在亿台左右， 各大电视机厂商也从未停顿过模拟电视机的生产和销售， 因此不行能在一时之问完成数字化的改造，但为了使宽阔模拟电视机用户能够收看数字电视节目， 需要一利， 转换装置， 于是数字电视机顶盒应运而生。它充当着
10、电视台发送的数字电视信号与用户的显示设备二者之间桥梁的一种接收装置， 是随着数字电视播送的进展而消灭的。本文正是在这样的背景下的，学习了解有线电视接入网、 数字电视的标准和我国国情等方面的状况后， 参与了 数字电视机顶盒的设计与实现。 机顶盒概述机顶盒的分类依据传输媒体的不同， 机顶盒分为数字卫星机顶盒 、地面数字电视机顶盒 和有 线数字电 视机顶盒 三 种， 三种机 顶盒的硬件构造主要区分在解调局部。目前应用较为广泛的是数字卫星机顶盒和有线数字电视机顶盒。本文主要介绍的是有线数字电视机顶盒。依据功能的不同又把机顶盒分为根本型机顶盒、机顶盒、双模机顶盒、双武汉理上火学硕十学位论文模双向机顶盒。
11、根本型机顶盒就是完成最根本的接收数字电视信号的功能； 机顶盒是接收通过因特网传输来的数字电视信号， 完成数字电视的观看， 同时还可以实现上网功能； 双模机顶盒就是同时具有上述两种机顶盒的功能， 就是可以通过播送网和因特网两种网络来收看数字电视； 双模双向机顶盒是在双模机顶盒的根底上实现了互动的功能， 用户可以自己点播自己想要收看的内容。数字电视机顶盒的关键技术数字电视机顶盒是数字技术进展的产物， 具有很高的技术含量， 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、通信技术以及网络技术的进展水平。目前数字电视机顶盒的核心技术主要有以下几方面【】 】：信号处理技术我国的网
12、络以同轴电缆入户， 而且数字电视机现在还未普及， 目前使用最广泛的仍旧是模拟电视， 所以想利用模拟电视来收看数字电视， 则机顶盒必须对信号进展处理。信道解调技术国际、国内标准对各种数字电视标准的调制方式均有规定， 在网络中传输 的 数 字 电 视 采 用 的 是 调 制 方 式 ，其 中 、 必选， 和 可 选 。而 且 由 于 网 络 信 道 质 量 好 ， 只用 编码作为纠错编码。信源解码技术模拟信号数字化后， 信息量剧增， 而网络的带宽有限， 因此必需承受相应的压缩标准。前端对数掘进展压缩后，作为接收端的机顶盒来说，则必定要对数据进展复原， 这就需要信源解码技术了。数字电视播送系统承受
13、视频压缩标准 ，适 用于多种清楚度。音频目前则有 和两种标准 。信 源解码器必需适应不同编码原则， 以正确复原音视频数据。 大规模集成芯片技术为实现实时的解复用和数据信息的处理， 目前的系统大多承受专用芯片， 将内核与传输流解复用 器、 通用解扰器、 音视频解码器、 解码器集成， 形成机顶盒的核心芯片。嵌入式系统机项盒是一个软实时嵌入式系统， 是嵌入式系统在信息家电方面的典型应武汉理：【大学硕学位论文用。它是计算机技术、通信技术、 半导体技术、微电子技术等技术与具体应用相结合的产物， 技术含量相当高， 它一般包括嵌入式芯片、 嵌入式操作系统、嵌入式软件以及嵌入式系统开发工具四个方面。中间 件技
14、术中间件是机顶盒软件的核心组成局部， 它存在于硬件和应用层软件之间， 是应用软件和系统硬件以及实时操作系统之间的桥梁。 并且， 中间件能大大提高应用软件的可移植性， 削减上层软件对硬件的依靠性。 电子节目指南就是中间件一个局部。条件接收系统条件接收是指允许用户在满足肯定条件的状况下， 接收指定的视频节目， 这是付费电视业务的关键。 它需要解决两大问题， 即治理用户收费问题和阻挡用户收看那些未经授权的付费频道。 系统是一个独立的系统， 一般由特地的公司开发， 它涉及到数据加解扰算法、 加解密算法、智能卡技术以及用户治理、收费治理、节目治理等技术。 我国数字电视机顶盒的进呈现状目前我国数字电视处于
15、一个普及推广阶段， 近几年国家政策和资金的扶持使得数字电视近几年有了长足的进步， 但在国内仍没有得到广泛的应用， 尤其是在农村， 其缘由主要是各地域之间承受的标准有些不同、 数字电视节目源有限等。现在大局部的大城市已经根本完成了数字电视的改造，甚至有些地区已经实现了某些高级功能， 例如通过机顶盒上网、 视频点播、各种增值业务等。但整体来说数字电视的进展还有很远的路要走， 包括整个数字电视的普及、各种高级功能的应用以及整个网络的改造等。本文争论的主要内容及内容安排本课题主要争论的是开发符合 标准的有线数字电视机顶盒。本课题承受的是单芯片解决方案 ，通 过软硬件的各自开发和协作，完 成机顶盒的研制
16、。在整个系统中我主要从事软件方面的开发， 主要分为以下两个方面： 分 析流 ，复原出 ，完成局部实现工作， 并在此根底上武汉理大 学硕学位 论文完成界面的设计。 ， 条件接收系统的移植。 本文分为六章， 各章安排如下：第一章引言介绍数字电视以及机顶盒的争论背景， 说明白争论机顶盒相关技术具有重大的意义。其次章数字电视相关标准简介介绍了与数字电视机顶盒相关的两个主要标准， 主要对 进展了介绍。第三章 数字电视机顶盒的系统设计从硬件和软件两个方面介绍了数字电视机顶盒的整个框架。第四章电子节目指南的设计与实现具体介绍了数字电视机顶盒中电子节目指南的设计与实现。第五章条件接收系统的移植介绍了一种能够加
17、速移植的方法。第六章完毕语总结了我在整个数字电视机顶盒研发过程中的工作并对以后的研发进展了展望。 本章小结通过本章的介绍， 我们了解了数字电视的进展概况， 生疏到我国已经走入数字电视时代的过渡时期， 而数字电视机顶盒正是在这样的背景下产生的。 从模拟电视过渡到数字电视打算了机顶盒的产生； 随着数字电视技术的成熟， 本钱下降以及大量资金的投入， 数字电视机顶盒必将退出历史舞台。但是其核心技术可以局部或者全部用于数字电视， 所以目前争论机顶盒的相关技术仍旧具有重大的意义。武汉理工大学硕学位 论文第 章数字电视相关标准简介 标准简介 标准概述的 全 名 为 ，即 运动图 像专家组 。标准主要有以下五
18、个，、 、及 。 该专家组建于年， 其目标是建立活动图像编码及其相关音频编码的国际标准。这个专家组的任务是给数字存储介质、电视播送和通信的运动图像及伴音制定一种通用的编码方法。符合这种编码方法的视频可以作为计算机数据的形式加以治理， 可以存储于各种存储媒体， 可以在现有的或将来的网络上进展传送和接收， 也可以在现有的和将来的播送频道中安排。 标准包括个局部， 即系统、视频、音频、符合性测试、软件模拟、 扩展的完全软件实现及系统解码的实时接口扩展。 其中 系统局部定义标准了系统编码， 定义了复合视频和音频数据的复用构造， 定义了实时应用中重放同步序列所需的表示定时信息的方法； 视频局部定义了视频
19、数据的编码表示和重建图像所要求的解码过程； 音频局部定义了音频数据的编码表示 ； 致 性部 分定 义确 定编 码码 流的 特性 和使 用， 陈述的要求全都性测试的进程。在本课题中主要涉及系统局部。 专家组为播送方面的应用制定了标准， 规定的图像格式符合 建议： ， ， 规定的码率为 。另外， 中不仅有逐行扫描， 也有隔行扫描， ：宽高比，在一个系统码流中可以有多个视频信道。此外， 也包含了标 准。 已 经被 国际上 公认 为信 源压 缩编 码的 标准 ， 它 被广泛用于、播送电视、 多媒体、信息高速大路、 电子影院等多种领域中。武汉理工大学硕十学位论文 数字电视系统中双复用原理 系统标准不仅承
20、受了 ，节目流、， 传输流和 ，打 包根本流 三 种数据 包， 而且也涉及和两种可以相互转换的数据流。 其中传送流是将有多个独立时间基点的多路节目合成一个独立的数据流， 其中属于同一路节目的各个原始数据流的打包根本流分组具有一样的时间基点， 适用于误码率较高的环境， 传送流数据的包长度固定为字节 假设包含校验字段每包长度为字节，一般应用于数字电视播送； 节目流也由组成， 但是用于误码率相对较小的环境， 节目流的包长度可辨也相对较长， 一般应用于的存储和播放。 系统局部为传送流和节目流供给了必要的和充分的编码语法， 解决多个音频、视频和数据根本流的组合问题， 保证同步译码和显示音频、 视频信息，
21、 同时确保译码缓冲区既不上溢也不下溢。因此， 数字电视系统就承受了 系统中的和两种数据包和数据流形成了数字电视系统前端的双复用。图 和 分别给出了和两种数据包的格式。图 基 本流 包的 组成武汉理工人学硕士学位论文 传输加扰自适应控连续计数掌握铝器 同尝节 卜赫亭卜糍先报数据自适应区长标志 填充数据，揣染符随蟋接纛志卜簇垫数卜 指隧筹 标卜簇曼扩标志图 传输流 的构造图说明白数字电视前端的双复用过程，第一层系统复用层：符合 数字视频数据和数字音频数据分别通过图像编码和声音编码之后， 生成视频根本流 和音频根本流； 然后， 再分别通过各自的数据包形成器， 将相应的打包 成打包 根本 流 包，并
22、由包 构成 ；最 后复用 器分 别将视 频和音 频及其 它数 据 组合 成相 应 的传 输流 包 ，并 且由包构成流。 其次层多节目复用层： 将多个流和其它数据经过复用器再复用形成复用流。一视频 数据母像一图像音日武汉理丁大学硕十学位论文简介正是由于上面的打包封装、 复用等过程， 使得在终端接收这些数据后要进展解复用、数据包的解封以及识别这些数据包中所含的信息。 于是在 中，特别节目信息【，以便终端 根据这些信息 从一个携 带多个节 目的复 用流中 正确找到 特定的节 目。它 用于说明 ：个 节目是由 多少个组 成的；个节目 是由哪些 组成等。这对于由不同的数据流复用成个合成的是一个打算性的条
23、件。为了重建原来的， 就要追踪 从不同来的包及其 。因此， 一些映射构造 ， 如节目关联表 ， 目映射表， 两种映射构造， 会以打包的形式存在于上，即 借助于传 输一串 描述了各 种的表 格来实 现。为此 采用了个不同的表格：节目关联表， 针对复用的 每一路业 务， 供给了 相应的节 目映射表 的位置 传输流包的包标识符 的值， 同时还供给 网络信息表 的位置。 条件接收表 ， 条件接收表供给了在复用流中条件接收系统的有关信息。 这些信息属于专用数据， 并 依靠于 条件接 收系统 。 当有 时， 它 还包括 了流的 位置。 节目 映射 表 ， 节目映射表标识并指示了组成每路业务的流的位置， 及
24、每路业务的节目时钟参考 字段的 位置。网络信息表 ， 在中的由供给， 内容由用 户定义。 中只定义的名称，其语法构造是在 中定义的。 标 准 简 介 联 盟年， 欧洲个组织成立了 】【 ，擞字视频播送 联盟， 这个联盟 现在已经拥有近个成员 。 联盟 发表了一武汉理大学硕士学位 论文系列数据播送技术标准， 统称为标准， 包括卫星数字电视传输标准 、有线电视传输系统标准和地面传输标准，为卫星、有线和地面电视频道传送高速数据铺平了道路。其中， 规定了卫星数字播送调制标准，使原来传送一 套 ，逐行倒相制节目的频道可以传播四套数字电视节目， 大大提高了卫星的效率。 规定了在有线电视网中传播数字电视的调
25、制标准， 使原来传送一套制节目的频道可以传播四至六套数字电视节目。 介绍在 标准中定义供给了相关节目组成和相互关系的信息 ，它 指定了如何从一个携带多个节目的传送流中正确找到特定的节目。 但是只供给了解码一个传送流所需的特定信息， 为了引导数字电视机顶盒从传送流中搜寻节目， 标准就在的根底上对其进展扩大增加了一些额外的信息， 全部这些信息就被称为业务信息， 【 引， 是数字电视播送系统向接收设备传递与业务相关的信息， 是数字电视播送系统为在整个播送网络中接收某个特定业务并供给业务相关描述信息而定义的。 信息中供给了更加具体的与传送流和节目相关的信息， 接收机可以从传送流中获得业务和大事的内容，
26、 经分析之后组织成有用的信息提交给用户使用， 保证接收机能够实现自动选择业务的功能，也为的实现供给了根底。添加了以下的一些信息表：业 务组关 联表 ， ：业务群关联表供给了业务群相关的信息， 给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务列表。 业务描述表， ：业务描述表包含了描述系统中业务的数据， 例如业务名称、业务供给者等。大事信息表 ， ：大事信息表包含了与大事或节目相关的数据， 例如大事名称、起始时间、持续时间等。不同的描述符用于不同类型的大事信息的传输， 例如不同的业务类型。运 行状态 表 ， ：运行状态表给出了大事的状态 运行 非运行。运行状态表更这些信息， 允许自动适时切换大事。 时
27、间和 日 期表 ， ：时间和日期表给出了与当前的时间和同期相关的信息。由于这些信息频繁更， 所以需要使用一个单独的表。武汉理工大学硕十学位论文 时 间偏 移 表 ， ：时间偏移表给出了与当前的时间、日期和本地时间偏移相关的信息。由于时间信息频繁更， 所以需要使用一个单独的表。 填充表。 ：填充表用于使现有的段无效，女在一个传输系统的边界。选择信息表， ：选择信息表仅用于码流片段例如， 记录的一段码流中， 它包含了描述该码流片段的业务信息的概要数据。连续信息表 ， ：连续信息表仅用于码流片段 ，女，记 录的一段码流中，它 将插入到码流片段业务信息连续的地方。上述的及面提到的 在流中是依据流中每个包头中来区分的，为此标准对做出了如下的安排规划：表 的安排表表值 保存 ， * ， ，* ， ， ， ，* 网络同步化 保存为以后使用 一 从表 可见， 有些的传输包能传 送多种表 如为 的传输包可以负载和，在这种状况下，接收机就需要依据表中的 来区分不同的表。 值的安排【】见表： 值表 值安排表描述 保存