标准清晰度数字电视机顶盒软件设计

标准清晰度数字电视机顶盒软件设计 ! 第 "# 卷! 第 $ 期 %&&’ 年 $ 月天! 津! 大! 学! 学! 报 !"#$%&’ "( )*&%+*% ,%*-.$/*01 ()*+ "#! ,)+ $ -./+ %&&’ ! 标准清晰度数字电视机顶盒软件设计! 国澄明，王利娟，傅建军，向小佳，吕宏伟（天津大学电子信息工程学院，天津 "&&&#%）摘! 要：标准清晰度数字电视（-01(）机顶盒的研究与开发具有重要的社会意义+所开发的 -01(机顶盒以 -1 公司的 -123345芯片为核心芯片，具有硬盘录像和有条件接收接...

! 第 "# 卷! 第 $ 期 %&&’ 年 $ 月天! 津! 大! 学! 学! 报 !"#$%&’ "( )*&%+*% ,%*-.$/*01 ()*+ "#! ,)+ $ -./+ %&&’ ! MATCH_ word _1714109444736_0清晰度数字电视机顶盒软件设计 ! 国澄明，王利娟，傅建军，向小佳，吕宏伟（天津大学电子信息工程学院，天津 "&&&#%）摘! 要：标准清晰度数字电视（-01(）机顶盒的研究与开发具有重要的社会意义+所开发的 -01(机顶盒以 -1 公司的 -123345芯片为核心芯片，具有硬盘录像和有条件接收接口+文章对机顶盒的软件结构进行了概述并重点介绍了前端控制软件、节目管理软件和有条件接收接口软件+该项目已完成了技术转让，实际应用证明，上述软件切实可行+ 关键词：标准清晰度电视；机顶盒；前端；节目管理；有条件接收中图分类号：1,$’$! ! ! 文献标志码：6! ! ! 文章编号：&’$"7 %4"#（%&&’）&$7 &5%#7 &’ 2./*3% "( 40&%5&$5 2.(*%*0*"% )6 4)7 4"(08&$. 89: ;<.=>7?2=>，@6,8 A27BCD=，E9 F2D=7BC=，GH6,8 G2D)7B2D，AI J)=>7K.2 （-L<))* )M N*.LOP)=2L H=M)P?DO2)= N=>2=..P2=>，12D=B2= 9=2Q.PR2OS，12D=B2= "&&&#%，;<2=D） 9:/0$&;0：-2=L. D OPD=R2O2)= MP)? D=D*)> O) T2>2OD* O.*.Q2R2)= 2R ODU2=> /*DL. 2= L<2=D，O<. P.R.DPL< D=T T.Q.*)/7 ?.=O )M O<. ROD=TDPT T.M2=2O2)= 1(（-01(）-1V P.DO 2?/)POD=L. D=T R2>=2M2LD=L.+ 1<. 2?/*.?.=ODO2)= )M -01( -1V 2R /P)/)R.T 2= O<2R /D/.P，K<2L< 2R WDR.T )= 6-H; -123345 D=T RC//)POR X(Y D=T L)=T2O2)=D* DLL.RR （;6）D?)=> )O<.P L)??)= MC=LO2)=R+ 1<. -1V R)MOKDP. ROPCLOCP. 2R T.RLP2W.T K2O< M)LCR )= O<. R)MOKDP. )M MP)=O7.=T L)=OP)*，/P)>PD? ?D=D>.?.=O D=T ;6 2=O.PMDL.+ 1<. O.L<=)*)>S OPD=RM.P )M O<2R /P)B.LO PD? ?D=D>.?.=O；L)=T2O2)=D* DLL.RR ! ! 数字电视（02>2OD* 1(）是继黑白模拟电视和彩色模拟电视后的第三代电视+相对模拟电视，数字电视不仅能改进图像和伴音质量，而且还能与现有的数字通信和计算机技术相结合，为人们提供全新的、更灵活和更方便的服务+ 数字电视包括 J01(（J2>< 0.M2=2O2)= 1(，高清晰度电视）和 -01(（ -OD=TDPT 0.M2=2O2)= 1(，标准清晰度电视，简称标清），两者的区别主要在于图像分辨率和信道传输所占的带宽不同+ 由于 J01( 接收机的整机制造成本高而且电视节目源的制作费用也很高，根据我国国情，我国数字电视不可能一步到位直接发展到 J01(，各种清晰度电视将长期共存+在未来几年内，-01( 将成为市场发展的主流+ 因此，标清数字电视机顶盒的研究与开发具有重要的意义+ !" 软件结构 ! ! 本 -01( 机顶盒以 -1 公司的 -O23345 芯片为核心［4］，具有硬盘录像和有条件接收接口+ 本机顶盒的整体软件结构如图 4 所示［%］+ 图 => 机顶盒软件结构 ?*3@ => 40$#;0#$. "( 4)7 /"(08&$. ! 收稿日期：%&&"7 &’7 %’；修回日期：%&&"7 4&7 %5+ ! ! ! 基金项目：天津市数字信息技术研究中心资助项目+ ! ! ! 作者简介：国澄明（4$’"—! ! ），男，教授+万方数据 ! ! 从图中可以看到，软件从下至上可以分为 " 层： #$%&’( ) *#+, 实时操作系统层、硬件抽象层（-./01./( 234’/.5’&67 %.8(/）、#$29:硬件驱动层和应用程序层; ! ! #$%&’( ) *#+, 实时操作系统层是所有上层程序代码运行的基础，主要进行多任务调度、系统资源管理、中断处理、通信操作和同步处理; #$%&’( ) *#+, 实时操作系统是一个多任务实时操作系统;由于 <9=要同时对音频解码、视频解码、解复用等多方面的事件进行处理，因而应用程序将软件分成若干任务;任务可以被分配不同的优先级，并根据优先级进行调度; 另外， #$%&’( ) *#+, 实时操作系统还提供了时间函数和内存管理函数; ! ! 硬件抽象层是与硬件联系最紧密的软件层，它主要通过读写各个模块的专用寄存器实现最底层的控制;硬件抽象层可以面向不同的硬件平台，通过硬件抽象层可以实现上层软件与不同硬件平台的结合，为上层应用软件提供更广的应用范围; ! ! 硬件驱动层主要针对不同的硬件功能模块，为其提供相应的驱动程序;它主要包括接口模块、音频处理模块、视频解码模块、视频后处理模块、非易失性存储器控制模块、硬盘文件系统模块、前端控制模块和 *#>控制模块;以上各层软件由 #$公司提供; ! ! 应用程序层是用户应用软件的主体部分，也是软件开发的主要部分之一; 与数字电视机顶盒有关的所有上层功能都在这层实现，如关于用户界面、前端控制、前面板键盘和红外遥控的接收与处理，节目信息的分析处理，节目操作的管理，硬盘录像机的控制，录像节目的管理等; ! ! 图 + 是机顶盒系统的软件流程;在一些模块初始图 !" 机顶盒软件流程 #$%& !" #’() *+,-. (/ 012 3(/.),-4 化的同时将会建立任务，每个任务都是一个1?&@(（A）结构;当 B.&7（）函数运行完毕后，各 $.4C 将继续运行，实现机顶盒的各种功能; !" 前端软件 ! ! 在本系统中，前端可以解调满足 >DE—< 标准的有线数字电视广播信号［F］;硬件中的前端由 F 个环节构成，即射频调谐、中频滤波和中频放大、G2H 解调及信道解码;射频调谐器采用硅单片解决方案 H$+,",，将射频信号变频为载波固定为 FI H-J 的中频信号; 为了符合 G2H 解调芯片对信号电平的要求，信号需经过中频放大;中频滤波采用 #2K（声表面滤波器），放大器件采用芯片 H$A+F,;用 #$D,+LM 实现 G2H 解调和 NO<（前向纠错）的功能; ! ! 前端的软件结构如图 F 所示，其中阴影部分为软件; 图 5" 前端的软件结构 #$%& 5" 0.-6*.6-4 (/ /-(7.8479 3(/.),-4 ! ! :+<驱动程序是前端软件与硬件的接口; 它提供了对 :+<总线进行读写等各种操作的函数;对于串行 P 位双向数据传输，:+< 总线在标准模式下速度可以达到 A,, C3&’ ) 4，在快速模式下速度可以达到 ",, C3&’ ) 4; 在本系统中 #$D,+LM 的 :+<地址是 ,QFP; ! ! $=ROS驱动程序提供了关于前端操作的各种驱动函数; ! ! 前端应用程序处于前端控制软件的最高层; 最主要的函数是 @.8(/TU/67’(70T’V7(（），其功能是对采用 G2H调制方式的射频信号解调解码;其解调解码过程如图 " 所示; ! ! 首先，@.8(/TU/67’(70T’V7(（）函数将 $=ROS 置为非锁定状态;接下来将 $=ROS 的具体 G2H 参数告诉 $=ROS并开始搜索信号;如果这时 $=ROS锁定，则返回 $=ROS锁定信息；如果未锁定，则将频率的范围扩大到频率 W 6UU4(’，再次搜索信号; 再次搜索时，如果 $=ROS锁定，则返回 $=ROS 锁定信息；如果还未锁定，则延时一段时间后，对 $=ROS 的状态进行最后一 ·P+P· 天! ! 津! ! 大! ! 学! ! 学! ! 报! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第 FM 卷! 第 L 期! 万方数据次查询!最后查询时，如果锁定，则返回 "#$%& 锁定信息；如果未锁定，则返回 "#$%&锁定失败信息! 图 !" #$%&’()’*+,&+-(,.+&（）流程 /012 !" /#*3 45$’, *) #$%&’()’*+,&+-(,.+&（） !" 节目管理软件 ’ ’ 节目管理软件的结构如图 ( 所示［)］! ’ ’ 由于节目库需在关机时保留，因而必须将其存于非易失性存储器，本系统选择 %*+&,-! ’ ’ 节目数据库中所有的信息都存储在 %*+&,- 中，本系统通过 .*/访问 %*+&,-! %*+&,-的 .*/地址是 0120! ’ ’ %*+&,-的驱动程序包括关于 %*+&,-的读写等操作! ’ ’ 节目数据库管理是节目管理软件的核心! 在本系统中，节目数据库主要由物理频道表和虚拟频道表组成!物理频道的概念与通常意义上的电视频道相同，对应一个调谐的频段!虚拟频道主要针对数字电视物理频道中的一路或多路节目而言! 多个虚拟频道可以属于同一个物理频道!同属一个频道的几个虚拟频道一般无法用调谐的频率进行区分，它们主要是通过各自基本流的 +.3来区分!这两个表都是双向链表! 图 6" 节目管理软件 /012 6" 7’*1’$8 8$+$1&8&+, 9*),3$’& ’ ’ 节目数据库的操作，包括初始化节目数据库、建立节目信息、删除节目信息、更新节目信息和检索节目信息!这些操作都在两个任务中完成!这两个任务分别用于分析 +4. 5 4.信息和更新 %*+&,-! ’ ’ 建立节目信息的过程如图 6 所示! 图 :" 建立节目信息流程 /012 :" /#*3 45$’, *) ;.0#-0+1 <’*1’$8 0+)*’8$,0*+ ’ ’ 节目操作接口层是节目管理软件的最高层，该层为用户界面提供了所有与节目操作有关的函数! 这些函数包括节目搜索、节目选择和删除节目等! ’ ’ 节目搜索的功能是搜索物理频道内虚拟频道的各种信息!物理频道的参数由用户接口提供，其流程如图 7 所示! ’ ’ 节目搜索过程如下：首先将前端调谐到用户指定的物理频道，如果前端锁定，则在节目数据库中建立节目信息，即分析 +4. 的 +2"、+-"，并将搜索到的节目存入节目数据库；如果前端未锁定，则返回未锁定信息；当发现该物理频道存在新的节目，返回搜索到新节目信息，否则返回未搜索到新节目信息! ’ ’ 节目选择的功能是播放用户选择的节目! 用户选 ·8*9·’ *00) 年 8 月’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ 国澄明等：标准清晰度数字电视机顶盒软件设计万方数据择的节目号由用户界面接口提供! " " 删除节目的功能是在节目数据库中删除用户指定的节目! 图 !" 节目搜索过程 #$%& !" ’()*+,, )- .()%(/0 ,+/(*1$2% !" 有条件接收接口软件 " " 有条件接收（#$，#%&’()(%& $**+,,）是广播商为保护自己的利益而采取的技术措施! 其方法是：在播出端，广播商对节目进行加扰和加密处理；在接收端，符合接收条件的用户将对节目进行解密和解扰，然后再解码收看；而不符合条件的用户将不能对加扰节目进行解码，收看不到该节目! " " 在 -./标准中有两种有条件接收方式：单密方式和多密方式［0］! 采用单密方式，机顶盒只能接收用同一个加扰算法的电视节目!这种情况，机顶盒应具有智能卡接口!本系统智能卡接口的控制芯片采用 12345 316的 7-$899:［;］，该接口支持 36< = 3># ?8@;5A 的异步传输协议［?］!智能卡接口的驱动函数包括智能卡初始化、打开智能卡接口设备、智能卡复位、智能卡读写以及关闭智能卡接口等!对智能卡的操作过程如下：首先对智能卡设备进行初始化；然后打开这个智能卡设备；如果有智能卡插入，对智能卡复位；智能卡如果返回正确的 $7B（$&,C+D )% B+,+）信息，就可以在智能卡和智能卡接口间通信；如果以后不再用该智能卡设备，可以关掉或终止此设备!经过测试，可以正确地对智能卡实行读写操作! " " 为了使机顶盒接收采用不同加扰算法的 #$系统的节目，必须采用通用接口#3! 与单密系统的机顶盒不同，采用 #3的机顶盒并不将解扰算法集成到机顶盒中，而是集成到模块 1#E#3$ 中!这样，如果需接收不同 #$系统的节目，只需更换模块即可!相对于单密系统，其优点是灵活，缺点是成本高! " " 本系统通用接口 #3 的控制芯片采用 67 公司的 67.9?99! 67(00@8 对 67.9?99 的控制通过 3F# 总线读写 67.9?99 的寄存器完成!其 3F#地址为 9G89! " " 通用接口软件的函数包括初始化 1#E#3$ 设备、打开 1#E#3$设备、读 67.9?99 的寄存器、向 1#E#3$ 读写数据和关闭 1#E#3$设备等操作! " " 有条件接收接口为集成解扰解密软件提供了必要条件!如果要接收单密系统的节目，广播商需选择一家 #$系统的加扰算法，机顶盒生产商需将加扰算法集成到机顶盒中!智能卡接口为智能卡的解密部分提供了必要的物理接口!如果机顶盒支持多个加扰算法，必须采用通用接口!用户只要在通用 #3 中插入某个 #$ 系统的模块，就可以接收该 #$系统的节目! #" 结" 语 " " 笔者所开发的机顶盒是天津市数字信息技术研究中心的项目!目前，项目已经完成并进行了技术转让! 实践证明，上述软件切实可行! 参考文献：［@］" 67(00@8 6(&HI+5#J(K 6+)57%K /%G -+*%’+D C()J E1A L&’ 2LD’ -(,M -D(N+ 6OKK%D) -L)L 6J++)［P］! 67E(*D%+I+*)D%&5 (*,，F99@5@@! ［F］" 00@8Q7$5#3 B+R+D+&*+ 6%R)CLD+ R%D )J+ 67(00@8—/L,+’ 7SI5 M% /%LD’, B+I+L,+ T%)+,［P］! 67E(*D%+I+*)D%&(*,，F99@5@F! ［A］" >763 >TA99:FU .@! F! @! -./ QDLV(&H 6)DO*)OD+，#JL&&+I #%’(&H L&’ E%’OIL)(%& R%D #LWI+ 6S,)+V［6］! ［:］" 36< = 3># @A8@85@ B+*%VV+&’L)(%& 2! FFF! 9，X+&+D(* #%’5 (&H %R E%N(&H 1(*)OD+, L&’ $,,%*(L)+’ $O’(%：6S,)+V［6］! ［0］" >763 >7BF8U，-./ 6OKK%D) %R 6*DLVWI(&H L&’ #%&’()(%& $**+,,（#$）Y()J(& -(H()LI /D%L’*L,)(&H 6S,)+V［6］! ［;］" 7-$899:7! 3# #LD’ 3&)+DRL*+［P］! 1J(I(K，@UU?5@@! ［?］" 36< = 3># ?8@;5A，带触点的集成电路卡第 A 部分：电信号和传输协议［6］! 36- = 3># ?8@;5A，3&)+HDL)+’ #(D*O(), #LD’, C()J #%&)L*),— 1LD) A：>I+*)D%&(* 6(H&LI, L&’ 7DL&,V(,,(%& 1D%)%*LI,［6］! ·9A8· 天" " 津" " 大" " 学" " 学" " 报" " " " " " " " " " " " 第 A? 卷" 第 U 期" 万方数据标准清晰度数字电视机顶盒软件设计作者：国澄明，王利娟，傅建军，向小佳，吕宏伟作者单位：天津大学电子信息工程学院,天津,300072 刊名：天津大学学报英文刊名： JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY 年，卷(期)： 2004,37(9) 被引用次数： 3次参考文献(7条) 1.STi5518 Single-Chip Set-Top Box Decoder with MP3 and Hard Disk Drive Support Data Sheet 2001 2.5518FTA-CI Reference Software for the STi5518-Based Tylko Boards Release Notes 2001 3.ETSI EN300429 V1.2.1.DVB Framing Structure,Channel Coding and Modulation for Cable System 4.ISO/IEC 13818-1 Recommendation H.222.0,Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio:System 5.ETSI ETR289,DVB Support of Scrambling and Condition Access(CA) Within Digital Broadcasting System 6.TDA8004T. IC Card Interface 1997 7.ISO/IEC 7816-3.带触点的集成电路卡第3部分:电信号和传输协议引证文献(3条) 1.王沁.付士奇.张晓彤.宋丽华.李翀基于龙芯CPU的有线宽带网络SoC硬件抽象层研究与实现[期刊论文]-小型微型计算机系统 2009(4) 2.王沁.付士奇.张晓彤.宋丽华.李翀基于龙芯CPU的有线宽带网络SoC硬件抽象层研究与实现[期刊论文]-小型微型计算机系统 2009(4) 3.林翔.程恩地面数字电视机顶盒PSI/SI信息的接收与管理[期刊论文]-信息技术 2007(10) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tianjdxxb200409017.aspx

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