基于SH_Mobile平台的手持数字电视接收系统设计与实现(可编辑)

基于SH_Mobile平台的手持数字电视接收系统设计与实现(可编辑) 基于SH_Mobile平台的手持数字电视接收系统设计与实 现 武汉理工大学 硕士学位论文 基于SH_Mobile平台的手持数字电视接收系统设计与实现 姓名:刘先华 申请学位级别:硕士 专业:通信与信息系统 指导教师:陈伟 20090501武汉理工人学硕学位论文 摘 要 随着地面移动数字电视广播体系的不断完善和数字电视市场的快速发展, 移动数字电视终端的开发和应用将势必成为未来多媒体手持设备的发展方向。 手持数字电视产品作为移动数字电视业务的一种,将具有极大的经济潜力。对 于手持数字电视技术的研发,中国才刚刚开始,许多发达国家在这方面也才刚 刚起步,中国应该抓住这个有利的时机,积极推动手持数字电视 业务的发展, 使消费者能够更早的享受到这一便利、快速的多媒体服务。从技术上和 商业上实现从向的过渡进而找到市场新卖点,还为开展新的广播应 用提供了媒介平台。以技术成熟的系统作为依托,无论在系统的可 靠性或稳定性方面都有可靠保证。因此,本文提出了基于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的手持数 字电视接收 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,对我国移动手持数字电视的开发也具有一定的借鉴作用。 论文详细介绍了基于技术的手持数字电视接收系统的研发过程。重 点介绍了接收系统的软硬件设计。系统的硬件设计主要包括:.平台的 硬件组成框架、前端接收及解扰模块、后端音视频输出模块、外围存储模块以 及调试接口模块等功能电路的设计。系统的关键软件模块的设计包括:对 信号的解复用的设计、解扰解密的设计、 卡存储方案设计以及对主要的数 据业务即股票数据的数据组织和存储策略等。其中涉及到标准、. 传输流结构、复用原理以及加解密原理等许多关键技术。 最后,论文对该手持数字电视接收系统的功能测试也进行了介绍,主要包 括系统接收信号的最低灵敏度、解调出的流质量、频道节目搜索和 节目列表解析是否下确,解码后的画面是否流畅,面面质量是否清晰稳定等方 面的测试。经测试接收系统的设计在功能、性能和效率、系统稳定性等方面都 达到了预期的效果。同时,论文针对手持数字电视接收系统的不足之处也提出 了进一步研究不发的方向。论文对手持数字电视产品的市场和经济潜力做出了 展望,对具有中国国内标准的移动电视产品也寄予了热切的期盼。 关键词:手持数字电视;;解复用;条件接收系统;;武汉理工大学硕十学位论文 , . . , ,,. ,.. . , ., ? ’ .? . :. ,?, . ,, :, ..,一 , ,武汉理工大学硕士学位论文 ., ’ , , , . , , , . . , . :;;;;;独创性声明 本人声明,所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。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研究成果,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 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ,即: 学校有权保留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行检索,可以采用影印、缩印或其他复制 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,并向社会公众提供信息 服务。 保密的论文在解密后应遵守此规定 期 研究生签名:女先华导师签名武汉理一大学硕士学位论文 第章 绪论 .本文研究的目的和意义 随着人们生活水平的不断提高,传统的固定地面电视广播已难以满足人们 的消费需求,人们不仅希望可以随时随地的收看高清晰画面的视频广播,还希 望可实时的接收一些诸如数据、图片、声音、股市财经等信息。在韩国,由于 他们使用了美国数字电视标准对其国内地面电视广播业务进行数字化, 而这种标准无法支持移动电视业务。在人们对移动电视业务需求同趋增长的情 况之下,韩国人最终选择了 .欧洲标准作为韩国开展地面手机电 视业务【】的传输标准,并由此确立了韩国的地面手机电视国家标准。 从技术上和商业上实现从向’的过渡进而找到市场新 卖点,还为开展新的广播应用提供了媒介平台。以技术成熟的系统 作为依托,无论在系统的可靠性或稳定性方面都有可靠保证,并且在欧洲 己商用多年,具有成功商用的经验可以借鉴。目前,国内最急需解决的问题, 就是加快产品的国产化,形成拥有自主知识产权的产品,以及通 过中国的 联盟加速整个产业的进程,起草中囡自己的国家标准。由于所 具有的强大技术优势,手机电视广播的市场前景必将越趋广阔。 虽然前景喜人,但目前在国内该业务仍然处于市场准备阶段,主要原因是 存在着内容,终端,技术,标准和资费及用户等多方面的发展障碍。在这其中 技术障碍是最为关键的因素之一。本文针对目自『手持数字电视接收系统的开发, 提出了一种手持数字电视接收系统的设计方案,在某种程度上具有很强的现实 意义,对我国手持数字电视接收终端的开发也具有一定的借鉴作用。 .国内外研究的现状及动态 目前,世界各国已经提出了多个用于手持移动终端的标准:韩国、 .欧洲、.日本、美国,并且在许多国家和地区都己达 到了商用普及的阶段。武汉理大学硕士学位论文 中国 基于不同的传输网络和制式,国内也衍生出了不同的手机电视标准,目前 基于地面广播技术的主要标准有:中国移动多媒体广播的标准,北京新 岸线的标准, 由中国卫信控股有限公司、中电通信科技有限责任公司 等家单位共同发起的标准以及清华大学推出的标准,这些标 准各有优缺点,具体采用什么标准目前还无定论。 韩国 ‘是韩国推出的地面数字多媒体广播系统,从严格意义上讲,仍算 是欧洲的国际标准。该标准建立在欧洲厂商开发的尤里卡数字音频广播 系统的基础上,做了一些修改,以便向手机、和便携电视等手持 设备播送空中数字电视节目。在韩国已经步入商用阶段。标准 于年通过审核,成为欧洲数字多媒体广播标准。同期,欧洲不发 出来的移动数字电视广播系统.刚刚不始试验工作。 欧共体 ,是欧洲 .标准全称为 组织在推出数字电视传输的系列标准以后,为通过地面数字广播网络向便携/手 持终端提供多媒体业务所制定的传输标准。.保有部分与.接收电路 的兼容性,同时为了满足手持式装置接收的特性,如低功耗、高移动性、共通 平台与网络切换服务不中断等要求,以保证在室内、户外、在步行或行驶中的 汽车上都能诈常收看,做了不少技术改进。 美国 美国高通公司也向市场推出了 技术。该技术是 为了同时向大量的无线终端用户群高效、经济的传送多媒体信息而专门设计的。 其目标是降低成本、增强用户体验,用户可通过传统手机在各种节目频道上自 如浏览。作为全新开发的专门面向移动环境下手持终端多媒体广播接收的无线 技术,能够提供在大容量、低成本的条件下向广大手机用户同时传送高质 量音视频内容,从而为广电内容运营商提供了一种全新的多媒体业务解决方案。 不过,由于这项技术起步较晚,整体产化力量还落后于其他两大标准体系。 日本 随着日本地面综合业务数字广播.,】 获得国际电联批准成为世界标准,日本数字电视地 武汉理上大学硕士学位论文 面传输标准建立过程结束,地面电视数字化进程转入大规模工程实施阶段。 是在日本特定的频谱资源和市场环境条件下建立的数字电视地面传输标准,按 日本数字地面广播联合委员会广播业务发展规划,数字电视地面广播于年 底首先从东京、大阪、名古屋三大都市地区开始。 .本文的主要内容和组织结构 ..论文内容概述 本文主要介绍基于标准的手持数字电视接收系统的研制,该系统可 以接收标准的码流,并能对码流进行解码,最终通过显示 屏来观看视频、音频节目以及数据业务等增值服务。本文介绍了该系统在设计 过程用到的关键技术,并对系统的软硬件设计及最后测试作出了详细的分析。 ..论文结构 论文总共分为章,结构安排如下: 第一章绪论:介绍本文研究的目的、意义以及该课题在国内外研究的现状 及动态,并对论文的内容及结构进行了简要的介绍。 第二章传输系统研究:包括的发展历程、系统构成、 流的结构分析以及系统的主要技术特点等。 第三章硬件系统设计与实现:介绍本系统的硬件开发,主要是. 平台外没的硬件原理。 第四章接收系统的软件设计:介绍.平台上的软件不发工具以及 系统关键软件模块的设计。 第五章系统测试与分析:介绍整个系统测试的目标、测试工具以 及测试的 具体方法与结果。 第六章总结与展望:本章回顾和总结了整个接收系统的开发过程, 并对系 统升级的潜力进行了展望。武汉理丁大学硕士学位论文 第章.传输系统研究 . 系统构成 从系统过渡到,无需对现存的广播前端进行任何改动,只 要在前端设备上引入一个视频编码器,就可以实现从到的过 渡。图.所示为韩国业务构成及传输帧结构图。 双 多 动态 透? 多媒体 透 复合 透明 通 通 标签 数据. 传送 数据 数据 控制数据 道 道 业务 通道 对象 封装 通选 ? 信息 通道 和 音 节同关联 非节同关联 . 业务 . 频 信息 信息 信息 快速信息 视频 音频 数据 数据通道 业务 业务 业务 快速信息通道 土业务通道 图. 业务构成及传输帧结构图 从图中可以看出,系统中仍延用了的整个系统,只是在 的主业务信道中划分出一个独立的子信道用于视频业务。而像原 先 中所固有的声音业务,数据业务都保持不变,这也使得的部署相 对较为容 易。而新增的视频业务则主要通过前端的视频编码器来实现,视 频编码器 编码产生的数据流,以复合群传输接口信号形式通过的复用器以 流模式方式复用到子信道中去,与来自其它路的音频或数据复用 成高达 ./的传输数据流,然后将数据流分配给同步网中的各个 发射台进行发射。 .传输流构成与解析 】是当今最流行的音频/视频压缩技术之一。这是因为它不仅仅是一 武汉理上大学硕士学位论文 个单独的标准,而是一系列以相似理论为基础且适合于不同应用的标准。其中 的.是运动图像专家组的第阶段,定义了编解码技术及数据流的传输 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ,制定了.解码器【 ,之间的共同标准。 根据数字通信信息量可以逐段传输的机理,将已编码数据流在时间上以一 定重复周期结构分割成不能再细分的最小信息单元,即数据包。数据包为数据 流同步和复用奠定了基础,将.【 】压缩编码的视频基本流. 数据分组为包长度可变的数据包,称为打包基本流. 。同时,在.标准中也定义了种系统流格式:节目 传输流 ,分别适用于不同的传输场 流 合,在这里我们关注流。实际是面向数字化分配媒介有线、卫星、地 面网的传输层接口。对具有共同时间基准的两个以上的先进行节目复用, 然后再对相互可有独立时间基准的各个进行传输复用,即将每个再细分 为更小的包,包结构如图?所示。 步 譬输误码 起始 传输 输加扰 自适戍 连续 控制 计数器 字节 指/符 指示符 优先级 控制 ?............?...?..................?.....?...?????”“””?一 最大 包头 自适应区可选 包数据 ’。’??......... .........................’最大 适应 标志 信息与插入 填充数据 区长 的标志有关 ? 一 一 图. 流结构图 由图可见,包由包头、自适应区和包数据部分组成。每个包长度为固 。 定的 ,包头长度占 ,自适应区和包数据长度占 为有用信 息空间,用于传送已编码的视音频数据流。武汉理工大学硕学位论文 包的包头由同步字节、传输误码指示符、有效载荷单元起始指示符、传 输优先、包识别. 、传输加扰控制、自适应区控制和连 续计数器个部分组成,如上图所示。 同步字节:同步字段,值固定为。一路未知起始位置的流,从 检测到的第一个开始,若每跨越字节一般情况下,跨越包的个数为 个数据的值都为,则认为当前的即为本路流的起始位置。 传输误码指示符:标志位,当置为‘’时表明在当前传送分组中至少 有一个不可纠正的错误位。该字段由传送层上层实体置位,在错误没有纠正之 前,该标志不能置为‘’。 起始指示符:标志位,表示该数据包是否存在确定的起始信息,用来指 示传送流分组带有分组或数据时的情况。若该位被置为‘’,表示这 个传输包是一帧数据的第一个传输包,为‘’则不是。 传输优先:优先级指示器,当被置‘’时表示该分组比其它具有相同 但此位没有被置‘’的分组有更高优先级。传送机制可根据此位确定在一 个原始流中数据的优先级。 包识别:包识别符,值是由用户确定的,解码器根据将 上从不同来的包区别出来,以重建原来的。不同类型的传输包, 比如音频包和视频包,有不同的,接收端根据来判断存贮在传输包中的 有效载荷的类型。 传输加扰控制:字段,可指示数据包内容是否加扰,但包头和白适应区 永远不加扰。 自适应区控制:字段,用束指示本传输流分组包头时候含有自适应字段, 即表示有有用信息无自适应区,表示无有用信息有自适应区,表示有 有用信息有自适应区,无定义。 连续计数器:计数值,可对包传送顺序计数,据计数器读数,接收 端可判断是否有包丢失及包传送顺序错误。随着每个具有相同的传输流分 组而增加,当它达到最大值之后又恢复到。在传输流中,分组和它的复制可能 被作为两个连续的具有相同的传送流分组送出。 包自适应区是一个可变长的域,它在包中是由包头中的适应域控制 来标识。当自适应区控制的取值为‘’或者‘’时包含此字段。当利用链接 层的信息将各基本比特流提取出来后,自适应字段便提供基本比特流解码所需 武汉理工大学硕士学位论文 的同步及时序等功能。自适应区无须伴随每个包都发送,发送多少主要由选中 的包的传输专用时标参数决定。自适应区中的填充数据存在的原因是由于 包长不可能正好转为包的整数倍,最后.的包保留一小部分有用容量, 通过填充字节加以填补,这样可以防止缓存器下溢,保持总码率恒定不变。 . 关键技术 音视频编码处理 韩国标准采用了在限定带宽内仍能提供高效压缩性能的压缩标 准 .视频压缩标准。而在视频伴音压缩标准的选择上,则采用专利使 用 费相对较低的.音频压缩标准而非。对于视频播放中伴随的 一些数据业务或需要提供一些交互应用的场合,则使用了.编码。 为了便于商用接收机的开发,使用.压缩标准中所需解码处理能 力相对较容易的架构。图.示出了对视频业务的处理流程。 数据 段 产生器 声 段 / / 生 / 包 数据流 同 . ???叫一 器 产生器 打包器 为 外 ? 视频 . 一外 通 ? 数据流 包 复 ?叫 ?. 暑编 用 视频编码 打包器 视频 打包器 用 交 餮码 音频 同步包 器 织 数据流 音频 包 音频编码 打包器 同步包 打包器 专有 专有 数据流 专有数据 包 同步包 数据 打包器 打包器 图. 视频业务处理流程图 从该框图可以看出:在视频编码器中,使用了.部分的 标准对分别采用.编码的视频,编码的伴音以及编码的交互数 据内容进行同步。首先使用.同步层数据包格式对视频、伴音以 武汉理工大学硕十学位论文 传输流中。然后再进行 及交互数据进行封装,进而把同步包复用到一 前向纠错,最后以流模式方式复用到系统中。 复用功能 .传输流包括单频单节目和单频多节目两种模式,对 于模式.传输流的复用【过程可以分为两个层次。打包后的音视 频数据流合成单个节目的传输流,以及多个单节目的流合成一个新的 传输流。在第一个层次,通过对来自一个或多个打包的基本数据流的传输 包进行复用,从而形成单个节目的传输流。构成一个节目传输流的条件是要求 构成该节目的基本流拥有共同的时间基准,在第二个层次,对多个节目的传送 流进行组合,以构成一个多节目的传输流,传输流的体系结构是可分级的,多 路节目的流也以同样方式复合构成更高速率的传输流。对于模式则只 包含第一个层次的复用。传输流的两级复用如图.所示。 图?复用功能原理框图 数字电视条件接收 条件接收 系统】是一个综合性系统,系统涉及武汉理工大学硕十学位论文 到多种技术,包括加解密技术、加解扰技术、编码技术、复用技术、智能卡技 术、网络技术、接收技术,此外还涉及到用户管理、节目管理、收费管理等信 息管理技术。条件接受系统就是为了满足对某些广播服务实施接入控 制的系统。它的主要功能就是确保只有支付了或者即将支付费用的用户才能收 看所选择的电视节目。 条件接收的核心是控制字传输的控制。在采用.标准的数字电 视系统中,与节目流条件接收系统相关的有两个数据流:授权控制信息 。由 和授权管理信息 业务密钥 加密处理后的在中传送,中还包 括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对加密的在 中传送,而在传送前要经过用户个人分配密钥 的加密处理,中还包含地址、用户授权信息。信息插入传输流, 大 约每几秒出现一次。平均每~秒出现一次。 武汉理工大学硕士学位论文 第章硬件系统设计与实现 . 硬件系统整体架构 ,是由同本瑞萨公 ?】全称 司推出的一种集成了音频和视频的移动电话多媒体应用的专用 处理器。 平台的硬件组成【主要包括核心处理器模块、模块、 模块、/模块、 模块、模块、调试模块 以及模块等。硬件平台的系统功能框图如图.所示。 日 日 至卜 卧 喜鋈卜 管理 图? 硬件系统功能框图 .关键硬件模块设计实现 平台的核心处理器模块、电源系统、时钟复位系统以及存储器系统构 成了平台的最小系统。由于内部自带的,因此无须扩展 外部,这样节省了成本,同时也增强了高速数据传送的稳定性。另外需 要说明的一点是,由于数据业务中股票业务的数据量非常大,所以扩展了一片 ,在股票运行期间中,行情和分时数据就全部存储在上,只将 武汉理上大学硕士学位论文 股票控制信息存储在内部上,这样可以有效的节省股票信息占用的内 存空间。下面具体说明平台关键模块的硬件设计。 ..前端接收模块 模块 【】采用的的模块方案,包括芯片 和基带芯片,支持?和. 双通道输入,因此外接一个支持.和. 的双通道滤波器从天线接收的信号经过滤波器之后分成两 路到模块。为调整阻抗匹配误差,传输线路中预留阻抗匹配网络。 通过接口对进行设置,通过接口接收数据流。 可以将信号通过接口输出至音频解码器。的工作电压标准为 .,.和.,由三个供电。模块接口如图所示。 穗 ‘ \ ; 。 ???? 。 / ...........?...... ?? /。?? ???? 。? .. 。 一 一 ’ 。 ??。/.. . 艮 蕊 图. 模块示意图 通过接口对进行设置,再通过接口接收数据流, 接口既是控制通道又是数据通道: 先进入主模式,对模块内部寄存器进行读写,完成对 模块的配置包括芯片初始化、频道选择等; 接收口传送出来的码流,进行.解码。 这样做的好处是可以减少主控制器和模块的连线,同时也减少了软件上 驱动编写调试的工作量。因为对进行配置时不需要传输节目数据,武汉理工大学硕:学位论文 总线使用没有冲突,因此控制通道和数据通道都使用总线是合理的。此外, 的接口也可作为备用的控制通道。 可以将信号通过接口输出解码后的信号,因此系 统选择总线作为音频信号的数据通道并直接送给 。总线包括三条信号线,数据线用于传输比特流,位 时钟信号线用于提供数据线上数据的采样时钟,声道时钟用于判断数据线上哪 些比特属于左声道的数据,哪些比特属于右声道的数据。带有个用 户自定义的中断输出,系统选用其中个中断引脚作为频道锁定中断输出。 模块 本系统针对运营商的需求选用了公司的一和 公司的 智能卡【?。上海地区使用的是系统,而系统主 要在北京和广东使用。智能卡在系统中的设计如图.所示。 《 移 : 陀。 ? ’‘?????? × 。人 ‘ ‘ , 幽 ?? 卜 /. .。一 茹 蠢 。 图. 连接示意图 数据接口为标准卡接:类形,而为工类型。由于 没有接口,因此需增加接口转换芯片来实现与之间 的数据通信并给智能卡提供的电平由.升压转换而来。此外,工 作所需的标准时钟为,是由外部输入的时钟在芯片内部分 频而来,并且的复位信号也由提供。在整个通信过程中,实际 上是由通过接口对进行操作,实现对的初 始化设置,当工作之后再通过口与的即串行通信接口进 行双工通信,这是因为的/与/可配置为直通模式。 武汉理工大学硕士学位论文 ..后端显示模块 接口电路设计 内置的两个音频接口单元,,支持, 音频数据输入输出。系统音频部分采用公司为手持设备开发的立 体声编 解码芯片,进行音频解码输入输出。具有支持立体声的双路 低功耗.和,支持,/等音频接口,可以配置成 或者模式。提供线总线模式。 的工作时钟由.的晶振提供。内部模块工 作需要.时钟,由内部将.时钟分频至 .,通过送至。结构如图.所示。 黟’ 蹦 骖??‘:。”“。?弼 .... 。 ? ;。 ”、??。‰ ? 弋 专?’. ?? ? ?涨船 ??一弋 一 ’ ,,.. 。, , . 一上 。 、 、。 ,,, 《瞻 图. 接口示意图 通过接口输出音频数据流到,音频模拟信号通过 或输出,输出通道选择由系统检测是否有耳机插入来决定, 插入耳机时通过输出音频,未有耳机插入时通过输出音频。 麦克风采样获得的音频数据通过接口送至,可以实现录音功能。 接口电路设计 内置高性能控制器,支持总线接口模式和系列 总线接模式系统总线接口模式。模块采用.,为. ,带有触摸屏面板,支持的分辨率和位接口。模块 的硬件设计中采用了 接口模式,使用,, 武汉理工人学硕士学位论文 ,控制信号线,:十八位数据总线与模块的 总线接口部分相连。接口如图.所示。 照嘲 目?秽?“可??口? 厂\ 蘸 黪 .:】 。 颥 、 旦。 ? ‘ 『????叫 正 岫 弋, 叫 : 匦?矗:二盛???? 厂\ 七 链 ,铀 、、一 图. 模块接口示意图 触摸屏控制芯片选用公司的,支持四线电阻式触摸屏,内 含位转换器,最高转换速率,通过接口与通信。 ..存储扩展模块 卡接口电路设计 系统采用.进行存储扩展,具有 的接口,因此 通过扩展卡接口卡槽即可连接?卡。其接口如图所示。同时, 卡还与/转换芯片相连,机可以通过接口访问卡。 。?:】。 :】 :】 、 ? . ? 菇 图 卡插槽接口示意图 为了降低系统功耗,系统需要对卡进行功耗控制,在卡不使用时 切 断其电源,该功能可由通过接口控制电源芯片的内部寄存器实 现。 及模块 武汉理工大学硕十学位论文 需要通过外部总线扩展的 以及的 用于存放程序代码及大量动态数据。系统选用为的 ,工作电压.~.。使用,容量为木。 由于的总线为,因此将配置成来使用,地 址总线~,数据总线~。片选信号使用,地址空间 ,总共,其连接方式如图所示。 ‘”‘。镬翳 黪?’、“‘ 黔 : 。 :】 :. ,?: 二 :】 : ? 。 ,’ , ? : : , , ; , 一 , 一 / ?? / 鼠~;,磁 图. 模块连接示意图 的数据宽度为,通过/和八来选择高低数据,这罩由 控匍/,为时选通低存储空间,通过将反相来控制/, 当为时选通高存储空间。的数据总线:与的 :连,同时也与的 :连。其结构如图所示。 : 。 :】 :】 多?【:】 :】厂 :】 :】 :】。 :】 模块连接示意图 .调试接口模块 平台支持调试接口,通过调试器与机相连,调试接口将 的调试功能信号、串行调试信号以及信号引出到板武汉理下大学 硕士学位论文 上可以方便调试,节省主板空间。调试接口连接如图所示。 图调试接口连接示意图 调试接口通过接口连接到调试板,里面的信号包括:,支持标准的 调试接口,通过调试器与机相连;,串行调试信号,在调试板 扩展接口芯片支持,奴及接口;,串口调试控 制信号;,信号。同时,调试接口还为调试板提供.的电源,使调试 板 可以在无外接电源的情况下工作。 武汉理工大学硕士学位论文 第章 接收平台的软件设计 .软件开发环境介绍 由于接收平台是基于规格【】的实时操作系统的应用,所以下 面将简要介绍一下 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。. ,工业实时操作系统内核是一种实时 多任务系统规范。它具有标准的实时内核,适用于任何小 规模的嵌入式系统,日本国内现有很多基于该内核的产品,其中消费电器较多, 目前已成为同本事实上的工业标准。 是由“项目计划”发展而来的,是由日本东京大学坂 村健 博士于年提出的计算机操作系统规范,目的是想构 筑理想的计算机结构,实现新的计算体系??“普遍存在的计算环境”,亦 称“泛在计算环境”。所谓“泛在计算环境’’是指将微型计算机嵌入到日常生活 中的所有机器、设备、工具中,通过网络相互通信,协调运行,以实现高度计 算机化的社会环境。为了使计算机嵌入到包括移动通信器等在内的各种机器中, 需要这种计算机结构必须小型化并有很好的实时性能。目前,日本国内现有很 多基于的产品,并且被广泛应用于汽车电子、移动电话、传真机、电视 机、录像机、数码相机和其他数字家电等多个领域,成为低价高性能嵌入式系 统的典范。 平台采用日本瑞萨科技公司提供的软件作为集成不发环境, 系列处理器的开 . 是专用于 发调试工具,提供一个/语言和汇编语言编写的编译器,能够方便 的进行应 用程序的开发。同时也提供专用的软件,通过仿真器可以将应 用程序直接下载到平台的进行调试,极大的提高了工作效率。 .整体软件架构 平台的软件架构‘‘是以规范的实时操作系统为基础,利用该操 作系统提供的架构能方便的将各功能模块化并封装成一个任务, 各 武汉理工大学硕士学位论文 任务之间的通信是通过邮箱机制来实现的,平台的软件总体框架 如图.所示。 应用控制任务 中间件控制任务 /未 解码指示 ? 解码器 解码指示 字幕解码任务 音频解码任务 解码指示 ? 管理任务 视频解码任务 信息 司匡阉圊 怦复用任务 过滤器 解析包 输入端口缓竽 接口 缓冲任务 文件系统管理任务 缓竽 图. 平台软件总体框架图 由上图可知,系统主要由解复用模块和信源解码模块构成,与系 统相关的 任务还包括文件系统管理任务、缓存任务、管理任务、中间件控 制任务以 及应用控制任务,下面就介绍个模块的主要功能: 输入部分:有两个数据来源,“存储卡”或是“前端的。 文件系统管理任务:负责文件系统管理。 解复用任务:从一 中分离出和段的处理。 管理任务:对节目特殊信息和业务信息的处理。 信源解码器:包括视频解码、音频解码、字幕解码以及解码后的 输出显示。 中间件控制任务:对中间件的控制。武汉理工大学硕士学何论文 应用控制任务:接受用户给出的命令,并负责对以上各模块的控制和协调。 该系统设计对流的处理过程层次清晰,且结构较为简单。系统设计的任 务之间分工明确,服务接口清晰简单,能够很好的实现 流的接收以 及音视频的播放。 .关键软件模块设计实现 ..解复用模块 在数字电视系统后端接收机最终目的是解码播放电视节目。数字电视接收 机的解复用过程【 就是信息的分析重组过程。因为信道解码后的码流是 多路复用的数据,它不仅是含有多个节目的复用码流,而且每个节目码流中的 视频、音频和信息也是通过多路复用的形式合在一起的。因此,接收端所做 的工作是先分解出已经复用的单个节目信号流。解复用是根据传输码流中特殊 的语法结构来实现的一种反向的拆分数据包的过程,具体分为以 下四个过程。 是用以区分一个复 第一个过程是过滤。包标识符, 用的传输流中各组成基本流的唯一标识。在一个复用传输流中,组成该传输流 的音视频包及其它私有流包的号由该传输流的/信息可以获得,而 对于一些特殊的/信息,.相关标准为其分配了固定的号,如 表.所示。 表. 的分配表 程序特殊信息名称 定义 描述 ‘,目关联表 定义。,目号和 之间的关联 节目映射表 由定义 定义节目中包含各个原始流的 条件接收表 定义各对应传输包的值 网络信息表 由定义 定义网络参数 当接收到一个完整的包后,将包头信息送到过滤器,每一个过 滤器对应一个通道,过滤器检查通过的每个包头部的标志,并将它们同 过滤器设定的要过滤的号进行匹配,如果是请求要过滤的包,则检查该 包的类型,如果是音频包或视频包,则送入音频或视频解码器中, 武汉理工大学硕士学位论文 如果是段包,则转入与该过滤器相关联的段过滤器进行段过滤。如果不 是要过滤的包,则丢弃接收到的包。 第二个过程是段过滤。段是一种用来把节目特殊信息信息表和业务信 息信息表映射成包的语法结构。段可直接映射到包中,也可能起始于 包有效负载的起始。在任一值的包中,一个段必须在下个段允许开 始之前结束,否则就无法识别数据属于哪个段标题。若一个段在包的末尾前 结束了,但又不便打开另一个段,则提供一种填充机制来填满剩余空间。该机 就不允许取值为, 制对包中剩下的每个字节均填充为。这样 以免与填充相混淆。一旦某一个段的末尾出现了字节,该包的剩余字 节必然都被填充为,从而允许解码器丢弃包的剩余部分。经过过 滤后的段信息将由段过滤器来进一步区分所接收到的段所属表的类型,表的类 型由 来区分,中各表所对应的 ,如表.所示。 表 的 取值列表 描述 值 节目关联表分段 。 条件接收表分段 :了目映射表分段 . 保留 ? 用户私用 禁止 第三个过程是表分析。流的解复用信息是从分析开始,由于 的号和 是固定的,这样解复用器可以首先过滤出表, 列出了当自『传输流中所有节目的节目号及每一路节目所对应的节目映射表 的值。解复用部分对各种/表信息的分析是由软件来完成的,一旦段 过滤器收集到一个完整的段,通过中断方式通知解复用模块所请求的 段已经获得,解复用模块从相应的段缓冲区中读出段数据,并按节目 关联表段语法结构对段进行分析,即可获得当前流的所有节目的 节目号 和节目映射表的 号 ,解复用模块通过对 和. 进行.分.析找出各节目的节目映射表后,就可.通过武汉理 工大学硕士学位论文 表过滤出对应节目的数据。语法如表所示。 表. 表语法结构 语法 比特数 助记符 ??’’?? ?????????? ;; 』. ?? 第四个过程是表分析。给出了组成当前节目的相关基本流。在节 目管理程序中,首先过滤为的表,获得各个节目的表的, 然后过滤表得到音频,视频以及私有数据的,这样就可以正常解 码了。 语法如表所示。 武汉理工大学硕七学位论文 表. 表语法结构 语法 比特数 助记符??’’???????????? ?? ;; ; ; ?? ;; ?. 武汉理工大学硕士学位论文 ..解密解扰模块 在信号的发送端,首先由控制字发生器产生控制字,将它提供给加 扰器和加密器。加扰器根据控制字发生器提供的控制字,对来自复用器的 .传送比特流进行加扰运算,此时,加扰器的输出结果即为经过加扰乱了 以后的.传送比特流,控制字就是加扰器加扰所用的密钥。加密器接收 到来自控制字发生器的控制字后,则根据用户授权系统提供的业务密钥对控制 字进行加密运算,加密器的输出结果即为经过加密以后的控制字,它被称为 授权控制信息。业务密钥在送给加密器的同时也被提供给了加密器, 加密器用用户授权系统分配的用户密钥对业务密钥 进行加密, 加密器的输出结果为加密后的业务密钥,这称为授权管理信息。经 过这一个过程产生的和信息均被送至.复用器,与被送至 同一复用器的图像、声音和数据信号比特流一起打包成.传送比特流而 输出。整个条件接收系统框图如图.所示。 图.条件接收系统框图 在信号的接收端,经过解调后的加扰比特流,在最开始的瞬间,控制字还 没有恢复出来以前,该加扰比特流在没有解扰的情况下,通过解扰器而送至解 复用器,由于和信号被放置于.传送比特流包头的固定位 置,因此,解复用器便很容易地解出和信号。从解复用器出来的 和信号,被分别送至智能卡 中的解密器和解密器 ,解密器和解密器与智能卡中的安全处理器共同工作,从而恢复出控制武汉理工大学硕学位论文 字,并将它送至解扰器。恢复控制字的过程十分短暂。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。 图.为接收端解密解扰的流程图。 图. 接收端解密解扰流程 图.中,接收端在收到加扰码流’之后的解包顺序为: .解出,是生成的与相关的表,为,中的 中的 传送流中的 指 .由 滤得信息,中含有加密后的信息,智能卡 读取用户个人密钥存放在智能卡中,用个人私钥解得; .解出,得到 ; .由 滤出信息,中含有加密后的信息,用上面 解得的去解; .解扰,以为密钥,对’解扰,得到透明的流。 、的语法均遵从 的语法定义, 具体语法如表.所示。 表 消息表的语法 语法 比特数 助记符 ??? ?? ;;流;.武汉理工火学硕士学位论文 在此需要指出的是,在.系统【标准中,对在数据包中放置条件接 收控制信息及密钥的位置有规定,所以和信息均可以打入. 、 数据包中。 的头部能够用于 ..存储卡模块 基于 平台的卡存储方案包括三个部分:硬件接口电路设计、 底层驱动程序设计四以及文件系统的设计。实现的系统结构如下 图.所示: ~ 影“ 隐 ‘ 上层应用程序 。 文件系统及操作接口 、 低层驱动程序 一’ 、 硬件接口电路 图. 卡存储方案结构图 上述结构从硬件和软件上构成了一个卡存储的基本嵌入式系统。 其中硬 件接口电路设计主要包括电路设计以及卡相关寄存器的配置。驱 动程序主要 包括卡的打开/关闭,状态维护以及热插拔动作的相应处理。而文件系统则 是基于卡的特性以块为单位对卡进行管理,同时也为上层应用程序提供 了统一标准的调用。该存储系统支持到容量的卡,上层应用 程序可以很方便的对卡上的文件进行各种操作。 卡的打开/关闭及状态维护 在 平台上,卡的打开包括上电和挂载两个步骤,关闭则与之相 反,是卸载和下电两个步骤。卡的上下电过程由主芯片和电源管理 芯片共同控制,程序通过口给发送上下电的指 令。卡挂载动作是通过调用命令来挂载卡并将卡指定成系统 中的某个目录,卸载动作则与之相反。 系统在使用卡的过程中还必须对其状态进行维护,卡包括未插卡,插 卡未用,使用中三种状态,未插卡状态和插卡未用状态通过检测卡的引 的过滤。.武汉理工大学硕士学位论文 脚实现,而使用中状态则是通过卡的打开来实现,卡状态转移如下图所 不: 图 卡状态转移图 由上图可知,三种状态中未插卡和插卡未用,插卡未用和使用中均能相互转 换,比较特别的情况是当卡状态从使用中变为未插卡状态时,程序认为卡 发生异常,并会做相应的处理。 基于卡热插拔的中断控制 通常意义上的热插拔指的是卡处于非使用中的状态时对卡进行的插 拔动作。为了支持卡的热插拔,硬件上需要一个引脚来检测每次插卡和拔卡 的操作,当用户对卡进行插拔动作时,硬件电路检测到该引脚的电平变化, 便会产生中断并跳入 的中断服务程序,然后 将该状态变 化以事件方式发送给上层应用程序。 卡的中断机制如下图?所示: 上层应用程序中断 图 卡中断机制流程图 需要说明的是由于插卡和拔卡后引脚的高低电平不一样,所以需要分情 武汉理丁大学硕士学位论文 况来配置卡插拔的中断类型:在无卡状态下引脚为高电平,插卡 时需要 触发低电平的中断类型;在已插卡状态下引脚为低电平,拔卡时需要触发高 电平中断类型。 插拔动作的去抖动处理 理想情况下,当插卡时引脚被拉低,即逻辑;当拔卡时,引脚被拉 高,即逻辑。但在实际中,由于机械触点的弹性作用,机械的触点动作与微处 理器的执行速度不匹配,导致在闭合及断开瞬间会出现一系列负脉冲,如同弹 簧一样,不能立刻产生稳定的或,以插卡动作为例,如图?所示。抖动的 。 时间长短与卡引脚的机械特性有关,一般为到 一的抖动周期 图插卡时的抖动现象 由于在插拔卡的抖动期问,检测引脚高低电平状态,可能导致判断出错。 即一次插或拔的动作被错误的认为多次的插拔动作,这种情况是不允许出现的, 为了确保对插或拔的动作仅做一次处理,必须要有相应的去除抖动的措施。 去抖动有软件和硬件两种途径,在本方案中采取的是软件去抖的方式。 当用户插拔卡时会有中断进入驱动层的中断响应函数,在屏蔽中 断后会发消息给上层管理程序来启动去抖动定时器延迟,然后再次检测 卡的引脚值,确定卡插或拔的状态之后打开中断,等待下一次中断的到来。 去抖动处理流程如下图?所示: 武汉理一【:大学硕士学位论文 匝驷 ?二? 中断服务程序 : : 茎 ?眦 臣至翌卜皇掣上 图去抖动处理流程图 文件系统及接口 在驱动程序上必须有相应的文件系统负责文件和目录的管理,由于 是较早推出的文件系统,具有高度兼容性,目前仍然广泛应用于个 人电脑尤其是移动存储设备中,所以选择作为本方案的文件系统。 简单来讲由主引导区、系统引导区、区、根目录区、数据区等几个部分组 成,如图所示: 数据又: 根目录区 区 系统引导区 主引导区 图 系统结构 武汉理工大学硕士学位论文 主引导区从第一扇区开始,记录了卡存储介质的入口信息以及分区的文 件系统格式。系统引导区存放着 参数和系统引导程 序,含有对文件系统识别的关键信息,程序通过读取该参数可以确认卡上 的文件系统为。区 文件分配表,是 在文件系统中用于磁盘数据索引和定位引进的一种链式结构。将磁盘空 间以簇为单位进行划分,簇的大小一般是为整数个扇区,每扇区字 节。区后面为根目录区,该区存放着目录项,每个目录项为个字节,记录一 个文件或目录的信息,对于分区内的任一文件或文件夹,均需通过根目录寻 址来定位。根目录之后便是数据区,卡上所有文件的内容和文件夹的位置都存放 在这里。 工程中需要为上层应用程序提供基于文件系统的接口,包括:存 储介质格式化、查找簇、 创建/删除文件、打开/关闭文件、读/写文件等各种 操作。 上层应用程序只需调用各种接口,即可实现对卡的操作。 ..数据存储模块 本接收系统中数据业务【】主要包括股票,外汇以及天气信息,其中股票数 据的信息量大,数据存储比较复杂,所以下面将特别介绍股票数据的存储策略。 需要存储的信息可分成两组,一组是当天有效的实时行情成交信息和分时 走势信息,另一组是要长期保留的历史线信息和资料及财务公告【。对 于第一组实时数据,为节省空间都应按字节流方式组织存储在内存中,用于短 时周期刷新处理。而第二组历史同线数据,内容比较长而且要长期保存,所以 存到卡上。其中资料及财务公告则以一个个单独的小文件的形式存放。 但是,由于历史同线信息的内容比较长,是循环滚动发送的,而且日线数 据的操作有两重排序,先是按股票代码区分出每只股票的数据,然后再按日期 排序,所以不能直接以文件尾部添加的方式来记录,必须要刷新以前记录的某 只股票某个日期的数据项。 同时由于日线数据需要保存在卡上,读写日线数据时需要通过文件系统 操作卡,同时这种读写操作都是随机性的,为了使读写操作的速度得到进一 步改善,所以可以采用线性表的顺序存储结构来存储股票的历史同线数据。因 此可以定义同线数据的线性表数据结构,如图所示: 武汉理工大学硕学位论文 个 个 图日线数据线性表的结构定义示意图 :用于存储这个线性表的股票代码索引表,初始化或未使用 值均为,假若最多存储个股票代码,每个股票代码占个字节,这样股 票代码索引表所占空间大小为。 :用于存储每个股票的日线数据块,存储顺序严格按照股票代 码索引表的顺序,并且 的个数也与 中的股票代码个数 相同,这样每个股票数据块与 中的股票代码在逻辑顺序和存储顺 序上都一一对应。 :用于存储一个股票某一天的同线数据,存储顺序则是按照年 月同的纵向时间顺序,所支持的时间范围则可根据实际的资源条件和应用需求 来确定,但是其中不包括星期六和星期同,因为星期六和星期属于非交易日, 没有日线数据。 每个日线数据块 的大小定义为个字节,具体包括下列几项: 有效标记和同期个字节,为有效标记,为日期,开盘个字 节,最高个字节,最低个字节,收盘个字节,成交额个字 节,成交量个字节,保留个字节。 对于同一股市沪市和深市,每个股票的代码都不同,一个股票代码可以 唯一确定一个股票;但对于沪深两市,有一部分股票代码完全相 同,即不同的 股票,他们的股票代码可能相同,那么通过股票代码就无法区分是深市还是沪 武汉理大学硕士学位论文 市股票,所以需要为沪市和深市分别建立一个日线文件,每个日线文件最多支 持个股票,时间范围上设定最长支持年不包括周末双休日,如表 所示。这样可以估算出每个文件的大小为:×××× ?,,,其中前为股票代码索引表,这样沪深两个 线文件一共大约需要字节的存储空间。 表时间范围表 序号 日期范围 大数虚拟最早数据点 木 木幸木 幸、 ..一.. 总计 不剑年 天 标志列表 前文已经提到过,同线数据在一天之内是循环滚动发送的,而且不像股票 行情数据那样每次都会变化,一支股票的同线数据至少在一天之内是不需要刷 新的,如果每次收到一个日线数据就进行无条件写入的话就会对系统资源造成 不必要的浪费,所以在每次写入之前都应该进行必要的判断,如果在当天某个 股票的日线数据已经存储到卡上了,那么当天再次收到该股票的同线数据时 就不再进行写操作了,可以采取的实现方式就是在内存中定义一个标志变量列 表,结构如图?所示: 个 图.标志变量列表武汉理工人学硕士学位论文 标志变量列表就是用于标志它所对应的 在当天是否已经进行了 写操作,所以该列表中 中股票代码 的存储顺序也必须与 索引表的存储顺序完全一致,这样就可以与 保持一一对应的关系了。 每次进入股票软件就将 列表清。 读写原则 由于读数据仅仅出现在用户在终端界面【】上选定了某支股票后,查看该股 票的线图时,才需要从卡上读出这支股票的所有同线数据,而且 这种读 操作不需要周期刷新读取,所以读数据的策略就是:先在股票代码索引表中找 到匹配的股票代码的位置,然后计算出该股票所对应的 的偏移地址, 根据偏移地址就可以将这支股票的所有日线数据全部读出,读的长度是 年×,,所以在内存上也需要定义同样大小的缓冲区做缓冲。 而写数据则在解析出日线数据后,将数据保存到卡上时的操作,由于需 要保存所有支持的股票日线数据,这样可以预计到数据量很大,写数据到卡 的操作将会非常频繁,所以需要进行优化,以减少写操作频率。采用的方法就 是,在内存罩定义一个写循环缓冲,若假定该缓冲区可以缓存一个股票天 的同线数据,则该缓冲的大小就为 ×。若当前所收的某 个股票的日线数据填满了该缓冲区即已收到了天的同线数据,或者所收到 的日线数据还没有达到天,但是该股票的同线数据己接收完,开始接收另 一股票的同线数据了,这时就要通过标志变量列表来判断该股票在当天是否已 经写入了日线数据,若没有就将缓冲区中该股票的同线数据一次写入到卡, 然后要在标志变量列表中对该股票的 置位,标志为已写入,当天再次收 到股票同线数据就不再保存了,若当天已经写入过了,就不必再次写入卡了。 武汉理工大学硕士学位论文 第章 系统测试与分析 .系统测试的目标 整个接收平台在软硬件调试完毕后需要做相应的功能测试【,测试的最终 目的是确保最终交给客户的手持数字电视接收平台能符合客户的需求,并在测 试的过程中把尽可能多的问题在交给客户之前发现并修正,使接收平台更加完 善。具体来讲,接收平台的测试需要达到如下目标: 确保整个接收平台完成了它所承诺或公布的功能,即整个平台能够正 确接收到的信号并实时播放。 确保整个接收平台在性能和效率上符合使用要求。接收平台终端 要保 证用户界面友好,操作方便;『端的射频接收灵敏度高,能够正确正确搜 到节目并且节目播放流畅,画面和音质均无异常。 确保接收平台的健壮性,健壮性即是在通常用户环境下平台的稳定性。 对于整个平台来说,能够保证在长时间比如个小时内播放过程中,不挡 机,不死机;连续快速的频道切换过程中不死机。 .系统测试条件与工具 系统进行信号接收和播放测试期间所用到的测试工具及环境如下: