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1、华中科技大学 硕士学位论文 数字电视机顶盒关键模块设计与实现 姓名：王拯 申请学位级别：硕士 专业：计算机系统结构 指导教师：黄浩 20090525 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 目前数字电视发展掀起了世界范围的热潮，世界各地的电视节目组织都在积极 的开展自己的数字电视广播。用户对电视节目质量要求的提高以及数字信号技术的 发展，促使数字电视取代模拟电视成为必然。由于我国模拟电视用户群的庞大及消 费水平的限制，目前不能全面换用数字电视，因此数字电视机顶盒成为该阶段非常 重要的设备。 数字电视机顶盒是一种中间设备，它能够提供数/模信号转换功能，使用户利用 原有的模拟电
2、视机收看数字电视节目。在嵌入式开发环境下，根据硬件平台资源开 发的软件系统能很好的实现使用需求，其中软件系统的设计实现包括系统启动的设 计实现，嵌入式操作系统内核的设计和实现，文件系统的构建实现，消息机制的设 计，应用程序图形界面的代码编写几个部分。其中与用户最为直接关联的是显示系 统部分，让其图形界面简洁而有人性化的效果，这样用户就能以最简单直观的方式 知道其选项功能，比如用图片显示来表明其象征的功能，而消息机制状态机在软件 系统中负责模块之间的消息处理，用户对显示系统反应的同时也要求消息机制的安 全控制，用户希望在对显示系统操作时必须能够到达自己想要进入的模块。 对于数字电视机顶盒软件的测
3、试方法主要有两种：功能测试和性能测试。功能 测试用于测试平台的各种演示功能；性能测试是在更改各种信号传输参数的条件下 下测试平台的接收性能。 关键词：机顶盒；嵌入式系统；移植；文件系统；消息机制 II 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract Nowadays, digital s et- top- box technology has been used around the world, and many countries are developing their own digital television systems. As the signal proc
4、essing theory develops and peoples requirement for better television service increases, world- wide popularity of digital television has become a irresistible trend. Due to huge population and limited purchase ability per people of our nation, its impossible to used pure- digital television, which r
5、esults in the promotion of set- top- box in the period. Set- top- box is a kind of middle device with which people could watch digital program through old analog television,Basically it provides smooth conversion between digital signal and analog signal. Under embedded environment,the software syste
6、m consists of several important parts which include bootloader, configuration and implantation of linux kernel, construction and implantation of file system, design of message distribution mechanism and display system. The display system is the nearest to users, which should be user- friendly in ord
7、er to make use of the system more intuitional. For example, one could use function- related picture to tell user what kind of function the software could provide. The message mechanism is responsible for message passing and receiving of signals between different modules of software system, to which
8、some security policy is also important according to market investigation. There are two methods for set- top- box s test: function test and efficiency test. Function test is for verifying whether the system could provide proper services; efficiency test is for testing the output performance with cha
9、nging the transmission parameters. Key words: Set- Top- Box; Embedded system; Porting; File system; Message distribution mechanism 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位
10、论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，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。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论 1.1 数字电视广播发展概况 数字电视是指从电视节目的制作、编辑到节目数据
11、的传输发射和节目接收过程 全部都使用数字编码与数字传输技术的电视技术1。它将传统的模拟电视信号经过 量化编码转换成数字信号，然后进行处理、保存和传输2。采用数字技术能获得比 模拟电视技术更高的性能和更多的功能。 采用数字电视信号技术来传输电视节目相比以往使用的模拟电视技术传输而 言具有很多好的特点优势： （1）多功能复用，使得频谱资源利用率提高3。传统模拟电视技术如果使用只 能传输一套电视节目的特定信道带宽，使用数字技术则可以传输 7 套左右的电视节 目，因此采用数字技术能使得传输信道的利用率大大增加。同时数字信号技术还可 以实现多功能复用4。 （2）数字技术使得传输信号的抗干扰能力增强，质量
12、好5。以往模拟电视信号 在传输过程中的抗干扰能力很差，会将许多的噪声信号加入到电视信号中。这样在 接收端的模拟电视信号强度就大幅度降低。而使用数字信号技术有很强的纠错能 力，信号基本上能保持不变6。 （3）网络的发展使电视成为信息终端，功能丰富化7。在机顶盒系统中实现网 络的功能，然后在数字电视节目传输信道中分配一定的带宽供网络信息传输。这样 就可以在电视中实现网页信息查看、视频点播、在线游戏等应用8。 由于数字电视还没有统一的国际标准，所以各国都积极发展自己的数字电视标 准，比如美国的 ATSC 标准、欧洲的 DVB标准和日本的 ISDB 标准9。 ATSC 电视标准支持标清和高清两种播放方
13、式。美国的数字电视传输主要采用 地面传输方式，系统信道对高斯白噪声有很强的抵抗性，频谱效率高，但是移动接 收信号的效果比较差10。 DVB数字电视标准是欧盟一起协商制定的电视标准。 在这个基准里，它规定了 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 一些必须遵守的传输需求， 比如视频会使用 MPEG- 2 视频流标准而音频则使用的是 MUSICAM 编码 11。另一方面，由于不同的传输媒体和调制方式，它又划分出了 三个子标准要求：DVB- S 标准，DVB- C 标准和 DVB- T 标准12。 ISDB 数字电视标准是一种复用扩充标准。它能够在普通的电视传输网络中传 送很多种类的数据
14、信号，也能够在多个传输信道中传送复用信号。这个标准拥有很 强大的扩展性，通过这些扩展能够方便的进行其他的数字电视业务应用实现13。 由于数字技术所具有的许多特点，使得数字电视正迅速取代模拟电视市场。数 字电视技术能够使得电视成为网络信息终端，而不仅仅是像以往的模拟电视一样只 用来观看电视节目14。数字电视正朝着实现网络功能、提供各种不同的互联设备接 口和家庭网关控制等方向发展15。 数字电视实现连接互联网的功能是一个非常重要的发展方向。它可以发展到同 PC 一样方便的使用网络信息资源，实现坐在电视前进行邮件撰写接收、观看网络 视频节目、流媒体数据下载等功能16。 数字电视系统还能实现 USB
15、接口、外接存储设备接口等多种设备的互联接口 17。还可以组成家庭网络来对家庭中的各种设备进行监控操作，实现家庭中各种数 字设备间的互联，信息的共享18。 1.2 课题研究的背景 由于市场对数字电视的需求在迅速发展，数字电视地面广播技术也已经日益成 熟，市场前景非常广阔，目前很多地方已经使用数字电视机顶盒来发展数字电视节 目的应用。 随着消费者生活质量的不断提高，消费者不同的需求使得消费电子产品的应用 功能越来越多，因此消费电子产品的设计开发越来越要求高技术和高稳定性。 数字电视机顶盒正是适于这一消费电子产品要求的中间设备，它的应用程序 GUI 功能非常丰富19。 因此各种功能模块之间的消息传递
16、和模块切换也变得越来越 复杂，所以一种好的消息机制的设计就显得尤为重要20。本系统就根据此需求设计 了一种方便移植而且稳定的消息机制，它能够快速稳定的实现各种模块间的信息传 3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 递和状态转换。 同时由于数字电视机顶盒的专用性，对于其系统软件的特性要求非常高，它希 望能够最短的时间内完成所有必须设备的初始化，而且能够随时地任意的断电而不 产生任何问题，因此对其底层的设备及其内核软件的稳定性要求是很高的，本课题 根据以上两个方面的内容进行了设计实现。 1.3 本课题研究的意义 数字电视的发展前景被广泛看好，它取代模拟电视是不可避免的趋势。它具有 清晰地画面，给电视产业提供增值服务；数据与音视频流混
