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1、华中科技大学 硕士学位论文 数字机顶盒PVR功能实现及关键技术研究 姓名：刘敏 申请学位级别：硕士 专业：微电子学与固体电子学 指导教师：刘卫忠 20070607 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 随着数字电视过渡化的快速进展，数字用户特别是高端用户对 PVR 机顶盒的需 求越来越大。但由于 PVR 机顶盒技术相当复杂，对硬盘的要求很高，国内能够提供 成熟的 PVR 机顶盒的厂商还很少。这就提出了 PVR 机顶盒的新的研究课题。 由此， 通过对 SC2005 平台和 MPEG-2 系统层的深入研究， 结合该平台具有标准 的
2、 ATA 接口的特点，采用了 DMA2 方式传输数据，选择了音视频文件混合存储的方 式，在 SC2005 平台上实现了对节目的录制、回放、时移等基本功能。 该 PVR 数字机顶盒的关键技术是音视频同步问题和快进、快退等特技播放功能 的实现。通过研究基于数字机顶盒的 MPEG-2 音视频同步的原理，及对 PVR 系统中 音视频不同步问题进行分析， 采用一种利用PTS信息进行调整的方法， 并结合SC2005 平台中的解码器特点，选用了一种调整算法，解决了回放时的音视频不同步问题。 利用 SC2005 平台能硬件检测数据流中一“图案”信息的特性，并通过对 MPEG-2 视频流序列进行研究分析，采用一
3、种检测 I 帧信息的方法，建立关于 I 帧信息的索引 机制，在快进、快退时利用对 I 帧信息的索引，并且为了提高查找效率，采用了动态 缓存机制，实现了快进、快退功能，并取得了更高速度的快放和慢放效果。 该 PVR 机顶盒性价比较高，是一款优秀的高端数字机顶盒。随着国内数字电视 普及的加速发展，该 PVR 机顶盒将具有广阔的市场前景。 关键词：关键词： PVR SC2005 ATA 音视频同步 快进 快退 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the rapid development of digital
4、 televisions transition, users of digital television, especially high-end users, make greater requirement for the PVR STB. However, as the technology of PVR STB is complex, whose demanding for the hard disk is high, there are few manufacturers who can provide the maturational PVR STB, which raises t
5、he new study of PVR STB. Thereof, by the in-depth study of SC2005 platform and MPEG-2 system layer, in combination with the platforms standard ATA interface, the DMA2 way to transmit data is used, and the file storage mixed of audio and video data is chosen, by which the basic functions of the progr
6、am recording, playback, timeshifting and so on is realized. The key technology to this PVR STB is audio and video synchronization and the realization of the skipping forward or backward. Through the research of MPEG-2 video and audio synchronization principle based on the digital STB platform, and t
7、he analysis of the Video and Audios out of synchronization in PVR systems, the PTS information is used for adjustment. In combination with the decoder of the SC2005 platform, an adjustment algorithm is adopted to solve the Video and Audios out of synchronization. By utilizing the SC2005 characterist
8、ics of detecting a pattern Information in the data stream and analyzing the MPEG-2 video stream sequence, a way of detecting the I frame information is adopted. The indexing mechanism of the I frame information is established. When skipping forward or backward, the skipping function is realized by i
9、ndexing I frame information. In order to improve search efficiency, the dynamic caching mechanism is used. A higher speed effect of fast or slow playing is achieved. The PVR STB has high cost performance. It is one of the outstanding high-end digital STB. With the rapid development of the domestic d
10、igital TV, the PVR STB will have a broad market prospect. Keywords: PVR SC2005 synchronization of audio and video fast forward skip backward 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文 不包含任何其他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
11、： 年 月 日 学位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。 本论文属于 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： 年 月 日 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 研究背景 1
12、.1.1 机顶盒的原理、分类及发展现状 数字电视是指从演播室开始，从发射到传输及接收的所有过程都是使用数字信 号的电视。 电视信号有三种基本的传送途径1： 卫星传输、 有线传输及地面传输。 当 前用户大都是通过有线电视来收看电视节目的， 通过有线电缆传送的数字电视基本上 采用DVBC标准。通过卫星传送的数字电视采用DVBS标准。而地面发送的数字 电视目前标准未定，主要有美国ATSC标准，欧洲DVBT标准，我国相关标准目前 正在制定。 机顶盒(Set-top Box，STB)早期是指基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟 频道解扰器。随着数字电视广播和因特网的迅速发展，用户对信息需求的不断增强，
13、 机顶盒演变成以电视机为显示终端的信息接收和处理设备。数字电视机顶盒从其结 构上讲大体上可以分成两部分：信道解调解码部分和信源解码部分。信道解调解码 部分即前端，负责对射频信号进行解调接收和信道解码，针对不同的信道可以配以 不同的信道解调解码器。在 DVB 标准中卫星传输采用 QPSK 方式调制，有线传输 采用 QAM 方式调制，地面传输则采用 COFDM 方式。信源解码部分也称后端， 它主要完成从 TS (Transport Stream，传输流)输入到解码后的音、视频输出之间的所 有功能，包括传输流解复用、音频解码和视频解码等，是机顶盒的核心部分。数字 电视机顶盒的主要功能1是完成对数字电
14、视信号的接收， 具体讲就是把从信道传输过 来的射频信号，通过机顶盒前端的调谐器和解调芯片完成解调和信道解码，解出传 输流。然后通过后端进行解复用分出音、视频基本流，再经过音、视频解码，输出 解码后的数字视频和数字音频信号。 最后通过视频后处理单元和音频 D/A 转换器形 成 PAL、NTSC 或 SECAM 制式的模拟电视信号和模拟音频信号送入显示器显示 和播放。 从机顶盒的实现功能来讲，机顶盒分为三种2： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 第一种是基本型机顶盒，具备三个功能：一是提高信号质量，使现有的节目信 号质量大大提高，可以
15、达到 DVD 水平；二是提供电子节目指南服务，方便观众进行 频道搜索，很快了解节目表和内容简介，提供天气预报、公告、当地政府的电子政 务、社区服务信息等数据信息服务；三是可以根据用户订购的要求，对每一个机顶 盒以及每一套节目、每一项服务进行控制管理。 第二种是增强型机顶盒：它在实现基本型机顶盒功能的基础上，可以进行准视 频点播，以及提供电视教学、股票信息、电视购物等服务。 第三种高级型机顶盒：高级型机顶盒在实现增强型机顶盒功能的基础上，增加 了交互功能和增值业务功能，既提供交互电视、互动游戏等服务，还具备互联网、 收发电子邮件、收看彩信等功能。此外，高级型机顶盒还可以增加硬盘存储器，进 行实时
16、录像、分类检索，以提供给观众一种全新的收看电视节目的方式，PVR 机顶 盒正是在这种背景下应运而生的。 现在全球都在进行广播电视数字化，各国相继制定数字电视计划，相继推出了 数字电视服务，而作为接收载体的机顶盒市场更是繁荣起来，各大机顶盒厂商根据 不同的市场需求，推出了各异但功能却更先进的机顶盒，如：(1)冲电气工业开发出 可以连接电视机播放高画质图像的机顶盒，该产品为业内首款支持预测编码方式提 供高清晰画质的Qurter-PEL功能的机顶盒， 机顶盒通过在泛用 DSP 上进行软件处理 从而得以降低价格。(2)美国摩托罗拉公司和灵活电视公司联合推出了一种声控数字 电视机顶盒，用户可通过说话来让电视机播放他们想看的节目。(3)Pace 微技术公司 生产的 DC550 HD
