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数字视频广播卫星接收机(DVB-S)的研制pdf

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1.本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。 上海大学 硕士学位论文 数字视频广播卫星接收机(DVB-S)的研制 姓名:刘海翔 申请学位级别:硕士 专业:通信与信息系统 指导教师:陈惠民 20030201 }海人学

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  上海大学 硕士学位论文 数字视频广播卫星接收机(DVB-S)的研制 姓名:刘海翔 申请学位级别:硕士 专业:通信与信息系统 指导教师:陈惠民 20030201 }海人学硕}论文 数字视频广播甲星接收机(DVB·S)的研制 摘要 随着数字视频卫星广播业务的发展,数字视频广播卫星接收机作为整个数字 视频卫星广播的终端设备正在得到越来越广泛的应用。其中,欧洲的数字视频广+ Video Broadcast)标准系列被业界广泛看好,得到了绝大多数数 播DVB(Digital 字视频机顶盒生产厂商的支持。 论文首先概述了数字视频广播标准和数字视频机顶盒的发展概况,目前 DVB标准系列的研究和应用热点,以及课题研究的目的意义。 接着论文简述了DVB标准系列的协议框架,介绍了DVB标准系列中MPEG 标准(DVB—S)。 然后论文根据数字视频广播卫星接收机的系统结构和实现原理,详细分析了 利用数字视频广播卫星接收机专用芯片STi55XX实现数字视频广播卫星接收机 的硬件设计原理,及STi55XX的设计特点。 论文分析了数字视频广播卫星接收机的系统软件结构,然后介绍了嵌入式操 作系统STLite/OS20的特点和在系统软件中的典型应用,提出了基于该嵌入式操 作系统的数字视频广播卫星接收机的软件设计方案。 论文还简述了数字视频卫星广播接收机中硬盘数字节目存储和回放功能的 技术关键。 论文讨论了在调试数字视频广播卫星接收机所碰到的问题和解决的思路,并 给出了相应的测试结果。 论文最后对今后工作的思路和下一代综合数字卫星视频广播接收机的发展 前景进行了展望。 关键词:数字视频广播,数字视频广播卫星接收机,嵌入式处理器,嵌入式操作 系统,数字节目存储,数字节目回放 上海人学fi鳓十论文 数:;.=视频广播1]星接收机(DVB-S)的研制 ct AbstFa the doesas Witll of videobroadcast STB the digital service,digital development andhasbeen the terminal videobroadcast widely.Amongprotocols ofdigital applied have of video andmanufacturers Digital digital broadcasting,manyexpels supported Video Broadcast(DVB)ofEurope. the of video hot of Thesis with broadcast,the digital point begins development and andthe ofthis currentresearch meaningsproject. appliance ofDVB MPEG一2 Thesisintroducesarchitecturestandards transport briefly,and Service DVB Information(DVB—SI)andSatellite(DVB- standards,DVB multiplex S1, DVB Receiver’Shardware viewauthor’S Satellite Thesisthe of designation gives feature. STi55XX andthenintroducesthe concept chip software DVBSatelliteReceiver’S Thesis the author’s gives description modules. andsoftware system architecture,embeddedoperation indetail. functionisfollowed to theharddisk hoWrealize Thesistells arebeen andhardware the in software Thesisdescribes problemsdebugging theauthorthesolutions, then written,and gives withthe andideasof futureDVB Thesisends author’S suggestions designing Receiver. Satellite Satellite CPU,EmbeddedOS,Program Receiver,Embedded Words:DVB,DVB Key Record/Replay f:海大学硕J一论文 数字视频71播卫星接收机(DVB.S)的tiJf,伟0 第一章绪论 机顶盒(Setbox,STB)是指电视机顶端或内部的一种终端装置。机项盒 top 的概念自20世纪80年代出现以来,其结构与功能一直在变化。发展到今天,机 顶盒的概念已经非常广泛,功能和结构方面没有统一的标准,所出现的产品也是 种类繁多,很难给它下一个确切的定义。数字视频广播机顶盒技术是当前信息家 电技术中发展最快,研究最多的热点技术,也是我国当前信息家电发展的关键技 术。 数字视频广播机顶盒按照信号传输媒质可以分为以下三类:传输平台是卫星 Video 信道的数字视频广播卫星接收机,基本上采用DVB.S(Digital Broadcasting Fiber Cable, —Satellite)标准【1】:传输介质是全电缆网络或光纤/同轴混合网(Hybrid Video HFC)的数字视频广播有线机项盒,基本上支持DVB.C(Digital 面机顶盒,世界上有三种主要的数字视频广播地面标准:欧洲的DVB.T(Digital Video Television Systems Services Conmaittee)14J和日本的ISDB—T(IntegratedDigitalBroadcasting- 同和看好。 本章主要概述DVB数字视频广播机顶盒的发展背景。第一节总结数字视频 广播标准的发展;第二节介绍数字视频广播机顶盒的概念;第三节简述当前在 DVB数字视频广播机顶盒领域的研究与应用热点;第四节阐明论文的研究目的 和意义。第五节归纳论文的主要内容和贡献。 1.1数字视频广播标准概述 模拟电视始于20世纪30年代,最初是黑白电视机。50~60年代美国和欧 洲先后制订了NTSC、PAL和SECAM三种彩色广播电视标准,以后模拟电视 得到了迅速的发展和普及,出现了有线电视、卫星电视等服务,模拟电视接收机、 录像机和摄像机等产品。电视作为最重要的信息媒体已经成为了人类生活的重要 组成部分。 但从技术上来讲,视频广播技术并没有很大的突破,仍旧使用模拟电视技术, 这极大地限制了图像信息在人们日常生活中所起的作用。模拟电视的局限性主要 表现在[6】: (1)回波反射:在地面广播中,由于周围的建筑物和山脉等会对电视信号 产生多径反射,从而导致接收机出现画面重影现象,影响了收看效果。 (2)存储困难:现在的电视节目大多以模拟信号形式存储在磁带媒体上如 j二海大学硕L论文 数字视频广播li星接收机(DVB。S)的珂}制 录像带。长期存放和使用磨损会严重影响放映质量。 (3)噪声积累:由于模拟电视信号在传输和存储过程中会受到各种干扰和 引入各种噪声,经多次传输或复制,噪声积累,图像质量会不断下降。 (4)对传输信道有严格要求:电视信号的传输过程中,由于传输信道的特 性并非总是十分理想,因此会导致电视信号的线性和非线性失真。 其他的缺陷还包括亮色互扰,行间闪烁、爬行和大面积闪烁等。 模拟电视制式的这些缺陷是自身无法克服的,只有数字技术才‘能彻底改观。 数字技术不仅能改进图像质量,更重要的是能与现有的数字通信和计算机技术相 结合,能为用户提供全新的更灵活、更方便的服务。具体来讲,数字电视具有如 下优点哩 (1)多次中继或复制后不会产生噪声积累,适用于远距离传输和反复复制。 (2)可充分使用压缩编码技术压缩其数据率,有效地利用各类频谱资源。 在一套模拟电视地面广播地8MHz频道内,可以传输5套SDTV节目。 (3)可采用纠错编码技术,增加抗干扰能力,提高图像和声音地接收质量, 节省发射功率。 (4)易于实现加密和保密通信。可以开战信息安全/收费业务。 (5)可采用大规模集成电路,降低功耗,减小体积,提高可靠性,大规模 生产成本低。 (6)可使用各种通信线路和网络,容易开展各种综合业务和交互式业务, 例如视频点播等。 从20世纪80年代末研制开发数字电视到现在只有短短的十几年时间,但发 展速度之快令人惊异。美国已经开始数字电视包括HDTV广播。按计划到2006 年,美国将停止所有NTSC模拟电视的广播,全部改为数字视频广播。欧洲也已 经开通了卫星、有线和地面的数字视频广播。 目前,欧洲、美国和日本各自形成了三种不同的数字视频广播标准系列。1994 年欧洲公布了DVB的两个建议草案:数字视频广播卫星传输DVB—S标准草案 和数字视频广播有线传输DVB—C标准草案,在1996年又提出了数字视频广播 地面无线传输DVB—T标准草案。欧洲现在已经有了较完整的数字视频广播标 准系列。1995年美国高级电视制式委员会(ATSC)公布了以数字高清晰度电视 了针对数字视频广播地面无线传输的综合业务数字广播标准(ISDB—T)。在实 际应用中数字视频广播卫星传输主要是采用DVB—S标准,数字视频广播有线 传输主要是采用DVB—C标准,而数字视频广播地面无线传输的采取何种标准 两个建议,都_:i_F在被采纳为国际标准。ISDB系统也正在被ITU考虑之中。 海大学硕士论文 数‘,视频广播卫星接收机(DVB.S)的研制 根据最新权威机构的数据资料,DVB成员已经达到了300多个(来自40多 个国家和地区)【8】,主要成员遍布世界各地,我国的广播科学研究院和TCL电 子集团也在其中;ATSC成员有170个,其中来自9个国家【9J,我国的广播科学 研究院也参加了ATSC组织;ISDB筹划指导委员会委员17个,其他成员23个, 其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。从上述三个数字视频广播标准的成 员数量及分布情况来看,欧洲的DVB标准系列发展最快,普及范围最大。 我国的数字视频广播业务早在1997年就已经开通运行了,但在数字视频广 播方面的标准研究和相关设备丌发才!目lJMlJ开始,符合我国国情的数字视频』’。播标 准系列尚处于讨论中还未制订完成,因此研究比较完整的DVB数字视频广‘播标 准系列无疑具有重要的参考价值。 1.2数字视频广播机项盒概述 数字视频广播机顶盒是广播媒介实现数字化后用于接收端的重要设备。数字 视频广播机顶盒的基本功能就是把来自卫星、有线或者地面的数字视频广播信号 0】 转换成模拟电视机能够接收的PAL/NTSC制信号。数字视频广播系统如图1—1【1 所示。 广一一一一一一一一一一一一一一一一一一一1 _—— __—— -。—— 竺割黼蔫卜复 信 。—— _—— 解 叫黼篓卜一霎嘉 道 编 数字 复 码 发 信 道 调 解调 ·用.-b与 --■射 谐 孵音频输刽簇嘉然卜 情道 一l压缩编码I’ 叫徽篓}_ 数 机 29 恒 解码 用 字 调 器 制 数字视频广播 器 !剖黼篱卜 机顶龠 叫黻§卜叫黼 图1—1数字视频广播系统 图1—1中左半部为发送端,数字的视频信号、伴音信号及数据信号经压缩 编码后使数码率压缩到几十分之一,大大提高了传输的效率。继而进行信道编码, 加入各种纠错编码,以提高传输的可靠性,最后进行数字调制,以提高信道频谱 利用率。该数字电视信号经发射机发送出去,在接收端由调谐器接收的信号,经 数字解调、信道解码及解调复用器后,分别通过视频、伴音及数据的压缩编码, 恢复出原来的数字电视信号。数字视频及伴音信号经D/A转换成模拟电视信号 即可在显示终端看到图像,并听到伴音。图1—1虚线框内就是数字视频,’+播机 顶盒的基本结构。 随着数字视频广播标准的完善,数字视频J。播机顶盒的功能不再局限于单一 上海人学坝I.论义 数’,视频广播H星接收帆(DVB.s)的研制 的接收数字视频广播节目,还有电子节目指南(Electronic 功能,数据广播(Data On 功能,视频点播(VideoDemand,VOD)等交互功能…J。 同时数字信号处理(DSP)技术和高速嵌入式处理器技术的迅猛发展为支持 数字视频广播机顶盒的上述功能提供了软、硬件支持。由于数字视频的视、音频 信号都是MPEG一2系统复接的数据流,对数据流的解复接和解码的实时性以及 多种外部I/O功能的支持势必要求处理器具有高实时处理能力。世界上最大的两 家数字视频广播机顶盒芯片商ST和LSi Logic公司最近都推出了主频高达 2J11…。 100MHz以上的数字视频广播机项盒专用芯片SC2005和STi5514Il 数字视频广播机顶盒是软件含量很大的消费类电子产品,它实际上就是一个 复杂的计算机系统,因此操作系统是必不可少的。相对于普通的计算机操作系统, 数字视频广播机顶盒操作系统应具有更高的稳定性和实时性,因此都采用了嵌入 式操作系统,比较流行的有VxWorks,pSos,STLite/OS20和OS一9等。 On Chip,SOC)发展, 数字视频广播机顶盒技术还刺激了片上系统(System RISC处理器,MPEG一2视音频解码器和部分D/A电路等功能模块都已经可以 集成在单片Ic内,同时提供了大量专用外设接口,例如红外线接口,ATAPI硬 盘接口,MODEM接口和IEEE1394接口等。提高了系统集成度和稳定性,减少 了系统体积和降低了系统成本,又丰富了数字视频广播机顶盒的功能。 数字视频广播机顶盒领域将成为计算机和消费类电子的结合点,是计算机硬 件、通信和半导体技术发展的高度结合,据专家预测将成为未来10年甚至更长 时间计算机与消费类电子产品的主流fI”。研究数字视频广播机顶盒技术和开发 数字视频广播机顶盒产品符合时代的要求和趋势,具有重要的实际应用价值。 1.3DVB数字视频广播机顶盒研究与应用热点 在过去的几年里,DVB数字视频广播机顶盒技术与应用发展非常迅速,除 了研究数字视频广播机顶盒的软、硬件体系结构外,研究的热点还慢慢涉及到了 条件接入1151和公共接口技术(Common OVER Ware)和多媒体家庭平 据广播(例如IP DVB技术)【171,中间件(Middle Home 台(MultimediaPlatform,MHP)【1 81。应用的热点有数字视频记录器(Digital Video 现电子节目选单功能。 1.4本文选题目的和研究意义 目前,国际上对欧洲的DVB标准系列已经基本认同,我国数字视频广播标 上海大学颤f。论文 数宁视频广播』J星接收机(DVB—S)的研制 准还未出台,借鉴DVB标准系列不失为一种有效的捷径。 其次,数字电视是未来电视发展的趋势。但是,我国现有1000多家电视台, 3亿台模拟电视机,其中彩电1.5亿台。此外,在中国的广大农村还面j垤着彩电 普及的问题。据乐观估计,如果要实现全部环节的数字化,至少还有10年以上 的过渡期。因而近期的数字应用还是集中在模拟彩电数字化,这必将会给数字视 频广播机顶盒提供较大的市场。 还有,随着数字视频广播机顶盒功能日益强大,数字视频广播机顶盒发展方 向不再局限于数字视频广播接收,而要成为家庭多媒体信息网络终端,这龟口可以阢 降低数字电视的成本和复杂度,又能灵活的实现针对不同用户提供不同服务选 择。因此数字电视发展非但兑法消防数字视频广播机顶盒,而且更会加速数字视 频广播机顶盒功能的多元化发展,使之成为数字电视密不可分的一部分。 论文研究了DVB数字视频广播卫星接收机的软、硬件结构并加以实现,其 原理也适合于数字视频广播有线机顶盒和数字视频广播地面机顶盒,也为将来进 一步数字视频广播机顶盒技术研究和功能开发打下了实践基础。 论文研究了DVB系列中的部分标准,实现了EPG功能和数字视频节目存储 回放功能,从而对DVB标准系列加深理解,有助于将来研究DVB数据广播协 议和中间件协议。 综上所述.研究DVB标准系列与开发DVB数字视频广播机顶盒产品对于 发展数字电视、计算机和通信信息以及与之相关行业都起到了重要的促进作用, 为将来发展具有自主知识产权的数字视频广播机顶盒和制订数字视频广播标准 提供参考依据。 1.5本文的主要内容和贡献 论文第一章归纳和总结了数字视频广播DVB标准系列和数字视频广播机顶 盒最新发展情况,然后介绍了当前DVB数字视频广播机顶盒的研究与应用热点, 进而阐明了本论文的研究目的和意义。 论文第二章概述了DVB标准系列的框架体系,并介绍了其中最主要的三个 标准:MPEG~2标准中的传输复接、DVB—SI标准和DVB—S标准。 论文第三章根据数字视频广播卫星接收机的系统结构和实现原理,详细的分 析了数字视频广播卫星接收机的硬件设计。然后阐述了系统硬件中的核心芯片 sTi55xx的设计特点和外部接口电路的技术要点。 论文第四章介绍了数字视频广播卫星接收机软件结构。介绍了嵌入式操作系 统STLite/OS20特点并给出了该操作系统在系统软件中的典型应用。接着提出了 基于任务的系统软件设计方案。最后,简述了硬盘存储回放功能实现流程。 论文第五章简述了在数字视频广播卫星接收机软硬件调试中所碰到的问题 r海大学倾士论文 数字视频广播m星接收机(DVB—s)的耕制 和解决思路,并给出相应的测试结果。 论文第六章对系统研制做出小结并对其前景进行了展望。 论文主要贡献如_F: (1)根据数字视频广播卫星接收机的系统结构和实现原理,对基于STi55XX 的数字视频广播卫星接收机进行了硬件电路设计。 (2)根据数字视频广播卫星接收机的不同功能需求,基于STLite/OS20嵌 入式操作系统进行了系统软件方案设计和编程。 (3)开发了STi55XX的硬盘接口功能,实现了数字视频节目存储回放功能。 在数字视频广播卫星接收机中实现了数字录像功能,使该样机技术水平在国内外 现有的数字视频广播机顶盒产品中,处于领先地位。 L海大学硕L论立 数‘≯视频广播f!星接收机(DVB.S)的研制 第二章DVB数字视频广播标准 ~2应用的统一框架的数字视频广播DVB标准系列,通过DVB标准系列,电视 工业的数字设备供应商可以实现标准化和兼容性。DVB组织提供了以市场为引 导的数字视频广播标准,满足电子消费和数字视频广播工业的实际需要,DVB 标准系列得到了数字视频广播界的广泛接受。 本章的第一节概述了DVB标准系列的协议框架体系。第二节介绍了DVB 标准系列中的MPEG一21力·议中传输复接部分,DVB—SI协议和DVB—S协议。 第三节对本章做了小结。 2.1DVB标准系列的协议框架 文献【191j哿DVB标准系列基本分为五个系统部分:基带处理系统标准,传输 系统标准,条件接入系统标准,交互业务系统标准和其他。 2.1.1 DVB基带处理系统标准 来定义数字视频广播中的系统、视频和音频,13818标准系列是DVB标准系列 至大于60Mb/s的数字视频编码标准,适用于各种清晰图像的视频压缩编码标准。 通道音频编码系统。 300 在基带处理系统标准中还有基带附加信息标准EN 468B”,又称为DVB 业务信息(DVB.SI)标准。DVB—sI标准包含了节目码流中的节目信息,网络 信息和事件业务信息。数字视频广播机顶盒必须要遵从DVB—SI标准来从DVB MPEG.2复接码流中提取视音频数据流。 基带处理系统标准除了上述两个主要的标准外,还有数字图文广播 (Teletext)标准EN300 743和相关 472,数字广播字幕(Subtitling)标准EN300 指导性标准等。 2.1.2 DVB传输系统标准 在传输系统标准中,DVB针对卫星广播、有线(DVB~s)[22】,EN300 形式分为EN300 :海大学倾‘L论文 数字视频广播M星接收机(DVB.S)的研制 一T)。这三部分传输标准分别定义了DVB视频广播卫星、有线和地面无线传输 的信号帧结构、信道编码和调制方式。三者的派生标准有DVBSMATV(数字视 频广播卫星公用天线 频r。+播MMDS系统标准,EN300 749)。 广播MMDS系统标准,EN300 2.1.3 DVB条件接收系统标准 条件接收(cA),就是在视频广播的过程中规定一些节目只有特定的用户可 以接收,而决定哪些机顶盒可以接收含有特殊信息的节目的一整套体系称为条件 定。DVB计划在该标准中没有制订统一的CA系统规范,但是定义了DVB传输 的通用加扰系统,这主要是考虑到通用的加扰系统连接到MPEG的复用设备上, 对于不同的CA系统可在一定程度上增加互操作性,并可降低解扰端的数字电视 数字视频广播机顶盒的条件接收系统有两种系统结构:同密结构和多密结构,见 图2—1和图2—2。 机顶盒 加墼堕}f磊丽玎—掣缈流 !广—L]; i{}i ; I CA模块l : i~矗….』 l智能卡I 图2.1条件接收系统同密结构 同密结构是利用DVB公共解扰算法的特点,把通用解扰模块和CA模块放 在数字视频广播机顶盒里,解扰在机顶盒内部的解扰模块中进行,而解密通过智 能卡与数字视频广播机顶盒里的CA模块通信在智能卡中进行。这样的优点在于 智能卡成本低,而通用解扰器由于数量大从而可以降低成本。但是当前的缺陷在 于数字视频广播机顶盒与CA系统帮定,特定CA系统的数字视频广播机顶盒只 能接收与之相同CA系统的加密的节目[26]。 .r海大学硕十论文 数字视频广播]l星接收机(DVB—S)的研制 机顶盒 自口扰数据流广一一一一一一一一一一一~一一一一一i解扰数据流 —————h厂——————寸—斗 i一一上-一一一一L.一一一~一一一一一: l CI l l : I公共解扰模块HcA模块I } f f I f I iI宦葫一; PCMCIA昔 图2.2条件接收系统多密结构 多密结构则是将数字视频广播机顶盒和条件接收系统完全分离开,两者通过 公共接口(cI)标准㈣进行通信。加扰数据流的解扰和解密操作在PCMCIA卡 里进行,然后PCMCIA卡将解扰的码流再送到数字视频广播机顶盒里。这样, 可以实现同一数字视频广播机顶盒可接收不同的CA系统加密,而且降低了数字 视频广播机顶盒的实现复杂度。但缺点在于当前的PCMCIA卡的成本要高出 40~60美元,而且当前的cI技术还未成熟㈣。 2.1.4 DVB交互业务系统标准 300 DVB标准定义了交互的协议分为两部分。第一部分是与网络独立的ETS 802标准,是ISO/OSI的第二层向第三层进行近似的扩展。该标准中的主要部分 MediaCommand 是ISO/IEC Control,DSM—CC)。第二 13818—6(DigitalStorage 部分是与ISO/OSI模型的底层相关的,因此规定了用于交互的依赖网络。到目前 300 为止,制订了两种规范标准。利用PSTN和ISDN作为交互的物理网络的ETS 300 800标准。 801标准和利用CATV网络的ETS 2.1.5 DVB数据广播标准 DVB标准系列中除了上述四大部分外,还有包括了DVB计划推荐的数字广 301 播标准方案EN 192。该标准根据不同应用领域,定义了四种类型数据广播方 式: (1)数据管道(data piping):支持简单的,非同步的,端到端的数据广播 (2)数据流(data streaming):支持异步数据流,不需要时钟信息(例如 RS232);支持同步数据流,对包的到达时间有严格要求,时钟信息可以在接收 端准确接收(如E1,T1)。 (3)多协议封装(multiprotocol 合其它通信协议的数据,针对IP包进行了优化,但也用于传输任何其它的网络 L海火学硕一f论文 数字视频广播卫星接收机(DVB.s)的研制 协议。 (4)数据轮放(datacarousels):支持周期性传输数据模块,这些数据模块 应该是预先知道大小,并且可以随时更新,增加和删除。可以分为单层轮放和双 层轮放。 本节只是概述了DVB标准系列的框架和其中具有普遍性的协议规范。当然, DVB标准系列中还有许多本节中没有提到协议规范,可以参阅欧洲电信标准化 协会(ETSI)官方网站【2”。 2.2MPEG一2标准‘20l MPEG.2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下压缩方案 的简单升级.MPEG一2标准在系统和传送方面作了更加详细的规定和进~步的 完善,特别适用于数字视频广播的编码和传送,被认定为SDTV和HDTV的编 码标准,MPEG.2标准还专门规定了多路节目的复用方式,并兼顾了与ATM信 元的适配问题。 2.2.1 MPEG一2编码 MPEG一2码流是分层结构,按编码先后大致可分成三层,即基本码流ES bit stream)和复用 (elementary elementary stream),分组基本码流PES(packet stream)。MPEG一2 后的传输码流TS(transportstream)或节目码流PS(program 编码系统结构见图2—3: 图2—3MPEG一2编码系统结构 在MPEG一2编码时,视频编码器将原始图像数据压缩成视频ES码流,音 频编码器将音频数据压缩成音频Es码流。这两个基本码流在进入复接器和进行 传输层复接之前要分别经过分组器变换成PES码流,而辅助数据(如图文电视) 上海大学硕十论文 数字视频广播卫星接收机(DVB.S)的研制 则不需要打成PES包。PES码流的分组结构可变,最大可达2”字节,一般是一 个存取单元的长度。为了提高传输带宽的利用率,在MPEG一2编码系统中,采 用了TDM复接方式,复接后的码流有Ps和Ts两种类型。Ps码流用于不易产 生错误的传输媒体(例如DVD和硬盘),TS码流用于可能产生严重错误的传输 媒体(例如卫星,有线和地面广播)。 MPEG一2标准中规定TS分组里的数据可以是视频、音频和辅助数据,但 每一个TS分组里只能有一类数据。一个新的PES分组总是开始于新的Ts分组, 着PES分组在一个Ts分组的中间处结束,那么Ts分组余下的长度内就用填充 字节填满。 MPEG一2标准中规定TS分组具有固定188个字节长度。当传输误码破坏 了某一TS分组的同步信息时,接收机可在固定的位置检测它后面包中的同步信 息,从而恢复同步,避免了信息丢失。此外,采用固定长度分组格式的TS码流 在多路数据复接方面具有灵活性和优点。 MPEG一2标准中规定TS分组由4个字节的链接头,可变的自适应字段以 及有效的数据负荷组成。同步字节(sync 是固定为 74x0)etyb_图。段字位8的 2~4是TS分组的语法结构图。 ●一188字节—+ 传输流 包头 负荷 包头 负荷 包头 负荷 『同步 传送错 有效负载数据 传输优 传输加 目遁肚子 连续计 自适应 PID I字节 误控制 单元起始指示 先级 扰控制 段控制 数器 字段 8 1 4 l一一1一一一一1—3一一一呈一一一一一2一一 自适应字 不连续 随机存 基本流优 5个 附加 填充 段长度 指示符 取指示 先级指示 标志 字段 字段 8 l一一一一j一一一一一1-’一一一i 、\\ 一一一一一一一一一一一一 \、 切换倒 传送专用 专用 扩展自适 3个 扩展自 PeR0PCR 计数 数据长度 数据 应段长度 标志 适应段 42 42 8 8 8 图2—4TS分组语法结构图 2.2.2 MPEG一2传输层复接,解复接 由于一路数字电视节目码流速率是与节目内容密切相关的,例如体育节目的 码流速率要远高于采用同样编码器的新闻节目码流速率,因此在数字视频节目传 输和交换时,都将多路节目复接在一起传输,根据节目内容动态分配其传输带宽, 可以大大节省实际所需的传输频带。MPEG一2标准中采用了TDM复接方式和 双层多路复接结构,如图2—5所示: 上海大学硕{:论文 数字视频广播Ii星接收机(DVB.s)的研制 图2—5TS双层多路复接 就是同一个节目的视频、音频和辅助数据TS流)复接成一组。而第二层为传输 复接(transportmultiplex),将多个节目传输码流复接成一组,各个节目码流之 间的时钟是独立的。 节目复接时为了识别每个基本码流的属性,除了每个基本码流的分组头部有 PMT表中包含组成本节目传送码流中各个基本码流的PID信息、数据的性质、 码流彼此之间的关系。PMT的PID是PID(n+1)。 m个节目传送码流在进行传送复接时,必须同时传输节目组合表(program associate 号必须为0x0000。 表中找出携带特定节目的PMT的PID值,根据PMT的PID值找出描述该节目 码流的PMT表,从PMT表中找出视、音频和辅助数据的PID值,解复接器根 据这些PID值就可以从TS码流里解复接出特定节目的基本码流,送到相应解码 器解码。 J 2.3 DVB业务信息标准(DVB—SI)121 Ts分组里的有效数据负荷不仅携带了数字视频节目的视、音频和辅助数据 了数字视频广播信道物理参数,服务和事件信息。数字视频广播机顶盒可以根据 SI 信道物理参数和用户所选的服务或者事件来进行自动配置和自动接收。DVB 携带的信息又是实现EPG的基础。在详细介绍DVB业务信息标准(DVB—SI) 之前,先要解释一下DVB—SI标准中的术语: 发布系统(deliverysystem):是指发送一个或多个复用流的传输媒质,例如 卫星转发器(transponder),同轴电缆或地面天线。 J:海大学顾十论文 数字视频广播‘11星接收机(DVB.s)的研制 事件(event):实际上就是通常所说的节目片断,它有确切的起始和中止时 间,一连串的事件就构成了服务。例如,足球比赛的上半场和电影的第一部分。 复接流(multiplex):指一个物理频道内上的复接传输流,传送了该频道内 的所有服务。 网络(network):一个单独的、完整的传输体系,可以传送一个或多个MPEG 一2的复接流。 节目(program):几个相关的事件构成节目。 表段(section):是一种语法结构,用于将所有的SI信息映射到TS分组罩。 服务(service):要播放的一串节目序列,一个服务是在一个系统传输流中 传送的。 合。 表(table):所有的sI信息都以表的形式从中心系统广播下来,是具有相同 表标识的表段的集合体。 SI数据在插入到Ts分组之前,会分成若干个表段。因此,表段是DVB—SI 的基本单位。表段的语法结构定义在ISO section) 13818—1中的专用表段(private 中。 2.3.1 DVB.SI表结构 DVB业务信息中的表类型可以分成两部分:MPEG一2节日特定信息表 (program 数字视频广播机顶盒根据PSI表对当前复接流的解复接和解码操作进行自动配 access table,cAT)和网 置,该类型表包括PAT,PMT,条件接入表(conditional information 络信息表(network table,NIT);SI表提供给用户当前或其他复用流、 网络的服务和事件信息表,数字视频广播机顶盒可以利用sI表实现多种功能, association sI表包括信束关联表(bouquet information table,EIT),运行状态 table,SDT),事件信息表(event description statustable,RST),时间日期表(time 表(running table,ST)。DVB—SI标准中的表结构见图2—6。 』二海大学颂_:论文 数字视频广播卫星接收机(DVB.S)的研制 图2—6DVB—SI表结构 2.3.2节目特定信息(PSI) 3S卫星 输流中传输。用所实现的数字视频广播卫星接收机解复接下来的Asiasat 频点4000MHz的 海大学硕士论文 数字视频广播:H星接收机(DVB.S)的研制 PAT 表2—2Asiasat3S卫星频点4000MHz PMT表的主要功能是对每个服务晕的视频、音频和辅助数据的位置和PCR 的位置进行了描述。用所实现的数字视频广播卫星接收机解复接下来的Asiasat 3S卫星上频点4000MHz的PMT表数据见表2—3: 海大学硕士论文 数字视频广播li星接收机(DVB.S)的研制 2 V渤 pid514 Unscrambled Typempeg Typempe92 a pid648 Unscrambled a 2 =萋:耋 649 Unscmmbled Typempeg pid ECM 1747 263 8190 0x0000 Program pintpid pid 2 V pid515 Unscramblcd Typempeg 2 卸 畔‰:量 pid652 Unscrambled Typempeg 260 8190 ECM pmtpid pid 0x0000 2 V眇岫 pid513 ECMOx0500 Typempeg Typempe92 副=墨 pid644 ECM0x0500 表2—3Asiasat3S卫星频点4000MHzPMT CAT的主要功能是提供复接流中的条件接收系统的信息和授权管理信息。 DVB—SI没有规定该表的具体内容,由条件接收系统具体决定。 NIT包含了整个网络中传送的复接流的相关组织信息和网络本身的物理特 征。数字视频机顶盒可以利用NIT信息进行节目搜索。用所实现的数字视频广 3S卫星上频点4000MHz的NIT表数据见表 播卫星接收机解复接下来的Asiasat 2—4: ….NIT.1d164Name。STARTV’…- d FEC Rate Symbol Freq(kHz)Polarization ¨一3 4000000 HORIZ 67 26800 3780000 VERT 3 4 28100 3860000 VERT 34 27500 3880000 HORIZ 67 26800 7佗协6 3932000 VERT 34 14000 9 3980000 VERT 34 28100 2 3840000 HORIZ 67 26800 表2—4Asiasat3S卫星频点4000MHzNIT 2.3.3业务信息(SI) SDT表中的每个子表描述了单个Ts流里的服务信息,服务信息包括服务提 供商、服务名字、CA格式、节目运行状态和EIT当前是否存在。SDT表中的内 容可以是当前码流里的服务信息或其他码流里的服务信息,由表标识决定,用所 3S卫星上频点4000MHz 实现的数字视频广播卫星接收机解复用下来的Asiasat 的SDT表数据见表2-5: 上海大学硕士论文 数字视频广播卫星接收机(DVB,s)的研制 lock TV TV Running Digital STAR STARWorld iock TV STARTV STARWorld Running Digital TV TV lock STAR 715Phn’xMovies Running Digital TV TV 721 弛犹ⅢⅢ lock Digital STAR MoviesInflChi Running TV TV Subtitle—Test. 啪 lock STAR Running Digital 船 lock TV STARTV STARMoviesInflCh Running Digital free TV TV 726PhoenixInfoNews Running Digital STAR TV TV 739 Int。IChi 缁瑚 lock Digital STAR Movies Running TV TV 粥 free Digital STAR 743PhoenixChinese Running TV TV XINGKONG ;呈 lock STAR Running Digital free TV STARTV 747 Running Digital Channel[V】Chin TV TV 748STAR Asia Ⅲm lock Digital STAR World Running SDT 表2~5Asiasat3S卫星频点4000MHz BAT提供了一系列具有共性节目集合的信息,包括节目集合的名字和清单。 BAT是将数字视频节目按类别组织起来的服务列表。 EIT是按照事件顺序提供了每个服务和事件的信息。TDT是传送当前时间和 日期的信息。EIT和TDT是EPG功能实现的基础。附录二是用所实现的数字视 频广播卫星接收机解复接下来的Asiasat TDT表数据构成的EPG。 当播出时间表改变,一个节目提前或延迟播出时,可以通过RST表指示出 来。通过单独的表可以快速更新事件时间信息。 ST表的目的是使得当前的表段无效。 EN300 SI信息可以实现 468是DVB标准系列的重要组成部分,利用DVB 多种应用功能。DVB业务信息中的最微小的错误都将会给数字视频广播机顶盒 处理带来混乱,所以数字视频广播机顶盒对DVB业务信息的分析、验错和纠错 需要较高的技术要求。 2.4 DVB数字视频广播卫星传输标准(DVB.s)111 ETS300 421(DVB.S)是针对以卫星作为数字视频广播的传输媒介而制订 的帧格式、信道编码和调制方式的标准。在DVB—S标准公布后,几乎所有的 数字视频广播卫星传输系统都采用该标准。DVB—S数字视频广播系统构成见图 2—7。 l:海大学硕士论文 数字视频广播卫星接收机(DVB.S)的研制 \ 、 视频编码器卜- 节 目 o l音频编码器}+ \ 复 0J 卺tH辋_{ 数据编码器卜’ 接 复用 外 内 节Ifl基本码流 /h 一l篁ir]!厂::厂]!厂]:!厂]!!『_ 蚴一Z 』L■ 啪一S信道编码和调制 编码和复用 /。 图2—7DVB—S数字视频广播系统构成 视、音频和辅助数据被复用成188个字节的MPEG一2格式Ts包要进行信 道编码处理。首先进行复接适配(multiplex dispersal)避免出现连‘0’和连‘1’,又可使解调器从传送码流中恢复数据时钟 脉冲。方法是每8个MPEG一2的TS包的第一个包的同步字节从47H位取反为 descramble)。伪随机生成多项式 B8H,并对整个Ts包进行伪随机加扰(pseudo 见2—1式: 5 g(x、=1+x14+x1 T=8),可以纠正连续8个字节的突发错,且编码器硬件结构简单。该码的生成 多项式和本原多项式见2—2式和2—3式,帧格式见图2—8。 15 7), A=02HEX (式2—2) G(x)=∑(x+A ,=0 2+1 P(x、=x8+x4+x3+z bytes———————————————————————+ ·-——————————————————————一204 图2—8DVB.S帧格式 交织器的交织深度为12,每个分支的FIFO寄存器的深度是17。交织处理 将可能出现长串误码分散到多个里德所罗门码帧中,使分散后的误码长度能罗道 里德所罗门码纠错能力内,从而使超出里德所罗门码纠错能力的长误码串也能被 正确地恢复。Fomey卷积交织/解交织示意图见图2—9: l:海大学硕士论文 数字视频广播li星接收机(DVB.S)的研制 终薹一I’l 尸~兰弋 H/17引1h ·r—1王m —i一0止矗一 图2—9交织/解交织器示意框图 (punctured)卷积码。该码的一个突出特点是同一个码率为1/2的卷积码可以变 换产生各种(n--1)/n的卷积码,它们的编码器和维特比译码器具有相同的结构 形式,因而可以适合于多重码率应用。DVB—S系统卷积码的卷积率可以是1/2, 2,3,3/4,4/5,5/6,6/7和7/8。 滚降平方根升余弦滤波(滚降系数口为O.35)进行基带波形整形。滚降平方根升 余弦滤波器的冲激响应的函数表达式见2—4式。 H∽=l IflfN(1一口) 一胁in翥[掣旷似小例驯叫 HU)=0 lfl,Ⅳ(1+a) f,:上:生 。“2r,2 最后,基带成形信号通过三QPsK调制和上变频到特定频率,有卫星转发器 发射出去。图2—10是三QPsK星座图。 海火学硕士论文 数字视频广播世星接收机(DVB.S)的耐f制 u I=1 I=0 。-0//, 、。, 。k』,o Q=1 Q=I 图2—10DVB—s署QPsK星座图 2.5本章小结 DVB标准系列是当前最完整也是应用最广泛的数字视频广播标准,因而研 究DVB标准系列是开发数字视频广播机顶盒的基础。本章介绍了DVB标准系 列的协议框架中的五个组成部分的主要协议标准。本章介绍了MPEG一2标准中 的编码和MPEG一2传输层复接。本章介绍了DVB—SI标准中表组成结构和各 个表的功能。本章介绍了DVB—S标准中的DVB数字视频广播卫星传输的信道 编码和调制方式。 20 一j:海大学硕士论文 数字视频广播卫星接收机(DVB.S)的研制 第三章DVB数字视频广播卫星接收机系统结构原理和硬件设计 DVB数字视频广播卫星、有线和地面机顶盒的主要区别在于调谐器和信道 解码,其它部分和功能基本相同。因此,一般将调谐器和信道解码部分称之为前 端,而解码和控制部分称之为后端。研究与开发DVB数字视频广播卫星接收机 技术和功能,可以方便地将其移植到数字视频广播有线和地面机顶盒。 本章第~节阐述了DVB数字视频广播卫星接收机系统结构与原理。第二节 提出了基于专用数字视频广播机顶盒芯片STi55XX的DVB数字视频广播卫星接 收机的硬件设计方案,并简要分析了各个硬件模块组成。第三节介绍了STi55XX 的内部结构和片上系统特点。第四节重点分析了DVB数字视频广播卫星接收机 的部分硬件接口电路设计。第五节对本章内容进行了总结。 3.1I)VB数字视频广播卫星接收机系统结构与原理 DVB数字视频广播卫星接收机是位于卫星天线和电视机以及其他外设之 间的终端设备。主要功能是对接收到DVB数字视频广播卫星信号进行解调、解 码和显示输出,同时为了完成这些功能还要负责解密所需的与CA系统通信功 能。除外,还能通过红外线和MODEM等外部通信接口进行 而成为信息家电的中心节点。DVB数字视频广播卫星接收机系统结构框图见图 3一】n¨【25】。 DVB数字卫星视频广播 … ~。匦囤 前端 厉端—]i一 } 繁 ,I卜_卜—H解复用I..上I.R西i磊司—— 1}tI’必,糍 J解蜩l上il解码I .,… r姒杯 PC 舌!蛴趣— PSTN 图3—1DVB数字视频广播卫星接收机系统结构 目前DVB数字视频广播卫星信号下行频率范围在C波段3.7~4.2GHz和 上海大学硕士论文 数字视频广播卫星接收机(DVB.S)的研制 Ku波段11.7~12.2GHz。DVB数字视频广播接卫星收系统的室外单元是接收天 线,高频头(Lownoise block,LNB)和传输馈线。DVB数字视频广播卫星信号 经过高频头内部的低噪声放大和下变频器(第一本振C波段为5.17GHz,Ku波 段为10.67GHz或其它频率)混频后,向室内单元(即DVB数字视频广播卫星 接收机)输入第一中频为950~2150MHz的射频信号,也就是说第一中频有 1200MHz带宽允许整个波段内的信号进入综合业务接收机的输入端。 前端系统主要有高频调谐器、QPSK解调模块和信道解码模块构成。高频调 480MHz。随后进入QPSK解调和信道解码模块,在那里先进行D/A转换,经其 放大后再进行QPSK解调(载波和时钟恢复),将数字化的I、Q两路送入信道 解码模块,包括Viterbi译码、解交织、Rs解码和去随机化。最后前端模块输出 MPEG一2传输流。 后端系统主要有解扰模块、解复接模块、解码模块和微处理器CPU构成。 解扰模块主要负责在CA/CI模块的控制下对已加扰的Ts包进行解扰操作。解复 接模块从Ts复接流中解复接特定的PES码流。解码模块将解复接出的PES码 流进行视音频解码。微处理器CPU用于系统控制和DVB数字视频广播卫星接收 机与外界的通信控制。 模拟视音频单元包括视音频D/A和放大器等相关电路,用于视音频的输出, 具体的就是将解码模块输出的数字音频信号进行D/A转换输出模拟音频。同时 Y/C、YUV和RGB格式的视频信号。 外围数据接口包括红外线。智能卡和PCMCIA接 口主要

  
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