（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）基于wlan的手機電視終端的設計與實現(xiàn).pdf

武漢理t 大學碩士學位論文 摘要 隨著網(wǎng)絡技術與多媒體技術的發(fā)展，促進了通信技術向綜合化、數(shù)字化、 智能化和個人化的發(fā)展，使得在單一終端上實現(xiàn)語音、圖象、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務 成為可能。另外，隨著社會生活水平的提高，人們對媒體信息消費多元化的需 求日益增強，不僅要求可移動的收看電視節(jié)目，還希望可隨時接入i n t e r n e t 。市 場上現(xiàn)有的多數(shù)手機電視終端只有單一的接收數(shù)字電視廣播的功能，不能滿足 用戶無線上網(wǎng)瀏覽的需求，因此具有無線上網(wǎng)或藍牙傳輸?shù)榷喙δ艿谋銛y式手 機電視終端作為新興多媒體系統(tǒng)成為炙手可熱的研究熱點。 本文提出了一種基于w l a n 技術的手機數(shù)字電視終端的設計方案，該終端 不僅可接收t - d m b 標準的數(shù)字電視并且可接入無線局域網(wǎng)實現(xiàn)無線上網(wǎng)功能， 論文的主要內容如下： ( 1 ) 論文在分析了w l a n 技術、c p u 與各功能芯片原理的基礎上，提出 并實現(xiàn)了一種具w l a n 功能的手機電視終端硬件設計。硬件設計與實現(xiàn)包含基 帶電路設計與r f 模塊電路設計，其中基帶功能電路主要包括： s h 一7 3 4 3 主處 理器及其接口電路、電源管理模塊、存儲模塊、音頻解碼模塊、w l a n 模塊、 時鐘模塊與外圍接口電路。 ( 2 ) 分析了t - k e r n e l 操作系統(tǒng)的組成特點及其驅動的結構，提出了本終端 關鍵模塊的軟件實現(xiàn)方案，主要包括w l a n 功能模塊的軟件實現(xiàn)和m p e g 4 數(shù) 據(jù)的t s 流解碼實現(xiàn)。， ( 3 ) 對本方案設計出的終端進行了功能驗證與性能優(yōu)化，主要包括w l a n 功能測試、t - d m b 信號接收功能測試和系統(tǒng)音頻性能優(yōu)化。經過測試，本方案 設計的終端在功能、效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面都達到了預期的效果。同時，論 文對終端音頻a d 轉換后的數(shù)字濾波器設計進行了分析與改進，消除了終端在 錄音過程中的嘯叫現(xiàn)象。 筆者相信不久的將來，功能更全的手機電視終端必將出現(xiàn)，也希望本文提 出的手機電視終端設計方案能夠對我國手機電視終端的開發(fā)起到一定的借鑒作 用。 關鍵詞：手機電視，w l a n ，t - d m b ，s h 7 3 4 3 ，t - k e r n e l 武漢理丁大學碩士學位論文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y ， c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sb e c o m ec o m p r e h e n s i v e ，d i g i t a l ，i n t e l l i g e n ta n dp e r s o n a l i ti sp o s s i b l et h a tas i n g l et e r m i n a li m p l e m e n tv o i c e ，v i d e o ，d a t aa n do t h e rb u s i n e s s i na d d i t i o n ，i m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d sa st h es o c i e t y , t h em e d i ai n f o r m a t i o no i l aw i d er a n g eo fc o n s u m e rd e m a n dg r o w i n g p e o p l en o to n l yr e q u i r e st ow a t c hm o b i l e t v p r o g r a m s ，b u ta l s oh o p et ob ea b l et or e a d i l ya c c e s si n t e r a c t m o b i l et v t e r m i n a l s r e c e i v e ra v a i l a b l ei nt h em a r k e to n l yas i n g l ed i g i t a lt vb r o a d c a s t i n g ，s oh a st h e b l u e t o o t hw i r e l e s si n t e r n e ta c c e s s ，o rt r a n s m i s s i o no ft h ep o r t a b l em u l t i f u n c t i o n m o b i l et vt e r m i n a l sa se m e r g i n gm u l t i m e d i as y s t e m sb e c o m eh o tr e s e a r c ht o p i c s t h i sp a p e ra n a l y s em o b i l ed i g i t a lt vt e c h n o l o g yf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h e p r o c e s so ft e r m i n a lb a s e do nw l a n ，t h et e r m i n a lw i l ln o to n l yr e c e i v et h es t a n d a r d t o d m bd i 西t a lt e l e v i s i o na n dw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r ka c c e s st ow i r e l e s si n t e r n e t c a p a b i l i t i e s ，t h er e s e a r c ho ft h i sa r t i c l er e a d s a sf o l l o w s ： ( 1 ) t e r m i n a lh a r d w a r ed e s i g ni sb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ew l a n t e c h n o l o g y , t h ep r i n c i p l eo fc p uc h i p b a s e - b a n dc i r c u i tf e a t u r e si n c l u d e ：s h 一7 3 4 3 m a i np r o c e s s o ra n di t si n t e r f a c ec i r c u i t s ，p o w e rm a n a g e m e n tm o d u l e s ，m e m o r y m o d u l e s ，i n c l u d i n gas t e r e oh e a d s e ta n dt h ea u d i od e c o d e ro u t p u ta m p l i f i e rm o d u l e ， c l o c km o d u l e ，w l a nm o d u l e t - d m br e c e i v e rm o d u l e ，i n c l u d i n gt - d m bs i g n a l r e c e i v i n ga n t e n n aa n dr ff r o n t - e n dr e c e i v e rm o d u l e ( 2 ) p a p e ra n a l y z e dt h ec o m p o s i t i o na n di t sd r i v i n gs t r u c t u r eo ft - k e r n e l o p e r a t i n gs y s t e m i tp r o v i d e dt h er e a l i z a t i o np r o g r a mo ft e r m i n a ls o f t w a r eo ft h ek e y m o d u l e s t h ep r o g r a mi sd i v i d e di n t ot w op a r t s ，i n c l u d i n gw l a nf e a t u r e d d v e n d e v e l o p m e n ta n dm p e g - 4d a t as t r e a md e c o d e rt oa c h i e v e t h et s ( 3 ) t h e s i so nm o b i l e d i g i t a lt vr e c e i v e rt e r m i n a lf u n c t i o n a lt e s t i n ga n d p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n a r ea l s oi n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gw l a nf u n c t i o n a lt e s t s ， t - d m br e c e i v e ra n ds y s t e mf u n c t i o n a lt e s t i n gt oo p t i m i z ea u d i op e r f o r m a n c e a f t e r t e s t i n g ，t h ee n d o ft h ep r o g r a md e s i g ni nt h ef u n c t i o n a le f f i c i e n c ya n ds y s t e ms t a b i l i t y i l 武漢理t 大學碩士學位論文 a r ea c h i e v e dt h ed e s i r e dr e s u l t s a tt h es a m et i m e ，p a p e r - t o - e n da u d i oa dc o n v e r t e d d i 酉t a lf i l t e rd e s i g na n a l y s i sa n di m p r o v e m e n t ，t h ee l i m i n a t i o no ft h et e r m i n a li nt h e p r o c e s so fr e c o r d i n gh o w lp h e n o m e n o n ib e l i e v et h a ti nt h en e a rf u t u r e ，t h ef u n c t i o n so ft h ew h o l ei sb o u n dt ot h e m o b i l et vt e r m i n a l s ，i ti sh o p e dt h a tt h i sp a p e qt h em o b i l et vt e r m i n a ld e s i g n p r o g r a m st om o b i l ep h o n e si nc h i n at h ed e v e l o p m e n to ft e l e v i s i o nt e r m i n a l sp l a ya r o l ei nt h ed r a w i n g k e yw o r d s ：m o b i l et e l e v i s i o n ，w l a n ，t - d m b ，s h 7 3 4 3 ，t - k e r n e l i i i 武漢理t 大學碩士學位論文 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的 研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包 含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學或其 它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所 做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名：聾星 日期： 生綽：壘：望 學位論文使用授權書 本人完全了解武漢理工大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校 有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被 查閱和借閱。本人授權武漢理工大學可以將本學位論文的全部內容編入有關 數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存或匯編本學位論 文。同時授權經武漢理工大學認可的國家有關機構或論文數(shù)據(jù)庫使用或收錄 本學位論文，并向社會公眾提供信息服務。 ( 保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定) 研究生( 簽名) ：蘭墼導師( 簽名) 武漢理工人學碩十學位論文 第1 章緒論 隨著計算機信息技術、電視技術的發(fā)展和社會生活水平的不斷提高，人們 對媒體信息消費多元化的趨勢日益明顯。傳統(tǒng)的、單一地面固定視頻業(yè)務已經 難以滿足信息多元化的需求，人們不僅要求可以隨時隨地的收看高清晰度畫面 的電視廣播，還希望可隨時接入i n t e r n e t ，實時的接收一些諸如圖片、聲音、股 市財經等數(shù)據(jù)信息。于是電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)的融合需求日益迫切， 各種手持多媒體終端的解決方案就應運而生。這種方案的目標是使得在各種手 持式設備( 如手機，p d a ，p m p ，m p 4 ) 上，能夠高速流暢地接收音視頻數(shù)字 廣播以及各種數(shù)據(jù)信息。 1 1 研究背景與意義 隨著第三代移動通信技術的成熟和應用，多媒體終端已經向話音、數(shù)據(jù)、 視頻等綜合方向演變，能為用戶提供更為豐富、多樣的信息服務。作為媒體業(yè) 務個性化發(fā)展趨勢的一個重要構成部分，手機電視正在逐漸成為一種獨特的新 媒體形態(tài)。手機電視是用具有多媒體功能的便攜式終端觀看電視的業(yè)務，最大 優(yōu)勢在于可移動性和互動性。與其他業(yè)務相比，其具有多媒體整合完備，內容 生動等優(yōu)勢。根據(jù)國內權威預測，手機電視業(yè)務將借助中國奧運走向世界的 契機，一步步成長壯大，2 0 1 0 年手機電視用戶數(shù)有望超過2 0 0 0 萬。 雖然手機電視已經成為人們同益關注的熱點，且前景美好，但其發(fā)展歷程 也一波三折。綜合分析技術、市場、內容與用戶等多方面的因素，國內手機電 視業(yè)務在發(fā)展過程中主要面臨政策、技術、資費標準、用戶認知等方面的瓶頸， 在這其中技術障礙是最為關鍵的因素之一，如何突破手機電視技術的瓶頸是啟 動并且豐富手機電視業(yè)務的重中之重。結合我國實際國情，為了適應目前市場 上對多媒體覆蓋業(yè)務的迫切需要，我國已經在北京、上海以及廣東等地提供 t - d m b 業(yè)務i l 3 j ，各式各樣具有接收t - d m b 信號的手持多媒體終端也層出不窮， 且深受消費者的喜愛。但是，市場上現(xiàn)比較流行的本文提出了一種具有w l a n 功能的t - d m b 手持多媒體終端方案，對我國手機數(shù)字電視接收終端的開發(fā)具有 一定的借鑒作用，也為r 后設計支持困標的多功能接收終端做出探索。 武漢理工大學碩士學位論文 1 2 手機電視發(fā)展現(xiàn)狀 手機電視，簡言之，是指以手持設備為終端，傳輸電視內容的一項技術和 應用。目前手機電視主要實現(xiàn)類型1 4 j ，大體上可以分為2 種：一種是基于移動 運營商的蜂窩無線網(wǎng)絡，采用流媒體形式實現(xiàn)電視節(jié)目的點對點接收；另一種 是基于地面數(shù)字廣播電視網(wǎng)絡的服務模式，需要投資建設一個獨立的電視廣播 網(wǎng)絡，然后在手機上開發(fā)相應的終端接收模塊來獲得數(shù)字電視信號，這種方式 與傳統(tǒng)的廣播網(wǎng)絡經營模式相似，被認為是未來移動數(shù)字電視的發(fā)展方向，本 文提出的手機電視終端設計方案也是基于后一種的傳輸方案。各國的地面數(shù)字 廣播電視網(wǎng)絡都呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展【5 j1 6 】。 在歐美，如今新型的智能手機已能夠通過流媒體而非傳統(tǒng)的數(shù)字電視信號 收看實況節(jié)目。在功能方面，手機電池的壽命增強，導航及控制系統(tǒng)更加完善， 融合無線保真技術和3 g 技術后，可以支持即時上網(wǎng)、無線下載和實現(xiàn)與個人電 腦同步，同時用戶可以享受更多的自主權，如自主選擇不同運營商的服務。智 能手機用戶的增多也刺激了移動網(wǎng)絡市場的發(fā)展?？傊瑢ξ鞣酱蠖鄶?shù)國家來 說，手機電視的發(fā)展僅僅是一個技術問題和市場培育的問題。 在韓國，t - d m b 地面數(shù)字移動電視廣播標準已在全國推出，手機用戶可以 接收1 4 個電視頻道，視頻圖象質量達q v g a ，支持手機最大的移動速度達1 5 0 公里小時，手機在此速度上仍可以清晰地觀看電視。由于韓國政府以及三星， l g 等廠商的努力，歐洲已認可了t - d m b 標準。尤其值得一提的是，2 0 0 6 年德 國采用t - d m b 標準部署電視網(wǎng)絡，并且運用到該國的世界杯轉播上，這是手機 電視首次在重大的體育賽事上的應用。 在中國，手機電視同樣炙手可熱。2 0 0 6 年5 月，上海東方明珠電視塔開始 提供t - d m b 手機電視信號，播放的節(jié)目包括3 套實時傳播新聞、2 套財經、2 套體育賽事及2 套娛樂視頻節(jié)目，同時還提供8 套以上的高品質音頻節(jié)目以及 股票、氣象、外匯等咨詢增值服務。據(jù)原信產部統(tǒng)計，截止到2 0 0 8 年2 月底， 中國手機用戶已經超過5 億。艾瑞市場咨詢研究估計，中國手機市場至少有8 0 0 0 萬高端手機用戶，手機電視業(yè)務對于這部分人群具有很強的吸引力，預計到2 0 1 0 年，手機電視用戶的規(guī)模將達到2 2 1 9 萬。 2 武漢理工人學碩士學位論文 1 3w l a n 技術概述 1 3 1m 。a n 的概念 無線局域網(wǎng)( w i r e l e s slo c a la r e an e t w o r k s ，w l a n ) 是現(xiàn)代無線通信技術 與計算機網(wǎng)絡相結合的產物。w l a n 是利用射頻( r a d i o f r e q u e n c y ，r f ) 技術， 以空氣為媒介，以電磁波作為載體來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的計算機局域網(wǎng)，在不采 用傳統(tǒng)電纜線的同時，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，網(wǎng)絡所需的基礎設施 不需要再埋在地下或隱藏在墻里，網(wǎng)絡卻能夠隨著實際需要移動或變化1 7 j 。之所 以還稱其是局域網(wǎng)，是因為會受到無線連接設備與電腦之間距離的遠近限制而 影響傳輸范圍，所以必須要在區(qū)域范圍之內才可以連上網(wǎng)絡。其特點是成本低 廉、靈活性高、移動性強、吞吐量高、通信可靠( 具有擴頻抗干擾能力) 【8 j 。 w l a n 的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在己經能夠達到l l m b p s ( 8 0 2 1 l b ) ，最高速率可達 5 4 m b p s ( 8 0 2 1 l a ) ，傳輸距離可遠至2 0 k m 以上p j 。 1 3 2w i a n 技術的標準 w l a n 技術發(fā)展至今，主要協(xié)議標準有8 0 2 1 1 系列、b l u e t o o t h ( 藍牙) 、 h o m e r f ( 家庭無線電網(wǎng)絡) 、k d a ( i n f r a r e dd a t a a s s o c i a t i o n ，紅外線數(shù)據(jù)標準 協(xié)會) 、w p a n ( w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k s ，無線個人局域網(wǎng)) 以及h i p e r l a n ( h i g hp e r f o r m a n c er a d i ol a n ，高效能無線電局域網(wǎng)) 0 0 1 ，這些協(xié)議標準的性 能比較如表1 - 1 所示。 從下表可以看出，i e e e8 0 2 1 1 系列標準比較適于辦公室中的企業(yè)無線網(wǎng)絡， h o m e r f 較適用于家庭中移動數(shù)據(jù)語音設備之間的通信，而藍牙技術和i r d a 則 可以應用于任何可以用無線方式替代線纜的場合。目前8 0 2 1 1 系列是最為流行 的無線局域網(wǎng)絡協(xié)議標準，所以從狹義上講，無線局域網(wǎng)( w 乙蝌) 一般指的 是遵循i e e e 8 0 2 1 1 系列協(xié)議的無線局域網(wǎng)技術的網(wǎng)絡。i e e e 8 0 2 1 1 協(xié)議組包括 i e e e 8 0 2 1 1 、i e e e 8 0 2 1 l a 、i e e e 8 0 2 1 l b 、i e e e 8 0 2 1 l g 等一系列協(xié)議，經過多 年的發(fā)展已經逐漸成為事實上的行業(yè)標準【1 1 】。 3 武漢理工大學碩士學位論文 表1 - 1w i a n 協(xié)議標準比較 傳輸有效半徑傳輸速度 協(xié)議標準傳輸介質優(yōu)缺點 ( 單位：米) ( 單位：m b p s ) 支持標準的廠商 8 0 2 1 1 無線電波1 0 0 3 0 02 5 4 多，設備易獲得 2 4 g h zi s m 頻 段，可以與7 個 b l u e t o o t h無線電波1 0 1 0 01 2 以下設備組成超 小型網(wǎng)絡 提供6 個聲音頻 h o m e r f 無線電波 5 0 1 0 01 1 0道，適合家庭使 用，但技術落后 點對點傳輸，不 i r d a 紅外線傳輸0 54 1 6能成為網(wǎng)絡形態(tài) 但不容易被干擾 能與b l u e t o o t h 進 w p a n 無線電波 1 1 01 1 0 行相互作業(yè) 技術復雜，難推 h i p e r l a n無線電波 8 06 5 4 廣，支持廠商 總的來說，隨著大量產品的支持與推廣，i e e e 8 0 2 1 l b 標準是目前最主流的 無線局域網(wǎng)技術，因此，本課題中的終端設計也遵循i e e e 8 0 2 1 l b 標準。 1 3 3 無線局域網(wǎng)的組成 無線局域網(wǎng)與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡一樣，都是由硬件和軟件組成f 1 2 1 。 無線局域網(wǎng)的硬件主要由無線網(wǎng)卡( w i r e l e s sl a nc a r d ) 、無線接入點( a p ) 、 和天線( a n t e n n a ) 等共同組成【1 3 】，如圖1 - 1 所示。 無線局域網(wǎng)卡，簡稱無線網(wǎng)卡，與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)卡的區(qū)別在于前者的數(shù)據(jù) 傳送是通過無線電波，而后者則是通過過一般的網(wǎng)絡線路。無線網(wǎng)卡是無線網(wǎng) 絡中最基本的硬件設備，計算機問通過它利用無線電波接收和發(fā)送電子信號。 該設備作用于o s i 模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 天線作為無線通信不可缺少的一部分，其基本功能是輻射( 發(fā)射) 和接收 無線電波。發(fā)射時，把高頻電流轉換為電磁波；接收時，把電滋波轉換為高頻 4 武漢理：【：大學碩士學位論文 電流。 天線品種繁多，常用的分類方式主要有： 按用途可分為基地臺天線( b a s es t a t i o na n t e n n a ) 和移動臺天線( m o b i l e p o r l a b l ea n t e n n a ) ； 按工作頻段可劃分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波： 按其方向可劃分為全向和定向天線。 無線網(wǎng)絡所覆蓋的范圍有限，為了讓信號傳送更遠，就要借助天線這種發(fā) w l a n 叫卡 ：、廣 、帶w l n 目十 、的f 持鞋薔 圖1 - 1 無線局域網(wǎng)的組成 射和接收無線電波的設備來增加信號傳送功率。上述的無線網(wǎng)卡和接入點a p 都 要借助天線來達到可靠的數(shù)據(jù)傳輸效果。 定向天線和全向天線中，前者較適合于長距離使用，而后者則較適合區(qū)域 性應用。 增益是天線的主要指標之一，它是方向系數(shù)與效率的乘積，是天線輻射或 接收電波大小的表現(xiàn)。增益太小的選擇取決于系統(tǒng)設計對電波攫蓋區(qū)域的要求； 簡單地說，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠，一般基地臺天線 采用高增益天線，移動臺天線采用低增益天線。 與各種設備一樣，在無線局域網(wǎng)中對各種設備的管理都離不丌軟件。同時， 各種硬件設備的安裝也都離不，f 相應的驅動棵序。在組建無線局域網(wǎng)的時候， 麻根掘小川的需要束設置不同的軟件程序以實現(xiàn)所需耍的功能和網(wǎng)絡必備的管 琿。 武漢理t 大學碩十學位論文 1 3 4 無線局域網(wǎng)的服務 i e e e 8 0 2 1 1 標準中定義了九種服務，三種用來移動數(shù)據(jù)，其余六種都是管 理操作【1 7 1 。 由s t a 提供的服務被稱為s t a 服務( s t a t i o ns e r v i c e ，s s ) ，它存在于每個 s t a 和a p 中。 1 鑒權( a u t h e n t i c a t i o n ) 在有線l 悄中，采用物理安全性來阻止非授權接入，而在w a l n 中這顯然 是不實際的，因為其媒體沒有精確的邊界。 利用鑒權服務控制l a n 的接入能力，所有的s t a 均可使用該服務得到與其 通信的s t a 身份。如果兩臺s t a 之間沒有建立一種交互式可接收的認證級別， 那么也無法建立聯(lián)結。 i e e e 8 0 2 1 1 標準支持開放系統(tǒng)認證和共享密鑰認證，后者執(zhí)行有線等價保 密( w i r e de q u i v a l e n tp r i v a e y ，w e p ) 算法。 2 解除鑒權( d e a u t h e n t i c a t i o n ) 當欲終止已存在的鑒權時，解除鑒權服務就被喚醒。在e s s 中，由于鑒權 是聯(lián)結的先決條件，因此解除鑒權就能使s t a 解除聯(lián)結。解除鑒權服務可由任 何一個聯(lián)結實體( 非a p 的s t a 或a p ) 喚醒，它不是一種請求型服務而是通知 型服務，解除鑒權不能被任何一方拒絕。當a p 發(fā)給己聯(lián)結的s t a 解除鑒權通 知時，聯(lián)結將被終止。 3 保密( p r i v a c y ) 在有線l a n 中，只有物理上連接到有線的那些s t a 可以偵聽l 蝌的服務。 對無線共享媒體而言，情況就不同了。任何一臺符合本標準的s t a 可以偵聽到 其覆蓋范圍內的所有p h y 服務。因此，獨立無線鏈路( 無保密) 連接到己存在 的有線l a n 時會嚴重降低有線l a n 的安全級別。 為了加強w l a n 的保密性能，保密服務是必要的，i e e e 8 0 2 1 1 標準提供了 w e p 服務。 由d s 提供的服務被稱為分布式系統(tǒng)服務( d i s t r i b u t i o ns y s t e ms e r v i c e s ， d s s ) ，在w i a n 中，d s s 通常由a p 提供。d s s 包括： 1 聯(lián)結( a s s o c i a t i o n ) 為了在d s 內傳送信息，對于給定的s t a ，分布式服務需要知道接入了哪個 a p ，這種信息由聯(lián)結的概念提供給d s 。支持b s s 的切換移動，聯(lián)結是充分必 6 武漢理工人學碩士學位論文 要條件，聯(lián)結僅足以支持無切換的移動。 2 重新聯(lián)結( r e a s s o c i a t i o n ) 對s t a 問的無切換消息傳送而言，聯(lián)結為充分條件。想支持b s s 切換移動， 還需要其他功能，這就是重新聯(lián)結服務。 喚醒的重新聯(lián)結服務用來完成當前聯(lián)結從一個a p 移動到另一個a p 。當s t a 在e s s 內從一個b s s 移動到另一個b s s 時，它保持了a p 與s t a 之間的映射。 當s t a 保持與同一a p 的聯(lián)結時，重新聯(lián)結還能改變已建聯(lián)結的聯(lián)結屬性。重 新聯(lián)結總是由移動的s t a 激活。 3 解除聯(lián)結( d i s a s s o c i a t i o n ) 當要終止一個已存在的聯(lián)結時，就會喚醒解除聯(lián)結。在e s s 中，它告訴d s 取消己存在的聯(lián)結信息，因此試圖通過d s 向已解除聯(lián)結的s t a 發(fā)送信息根本 不會成功。 聯(lián)結的任一部分( 非a p 的s t a 或a p ) 均可喚醒解除聯(lián)結服務，解除聯(lián)結 是一個通告型而非請求型服務，它不能被聯(lián)結的任一方拒絕。 4 分布( d i s t r i b u t i o n ) 這是w l a ns t a 使用的基本服務。在概念上，它是由來自或發(fā)送至工作在 e s s ( 此時幀通過d s 發(fā)送) 中w l a ns t a 的每個數(shù)據(jù)消息喚醒，分布借助于 d s s 完成。 5 集成( a s s e m b l y ) 如果分布式服務確定消息的接收端為集成l a n 的成員，則d s 的“輸出 點將是端口而非a p 。分布到端口的消息使得d s 喚醒集成功能，集成功能負責 完成消息從d s m 到集成l a n 介質和地址空間的變換。 1 4 本文的主要內容和組織結構 本文主要介紹基于w l a n 的手機電視終端方案的設計，該終端主要實現(xiàn)兩 個功能：首先，終端可接收t - d m b 標準的t s 碼流，并能對t s 碼流進行解碼， 最終通過l c d 顯示屏或者電視觀看視頻節(jié)目；另外，終端還可以通過無線路由 器和調制解調器等設備接入普通有線局域網(wǎng)和i n t e r n e t 中，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡瀏覽功 能。 本文主要研究了： ( 1 ) 終端硬件設計與實現(xiàn)：在分析了w l a n 技術、c p u 與各功能：芭= 片原 7 武漢理上大學碩十學位論文 理的基礎上，提出并實現(xiàn)了一種具w l a n 功能的手機電視終端硬件設計。硬件 設計與實現(xiàn)包含基帶電路設計與r f 模塊電路設計，其中基帶功能電路主要包括： s h 7 3 4 3 主處理器及其接口電路、電源管理模塊、存儲模塊、音頻解碼模塊、 w l a n 模塊、時鐘模塊與外圍接口電路。 ( 2 ) 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)：分析了t - k e r n e l 操作系統(tǒng)的組成特點及其驅動的結 構，w i _ a n 功能模塊軟件與m p e g 4t s 流的解碼流程的實現(xiàn)。 ( 3 ) 系統(tǒng)性能分析和測試：對本課題述及的無線局域網(wǎng)功能解決方案進行 測試與驗證，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能特點，并對發(fā)現(xiàn)的問題提出了下一步改進方法。 論文總共分為5 章，結構安排如下： 第一章緒論：提出本文研究的背景、目的、意義以及該課題在國內外研究 的現(xiàn)狀及動態(tài)，總體分析w l a n 相關技術，并對論文的內容及結構進行了簡要 的介紹。 第二章終端的硬件設計與實現(xiàn)：包括電源管理模塊、存儲模塊、音頻解碼 部分和外圍接口部分、r f 模塊和w i _ a n 模塊等電路設計的實現(xiàn)。 第三章系統(tǒng)關鍵模塊軟件研究與分析：重點了t - k e r n e l 嵌入式操作系統(tǒng)下 的程序開發(fā)流程、m p e g 4t s 碼流組成結構和分組解析以及w l a n 模塊的軟件 設計方法。 第四章系統(tǒng)功能測試與性能優(yōu)化：分析系統(tǒng)功能測試的環(huán)境與具體方法以 及測試過程和得到的測試結論，并對終端的音頻性能作了適當優(yōu)化。 第五章總結與展望：本章回顧和總結了終端的丌發(fā)過程，并對終端系統(tǒng)的 改進與完善進行了展望。 1 5 本章小結 本章對手機電視終端設計的研究背景與意義以及國內外發(fā)展現(xiàn)狀做了分 析，表明隨著通信技術與電視技術的不斷發(fā)展，以及人們對多媒體視頻業(yè)務的 需求，對具有w l a n 功能手機電視終端的研究是十分有意義的。最后，介紹了 本文的主要內容和組織結構。 8 武漢理t 大學碩士學位論文 第2 章終叢_ 1 而1 1 1 的硬件設計與實現(xiàn) 本章介紹了基于w l a n 手機電視終端的硬件平臺設計原理，針對基帶電路 和r f 模塊的設計做了詳細說明，并分析了c p u 對系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)。 2 1 終端結構與功能 本系統(tǒng)是由r e n e s a s 公司的s h 一3 a s ( s h 7 3 4 3 ) i 1 8 。2 0 】處理器所設計的帶w l a n 功能的t - d m b 標準多媒體終端，整個系統(tǒng)包括c p u 、w l a n 模塊、r f 模塊、 存儲模塊、a u d i oc o d e c 、實時時鐘( 1 玎c ) 、t f t l c d 、m i n i s d 、u s b 2 0 、鍵盤、 數(shù)據(jù)i o 口和電源管理。終端采用高集成度結構設計，總體積為1 2 0 x 7 7 x 1 4 m m ， 其結構框圖如圖2 1 所示。 蓑豢卜 _ 一存儲模塊 接收模塊 f 音頻解碼模塊卜_ 一 s h 7 3 4 3 - 一u s b 接口 核心處理器 w l 州模塊卜_ 一一s 。c a r d 接口 l 電源管理模塊卜一 一l c 。顯示模塊 圖2 - 1 終端結構框圖 系統(tǒng)的主要功能如下： 支持b a n d i i i 和l - b a n d 頻段的t - d m b 節(jié)目接收 支持w l a n 功能，可通過無線路由器瀏覽i n t e r n e t 網(wǎng)頁 支持播放m p 3 、m p 4 、a c c 等格式的文件 支持u s b 2 0 數(shù)據(jù)傳輸和m i n i s d 卡數(shù)據(jù)存取 支持實時時鐘及定時關機模式 包含單顆1 5 0 0 m a h 聚合物鋰電池，支持u s b 或適配器充電及電池保護 9 武漢理工大學碩士學位論文 包含3 2 寸q v g a ( 3 2 0 x 2 4 0 象素，6 5 k 色素) 電阻式觸摸屏 包含立體聲耳機接口和8 0 5 0 0 m w 喇叭支持耳機和喇叭的輸出切換 2 2 終端基帶電路設計 2 2 1c p u 及其接口功能 s h m o b i l e ( s u p e r hm o b l i e a p p l i c a t i o np r o c e s s o r ) 系列處理器，是日本瑞薩 ( r e n e s a s ) 公司開發(fā)的應用于移動通信終端的基帶處理器，它能為手持終端的 開發(fā)和功能完善提供良好的系統(tǒng)解決方案。r e n e s a s 公司向s h m o b i l e 客戶提供 良好的中間件支持，使客戶在無需考慮通信協(xié)議可支持性的條件下進行軟件開 發(fā)。s h m o b i l e 系列處理器所包含的d s p 核可支持多種多媒體標準，如m p 3 、 m p 4 、j p e g 等，且d s p 核的指令集能將大多數(shù)中間件的平均性能提高2 0 0 ， 從而減輕了對處理器速度的要求，同時也降低了c p u 的功耗。 s h 7 3 4 3 ( s h m o b i l e3 a s ) 是r e n e s a s 公司2 0 0 6 年推出的一款3 2 位s h m o b i l e 系列的應用處理器。芯片內部包含1 個s u p e r h 架構的3 2 位r i s c 處理器核和一個 擴展的d s p 核，芯片為4 0 9 p i n b g a 封裝，球徑為0 3 m m ，引腳間距為0 5 m m ， 體積為1 2 x1 2 x1 4 m r n 。s h 7 3 4 3 內部c p u 時鐘速率可達2 1 6 m h z ，具有1 6 位雙向 數(shù)據(jù)總線和2 6 位地址總線。該處理器具有符合下一代移動通信終端應用的多種多 媒體功能，如l c d 控制器、攝像頭接口、音頻輸入腧出、m p e g 4 h 2 6 4 編解碼 加速器和3 d 圖形加速器，此外還包含1 2 c 、u a r t 、m f i 、s d 、h u d i 、 i s 、s i u 、 m s i o f 、s p i b o o t 、i r d a 、c o d e c 和n t s c 等各種功能接口和可供用戶操作的片 上r a m 和c a c h e 單元、4 g 地址空間、3 2 位內部數(shù)據(jù)總線，8 級流水線和片上乘 法器。s h 7 3 4 3 還含有一個高效的電源管理模塊，可以在保持較高處理速率的同時 優(yōu)化c p u 電源功耗，能滿足手機等移動通信終端處理器中低功耗的需求。 本系統(tǒng)硬件平臺是基于s h 7 3 4 3 基帶處理器建立起來的，s h 7 3 4 3 不僅能承 擔基帶電路的控制和實現(xiàn)功能，并且還能實現(xiàn)t s 解碼的功能，芯片所需的工作 電壓為1 2 v 、1 8 v 、和3 3 v 。系統(tǒng)硬件組成主要包括基帶處理器模塊、電源管 理模塊、t u n e r 模塊、w l a n 模塊、l c d 模塊、v i d e o a u d i o 模塊、s dc a r d 模 塊、e 1 0 a 調試模塊以及時鐘模塊等。硬件平臺的系統(tǒng)功能框圖如圖2 2 所示。 系統(tǒng)硬件平臺的基帶處理器模塊、電源管理系統(tǒng)、時鐘& 復位系統(tǒng)以及存儲 器系統(tǒng)構成了平臺的最小系統(tǒng)，需要說明的是由于s h 7 3 4 3 內部自帶1 6 m b 的 1 0 武漢理r 大學碩十學位論文 圖2 - 2 系統(tǒng)功能框圖 1 1 武漢理1 ：大學碩十學位論文 s d r a m ，因此無須擴展外部s d r a m ，這樣既節(jié)省了硬件成本，同時也增強了 高速數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性。 2 2 2 電源管理模塊電路 系統(tǒng)采用單顆1 5 0 0 m a h 聚合物鋰電池供電，電池電壓在3 3 v - 4 2 v 之間， 可使用5 v 交流適配器或者u s b 接口給電池充電。另外，電源管理系統(tǒng)自動選 擇電源供應路徑，適配器輸入、u s b 輸入或者電池輸入均可作為供電電源直接 使用，經過系統(tǒng)的電源模塊后產生：3 3 v ，1 8 v ，1 5 v ，1 2 v ，給系統(tǒng)各部分電 路供電。實際使用中，系統(tǒng)全部功能運行所消耗的電流約為2 5 0 2 8 0 m a ，因此 系統(tǒng)滿負荷工作時應當至少可以運行5 小時。 終端電源模塊需要完成如下功能：主板電路供電，電池充放電保護，充電 管理，電池電量檢測，系統(tǒng)電源的開啟和關閉，提供系統(tǒng)復位信號以及l(fā) c d 背 光電源供電及控制。 系統(tǒng)的電源管理主要由p m u ( p o w e rm a n a g e m e n tu n i t ) 集成芯片l t c 3 4 5 5 提供，另外用獨立的l d o 芯片分別對r f 模塊和t f t l c d 供電。在此需要說明 的是，由于r f 模塊對供電電源紋波抑制要求比較高，且電流消耗比較大( 約在 1 2 0 m a 左右) ，因此對r f 部分單獨用l d o 供電比較好，這樣處理不僅能與系 統(tǒng)數(shù)字電路供電隔離開來減輕支路電流的消耗，并且能避免由于電源紋波過大 導致的信號接收受到干擾甚至r f 模塊不工作的情況發(fā)生。l c d 背光驅動采用 b d 6 0 7 2 ，該器件為恒流輸出器件，可以驅動4 個串聯(lián)l e d ，電流配置成2 0 毫 安。b d 6 0 7 2 具有電流控制引腳，通過控制輸出電流的大小可以控制l c d 背光 亮度，本系統(tǒng)中背光調節(jié)方式采用p w m 控制方式，即通過由s h 7 3 6 3 輸出p w m 信號來控制b d 6 0 7 2 的使能引腳。通過i o k 電阻將使能信號下拉，從而使默認 情況下l c d 背光等為關閉狀態(tài)。在進行m p 3 播放或其他不使用l c d 屏幕的情 況下，可以關閉l c d 背光電源，降低功耗。電源管理模塊結構如圖2 3 所示。 l t c 3 4 5 5 同時具有電源供電路徑選擇、鋰離子充電管理和雙路d c d c 轉換 功能。l t c 3 4 5 5 可以選擇外接適配器，u s b 供電，或者使用鋰電池供電方式。 在本硬件設計中，采用5 v 適配器和電池供電兩種方式【2 1 1 。 l t c 3 4 5 5 可以選擇從5 v 適配器或者u s b 接口取電，為鋰離子電池充電。 使用5 v 交流適配器作為輸入電源為電池充電時，充電電流和充電周期通過相關 電阻和電容設置，本系統(tǒng)將充電電流設置為5 0 0 毫安，充電周期設置為3 小時。 當外部接入的電池電壓初始值低于2 8 5 v 時，進行涓流充電，此時充電電流為 5 0 m a 。l t c 3 4 5 5 內部提供兩路d c d c 直流電源輸出，本設計中配置成3 0 v 和 1 2 武漢理t 大學碩士學位論文 v m a x p w r o n s hp w r o n p b s t a ti p w r p b s t a t i c h a g i p w r _ c h r g： s h 7 3 4 3 押 a 0 p w rl b o 7 v b a t h s o n s h 一_ 。s 2 d _ p w r o n l t c 3 4 5 5 p w r _ r s t 一! ! 竺b r s t h s 0 v c c j d - 3 0 v s v 、垃 v c c - 3 a v ，淵 s v v l v c c l 8 ，8 v v 州 b d 6 0 7 2 e n v i n v c c l 2 一 b d 9 1 2 2 e n 恒乎l w 圖2 3 電源管理模塊結構圖 1 8 v ，電流分別為6 0 0 毫安和4 0 0 毫安。在具有外界交流適配器電源輸入時， l t c 3 4 5 5 采用外界輸入作為內部d c d c 模塊的電源輸入，只有電池供電時，采 用電池作為內部d c ，d c 模塊的電源輸入。 l t c 3 4 5 5 具有狀態(tài)輸出指示信號，通知c p u 其目f ； 的狀態(tài)。通過其內部的 電壓比較器可以檢測電池是否處于低電壓狀態(tài)，在低電壓時可輸出指示信號。 電池低電壓指示信號與s h 7 3 4 3 的中斷輸入引腳i r q 4 相連。低電壓門限可由用 戶設置，本系統(tǒng)設置為3 5 v ，在電池電壓低于3 5 v 時，輸出信號指示電池電壓 過低，c p u 接收到此信號中斷之后，關閉正在運行的程序，提示用戶關機，同 時發(fā)出關機指令。l t c 3 4 5 5 還輸出充電狀態(tài)信號，顯示是否有充電器接入。充 電狀態(tài)指示信號與s h 7 3 4 3 的g p i o 端口相連，通過檢測端口來顯示充電狀態(tài)。 b d 9 1 2 2 是單路d c d c ，由v m a x 供電，并在v c c 3 0 的控制下輸出1 2 v 電源，供s h 7 3 4 3 內核工作。 b h l 5 l b l 為l d o 芯片，由v c c 3 0 供電，輸出1 5 v ，給t u n e r 模塊。 b d 6 0 7 2 支持4 個l e d 串聯(lián)的背光電源驅動芯片，提供2 0 毫安的恒定電流 給k g m