高清數(shù)字電視機(jī)頂盒設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1、高清數(shù)字電視機(jī)頂盒設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)劉丹（223399 淮安淮陰區(qū)電視臺 江蘇 淮安）【摘要】本文從實(shí)際的應(yīng)用需求出發(fā)，對采用H.264技術(shù)的高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。文章首先介紹了高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的功能和技術(shù)，然后對高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的構(gòu)成特點(diǎn)著重分析。文章最后以一個(gè)實(shí)例詳細(xì)介紹了應(yīng)用于高清數(shù)字電視廣播, 基于嵌入式系統(tǒng)和H.264視頻傳輸格式的機(jī)頂盒的軟硬件設(shè)計(jì)方案?！娟P(guān)鍵字】高清數(shù)字電視 機(jī)頂盒 H.264一、引言自2010年以來，高清數(shù)字電視逐漸普及，各電視臺紛紛推出了高清電視節(jié)目，相應(yīng)的人們對高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的需求也變得越來越強(qiáng)烈。傳統(tǒng)的普通清晰度數(shù)字電視電視節(jié)目主要

2、采用MPEG-4編碼技術(shù)，傳輸視頻碼率較低，因此對解碼器的性能要求相對較低。H.264技術(shù)憑借其傳輸視頻的高清晰度，傳輸數(shù)據(jù)高壓縮率和較強(qiáng)的信道適應(yīng)能力，在高清數(shù)字電視中得到了廣泛的應(yīng)用。本文將從實(shí)際的應(yīng)用需求出發(fā)，對采用H.264技術(shù)的高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。二、高清數(shù)字電視機(jī)頂盒主要功能和技術(shù)高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要功能是對高清數(shù)字電視信號進(jìn)行接收，并實(shí)時(shí)進(jìn)行視頻和音頻的解碼播放，同時(shí)接收數(shù)字電視信道上所傳輸?shù)膹V播和交互信息，包括：電視節(jié)目列表、接收權(quán)限信息、視頻點(diǎn)播信息以及用戶互動(dòng)信息等。為實(shí)現(xiàn)上述功能，高清數(shù)字電視機(jī)頂盒所設(shè)計(jì)的主要技術(shù)包括：高清數(shù)字電視信號的解調(diào)

3、和譯碼，互動(dòng)信息的編碼和調(diào)制，H.264視頻解碼，嵌入式技術(shù)等。三、高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的構(gòu)成特點(diǎn)從前面的描述可以看出，傳統(tǒng)的數(shù)字電視清晰度較低，相應(yīng)的視頻信息的碼率也較低，對機(jī)頂盒的解碼處理能力要求較低。而本文所關(guān)注的高清數(shù)字電視其視頻數(shù)據(jù)率較高，相應(yīng)的對機(jī)頂盒的解碼處理能力也較高。另外，本文所研究的高清數(shù)字電視機(jī)頂盒還支持用戶的互動(dòng)功能。（一）基于嵌入式系統(tǒng)嵌入式 CPU 是操作系統(tǒng)的運(yùn)行載體，通過這個(gè)載體，就可實(shí)現(xiàn)對機(jī)頂盒內(nèi)部各硬件模塊的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制。嵌入式系統(tǒng)需要針對具體應(yīng)用需求進(jìn)行定制化開發(fā)，去除冗余，從而在實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的前提下，使系統(tǒng)最簡化。嵌入式系統(tǒng)具有豐富的外設(shè)接口，能夠支

4、持用戶進(jìn)行人機(jī)對話，完成對機(jī)頂盒工作的控制。（二）采用Linux操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)具有源碼開放，軟件資源豐富；內(nèi)核的功能強(qiáng)大，性能高效、穩(wěn)定，多任務(wù)；對外設(shè)的支持能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)豐富；系統(tǒng)的大小、功能都可裁剪等一系列優(yōu)點(diǎn)，從而使其尤其適合高清機(jī)頂盒的需求。四、高清數(shù)字電視機(jī)頂盒設(shè)計(jì)（一）硬件設(shè)計(jì)高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要功能是對高清數(shù)字電視信號進(jìn)行接收，并實(shí)時(shí)進(jìn)行視頻和音頻的解碼播放，同時(shí)還對電視節(jié)目列表、接收權(quán)限信息、視頻點(diǎn)播信息以及用戶互動(dòng)信息等信息進(jìn)行接收。因此其硬件組成主要包括：射頻調(diào)諧器、無線信號解調(diào)器、數(shù)據(jù)流解復(fù)用器、H.264解碼器、圖像處理器、CPU控制器以及CPU的一些外設(shè)

5、。高清機(jī)頂盒的硬件框架如下圖所示：其中：射頻調(diào)諧器用于接收來自有線電視網(wǎng)或者無線地面廣播的高清數(shù)字電視射頻信號；無線信號解調(diào)器主要完成對高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)和信道譯碼，從而恢復(fù)出高清數(shù)字電視節(jié)目的傳輸流。一個(gè)傳輸流中可以包含多個(gè)高清數(shù)字電視節(jié)目和其他伴隨信息，因此需要有解復(fù)用模塊對其進(jìn)行解復(fù)用處理，提取出各種類型的數(shù)據(jù)流。解復(fù)用器所提取的高清數(shù)字電視H.264碼流則交給H.264解碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼處理，從而得到視頻流信息和同步的音頻流信息。圖像處理器則根據(jù)用戶所選擇的輸出方式，對H.264解碼器輸出的視頻流進(jìn)行相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換，以適配用戶所選擇的顯示設(shè)備。通過上述處理，高清數(shù)字電視機(jī)頂盒最終

6、為用戶提供同步的高清音視頻信息。CPU則是高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的核心，他運(yùn)行機(jī)頂盒的軟件，對機(jī)頂盒的各個(gè)硬件模塊的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制。CPU同時(shí)還是與用戶進(jìn)行交互的接口，接收按鍵和紅外的指令，并根據(jù)指令的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的處理。（二）軟件設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的高清數(shù)字電視機(jī)頂盒軟件系統(tǒng)劃分為四個(gè)層次，包括：應(yīng)用層、中間件層、硬件驅(qū)動(dòng)層和操作系統(tǒng)層。應(yīng)用層主要指機(jī)頂盒所存儲的應(yīng)用程序；中間件用于對底層的硬件驅(qū)動(dòng)進(jìn)行封裝，為應(yīng)用程序提供適配，從而使應(yīng)用程序?qū)Φ讓佑布?qū)動(dòng)的變動(dòng)不敏感，為軟件的移植和升級提供便利；硬件驅(qū)動(dòng)層主要為機(jī)頂盒中的各硬件模塊提供驅(qū)動(dòng)程序；操作系統(tǒng)層采用LINUX操作系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)的主要工作流程如下：boot軟件運(yùn)行，將Flash中存儲的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序復(fù)制到SDRAM的指定位置，引導(dǎo)CPU啟動(dòng)LINUX操作系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備自檢，加載硬件模塊的驅(qū)動(dòng)程序，運(yùn)行應(yīng)用程序，啟動(dòng)信號接收和視頻解碼硬件，然后等待用戶指令進(jìn)行后續(xù)操作。參考文獻(xiàn)：1鄭志航 惠新標(biāo) 葉楠.數(shù)字電視原理與應(yīng)用，中國廣播電視出版社.北京, 20082陳珊,俞斯樂,李華,等. 數(shù)字電視接收機(jī)的軟件系統(tǒng)J. 電視技術(shù),2010(9):5- 6.3彭紅卿,陳曉,曾學(xué)文. PVR 機(jī)頂盒文