数字卫星电视机顶盒上业务信息(SI)的解析与应用研究

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 891.34KB 70 页 15积分
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第一章 绪 论
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第一章 绪 论
§1.1 课题背景
随着数字信息技术的飞速发展，由传统的模拟电视到数字电视的数字化革命
已成必然。为了能在现有的模拟电视机上收看数字电视节目，数字电视机顶盒成
为了从模拟电视向数字电视过渡阶段的最佳解决方案。与传统的模拟电视相比，
数字电视具有四大优势：
1. 高质量的音画效果，数字电视采用压缩编码方式，使用户在家里可以看到
电视台播放时一样清晰的电视画面，不再被模糊的电视画面所困扰，并可以获得
环绕立体声伴音效果。
2. 按需收视自作主张，采用数字技术后，使得人机交互成为可能，这将使得
电视接收模式产生彻底的变革。用户可以根据自己的需要、喜好来选择节目套餐。
播什么节目，什么时候播都可以由用户决定。
3. 内容丰富，乐趣多多，电视频道数量可以在现有基础上扩增数倍，与此同
时，还有大量的互动图文信息、声音广播节目、网络游戏等非传统电视类的内容
和应用加入进来，如浏览网页、炒股、发送电子邮件、享受远程教育和电视购物
等。
4. 计费准确，收费合理，数字电视可以准确地根据用户使用情况进行收费，
用户将根据自己选择和定制的节目付费。看多少节目付多少费，看什么节目付什
么费，付费将更趋合理。
纵观全球，数字电视的发展前景广阔，各国都在大力发展数字电视及相关产
业。目前，世界上存在着三种数字电视标准，它们分别是美国的 ATSC（Advanced
Television Systems Committee ）、 日 本 的 ISDB-T （Integrated Services Digital
Broadcasting－Terrestrial）和欧洲的 DVB(Digital Video Broadcasting)标准。在这些
标准中，欧洲的 DVB 标准系列得到了当前业界和国际上的普遍认同和看好。
业务信息 SI（Services Information）是 DVB 数字电视广播标准中非常重要的
一项。它能辅助接收机完成频道自动搜索和更新，并提供电子节目指南 EPG
（Electronic Program Guide）信息。利用业务信息提供的描述内容，接收机不仅能
够实现基本的电视节目接收功能，同时还可以向用户提供多种其它的服务。因此
对业务信息规范的定义和理解直接影响到接收机应用程序的设计，包括电子节目
指南内容的设计和定义、频道搜索的过程、节目信息的分析显示、增值业务的实
现等等。
本课题来源于上海大亚信息产业有限公司数字卫星电视机顶盒（DVB-S）的
数字卫星电视机顶盒上业务信息（SI）的解析与应用研究
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研发项目，着重于机顶盒软件特别是电子节目指南 EPG 的研究和设计。由于 DVB-S
的产品大多是出口到中东和东南亚一带，而现有的 EPG 开发没有一定的行业规范
和标准，实现方法多种多样， 因此，对构成 EPG 系统的 DVB 业务信息的深入理
解和分析，为开发出实用、方便、规范和功能强大的 EPG 系统具有重要的意义。
§1.2 研究内容和论文结构
本文所做的工作是在理解 DVB 标准框架和体系结构的基础上，研究 DVB 规
范中业务信息的定义和用法。通过对 MPEG-2 传输流和 DVB-SI 的解析，完成 EPG
各功能模块的设计和实现。并且在基于科胜讯 CX24138 方案的数字卫星机顶盒上
完成嵌入式软件的开发和测试。本论文共分七章，主要内容如下：
第一章：绪论。引入数字电视和机顶盒的概念以及 DVB 标准，介绍了本课题
产生的背景，列出了本文的内容组织结构。
第二章：数字电视标准与机顶盒技术。列出了当前国际上存在的三种数字标
准，对得到业界一致认同和看好的 DVB 标准的逻辑框架和传输系统组成做了介绍。
最后引出了数字电视机顶盒的概念，并对其中涉及的主要技术做了论述。
第三章：
MPEG-2 传输流与 DVB-SI 的解析。在对 MPEG-2 传输流标准分析之
后，详细介绍了 DVB 标准中的业务信息规范，重点介绍了网络信息表（NIT）、业
务描述表（SDT）、事件信息表（EIT）和时间日期表（TDT）的语法结构，并结合
应用对每个表做了详细的分析说明。
第四章：卫星机顶盒软件系统设计。介绍了科胜讯 CX24138 机顶盒方案的硬
件框架，引入了居于机顶盒底层驱动和应用程序之间的中间件的概念，结合 DVB-S
机顶盒的开发环境，提出了机顶盒软件系统的开发层次结构，对嵌入式 Nucleus Plus
多任务实时操作系统上的软件开发提出了一般的步骤，最后基于 CX24138 方案完
成了软件系统功能的设计，给出了主任务和接口任务的实现流程图。
第五章： 基于 DVB-SI 的电子节目指南设计与实现。介绍了基于 DVB-SI 的
电子节目指南（EPG）系统组成，分析了 EPG 接收系统的工作原理和过程。详细
给出了业务信息 SI 的解析过程和方法，完成各种功能数据结构的定义和软件实现。
对EPG 的在屏幕显示（OSD）技术也做了论述。
第六章：EPG 系统功能仿真与软件测试。给出了 EPG 系统功能的仿真实现框
图，对 SI 文件进行配置，完成 EPG 仿真功能。最后实现了软件联机和脱机调试，
分析了 SI 可能出错的原因，以及 SI 的检错和纠错措施。
第七章：研究总结。总结了本课题的主要研究成果，指出了课题存在的问题，
并提出了改进设想。
第二章 数字电视标准与机顶盒技术
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第二章 数字电视标准与机顶盒技术
§2.1 数字电视标准
数字电视系统是一个复杂、庞大的系统，它包括发送端（服务提供商、内容
提供商）、接收端以及网络传输部分。如此大的系统必须由许多的生产厂商合作才
能最终实现，为此必须制定一整套统一的标准，使得各个生产厂商的产品可以协
调工作。目前，国际上主要存在三大数字电视标准[1]，下面分别给予介绍。
§2.1.1 美国的 ATSC 标准
美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上，因此，美国在发展高清
晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了以数字高清晰
度电视为基础的标准――ATSC（Advanced Television System Committee，高级电视
制式委员会）。美国 HDTV 地面广播频道的带宽为 6MHZ，调制采用 8VSB，卫星
广播电视采用 QPSK 调制，有线电视采用 QAM 或VSB 调制。
ATSC 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界限。最高为
图像层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频。接着是图像压缩层，
采用 MPEG-2 压缩标准。再下来是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包
中。最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。对于地面广播系统，
采用 Zenith 公司开发的 8-VSB 传输模式，在 6MHz 地面广播频道上可实现 19.3Mb/s
的传输速率。该标准也包含适合有线电视系统高数据率的 16-VSB 传输模式，可在
6MHz 有线电视信道中实现 38.6Mb/s 的传输速率。
§2.1.2 日本的 ISDB-T 地面广播标准
ISDB 是日本的 DBEG(Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组)制
订的数字广播系统标准，规定的内容主要包括再复用、信道编码、调制、传输控
制和接收机等几个部分。ISDB-T 主要定义传输系统，信源部分仍是 MPEG-2，传
输方案是 COFDM(编码正交频分复用)，利用此方法在一个普通的传输信道上发送
各种不同种类的信号，同时，已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发
送出去。ISDB 具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节
目的电视和其它数据业务。
§2.1.3 欧洲的 DVB 标准
欧洲数字电视标准为 DVB，即 Digital Video Broadcasting，数字视频广播。从
1995 年起，欧洲陆续发布了数字地面电视广播(DVB-T)、数字卫星电视广播
(DVB-S)、数字有线电视广播(DVB-C)的标准。欧洲数字电视首先考虑的是卫星信
数字卫星电视机顶盒上业务信息（SI）的解析与应用研究
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道，采用 QPSK 调制。数字地面广播电视采用 COFDM 调制，8M 带宽。数字有线
电视采用 QAM 调制。
DVB-T(ETS 300 744) 为数字地面电视广播系统标准。这是最复杂的 DVB 传
输系统。地面数字电视发射的传输容量，理论上与有线电视系统相当，本地区覆
盖好。采用编码正交频分复用(COFDM)调制方式，在 8MHz 带宽内能传送 4套电
视节目，传输质量高，但其接收费用高。
DVB-S(ETS 300 421) 为数字卫星电视广播系统标准。卫星传输具有覆盖面
广、节目容量大等特点。数据流的调制采用四相相移键控调制(QPSK)方式，工作
频率为 11/12GHz。在使用 MPEG-2MP@ML 格式时，用户端若达到 CCIR 601 演
播室质量，码率为 9Mb/s；达到 PAL 质量时，码率为 5Mb/s。一个 54MHz 转发器
传送速率可达 68Mb/s，可用于多套节目的复用。DVB-S 标准几乎为所有的数字卫
星广播电视系统所采用。我国也选用了 DVB-S 标准。
DVB-C(ETS 300 429) 为数字有线电视广播系统标准。它具有 16 、32 、
64QAM(正交调幅)三种调制方式，工作频率在 10GHz 以下。采用 64QAM 时，一
个PAL 通道的传送码率为 41.34Mb/s，可用于多套节目的复用。系统前端可从卫星
和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒接收。
据悉，欧洲 DVB 组织成员已经达到 265 个(来自 35 个国家和地区)，主要集中
在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院和 TCL 电子集团也在其中。
ATSC
成员 30 个，其中有美国国内成员 20 个，来自阿根廷、法国、韩国等 7个国家的
成员 10 个，中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。
§2.2 DVB 标准的逻辑框架及传输系统组成
通过比较数字电视的几种标准，可以看到 DVB 标准发展最快，普及最广，正
在成为领导全球数字电视技术的世界标准。我国目前的数字电视产品绝大部分都
是基于 DVB 标准生产的。本文中的研究也是基于 DVB 标准的。
§2.2.1 DVB 标准的逻辑框架
DVB 标准是欧洲电信标准化协会（ETSI）在充分利用现有的 MPEG-2 数据压
缩和复用技术的前提下制定的一种开放式的标准。DVB 标准组织定义了卫星、有
线和地面三大传输媒体的信道编码和调制方式，并扩充了 MPEG-2 系统层的复用
部分，加入了数字电视业务信息 SI，使得 DVB 标准系统成为了集视频、音频、数
据通信为一体的多媒体开放系统。DVB 系统充分考虑了与现有网络和业务的兼容
性，为未来各种新的增值业务的拓展提供了灵活的发展空间。
第二章 数字电视标准与机顶盒技术
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DVB 系统标准包括很多单项的标准，其逻辑框架如图 2-1 所示，可以看到，
DVB 系统的主要应用，即视频和音频服务都继承了 MPEG-2 的复用格式。
图 2-1 DVB 标准的逻辑框架
DVB 之所以要继承现有的 MPEG-2 标准，一方面，MPEG-2 作为国际通用标
准，可以提供和 DVD 相同的图像质量，速率可达 1.5Mbps－15 Mbps；另一方面，
在接收端，为了配置综合接收解码器（IRD），使其正常解码播放，MPEG-2 提供
了节目专用信息 PSI。DVB 在PSI 的基础上加入了完整的数字电视业务信息 SI，
使得数字电视接收机能自动地适应各种业务，包括电视、电台广播和气象股票信
息等这样的数据业务。
§2.2.2 DVB 传输系统组成
DVB 标准的传输系统分成信源编解码和信道编解码两部分，其中信源编码采
用MPEG-2 码流。首先，对音频和视频进行节目复用，然后再将多个数字电视节
目流进行传输复用，接收端以相反的步骤对码流进行解复用。信道编解码包括：
前向纠错编解码、调制解调和上下变频三部分。纠错编码采用 RS 纠错码。不同的
视频压缩
MPEG-2
（ETR 154)
卫星站
SMA TV
(EN 300 473)
微波
10GHz以下
（EN 300 749)
微波
10GHz以上
（EN 300 748)
有线
（EN 300 429)
地面
（EN 300 744
TS 101 191)
卫星
（EN 300 421)
条件访问：
ETR 289
(通用加扰
算法）
EN 50211
(通用接
口）
传送：
MPEG-2
TS
ETR 211
ETR 154
(ETS 800 302
ETR 101 194
DSM-CC
ETS 300 801
ETS 300 800)
Data over DVB
(ETS 301 192
DSM-CC)
字幕
（EN 300 743)
图文电视
（EN 300 472)
SI表（
ETR 300 468、
ETR 211、
ETR 162）
音频压缩
MPEG-2级
I & II
(ETR 154)
DVB-S
DVB-T
DVB-C
DVB-CS
DVB-MS
DVB-MC
视频
音频
业务
信息
图文
电视
业务
字幕
数据
广播
交互
业务
数字卫星电视机顶盒上业务信息（SI）的解析与应用研究
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传输媒质采用不同的调制方式：卫星传输采用 QPSK 调制，有线传输采用 QAM 调
制，地面传输采用 COFDM 调制或 16VSB 调制。卫星和有线电视的系统传输框图
如2-2 所示。
图2-2 DVB 传输系统框图
对于数字卫星电视，原始的电视节目是模拟的视频和音频信号，最高码流速
率可达 600Mbps 左右，经过 MPEG-2 压缩编码后，码流速度降到 45Mbps 以下。
多套经过 MPEG-2 压缩过后的节目数据由复用器打包复用，收费的电视节目还要
经过加扰器对复用后生成的传输流加扰。这些传输流经过 QPSK 数字调制器调制
后再经过上变频，变到卫星传输采用的 C波段或 Ku 波段，最后经过天线进行上星
发射。
而在用户接收端，先由卫星天线从卫星上接收高频信号，经过高频头把高频
信号变频成中频的 QPSK 信号，然后经过 QPSK 解调器解调成传输流，即 TS 流。
接着，TS 流被解复用，得到节目特殊信息(PSI)、业务信息（SI）。PSI、SI 使IRD
自动设置可供选择的业务和生成电子节目指南（EPG），实现对节目的选择、播放、
控制和处理。
§2.3 数字电视机顶盒及其主要技术
数字电视将带给我们全新的视觉冲击和前所未有的大容量信息资源。随着数
字信息技术的飞速发展，由传统的模拟电视到数字电视的数字化革命已成为必然。
欧美和日本等发达国家现在基本上都已经完成了模拟电视到数字电视的转换。而
对于广大的发展中国家，短时间内淘汰数量庞大的模拟电视机不太现实，模拟电
视广播转向数字电视广播需要一个漫长的过渡时期，数字电视机项盒（STB）就是
这一过渡时期的最好解决方案。
数字电视机顶盒 STB(Set-Top-Box)简单从字面上看，可以理解为：置于电视机
QAM/QPSK
解调
前向解纠错
A/D
MPEG-2编码
MPEG-2解码
MPEG-2编码 前向纠错
D/A
调制
QAM/QPSK
电缆或
卫星
上变频
下变频
第二章 数字电视标准与机顶盒技术
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顶上的盒子，泛指与电视机连接的网络终端设备[3]。通过数字电视机顶盒，不仅可
以提供丰富的节目内容，而且改变了收看电视的传统模式。其次，数字电视机顶
盒是信息家电的一种，它是以模拟电视机为显示终端的信息接收和处理设备，是
一种能够让用户在现有模拟电视机上观看数字电视节目和实现数据广播，享受
Internet 接入等信息服务的消费类电子产品。机顶盒从功能上大致可分为：数字电
视机顶盒、网络电视机顶盒和多媒体机顶盒。根据传输媒体的不同，又可分为：
数字卫星电视机顶盒（DVB－S），数字地面电视机顶盒（DVB-T）和数字有线电
视机顶盒（DVB-C）三种。目前应用较为广泛的是数字卫星电视机顶盒和数字有
线电视机顶盒。
§2.3.1 数字电视机顶盒的组成
数字电视机顶盒包括硬件和软件两部分。
硬件提供数字电视机顶盒的硬件平台，实现音视频的解码。如图 2-3 所示为一
个数字视频广播系统，图中，左半部分为发送端，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，
以提高信道频谱的利用率。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后，再分别通过视频、伴音及
数据的压缩解码，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、听到伴音。图中虚线部分即为一个数
字电视机顶盒的系统结构。
图2-3 数字视频广播系统
在数字电视技术中，软件技术比硬件占有更为重要的位置。因为电视节目内
容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，以及机顶盒和 Internet 的互联
都需要软件来完成。数字电视机顶盒的软件系统包括以下部分：
1. 硬件驱动层软件：驱动程序驱动硬件功能，如射频解调器、传输解复用器、
视频处理
压缩编码
数据处理
压缩编码
伴音处理
压缩编码
复
用
器
信
道
编
码
与
数
字
调
制
发
射
机
解
复
用
器
调
谐
器
数
字
解
调
信
道
解
码
视频压缩
解码处理
数据压缩
解码处理
伴音压缩
解码处理
数据
输出
功放
显示
终端
数字视频输入
数字音频输入
数据输入
信道
数字电视
机顶盒
摘要：

第一章绪论1第一章绪论§1.1课题背景随着数字信息技术的飞速发展，由传统的模拟电视到数字电视的数字化革命已成必然。为了能在现有的模拟电视机上收看数字电视节目，数字电视机顶盒成为了从模拟电视向数字电视过渡阶段的最佳解决方案。与传统的模拟电视相比，数字电视具有四大优势：1.高质量的音画效果，数字电视采用压缩编码方式，使用户在家里可以看到电视台播放时一样清晰的电视画面，不再被模糊的电视画面所困扰，并可以获得环绕立体声伴音效果。2.按需收视自作主张，采用数字技术后，使得人机交互成为可能，这将使得电视接收模式产生彻底的变革。用户可以根据自己的需要、喜好来选择节目套餐。播什么节目，什么时候播都可以由用户决...

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