毕业论文 智能数机顶盒的设计

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1、 编号 毕业论文题 目智能数字机顶盒的设计学生姓名 学 号 系 部电子工程学院专 业电子信息工程班 级 指导教师 顾问教师二一年十月摘 要机顶盒是用来增强或扩展电视机功能的一种信息设备，目前机顶盒的主要功能就是，接收前端发送过来数字信号，并把数字信号转换成为模拟电视机能够识别处理的模拟信号。本片论文主要介绍机顶盒的硬件和软件两大部分。以DB-558CP为例介绍了机顶盒的设计。 重点讨论了高清数字电视机顶盒的软件系统设计，同时也结合了基于STi7109芯片硬件设计的一种解决方案。简单描述了数字机顶盒软件系统的启动过程。由于嵌入式Linux的开源性和强大的网络功能。相信基于嵌入式Linux的高清数

2、字机顶盒将成为高清数字机顶盒未来发展的一个主流方向。关键词：机顶盒 海信DB-558CP 高清机顶盒AbstractSet-top boxes are used to enhance or extend the television information on the features of a device, the current set-top boxs main function is, received front end sends digital signals, and converted into analogue signals to digital identifica

3、tion of analog signal processing. This paper is to introduce twomost set-top box hardware and software. Designing introduced the STBs in DB-558CP them. Focused HD digital TV STB software system design also combines the STi7109 based chip hardware design solutions. Digital set-top box softwaresystem

4、design also combines the STi7109 based chip hardware design solutions. Digital set-top box software systems is a brief description of the boot process. Because of the embedded Linux open source, and powerful network functions. Believe that based on embedded Linux for high definition digital set-top

5、box will become a mainstream direction of future development of high definition digital set-top box.Keywords: Set-top box Hisense DB-558CP HD STB目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1引言11.2主要功能11.3分类1第二章 机顶盒的原理32.1 机顶盒原理图32.2硬件系统32.3机顶盒的软件系统5第三章 机顶盒的设计（以海信DB-558CP为例）73.1概 述73.2整机原理介绍83.3调试工艺说明133.4主板调试14第四章 嵌入

6、式LINUX下高清数字机顶盒软件设计184.1概述184.2高清数字机顶盒硬件结构设计184.3高清数字机顶盒软件结构设计194.3.1软件系统层设计194.3.2应用软件设计204.3.3软件的启动过程20第五章 机顶盒的发展前景22第六章 总结与展望246.1论文总结246.2机顶盒在我国的发展24致 谢25参考文献2623第一章 绪论第一章 绪论1.1引言机顶盒（英文名全称是Set Top Box，简称STB）由于人们通常将它放在电视机的上面，所以被称为机顶盒或顶置盒。它是指用来增强或扩展电视机功能的一种信息设备，它可以将压缩的数字信号转成电视内容，并在电视机上显示出来。信号可以来自有线

7、电缆、卫星天线、宽带网络以及地面广播。机顶盒接收的内容除了模拟电视可以提供的图像、声音之外，更在于能够接收数据内容，包括电子节目指南、因特网网页、字幕等等。使用户能在现有电视机上观看数字电视节目，并可通过网络进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动。机顶盒的功能将会越来越丰富，在人们的日常生活中发挥越来越重要的作用。1.2主要功能数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用 功能，如：（1）电子节目指南（EPG）。给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快速访问 想看节目的一种方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目（2）高速数

8、据广播。能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等 各种消息（3）软件在线升级。软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务 器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新（4）因特网接入和电子邮件。数字机顶盒 可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连，用PC与因特网连接（5） 有条件接收。有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。总之，到 目前为止，围绕数字机顶盒的数字视频、数

9、字信息与交互式应用三大核心功能开发了多种增值业务。1.3分类狭义上只包括数字设备的机顶盒，按标准分可分为数字卫星机顶盒（DVB-S）、欧标数字地面机顶盒（DVB-T）、国标数字地面机顶盒（DMB-TH）、有线电视数字机顶盒（DVB-C）。按功能可分为单向机顶盒、双向机顶盒、IPTV机顶盒。选用的芯片不同，构成的硬件平台就不同，配备的其他设备和接口也不同，这就组成了多种多样的STB。例如，在STB中加上调制解调器或网卡，就构成了一个具有双向功能的机顶盒；加上硬盘就构成了个人视频录制器(PVR：Personal Video Recorder)，当然这些都需要软件的配合。在同一个硬件平台上通过驻留不

10、同的软件也可以构成不同应用的机顶盒，而多样化的STB满足了不同层次的需求。第二章 机顶盒的设计机顶盒的原理2.1 机顶盒原理图SDRAMPAL/NTSC编码器 MPEG-2解码器 TS流解复用器QAM 解调器 高频头视频输 出音 频输 出CPU 主处理器FlashICRS232智能卡DRAM或SDRAMEPROMRS232接口条件接受智能卡接口前面板控制图2.1机顶盒原理图2.2硬件系统机顶盒硬件就是一个稍微复杂的单片机硬件，一般由主芯片(CPU)、内存、调谐解调器、回传通道、CA（Conditional Access）接口、外部存储控制器(SDRAM,FLASH)，视音频输出，供电电源等几大

11、部分构成。调谐解调器调谐解调器部分的作用是将传输过来的调制数字信号解调还原成传输流，调谐解调器的不同就构成了不同的数字机顶盒，例如用于QPSK解调的卫星机顶盒（DVB-S），用于QAM解调的有线数字机顶盒（DVB-C）以及用于OFDM解调的地面传输数字机顶盒（DVB-T）。目前市场上比较流行的调谐解调器的生产厂商有Thomson、Sharp等，国内虽然也有一些厂商生产调谐解调器，但市场份额很小。主芯片随着芯片技术的发展，越来越多的厂家将机顶盒的功能更多地集成在一个主芯片里，例如现在大部分厂商都将CPU、解码器、解复用器、图形处理器与视音频处理器集成在芯片中，甚至一些以Philips为代表的芯片

12、厂商将调谐解调器也集成在芯片中，形成一体化的芯片解决方案，有效地降低了器件成本并提高了可靠性。在主芯片中，首先根据传输流所传递的标志信息对接收到的传输流进行解复用，然后根据CA智能卡所传递的解扰信息对节目流进行解扰，解扰后的TS流送到视音频解码器中分别对其进行解码，还原成AV信号进行输出，同时，也分离出复用在TS流中的各类系统数据表，送给机顶盒处理器分别输出。另外，由于在主芯片中集成了CPU和图形管理器，使机顶盒可以完成更多的功能，它可以运行各种软件完成诸多任务，例如股票接收、网页浏览等，也可以通过图形管理器实现2D甚至3D的图形处理，为用户提供更美观的界面，实现交互式游戏等各种高画质应用。由

13、于CPU是主芯片的核心，因此通常情况下CPU的性能就决定了主芯片的性能。CPU的性能一般是由主频决定的，主频越高则CPU的性能也越高。目前最快的CPU主频已经超过了400 MIPS，即使是目前市场上流行、最基本的机顶盒中CPU的主频也超过了50 MIPS。CPU速度同运行其上的业务系统有着必然的联系，如果需要在一个STB中运行一个HTML浏览器，100 MIPS可能就是对CPU的最低要求，当然这还需要内存的配合。内存在某些方面，机顶盒同PC机有很多相似之处，甚至可以说是一台简化了的PC机，两者最相似之处就是内存。对机顶盒而言，内存主要分为Flash内存和SDRAM内存。Flash用来存贮机顶盒

14、的系统软件、驱动软件、应用程序以及一些用户信息，在系统断电时内容还可保留，同时Flash可以通过在线的方式对其上所载的软件进行更新，达到机顶盒软件升级的目的。SDRAM主要是用来存储应用数据。机顶盒的许多功能都需要内存来实现，例如图形处理、视音频解码和解复用等，不同的应用需求，内存的大小配置也各不相同。容量大的Flash和SDRAM的配置虽然可以为将来的业务系统预留足够的内存空间，但内存并不是决定软件能否运行的因素，它需要配合CPU来工作，不切合实际的高配置只会造成资源浪费，而无助于STB性能的提高。外部存储设备外部存储设备一般指外挂式硬盘，大容量的硬盘可以用于存储节目流以满足用户的个性化需求

15、。一个STB中能否外挂硬盘一般都是由主芯片所决定的，只有CPU的处理能力达到一定程度时才有可能支持硬盘的读写，而硬盘的读写也需要更多的内存空间。智能卡接口通过读卡器读取CA智能卡中的数据用于数字电视节目的解扰，特别是在付费电视发展的今天，这是大多数STB必不可少的部件。除了标准的读卡器外，在有些STB中也采用通用接口CI（Common Interface）来完成对CA智能卡的读取。CI是一个由DVB组织为机顶盒和分离的硬件模块之间定义的标准接口。这种起源于PCMCIA的技术应用，使机顶盒可以批量生产，也为机顶盒带来了变化，有着广泛的应用前景。回传通信接口随着机顶盒应用的扩展，使用户对机顶盒的需

16、求已经不单单停留在简单地收看视音频节目上了，交互式的需求使机顶盒中内嵌了回传设备，这些设备可以包括网络适配器、调制解调器等通信接口，用于满足用户将信息回传到前端。其他设备接口新技术的发展使机顶盒的物理接口也不断地增加，如RS232接口、红外遥控器接口、无线键盘接口、Wi-Fi接口等等，使STB可以同摄像机、DVD、PDA等众多设备进行连接。2.3机顶盒的软件系统机顶盒作为一个客户端系统，除了要具有良好的硬件平台外还需要配备不同的软件系统才能使其完成各种任务。机顶盒中的软件可以分成三个主要的层：用层、中间解释层和驱动层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。驱动层驱动层包括机顶盒硬件的驱动程序和AP

17、I接口，它主要用于完成对硬件设备的操作。中间解释层中间解释层将STB的应用程序指令翻译成CPU能识别的指令，从而通过驱动层去调动硬件设备完成相应的操作。该层包括嵌入式操作系统、中间件、CA驻留软件等。虽然中间件的使用可以给STB软件的设计和应用带来极大好处，但高昂的使用费用，对硬件需求的增加以及技术上的不成熟使中间件在国内鲜有应用。目前许多软件设计者采用直接调用驱动层的软件来编写应用程序，这虽然可以满足一时的需求，但随着应用需求的增加，在STB中使用中间件才是一个很好的解决方案。应用层应用层可以分成驻留应用程序和可下载应用程序两部分，不同的STB软件设计理念使这两个部分包含的应用程序也不尽相同

18、，合理规划这两部分的组成将有助于提高STB的可靠性和相应时间。目前国内机顶盒中的应用较少，主要以EPG、数据广播、股票、简单的下载游戏等为主，而数字电视的魅力并不在于看电视，而在于这种基于数字电视平台的业务应用，这些应用将会改善人们的一些日常生活习俗。随着双向网络的建设，交互式应用的普及，基于交互式的应用软件也将越来越多，这也会给运营商带来难以预料的增值收入。 有线电视数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、 加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平。加解扰技术 加解扰技术用于对数字节目进行加密解密，其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用I

19、C卡解密。在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有两个数据流：授权控制信息 （ECMs）和授权管理信息（EMMs），由业务密钥（SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其中还包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理 中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（ PDK）的加密处理，EMMs中还包括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费等。用户个人分配密钥（PDK）存放在用户的智能卡（Smart Card）中。 在用户端，机顶盒根据PMT和CAT表中的CA-descriptor，获得EMM和ECM的PID值，然后从TS流

20、中过滤出ECMs和EMMs，并通过Smard Card接口送给Smart Card。Smart Card首先读取用户个人分 配密钥（PDK），用PDK对EMM解密，取出SK，然后利用SK对ECM进行解密，取出CW，并将CW通过 Smart Card接口送给解扰引擎，解扰引擎利用CW就可以将扰的传输流进行解扰。 加解扰技术分为同密和多密技术。 同密技术是将两家或两家以上的条件接收（CA）系统应用于同一网络平台之中，从有线电视台角度是实现技术的选择和竞争的环境。 多密技术要求机顶盒采用CI技术，实现同一机顶盒可接收不同CA系统加密节目。从用户角度 来讲，不会因购买是一家CA的机顶盒而受到限制，用户

21、还有选择其CA服务的可能性。第三章 机顶盒的设计第三章 机顶盒的设计（以海信DB-558CP为例）3.1概 述DB-558CP 有线数字电视接收机符合DVB-C 标准的数字电视信号。它采用友好的中文屏幕显示(OSD)菜单，加上实时帮助信息可使操作方便容易。它可以根据需要增加、删除和编辑频道，并可对接收的节目按自己的喜好任意编排。另外，本机具有断电记忆功能，并提供用户密码功能，可确保接收机正常工作时不被其他人改动。智能卡条件接收可用于接收加密节目。DB-558CP 有线数字电视接收机以IBM 公司的单片方案STB01001 为MPEG2 解码芯片，配合采用一体化QAM 解调高频头DCF8710，

22、最大限度的提高了产品的模块化、集成度以及可靠性，极大地提高了产品的性能。DB-558CP 采用一体化电路化设计方法，硬件部分分为：电源模块、前面板模块和QAM 解调及MPEG-2 解码一体化主板；软件部分分为：遥控、音视频控制、前端控制、节目管理、CA、EPG、数据接收和游戏模块等。DB-558CP 的功能框图如图： 图3.1.1 DB-558CP 功能框图3.2整机原理介绍整机根据不同的功能分为主板、电源板、SMARTCARD 板和前面板几个部分介绍。 主板电路主板采用QAM 解调和MPEG2 解码在一体的设计方式。从功能上分，整个主板电路由以下几个部分组成： 1）IBM 解码芯片电路 2）

23、程序存储FLASH 电路和程序调用DRAM 电路 3）MPEG2 解码SDRAM 电路 4）ETHERNET 电路 5）AV 输出电路 6）QAM 解调前端电路7）RS232 和SMARTCARD 接口电路8）系统时钟电路整个电路的工作过程如下：存储在FLASH 中的程序首先被调入DRAM 中，PSOS 操作系统开始工作，进行各种系统初始化。接着，根据原来的EEPROM 的节目对前端的STV0297 进行参数设置，同时，主芯片中的PowerPC CPU 对CHANNEL 数据通道进行检测，若有TS，则进行解复用、MPEG2 解码等功能，如有加密节目则首先从SMARTCARD 读出个人分配密码（

24、PDK），利用PDK 从EMM 和ECM 得到CW，并通过SMARTCARD 接口送入解扰引擎，利用此引擎把加密节目正确的解出来。此外还有ETHERNET 电路用于程序的调试，以及遥控或键盘信号的处理和菜单的显示等下面对各电路做技术说明：a)、IBM 39 STB01001 此芯片为带32 位CPU、解复用模块、MPEG2 解码模块、PAL/NTSC编码以及SMARTCARD、红外遥控和1284 并行接口等多种功能的系统芯片，加上外部的存储模块就可以实现MP/ML 的MPEG2 解码功能整个芯片由四个子系统组成：外围控制子系统、CPU 部分、存储器管理子系统和数字音视频子系统。各个管脚均是3.

25、3/5V 的信号。该芯片为BGA 封装，因此，对电路板的要求较高，同时对焊膏也要求细腻，这样才能保证回流焊的质量。为了保证信号的可靠传输，在芯片的数据线和地址线与外部芯片之间接有匹配47 欧的电阻排。地址和数据在逻辑上均采用32 位总线架构，在物理上则不同的数据采用不同的字长和地址。此外，高6 位也用于前面板遥控器译码数据。具体的地址分配可参见DATASHEETb)、程序存储FLASH 电路和程序调用DRAM 电路中DRAM 提供软件的运行空间和STB01001 解复用所需的空间，而FLASH ROM 则是软件的存储空间。FLASH ROM 的数据宽度为32 位，DRAM 的数据宽度可以是16

26、 位或者32 位。FLASH 的容量是2 片16*1M，DRAM 为2 片16*1M。c）、MPEG2 解码SDRAM 电路主要用于MPEG2 解码和OSD 显示，数据宽度为16 位，容量为2 片16*1M。d）、ETHERNET 电路主要是用于程序调试，主要是为保证时钟的波形，在时钟输入端前增加了74F125进行波形整形。e）、AV 输出电路视频部分采用一级PNP 放大电路，对STB01001 输出的视频信号进行电流放大、阻抗变换和提升频率以保证视频指标能满足标准中对指标的要求。而音频电路则利用双运放LM358 进行信号放大处理，使输出的音频电平在0DM。为保证音视频的性能指标，主板设计中采

27、用数字和模拟电路部分相互分离的方式，以提高音视频的信噪比。f）、QAM 解调前端电路采用一体化高频头，为防止信号反射，在数据输出端增加了22 欧匹配电阻，另外，为提高灵敏度，对高频头电压采用了稳压输出的方式。前端解调电路是将符合DVB-C 标准（以QAM 调制）有线数字电视信号的解调制，并将其转换成符合MPEG-II 标准的TS 流，以8 位并行口将码流数据输出到信源部分。该信道部分采用THOMSON 公司的一体化高频头DCF8710，其QAM 解调芯片以ST 公司的信道解码芯片STV0297（包括内部ADC、同步器、均衡器及频道解码）为核心，外配高频放大、滤波器、下变换器、外围电路等组成。图

28、3.2.1 信道部分结构图高频调谐器接收到DVB-C制式（QAM调制）有线数字电视信号，内部经高频放大和变频产生并输出中心频率为36.15MHz，频带宽度为8MHz的中频信号，该中频信号经适当的放大中频声表面波滤波器（SAW），滤除8MHz之外的临频干扰信号后，输入到增益可控放大器。增益可控放大器的主要功能是根据STV0297的AGC控制信号，进行中频增益控制，以满足解调制芯片STV0297所需的输入信号要求。STV0297是一片可实现信道解调和信道解码功能的高集成度芯片。带有串行IIC总线接口，以从主机导入寄存器值，进行状态初始化和进行的芯片寄存器的读写操作。经过STV0297处理后，将8B

29、it并行流和相关的解码状态信息输出给信源解码模块。其信号工作流程原理如下：在信道部分所使用的主芯片是ST 公司的数字电视解调制单片STV0297。该芯片可以实现QAM 解调。来自调谐器的中频信号经过滤波和信号放大之后，形成带宽为8MHz，输入电压受到AGC 电路所控制的信号，幅度大约为1Vpp。该信号进入STV0297 之后，首先由内部ADC 进行量化。量化后，信号经由可编程解调器，进行二次变频，成为基带信号7.2MHZ。该可编程解调器同时还进行频率补偿等功能。随后，通过NYQUIST 滤波器 ，其滚降系数可编程调整为0.13/0.15。然后，经数字AGC 以补偿滤波所造成的能量损耗，接着送入

30、载波恢复和自适配滤波器，以去除残留的载波分量、线性变形等，并进行相位补偿。解调信号随即进入到下一步关键的FEC 处理部分，该部分主要模块是去交织、RS校正器和解扰器。去交织电路实现交织数据的翻转和恢复并由RS 解码电路实施纠错，对附加16byte 奇偶校验位的187byte 数据长度的传输流进行8byte 的误码校正。最后数据进入解扰器，该电路产生一个伪随机序列，去除扰码，恢复原始TS 流。 电源电路电源部分采用最新的开关电源芯片，该开关电源具有效率高、稳压范围宽、体积小等特点。首先，市电90-270V 进来后首先经过一保险丝F900，对整个电源电路起保护作用。R900是压敏电阻，在打雷等引起

31、尖峰电压时，阻值迅速下降，相当于短路，F900 烧断而保护了后面电路。C900、C901 与是跨接电容(安全标准件X1 类电容)，C902 与C903 是旁路电容(安全标准件Y1 类电容)，L900 是共模扼流圈(线路滤波器)，它们共同组成输入滤波电路。C900、C901 与L900 构成差模低通滤波器，滤除开关电源的常态噪声；C902、C903 分别与L900构成共模低通滤波器，滤除开关电源的共态噪声。由于C900 的值大于安全标准所允许的范围，所以并接电阻R901 对C900 放电，放电常数控制在1 秒以下。在电源地与次级地有隔离电容C909 和隔离电阻R906，次级积累的静电通过R906

32、 泻放，由漏电流不大于0.7mA的安全要求决定了C909 的值。R902 是负温度系数热敏电阻(NTC 电阻)，因在开机瞬间充电C905 会产生较高的浪涌电流，R902 的串入可抑制浪涌电流，起保护作用；进入工作状态后，由于工作温度的上升，阻值急剧降低，功耗可忽略不计。VD910、VD911、VD912、VD913 进行全波整流，在滤波电容C905 上形成310V 左右（交流220V 输入）的直流电压。N900 是集成开关芯片，输出级的电流反馈通过光耦N901 在C907 上积累形成反馈电压来控制开关管的导通时间，使输出级稳定。当开关管关断时，初级线圈漏电感中存储的能量产生振荡电压和浪涌电压，

33、并且次级电压将按初次级线圈的匝数比反射到初级线圈上，产生反射电压，这些电压都会叠加到开关管的漏级，使开关管漏级所承受的电压大大上升。为把这些电压抑制在一定的范围内，加入了复位电路，由吸收网络R903、C905、VD901 组成。VD902、C908、 C907、R905 为开关管提供工作电压，此级输出电压为15V，在开关芯片的正常工作范围之内。R904 一路提供启动电压，并提供过压与欠压保护。变压器输出级分三路输出：30V、 5V、12V，各自通过整流滤波网络输出，主控5V 一路通过一只可控稳压管稳定输出3.3V，12V 一路也是通过一只可控稳压管稳定输出，这两路在待机时关断。C914、R90

34、7 用于吸收VD905 所产生的尖峰脉冲，C915、R908 用于吸收VD906 所产生的尖峰脉冲电源板输出连接为一只8 脚插座，各脚排列从上到下为：30V、Gnd、5VA、+5VD、Gnd、3.3V、Gnd、12V。测量各脚输出电压允许误差均为5%。有两只3 脚插座分别连接主板和前面板通过遥控待机信号。 图3.2.2： 电源示意图SMARTCARD 电路SMART 卡的工作原理：微控制器模块IBM STB01001 通过SC-io 口与IC 卡接口芯片TDA8004 的I/OUC 口交换数据，并向IC 卡接口芯片TDA8004 提供外部时钟和IC 卡复位信号，而IC 卡接口芯片TDA8004

35、 则向微控制器模块IBM STB01001 提供中断信号，IC 卡接口芯片TDA8004则通过其I/O,AUX1,AUX2 口与读卡器完成数据交换. 图3.2.3、智能卡示意图SMART 卡的核心器件是IC 卡接口芯片TDA8004，下面对其做一简单介绍：TDA8004 是一种低成本的异步智能卡的模拟接口。在智能卡与微控制器之间只需要很少的外部元件来连接，但却可以提供所有的保护和控制功能。它具有以下特征：1 可选择3V 或5V 供电。2 所有的触点均有过热和短路保护。3 自动激活和自动休眠（短路，取出卡，过热或掉电则通过软件或硬件初始化）。4 增强的静电保护功能。5 与ISO 7816，GSM

36、11.11 和 EMV (支付系统)兼容。6 工作环境温度 -25C - +85C它有以下应用：1 银行业的IC 卡读卡器。2 电子付费。3 身份识别。4 付费电视。它的工作过程如下：当上电时，首先复位，电路进入休眠状态，只有晶振和电压监测工作，等待微控制器的开始信号。经过内部脉冲宽度延迟后，系统开始检测是否有智能卡的存在(当OFF = HIGH和CMDVCC =HIGH时，意味着智能卡存在；当 OFF = LOW 和CMDVCC = HIGH 意味着智能卡不存在)，如果智能卡不存在，则进入休眠状态；如果智能卡在读卡器中，将产生一系列操作，如CMDVCC 信号将变为低电平，Vcc 将从0V 变

37、为5V，I/O,AUX1,AUX2和RST 等将被激活。逻辑电路被激活以后，TDA8004 将进入工作状态。数据将通过I/O口在读卡器与微控制器进行交换，并完成相应的操作。当一次操作完成后，逻辑电路又将进入休眠状态，开始下一个循环周期。此外TDA8004 具有故障检测功能，它能对以下故障能被电路监测到，并将中断信号传送到微控制器，做出相应的处理：1 短路或电流过大2 在数据传输过程中取走卡3 VDD 掉电4 过热4、 前面板电路前面板电路的主要功能是利用单片机89C2051 作为按键编码器和红外译码器。单片机以P3.4、P3.5、P3.6 口作为按键的输入线，根据不同的键值输出6 位数据，以中

38、断1 为按键响应。红外遥控码则以中断0（P3.3）为遥控响应。这样可以减轻主芯片的CPU 开销，同时也可以提高按键和红外遥控的响应速度。单片机主频采用12MHZ，遥控系统码为0X04，其它编码可以根据要求调试3.3调试工艺说明安全说明1 更换、焊接任何元器件时，必须将电源切断。2 防静电措施：a）不得随便用手触摸IC。b）使用防静电电烙铁。c）焊接工须戴防静电手套。3 更换具有特殊安全要求的元器件时，应参照明细表，不得随意更换规格和型号。4 在调试之前，调试对象须首先通过QC 检验。前面板调试1 工装及设备a） 前面板调试工装一台（我方自制提供）b） 电视机（或监视器）一台c） 音、视频线一条

39、d） 遥控器一只2 调试准备用音、视频线将前面板调试工装的音、视频输出与电视机的音、视频输入相连，开启电视机电源，关闭调试工装电源。3 调试步骤a）遥控接收功能调试将前面板与调试工装相连，开启调试工装电源，电视机屏幕上应显示开机图，待开机图过后，按动遥控器的MENU 键，电视机屏幕上应有OSD 界面弹出。表明前面板遥控接收功能正常。b）前面板按键功能调试按以上方法对前面板的各个按键功能逐一检查。注：以上a）、b）两项有一项不合格者则视为故障板。IC 卡接口板调试1 工装及设备a） IC 卡接口板调试工装一台（我方自制提供）b） 电视机（或监视器）一台c） 音、视频线一条d） 遥控器一只e） I

40、C 卡一张图3.3.1 主板编程连线图2 调试准备用音、视频线将IC 卡接口板调试工装的音、视频输出与电视机的音、视频输入相连，开启电视机电源，关闭调试工装电源。3 调试步骤a）将IC 卡接口板与调试工装相连接，开启调试工装电源，电视机屏幕上应显示开机图，待开机图过后，电视机屏幕下方状态拦应显示“请插入IC 卡”字样。b）将IC 卡插入IC 卡接口板卡座，稍等片刻，若读写卡正常，状态拦应显示“读写IC 卡正常”字样，否则显示“读写IC 卡失败”。c）将IC 卡从IC 卡接口板卡座中拔出，电视机屏幕下方状态拦应显示“请插入IC卡”字样。注：以上a）、b）、c）三项有一项不合格者则视为故障板。3.

41、4主板调试在线编程FLASH 板烧录方式用数字万用表测量机顶盒电源插座八芯连接器(座) TJC14-8A（J11）的各电源脚是否有对地短路。将机顶盒主板固定好，连接好电源线， 将机顶盒程序烧写板插入机顶盒主板的插座J10 及J10A，注意不要将插针插错位。将跳线J6 的跳线块接至2-3 位置（非NORMAL位置）。开启机顶盒电源，这时机顶盒烧写板的红色发光管点亮，绿色发光管熄灭，表示正在烧写程序。等待大约50 秒钟左右。红色发光管熄灭，绿色发光管点亮，表示程序烧写完成。关掉机顶盒电源，拔下机顶盒程序烧写板。将跳线J6 的跳线块接至1-2 位置（NORMAL 位置）。在程序烧写过程中，未按412

42、3 所示顺序点亮红绿发光管的（两灯全亮或全灭）为故障板。RISCWATCH 方式 工装及设备a） RISCWatch 一台（我方提供）b) Pentium 计算机一台（带网卡）c） RS232 串口线一条d） 机顶盒电源一个调试准备a 用数字万用表测量机顶盒电源插座八芯连接器(座) TJC14-8A（J11）的各电源脚是否有对地短路。b 将机顶盒主板固定好，连接好电源线， 用RS232 串口线将机顶盒串口和计算机串口相连.调试步骤a）将机顶盒主板按图一连接好。b）开启机顶盒和RISCWatch 电源，RISCWatch 开始启动， RISCWatch 启动完成其前面板上的“DBG”和“PWR”

43、两灯亮，其他两灯灭）。若RISCWatch 不能正常启动，可关闭机顶盒和RISCWatch 电源，按照413 的b）步骤重试两次。若都不成功，则说明主板存在故障待检查。c）待RISCWatch 成功启动后，启动计算机上的RISCWatch 程序和超级终端程序。RISCWatch 程序启动成功后，其窗口下方状态条上显示“Welcome to RISCWatch v4.4.1”。d） 在File 菜单中选择Command File，打开program.cmd 命令文件对机顶盒的FLASH进行在线编程。编程成功后RISCWatch 的Output 窗口中显示“Done: Flash ROM0_1pr

44、ogram passed”和“Done: Flash ROM0_2 program passed”字样。在编程过程中超级终端上应该显示“ABCDEFG”，表明机顶盒串口工作正常。主板调试注：本工序的调试主板是指编程完毕的主板。前面板和IC 卡接口板是指经过单板调试正常的前面板和IC 卡接口板。工装及设备a） 遥控器 一只b) 电视机（或监视器）一台c） 前面板和IC 卡接口板各一块d） 音、视频线一条e） 机顶盒电源一个f） IC 卡一张g） 射频信号源调试准备将前面板的带(3 芯)罩导线（655-31201-84）和带(12 芯)罩导线（655-31201-09）分别与主板的三芯连接器(座)

45、 TJC3-3A 和十二芯连接器(座) TJC3-12A 相连；将IC 卡接口板的带(10 芯)罩导线（655-T1201-06）与主板的十芯连接器(座) TJC3-10A 相连；将机顶盒电源与主板的电源插座八芯连接器(座) TJC14-8A（J11）相连；用音、视频线将主板的音、视频输出与电视机的音、视频输入相连；将射频信号源接入主板高频头的射频输入端。开启电视机电源。调试步骤a） 开启机顶盒电源，电视机屏幕上应出现“首次使用本机器，正在进行系统初始化.”字样，大约1 分钟过后，出现开机图。b） 开机图过后，按动遥控器的MENU 键，屏幕上出现OSD 界面，按照使用说明书所示方法，搜索一个频

46、点的节目。应该可以搜索到节目，主板上的锁定指示灯D9 应点亮。c） 搜索到节目后，屏幕上应能正常播放节目，并注意节目伴音是否正常。d） 将IC 卡插入IC 卡接口板的IC 卡插座，按动遥控器的MENU 键，屏幕上出现OSD界面，选择“收视记录”菜单，按动遥控器的ENTER 键，应该能够从IC 卡读出收视记录。注：以上a）、b）、c）、d）四项有一项不合格者则视为故障板。整机测试1 工装及设备a） 遥控器 一只b) 电视机（或监视器）一台c) IC 卡一张h） 射频信号源d) 音、视频线一条2 测试准备将组装好的整机按整机接线图连接好。3 测试步骤a）开启电视机及机顶盒电源，电视机屏幕应出现开机

47、图，按使用说明书搜索所有频点的节目，机顶盒应均能搜索成功并正常播放。伴音应正常。b）插入IC 卡，应能从卡中读出收视记录。c）按动遥控器的电源按键，应能正常开关机，前面板各按键应操作灵活。d）IC 卡插拔应灵活顺畅。第四章 嵌入式Linux下高清数字机顶盒软件设计第四章 嵌入式Linux下高清数字机顶盒软件设计信源编码首先将输出的图像和伴音信号经A/D变换后变成适合数字系统处理和传输的数字信号，接着将数字信号按信息的统计特性进行变换，以减少信号的冗余度，提高信号传输的效率，即在保证传输质量的前提下，用尽可能少的数字信号来表示信息。信源编码是压缩信号带宽的编码，压缩后的单位时间、单位频带内传输的

48、信息量将增大。4.1概述近年来数字机顶盒在国家大力推行下有了很大发展。预计国内数字机顶盒市场将在2010年达到全球第一， 占全球数字机顶盒总消费量的80lll。因此，数字机顶盒发展具有很高的经济价值而高清数字机顶盒是数字机顶盒中一种值得关注的发展趋势。数字机顶盒的主要功能逻辑关系如图所示 图4.1 高清数字机顶盒的主要功能逻辑关系当数字机顶盒接收高频信号后，通过高频头对信号进行下变频，再通过AD转换器进行转换后，用QAMQPSK解调得到MPEG的传输流解复用和分析PES流后就分别得到了视频、音频流，再通过解码、编码后变成模拟信号，通过输出EI输出。4.2高清数字机顶盒硬件结构设计一个低成本的高

49、清数字机顶盒设计主要包括数字广播电视接收前端、MPEG解码、音视频及图形处理、CPU、调制解调器和其他外围接口等。笔者用到的STi710芯片是新一代的SoC芯片，它整合了CPU、编解码、音视频处理及图像处理等多项功能，可以大大提高开发周期，具体设计方案如图所示图4.2 高清数字机顶盒的硬件设计方案数字机顶盒数据流程主要是先从缆线把数字信号流(包括公开的和加密的)传给高频头， 然后在芯片STb0468b芯片处进行QAMQPSK解调处理再传输到STi7109集成芯片组解析，产生对应的视频信号和音频信号。4.3高清数字机顶盒软件结构设计一个低成本的高清数字机顶盒设计主要包括数字广播电视接收前端、MP

50、EG解码、音视频及图形处理、CPU、调制解调器和其他外围接口等。4.3.1软件系统层设计高清数字机顶盒与标清数字机顶盒软件的层次设计具有相似性，但是由于高清数字电视数据量要大的多，除了提高硬件本身的处理速度外，还要对软件层次进行修改，以提高代码的运行效率，降低CPU负荷。图为高标清数字机顶盒软件设计方案对比 。 图4.3.1 高标清数字机顶盒软件设计方案对比在高清数字机顶盒软件设计方案中取消了JVM中间固件，因为尽管Java程序编写相对容易。但是Java虚拟机运行速度太慢，增大了CPU负荷。同时，还要针对应用程序部分做更合理的设计，方便以后软件升级与改进。4.3.2应用软件设计应用软件设计是从

51、两个方面进行的，分别为软件层次和软件模块功能。首先，把应用软件分成3层，即初始化层、中间接口层和分类的软件模块应用层嘲(见图4)。图4.3.2 高清数字机顶盒软件设计方案初始化层主要完成对板上的各种接口、总线、音视频编解码器以及其他板级等内容的初始化，包括对其各种寄存器参数的初始化，还有实例对象的初始化，如音视频的句柄等。中间层的接口主要是对底层的一些实力对象进行包装后让更上层的应用能直接调用中间层的数，如设置音量大小和高频头的频率等。各种软件应用模块主要是直接面向用户层，为用户提供相关服务的接口 比如可以通过选单显示出EPG的内容通过网络实现互动点播等。4.3.3软件的启动过程高清数字机顶盒

52、软件系统的启动主要包括5部分：Bootloader、Linux内核、文件系统、动态加载部分驱动模块以及应用软件如图5所示同。图4.3.3 高清数字机顶盒软件系统的启动过程软件的启动从Bootloader开始，当Bootloader完成一次对硬件最基本的初始化后，把控制权交给Linux内核然后Linux操作系统再次对硬件初始化，并管理整个系统，最后动态加载一些驱动模块(这里是为了避免GNU的一些代码公开条例)，运行高清数字机顶盒应用软件同。至此整个软件系统就运行起来了。第五章 机顶盒的发展前景第五章 机顶盒的发展前景三网融合概念的出现，无疑给了机顶盒市场注入新的生命力，伴随着国家大力推进三网融合

53、战略，机顶盒作为一个关键的接入节点，迎来全新的增长机遇。音视频内容无论是通过广播网还是通过互连网传送，也无论终端产品形态是机顶盒还是一体机，各种服务功能的实现，最终都是通过芯片和软件来完成的，差别只是经过哪个接口、采用什么标准进行处理而已。集成电路是现代电子信息技术的基础与核心，以数字音视频集成电路为核心的消费电子产品，是三网融合数字生活时代最重要的信息电子产品形态。三网融合，反映在芯片上就体现在需要集成更多的功能，支持更多的接口和标准。比如在接口支持方面，包括有线、网络、光缆传输、无线接入和各类高速数字接口(USB、HDMI)，同时需要通过依托芯片硬件的嵌入软件来实现对各种复杂音视频标准的灵

54、活支持。三网融合的难点是广电与互联网的融合，表现在终端形态上就是争夺客厅这一块大市场。传统电视采用的是单向广播传输网络，实现广播效率的最大化。互联网是通过交换网络实现的，特点是交互和便利。尽管电视广播网可以通过双向改造以实现交互功能，互联网也可以增加带宽来承载大容量的音视频业务，但客观上应该是各有优势和特点。网络融合不应该将对方的基础业务作为自己的增值业务来运营，而是应该共同努力，去开创三网融合下的全新业务领域。但从老百姓角度来讲，不会关心某种业务究竟是通过广电网还是互连网实现的，而是关心什么业务能给人们的生活带来便利，谁的服务质量高，谁的资费更便宜，谁就有竞争力。三网融合，必将给数字电视市场

55、带来更好的发展机会。以有线电视市场为例，之前信产部力推机卡分离，但由于地方割据的行政体制，至今无法实现，把本来很大的蛋糕切成很小的一块一块，谁都做不大。三网融合新政出台后，有望通过引入竞争机制，实现资源的跨区整合，形成全国性的运营商和统一市场，使机卡分离的初衷得以实现，并由此形成规模市场效益。而有了市场，各种技术和产品都会应运而生。在未来的两到三年中，高清用户爆发式的增长是可以预见的。主流的运营商已经不再满足于只是给用户提供简单单向的广播式服务，新颖的3D用户界面，双向互动的点播和游戏，利用电视或机顶盒接入互联网等增值业务不但给用户带来了全新的体验和感受，也给运营商们带来了额外的，更多的收入来

56、源。韦裕京认为，在高清和多业务方面的基本要求有三点：高质量的高清视、音频解码，多种网络接口和协议栈的支持，以及在满足以上条件下尽可能地降低成本。博通公司通过对产品线进行横向和纵向的整合，推出了超高性价比的全集成，一体化的高清单芯片方案来应对市场发展的要求。由于需要更高的性能，高清对 IC 和机顶盒开发商提出了一系列新的挑战。在某些情况下，当这些公司设计新一代高端解决方案时，由于他们最初选择的处理器内核不可扩展，他们必须完全重新设计其解决方案。Jun Kawaguchi展望未来，认为制造商必须考虑到满足中国高清观众需要的先进使用模式。基于成本选择的低端解决方案已经过时，新一代产品则不会。随着机顶

57、盒 SoC 产品设计周期的不断缩短和换代时间的加快，厂商需要能够迅速扩展新一代解决方案。随着数字电视的发展，基于数字电视的业务也蓬勃起来，高清节目也越来越多。为保证能够支持更多的业务和高清节目，并且能兼容未来多样的功能需求，卜阳春承认数字机顶盒在满足现有功能需求的同时还需要具备良好的可扩展性，无论是硬件还是软件方面。举个例子，USB设备种类繁多，接口标准通用，相应的，如果数字机顶盒能够支持两个或以上的USB接口，就能保证更好的可扩展性。在高清节目传输方面，由于高清节目所耗费的带宽资源较多，所以高压缩比的视频编解码格式(如H.264和中国标准AVS)的支持也成为数字机顶盒产品设计时优先考虑的要素

58、。第六章 总结与展望第六章 总结与展望6.1论文总结本篇论文首先介绍了机顶盒的原理，通过DB-558CP为例介绍了机顶盒的设计与制作，同时还介绍了嵌入式Linux的高清数字机顶盒将成为高清数字机顶盒，三网融合，高清数字机顶盒是机顶盒的一个新的发展机遇。6.2机顶盒在我国的发展我国于20世纪90年代末启动数字电视，目前国内已有20多个省（市，自治区）80多个城市获准开展数字电视业务，全国已运行的数字电视平台超过100个。数字电视机顶盒是开展数字电视业务的关键终端，每一个要接入有线电视网享受数字电视服务的用户必须配置这种终端设备。我国数字电视机顶盒产品的研制起步于1996年，经过几年的发展，目前已

59、出现各种类型的数字电视机顶盒并存的局面。目前，国内数字电视机顶盒仍处于发展的初始阶段，根据其功能定位可分为3类（1）基本型数字电视机顶盒：接收数字电视信号到模拟电视机和实现付费收看。(2) 增强型数字电视机顶盒：接收数字电视信号到模拟电视机，实现付费收看!开展多种有线电视增值业务及简单交互式应用。（3）交互式数字电视机顶盒：机顶盒采用模块化设计，在功能选择上更加灵活。数字电视机顶盒在我国的推广与几年前相比已有长足的进步，但仍然存在几个问题（1）数字电视机顶盒的技术含量较高!真正的产品并不是很多（2）各种网络资源各自为政!数字电视机顶盒的大范围普及推广还需时日（3）信息和节目资源贫乏（4）资费偏

60、高。致 谢致 谢在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师马勇表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！在论文工作中，一直得到马勇老师的亲切关怀和悉心指导，使我受益匪浅。马勇老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘。再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际，谨向马勇老师致以最崇高的谢意!在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!特别感谢对我的学习和生活所提供的大力支持和关心!还要感谢

61、一直关心帮助我成长的室友！在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!参考文献1国澄明，王利娟，傅建军标准清晰度数字电视机顶盒软件设计，天津大学学报200437(9)，8278302 朱璟. 数字电视技术研究与机顶盒的开发D. 南京理工大学 20043Jerry Whitaker主编，姚冬苹、蔡超时等译数字电视广播(DVB)标准及系统设备，1997年1月4 林建俊（汕头市广播电视局，广东汕头5$5#$）5 徐登 郑世宝 金荐 电视技术 2005 第5期6 刘少倩 周海山 等 电视技术 2002 第3期 - 维普资讯网7 彭红卿 陈晓 曾学文 电视技术 20038 孙晓辉 陈晓 中国有线电视 2007 9刘丰伟，郑世宝机顶盒软件系统开发及资源管理模式设计电视技术10邓折责等数字机顶盒原理、应用与维修。北京：人民邮电出版社2005