武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 傳統(tǒng)的固定視頻業(yè)務(wù)已經(jīng)難以滿足媒體信息多元化的要求，隨著全球移動(dòng) 數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)的建立和完善，手機(jī)電視和d m b ( d i g i t a lm u l t i m e d i a b r o a d c a s t i n g ) 產(chǎn)品正在悄然興起。 2 0 0 5 年面向地面數(shù)字用戶的韓國t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i a b r o a d c a s t i n g ) 正式啟用，其廣播頻段為l b a n d ( 1 4 5 2 m h z - - 1 4 9 2 m h z ) 和 b a n d i i i ( 1 7 4 m h z 2 4 5 m h z ) 。目前，國內(nèi)的北京、上海和廣東已相繼開播支 持t - d m b 制式的頻道，其中上海東方明珠電視塔于2 0 0 7 年始全天播放t - d m b ( l b a n d ) 的節(jié)目，并為面向2 0 0 8 年奧運(yùn)會(huì)數(shù)字加密頻道的播出積極做準(zhǔn)備。 本文研究了t d m b 的傳輸系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種t d m b 接收系統(tǒng)的方案，并 對(duì)i r d e t oc a s 協(xié)議進(jìn)行了解析，提出了面向t - d m b 全頻道節(jié)目解碼的流程。所 設(shè)計(jì)的播放器支持l b a n d 和b a n d i i l 頻段的節(jié)目接收，在t d m b 廣播區(qū)域 可進(jìn)行頻道自動(dòng)搜索，并在上海地區(qū)成功實(shí)現(xiàn)了基于i r d e t oc a 系統(tǒng)的加密頻道 播放。系統(tǒng)射頻信號(hào)接收的最小靈敏度良好，在天線未作最佳匹配的條件下實(shí) 測可達(dá)9 5 d b m 以上，播放畫面流暢清晰。 系統(tǒng)硬件平臺(tái)分為兩個(gè)部分，射頻信號(hào)接收模塊和基帶功能電路。射頻信 號(hào)接收模塊包括可接收t - d m b 信號(hào)的天線、前端r f 模塊和c a 智能卡；基帶 電路包括s h 7 3 6 3 主處理器、電源電路、3 2 寸電阻觸摸式t f t - l c d 、m i n i s d 記憶卡接口、u s b 2 0 接口、帶立體聲耳機(jī)和喇叭功放的c o d e c 、存儲(chǔ)芯片等， 設(shè)備采用聚合物鋰電芯供電并支持交流電源或u s b 電源適配器充電。 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)也分為兩個(gè)部分，包含m p e g - 4 數(shù)據(jù)的t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) 碼流解碼和基帶功能的驅(qū)動(dòng)開發(fā)。其中基帶功能的驅(qū)動(dòng)開發(fā)和s h 7 3 6 3 的主程序 移植是基于日本t - k e r n e l 嵌入式操作系統(tǒng)完成，而包含加密頻道的t s 碼流節(jié)目 解碼為系統(tǒng)軟件功能開發(fā)的核心部分。 目前，中國的移動(dòng)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)并未正式統(tǒng)一和執(zhí)行，而筆者所參與設(shè)計(jì) 的t - d m b 播放器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于t - d m b 制式的頻道搜索和節(jié)目解碼，并能達(dá) 到相對(duì)良好的播放效果，可為日后基于國標(biāo)制式的播放器方案開發(fā)作參考。 關(guān)鍵詞：移動(dòng)數(shù)字電視，t - d m b ，c a s ，s h 7 3 6 3 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t t h ec o n v e n t i o n a ls t a t i cv i d e os e r v i c ei sh a r dt os a t i s f yc u s t o m e r sr e q u i r e m e n t f o rm e d i ai n f o r m a t i o nd i v e r s i t y , a st h ee s t a b l i s h m e n ta n di m p r o v e m e n to ft h eg l o b a l m o b i l ed i g i t a lt v b r o a d c a s t i n gn e t w o r k , c e l lp h o n et va n dd m b ( d i g i t a lm u l t i m e d i a b r o a d c a s t i n g ) p r o d u c tw i l lb ec o m i n gs o o nl a t e r i n2 0 0 5 ，t h et - d m b ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) s t a n d a r d w h i c hf a c i n gt ot e r r e s t r i a lu s e r si nk o r e ah a sb e e n i m p l e m e n t e d ，t h et - d m b b r o a d c a s t i n gf r e q u e n c yr a n g ei sd i v i d e dt ol b a n d ( 1 4 5 2 m h z - - 1 4 9 2 m h z ) a n d b a n d i i i ( 17 4 m h z 2 4 5 m h z ) n o wi nb e i j i n g 、s h a n g h a ia n dg u a n g d o n g p r o v i n c e st h ed i g i t a lc h a n n e l sb a s e do nt - d m bs t a n d a r di ss t a r t i n g ，a n dt h es h a n g h a i o r i e n t a lp e a r lt e l e v i s i o nt o w e rh a sb r o a d c a s t e dd i f f e r e n tc h a n n e l sb a s e do n t - d m b ( l - b a n d ) s i n c e2 0 0 7 ，i ta l s op r e p a r ea c t i v e l yf o r2 0 0 8o l y m p i cg a m e s d i g i t a le n c r y p t i o nc h a n n e l s i nt h i sp a p e r , t h et - d m b t r a n s p o r ts y s t e mi sr e s e a r c h e d ，a n do n ek i n do ft - d m b r e c e i v i n gs y s t e ms c h e m ei sa l s od e s i g n e d ，t h e nt h ei r d e t oc a sp r o f i l ei sr e s o l v e da n d t h ep r o g r a md e c o d e rf l o wf o rt - d m bf u l lc h a n n e l si sp r o p o s e di ni t t h ed e s i g n e d p l a y e rs u p p o r t st h ec h a n n e l si nt h el - b a n da n db a n d i i if r e q u e n c yr a n g e ，i tc a n s e a r c ht h ep r o g r a m sa u t o m a t i c a l l yi nt - d m ba r e a , a n di t ss u c c e s s f u l l yt or e a l i z e e n c r y p t i o np r o g r a m sp l a y i n gb a s e do ni r d e t oc a si ns h a n g h a i t h i st - d m bp l a y e r c a nr e a c h 9 5 d b ms e n s i t i v i t yi nl - b a n di g n o r i n gw h e t h e rt h ea n t e n n am a t c h n e t w o r ki so p t i m u m ，a n dt h ep r o g r a mv i d e oi sf l u e n ta n dc l e a r t h es y s t e mh a r d w a r ep l a t f o r mc a nb ed i v i d e db yt w op a r t s ：r fs i g n a lr e c e i v i n g m o d u l ea n db a s eb a n dp e r f o r m a n c ec i r c u i t t h er fs i g n a lr e c e i v i n gm o d u l ei n c l u d e s t - d m ba n t e n n a 、f r o n te n dr fm o d u l ea n dc as m a r tc a r d ；t h eb a s eb a n dc i r c u i t i n c l u d e ss h 7 3 6 3p r o c e s s o r 、p o w e rc i r c u i t 、3 2i n c ht f t - l c d 誠t lr e s i s t a n c et o u c h p a n e l 、m i n i s dc a r di n t e r f a c e 、u s b 2 0i n t e r f a c e 、c o d e cw i ms t e r e oh e a d p h o n ea n d s p e a k e ra m p l i f i e r 、m e m o r yi c ，e t c t h ed e v i c ep o w e r i sf r o ml ip o l y m e rb a t t e r ya n d i tc a nb ec h a r g e db ya c a d a p t o r o ru s b ( v b u s ) p o w e r u 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 t h es y s t e ms o f t w a r ei m p l e m e n ti sa l s oc a nb ed i v i d e da st sw i t hm p e g - 4 i n f o r m a t i o nd e c o d e ra n db a s eb a n dp e r f o r m a n c ed r i v e rd e v e l o p m e n t t h eb a s eb a n d p e r f o r m a n c ed r i v e rd e v e l o p m e n ta n ds h 7 3 6 3m a i np r o g r a mt r a n s p l a n ta leb a s e do n j a p a n e s et - k e r n e le m b e d d e do s ，a n dt sp r o g r a md e c o d e ri n c l u d i n ge n c r y p t i o n c h a n n e li st h ec o r ep a r tf o rs y s t e ms o f t w a r ep e r f o r m a n c ed e v e l o p m e n t a tp r e s e n t , t h em o b i l ed i g i t a lt vs t a n d a r di nc h i n ah a s h tu n i f i e da n d i m p l e m e n ty e t ，b u tt h et - d m bp l a y e ri nt h i sp a p e rd i s c u s s e dh a sa c c o m p l i s h e d c h a n n e ls e a r c h i n ga n dd e c o d e ru n d e rt h et - d m bs t a n d a r ds u c c e s s f u l l y , a n dg a i n e d t h eg o o dp l a y i n gp e r f o r m a n c e ，s oi tm a yc a nb er e f e r r e db yd m b p l a y e rs c h e m e b a s e do nc h i n e s es t a n d a r dl a t e r k e yw o r d s ：m o b i l ed t v ，t - d m b ，c a s ，s h 7 3 6 3 i i i 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)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(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人 已經(jīng)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(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的 學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已 在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名：醚亟日期：墊里衛(wèi)! 避 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保 留、送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿?分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 簽名：髭，峻 導(dǎo)師簽名：勉垡羔當(dāng)日期：幽： 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 本章將簡要介紹當(dāng)前世界范圍內(nèi)移動(dòng)數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)，提出本文的 主要研究任務(wù)和意義，同時(shí)給出本文的主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)。 1 1 移動(dòng)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展 世界各國已經(jīng)建立的移動(dòng)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)包括：s - d m b 、t - d m b 、d v b h 、 i s d b t 和m e d i a f l o 等】，并且在許多國家和地區(qū)都已達(dá)到商用普及，如歐洲、 北美、韓國和日本。隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的不斷深入，在移動(dòng)接收、頻譜效 率、單頻網(wǎng)、干擾和靈活性等方面，上述系統(tǒng)的特點(diǎn)也日趨明顯，如表1 1 所示。 表1 1 移動(dòng)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范 移動(dòng)電視標(biāo)準(zhǔn) s d m bt - d m bl s d b t d v b hm e d i a f l o 地域分布韓國、日本韓國、中國、日本歐洲、北美北美 歐洲 廣播頻段 2 6 g h z v h f 、l 波段 v h f 、u h fu h f 、l 波段u h f 每臺(tái)發(fā)射機(jī)的l o 到2 0 31 392 0 信道數(shù)目 調(diào)制技術(shù) c d mo f d mo f d mo f d mo f d l m 內(nèi)調(diào)制技術(shù) q p s k 、8 p s k差分q p s kq p s k 、差分q p s k 、1 6 q a mq p s k 和 和1 6 q a mq p s k 、 和6 4 q a m 1 6 q a m 1 6 q a m 和 6 4 q a m 信道編碼r s + c o n vr s + c o n vr s + c o n vr s + c o n vr s + t u r b o 幀率( 幀數(shù)秒) 1 2 到3 01 5 到3 01 5 到3 01 2 到3 0 1 5 到3 0 視頻編碼技術(shù) h 2 6 4h 2 6 4h 2 6 4h 2 6 4h 2 6 4 帶寬( m h z ) 51 7 1 26 、7 和85 、6 、7 和85 、6 、7 和8 功耗降低技術(shù)頻域交換時(shí)間切片頻域交換時(shí)間切片時(shí)間切片和頻 域交換 起源日本東芝公司d a bi s d bd v b t 美國高通公司 私有技術(shù)私有技術(shù) 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 t - d m b ( t e r r e s t r i a l d i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) 標(biāo)準(zhǔn)是韓國推出的地面 多媒體數(shù)字廣播系統(tǒng)，它源自歐洲數(shù)字音頻廣播( d a b ) 規(guī)范e u r e k a 1 4 7 。韓國 和德國均開發(fā)了改良的商業(yè)化t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)沿用了d a b 物理層，但增 加了一個(gè)額外的糾錯(cuò)層，新增糾錯(cuò)層采用了具有卷積交織功能的r e e ds o l o m o n 機(jī)制。音頻視頻流被編碼壓縮成m p e g 2 傳輸流。t - d m b 系統(tǒng)通過重用d a b 的頻段和發(fā)射站來節(jié)約數(shù)字射頻網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)費(fèi)用，使得業(yè)務(wù)商以最小的代價(jià) 快速地創(chuàng)建分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，快速地進(jìn)入市場。 當(dāng)無法采用地面發(fā)射塔組成的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，衛(wèi)星廣播版本的s d m b ( s a t e l l i t e d i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) 提供了另外一種業(yè)務(wù)分發(fā)方法的選 項(xiàng)，它采用的是不同于t - d m b 的私有編碼格式。s - d m b 是將數(shù)字視頻或音頻 業(yè)務(wù)通過d m b 衛(wèi)星進(jìn)行廣播，是一種可以在很寬廣的地區(qū)充分滿足移動(dòng)用戶接 收視頻廣播電視的要求。目前由于s d m b 建網(wǎng)成本相對(duì)較高，需要專門的d m b 衛(wèi)星支持，故此方案缺乏市場競爭力。 i s d b t ( t e r r e s t r i a l i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 標(biāo)準(zhǔn)廣播頻段為 2 1 8 2 2 2 m h z ( v h f ，e h 7 ) 和4 7 0 , - 一7 7 0 m h z ( u h f ) ，可以把一個(gè)6 m h z 頻道 切割成1 3 個(gè)頻段，利用其中1 2 個(gè)頻段播放家用數(shù)字電視節(jié)目，i s d b t 剩余的 1 個(gè)頻段( 1 s e g m e n t ) 則用于以手持設(shè)備為接收終端的節(jié)目的廣播【6 】。這大大方 便了移動(dòng)設(shè)備開發(fā)商，可以利用固定接收機(jī)開發(fā)技術(shù)，并且為了降低費(fèi)用還可 以僅僅針對(duì)單個(gè)頻段開發(fā)移動(dòng)接收設(shè)備。 d v b h ( h a n d l e d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 是由d v b 聯(lián)盟開發(fā)的數(shù)字視頻廣 播手持標(biāo)準(zhǔn)，于2 0 0 4 年1 1 月正式被采納為e t s i 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由d v b t 標(biāo)準(zhǔn) 演變而來，為使之更適合移動(dòng)設(shè)備接收，對(duì)d v b t 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了許多修改，通過 重用d v b t 的數(shù)字電視發(fā)射網(wǎng)絡(luò)來降低網(wǎng)絡(luò)成本。但是，d v b h 不采用d v b t 的頻段，而是選擇與其共存。d v b h 信號(hào)是復(fù)用在一起通過d v b t 發(fā)射的幾個(gè) 視頻流中的一個(gè)。擁護(hù)者指出d v b h 允許業(yè)務(wù)提供商以最小的額外投資同時(shí)開 展固定和移動(dòng)電視業(yè)務(wù)。 美國高通公司開發(fā)的m e d i a f l o ( m e d i af o r w a r dl i n ko n l y ) 標(biāo)準(zhǔn)專為移動(dòng)電 視分發(fā)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，這是移動(dòng)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中唯一的私有標(biāo)準(zhǔn)。為了降低網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)的建設(shè)費(fèi)用，m e d i a f l o 采用了另一種不同的方法：最小化所需的發(fā)射機(jī)站點(diǎn) 數(shù)目。m e d i a f l o 利用專用頻譜，采用單一的高功率發(fā)射機(jī)( 一般5 0 k w ) 發(fā)射 信號(hào)，或者采用較少數(shù)目的發(fā)射塔發(fā)射信號(hào)。采用大功率發(fā)射信號(hào)，發(fā)射機(jī)相 2 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 互之間的空間間隔可達(dá)6 0 k r n ，因而達(dá)到了廣域覆蓋。此外，完整的城域覆蓋一般 只需要小于或者等于3 個(gè)發(fā)射站點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)。 這些移動(dòng)多媒體廣播分發(fā)方案可以幫助開發(fā)商降低電視業(yè)務(wù)的功耗需求。 例如，d v b h 提供了時(shí)間分片技術(shù)，允許接收機(jī)在長達(dá)9 0 的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉，而 僅僅需要1 0 的時(shí)間接收待定的信道信號(hào)。i s d b t 系統(tǒng)限制了移動(dòng)視頻僅僅占 據(jù)廣播信號(hào)的一段信號(hào)，從而允許將窄帶調(diào)諧器設(shè)計(jì)為功率高效率的調(diào)諧器。 m e d i a f l o 同時(shí)提供了時(shí)間分片和窄帶操作技術(shù)，幫助開發(fā)商節(jié)省功耗。 當(dāng)然，上述各種標(biāo)準(zhǔn)之間還有許多其它差異，對(duì)應(yīng)于不同參數(shù)的系統(tǒng)性能 也會(huì)不同。比如，在某個(gè)地區(qū)廣播頻段所能提供的頻道節(jié)目的數(shù)目，節(jié)目之間 切換的時(shí)間長短，能夠允許的接收機(jī)移動(dòng)的最大速度以及發(fā)射站所能覆蓋的地 域面積等，當(dāng)然，在某一地區(qū)系統(tǒng)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的成本也是決定何種標(biāo)準(zhǔn)能夠成功 入選的因素。 預(yù)計(jì)在未來兩年內(nèi)成為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)的、擁有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 d m b t h ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i at v h a n d l eb r o a d c a s t i n g ) ，是融合了清華 大學(xué)d m b t 技術(shù)方案的最新研究成果，其覆蓋范圍、抗干擾能力、接收性能、 系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面比原有d m b t 技術(shù)有明顯提高【7 q ，其傳輸系統(tǒng)原理如圖1 1 所示。d m b t h 技術(shù)的核心采用了m q a m q p s k 的時(shí)域同步正交頻分復(fù)用 ( t d s o f d m ：t i m ed o m a i n s y n c h r o n o u s - o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 調(diào)制技術(shù)，使用了最新的l d p c 前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，采用單頻網(wǎng) ( s f n ) 覆蓋方式，適用于具有多徑干擾和多普勒頻移效應(yīng)的地面無線傳輸信道， 能夠滿足高清數(shù)字電視( h d t v ) 、標(biāo)清數(shù)字電視( s d t v ) 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)式單向廣 播和多媒體數(shù)據(jù)交互式雙向通信的要求?；趪鴺?biāo)d m b t h 構(gòu)建的地面數(shù)字電視 廣播系統(tǒng)，在一個(gè)8 m h z 模擬電視頻道中，傳送m p e g 2t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) 流格式數(shù)據(jù)時(shí)最大凈荷碼率可達(dá)3 2 4 m b p s ，可傳送1 套h d t v 節(jié)目或4 套以上 s d t v 節(jié)目，支持室內(nèi)室外用戶采用固定接收終端實(shí)現(xiàn)固定接收或采用手持或便 攜移動(dòng)接收終端實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收。 刊萋鬟h(yuǎn) 裂差u 鬻h 篇陴 輸出i 數(shù)據(jù)li 糾錯(cuò)ll 時(shí)域與頻域ilt d s - o f d i 解擾ii 解碼ii解交織iim 解調(diào) _l-_o_ 圖1 1d m b t h 傳輸系統(tǒng)原理 載波恢復(fù)與信道估計(jì) 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 主要任務(wù)與意義 1 2 1 移動(dòng)數(shù)字電視的應(yīng)用前景 在移動(dòng)數(shù)字電視和手機(jī)電視的商務(wù)運(yùn)營上，亞洲走在了前列，亞太地區(qū)尤 其是日韓兩國在2 0 0 5 年率先開通了手機(jī)電視服務(wù)，其中，韓國基于t - d m b 的 手機(jī)電視業(yè)務(wù)已經(jīng)開始大規(guī)模應(yīng)用。而在歐洲，芬蘭于2 0 0 5 年1 1 月才頒發(fā)了歐 洲第一個(gè)移動(dòng)數(shù)字電視( d v b h ) 許可證，德國也是為了應(yīng)對(duì)0 6 年世界杯足球 賽才開始提供t - d m b 的手機(jī)電視業(yè)務(wù)。在美國，高通公司計(jì)劃在全美部署一個(gè) m e d i a f l o 的手機(jī)電視網(wǎng)絡(luò)，并且在2 0 0 7 年推出手機(jī)電視服務(wù)。 目前，國內(nèi)針對(duì)移動(dòng)數(shù)字電視的地面廣播已經(jīng)于0 6 年下半年開始在北京、 上海和廣東做了試點(diǎn)播放【l 玉1 3 j ，在北京和廣東采用的頻段都是v h fb a n d i i i ( 1 1 a ，1 1 b ，1 1 c ，1 1 d ) ，而上海東方明珠采用的是u h fl b a n d 頻段 ( 1 4 5 8 0 9 6 m h z 和1 4 7 0 0 8 0 m h z ) 。2 0 0 7 年以來，上海文廣集團(tuán)在1 4 7 0 0 8 0 m h z 的中心頻點(diǎn)上已投入商用的電視內(nèi)容包括1 套財(cái)經(jīng)新聞、l 套奧運(yùn)頻道節(jié)目和 d a b 廣播( 3 個(gè)頻道) ，同時(shí)還在1 4 5 8 0 9 6 m h z 的中心頻點(diǎn)上提供加密頻道節(jié)目， 包括l 套體育、2 套實(shí)時(shí)新聞和股票、氣象、外匯等咨詢?cè)鲋捣?wù)。 1 2 2 本課題的任務(wù)與意義 本文所介紹的t - d m b 手持播放器，正是為了滿足國內(nèi)市場對(duì)移動(dòng)數(shù)字電視 業(yè)務(wù)的需求所設(shè)計(jì)的，并且需要支持l b a n d 和b a n d i i i 的所有頻道。目前， 此播放器適用地區(qū)限為上海( i r d e t o 加密系統(tǒng)) 和北京( c o r e t r u s t 加密系統(tǒng)，但 目前是開路廣播) ，暫不對(duì)應(yīng)廣東地區(qū)的地面廣播，因?yàn)槠浼用芟到y(tǒng)入門費(fèi)用太 高。 其實(shí)，從技術(shù)上來說即將推行的國標(biāo)d m b t h 系統(tǒng)已經(jīng)成熟，但目前尚缺 乏接收和解調(diào)性能良好的方案，再加上基站建設(shè)和運(yùn)營商的支持還不完善，因 此t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)仍是未來兩年內(nèi)國內(nèi)移動(dòng)數(shù)字電視業(yè)務(wù)的主流。為了抓住2 0 0 8 年北京奧運(yùn)會(huì)對(duì)數(shù)字電視業(yè)務(wù)需求的契機(jī)，手持t - d m b 多媒體終端勢必成為業(yè) 內(nèi)各方案公司開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。本文所提出的t - d m b 終端方案，不僅是為了實(shí) 現(xiàn)這一目的，更是為了設(shè)計(jì)出日后支持國標(biāo)的接收終端而所做出的探索。 4 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 本文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) 本文是在基于t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)和背景下，重點(diǎn)研究了該t - d m b 播 放器方案中硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，介紹了所搭載的操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)開發(fā)環(huán)境，詳述 了對(duì)t s 流尤其是c a 系統(tǒng)加密后的頻道節(jié)目解碼流程，最后提出了測試方案并 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能測試和分析。 主要研究了： ( 1 ) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：重點(diǎn)介紹了t - d m b 的前端r f 接收模塊選型和設(shè)計(jì)， 以及主處理器s h 7 3 6 3 對(duì)t s 流的解碼和系統(tǒng)控制部分，用詳細(xì)框圖 講述了各功能電路的實(shí)現(xiàn)。 ( 2 ) 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)：m p e g 2t s 流的解碼流程，并重點(diǎn)敘述了在上海地 區(qū)對(duì)i r d e t o 加密系統(tǒng)的頻道節(jié)目接收和解碼的實(shí)現(xiàn)。 ( 3 ) 系統(tǒng)性能測試和分析：通過測試儀器和空中信號(hào)，分別測試了播放 器在主要頻點(diǎn)的接收靈敏度性能，及頻道搜索和節(jié)目播放流暢性， 分析了系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，并對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題提出了下一步改進(jìn)方法。 論文總共分為6 章，結(jié)構(gòu)安排如下： 第l 章緒論，本章主要介紹當(dāng)前世界范圍內(nèi)移動(dòng)數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)， 指出目前國內(nèi)t _ d m b 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用前景，提出本文的主要任務(wù)和研究意義； 第2 章t - d m b 傳輸系統(tǒng)研究，本章主要介紹t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展、協(xié)議框 架、傳輸系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)，剖析了t - d m b 傳輸系統(tǒng)的基本框架； 第3 章硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，本章比較詳盡的敘述硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)， 以及在開發(fā)過程中所用到的關(guān)鍵技術(shù)，包括基于r f 模組和s h 7 3 6 3 多媒體處理 器來實(shí)現(xiàn)t - d m b 信號(hào)接收和基帶功能的實(shí)現(xiàn)，其中涉及到天線的選型和匹配、 r f 模組的設(shè)計(jì)技巧、條件接收( c a ) 智能卡的工作原理、觸摸屏的應(yīng)用、實(shí)時(shí) 時(shí)鐘( r t c ) 的工作原理以及低功耗電源管理電路的設(shè)計(jì)等； 第4 章軟件系統(tǒng)關(guān)鍵模塊分析，本章介紹了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 2t s 流組成結(jié)構(gòu)和分組解析，重點(diǎn)講述了i r d e t oc a 系統(tǒng) 在t s 流中的解擾和解密實(shí)現(xiàn)等； 第5 章系統(tǒng)測試與性能分析，本章主要介紹了播放器的軟硬件測試環(huán)境和 主客觀測試方法，以及對(duì)播放器接收性能作出了分析； 第6 章總結(jié)與展望，本章回顧和總結(jié)了論文的研究工作，并對(duì)今后的研究 方向進(jìn)行了展望。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章t d m b 傳輸系統(tǒng)研究 本章首先介紹了t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的起源和發(fā)展，然后對(duì)t - d m b 傳輸系統(tǒng)的協(xié) 議框架和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討說明。 2 1t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程 數(shù)字音頻廣播d a b ( d i g i t a la u d r i ob r o a d c a s t i n g ) 是繼a m 、f m 傳統(tǒng)模擬廣 播之后的第三代廣播，除了具備有數(shù)字信號(hào)傳輸抗噪聲、抗干擾、抗電波傳播 衰落等的一切優(yōu)點(diǎn)外，還可提供c d 立體聲音質(zhì)量及數(shù)字訊息之服務(wù)，且在一定 范圍內(nèi)不受多重路徑干擾影響，以保證固定、攜帶及移動(dòng)接收之高質(zhì)量。目前 世界上d a b 系統(tǒng)之發(fā)展大致可分為，歐規(guī)i e u r e k a - 1 4 7 、美國i b o c ( i n b a n do n c h a n n e l ) 及法國d r m ( d 磷t a lr a d i om o n d i a l e ) ，還有部分國家自行發(fā)展d a b 系 統(tǒng)，而我國目前試播采用e u r e k a - 1 4 7 系統(tǒng)。 2 0 0 2 年l2 月，韓國將e u r e k a - 14 7 的c o f d m ( c o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 傳輸技術(shù)作為t - d m b 的底層技術(shù)并發(fā)展起來1 1 4 d 引，增加了 適應(yīng)視頻業(yè)務(wù)廣播的、新的音視頻編碼方案并附加了外層信道保護(hù)機(jī)制，可以 與現(xiàn)存的d a b 服務(wù)平行發(fā)展，也可以與已有的d a b 基礎(chǔ)設(shè)施方便地集成。其移 動(dòng)性能和畫質(zhì)頗具市場競爭力，主要表現(xiàn)在更低的頻道切換時(shí)間( 1 5s ，d v b h 為5s ) ；沒有響應(yīng)時(shí)間遲滯；幀率達(dá)3 0f s c i f ；僅需2m h z 的帶寬( d v b h 為 8m h z ) ，成本上從d a b 升級(jí)到t d m b 也較少，以2 5 6k b i t s 速率支持1 2 個(gè)頻 道。 t d m b 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)如表2 1 所示，其信道帶寬1 5 3 6 m h z ，一般移動(dòng)接收 情況下，其主業(yè)務(wù)信道( m s c ) 的可用凈碼率為1 1 5 2 m b p s ( 卷積編碼1 2 ) 。如果 采用3 8 4 k b p s 的視頻碼率，在每l 路1 5 3 6 m h z 信道帶寬內(nèi)可以傳輸兩路視頻節(jié) 目；如果采用更高的5 1 2 k b p s 的視頻碼率，則可以傳輸l 路視頻節(jié)目和3 路音頻節(jié) 目( 6 4 k b p s ，c d 音質(zhì)) 以及l(fā) 路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。試驗(yàn)證明，在時(shí)速2 0 0 k m 以上的車上 可以穩(wěn)定接收t d m b d a b 信號(hào)。 2 0 0 5 年5 月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)( e t s i ) 接納由韓國提交的t t a s k o0 7 0 0 2 4 和t t a s k o0 7 0 0 2 6 文稿，并發(fā)布e t s it s l 0 24 2 7 、e t s it s l 0 24 2 8 規(guī)劃1 9 圳l 。 同時(shí)，兀a 已將t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)提交到i t u ，最終形成i t u 國際標(biāo)準(zhǔn)。同年，韓國政 6 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 府開始不遺余力的向本國以及其他國家推動(dòng)t d m b 產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，全球第一個(gè)商用 t d m b 業(yè)務(wù)( b a n d i i i ) 是于2 0 0 5 年1 2 月在韓國開播的，作為免費(fèi)業(yè)務(wù)很快得 到了大眾的認(rèn)可和普及。在德國和英國等歐洲地區(qū)也部署了改版的t d m b 。另 外，業(yè)界還在努力對(duì)d a b t d m b 的i p 版本( 包括d a b - i p 、e d g 和d x b ) 做意義重 大的標(biāo)準(zhǔn)化工作。 表2 1t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)特點(diǎn) 傳輸標(biāo)準(zhǔn)e t s3 0 04 0 1 c o f d m 4d p s k 頻帶 b a n di i i ，l b a n d ( b w = 1 5 3 6 m h z ) 靈敏度要求一9 6 d b m p e = lo e 一4 ( v i t e r b id e c o d e ro u t ) 數(shù)據(jù)率步長8 k b p s s t r e a mm o d ei n p u to fd a bm u x 外編碼 r sd e c o d e r ：( 2 0 4 ，18 8 ) 視頻編碼 m p e g 4 h 2 6 4 ，3 0 f p s ，q c i f q v g a c i f w d f 音頻編碼m u s i c a mu pt o38 4 k b p s ，m p e g - 4 b s a co ra a c 數(shù)據(jù) d a t as e r v i c e ：b i f s ( o p t i o n a l ) ，p a c k e ts e r v i c e ：m o t s 2 2t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2 2 1t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議框架 t d m b 系統(tǒng)包括1 個(gè)d m b 監(jiān)視系統(tǒng)、2 個(gè)視頻編碼器、視頻網(wǎng)關(guān)和多路 復(fù)用器，可以提供靈活的服務(wù)，包括視音頻廣播、單獨(dú)的交通新聞天氣 頻道。t d m b 利用i t u - th 2 6 4 對(duì)視頻進(jìn)行編碼，利用m p e g - 4 比特切片算術(shù) 編碼( b s a c ) 對(duì)音頻進(jìn)行編碼，然后利用m p e g - 4 同步層和m p e g 2 傳輸流對(duì) 視頻、音頻以及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，某些基本的模塊，比如前向糾錯(cuò)編碼和調(diào)制等， 與d v b h 相似【2 2 。2 6 1 。 從圖2 1 中可以看出，t o d m b 系統(tǒng)中仍延用了d a b 的物理層，只是在d a b 的m s c ( 主業(yè)務(wù)信道) 中劃分出一個(gè)獨(dú)立的子信道用于視頻業(yè)務(wù)，如虛線框所 示，并采用了具有卷積交織功能的r e e ds o l o m o n 機(jī)制，音頻視頻流被編碼壓縮 成m p e g 2 傳輸流。而像原先d a b 中所固有的聲音業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都保持不變， 這也使得d m b 的部署相對(duì)較為容易。新增的視頻業(yè)務(wù)則主要通過前端的d m b 視頻編碼器來實(shí)現(xiàn)，視頻編碼器編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，以e t i ( 復(fù)合群傳輸接口) 信號(hào)形式通過d a b 的復(fù)用器以流模式方式復(fù)用到子信道中去，與來自其它路的 7 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 音頻或數(shù)據(jù)復(fù)用成高達(dá)2 0 4 8 m b s 的e t i 傳輸數(shù)據(jù)流，然后將e t i 數(shù)據(jù)流分配給 d a b 同步網(wǎng)中的各個(gè)發(fā)射臺(tái)進(jìn)行發(fā)射。 復(fù)合 雙 多動(dòng)態(tài)透明 鞘 a v cm p e g - 4 控制 透明數(shù)據(jù) 通通標(biāo)簽數(shù)據(jù) 多媒體對(duì)象 i p 傳送 數(shù)據(jù)封裝b s a cb i f s 信息 通道 道 道 業(yè)務(wù)通道 通道 & 音頻節(jié)目關(guān)聯(lián)信息 l m p e g 4s l 非節(jié)目關(guān)聯(lián)信息i 業(yè)務(wù) i m p e g 2t s 信息 快速信息 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) ： 視頻業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)通道 音頻業(yè)務(wù) 、一一 快速信息通道 主業(yè)務(wù)通道 e u r e k a 1 4 7 圖2 1t - d m b 協(xié)議框架模型 2 2 2t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的傳輸系統(tǒng) t - d m b 系統(tǒng)的傳輸層以d a b 標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，主要由主業(yè)務(wù)信道m(xù) s c ( m a i n s e r v i c ec h a n n e l ) 、快速信息信道f i c ( f a s ti n f o r m a t i o nc h a n n e l ) 和同步信道s c ( s y n c h r o n i z a t i o nc h a n n e l ) 構(gòu)成，每個(gè)信道從不同的數(shù)據(jù)源獲得數(shù)據(jù)，并由這 些數(shù)據(jù)組成傳輸幀，如圖2 2 所示。 圖2 - 2d a b 尼d m b 系統(tǒng)傳輸幀 ( 1 ) s c 表示系統(tǒng)傳輸流的開始： ( 2 ) m s c 用來傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。m s c 由一個(gè)或幾個(gè)通用時(shí)域交織幀( c i f ) 組成，每個(gè)c i f 是一個(gè)5 5 2 9 6 比特的數(shù)據(jù)域，每2 4 m s 傳輸一幀。c i f 的最小可尋址 單位叫做容量單元( c u ) ，其大小為6 4 比特。整數(shù)個(gè)c u 連接在一起組成獨(dú)立卷積 編碼、均勻或非均勻誤碼保護(hù)的子信道，每個(gè)子信道傳送一個(gè)或幾個(gè)業(yè)務(wù)分量； ( 3 ) f i c 由快速信息塊( f i b ) 字段組成，是d a b 的控制信道，其主要功能 是傳送對(duì)主業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu)解碼所必需的控制信息。為了快速可靠地解析m s c 中 8 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 的各種業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)，在傳輸中f i c 不經(jīng)過時(shí)間交織，但是采用了較高的誤碼保護(hù) 級(jí)別( 約為1 3 ) 。 t d m b 的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)是通過復(fù)用d a b 傳輸系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2 3 所示。系統(tǒng) 定義了兩種業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)姆椒ǎ戳髂Ｊ胶桶Ｊ?。流模式指在子信道?nèi)以 固定比特率實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的端到端透明傳輸，傳送的對(duì)象為m p e g i f l il a y e ri i 的音 頻、m p e g - 4 的視頻、音頻和專有數(shù)據(jù)( o d ，b i f s ，i o d ) ；包模式是為單個(gè)子信 道內(nèi)傳送幾個(gè)業(yè)務(wù)分量而定義的，每個(gè)子通道內(nèi)可以傳輸一個(gè)或幾個(gè)業(yè)務(wù)分量， 傳送的對(duì)象為非業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)( n p a d ) 。t d m b 的視頻業(yè)務(wù)以流模式方式進(jìn)入 d a b 系統(tǒng)的第一級(jí)復(fù)用器并打包形成e t i 信號(hào)，再與其它路的音頻或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng) 二級(jí)復(fù)用形成發(fā)射所需的e t i 信號(hào)，送到各發(fā)射站點(diǎn)的激勵(lì)器進(jìn)行放大發(fā)射?；?者不需使用第一級(jí)復(fù)用器，而直接把信號(hào)送到第二級(jí)復(fù)用器或稱為總成復(fù)用器 中，下圖使用情況是在t - d m b 視頻編碼器中已集成了一級(jí)復(fù)用模塊在編碼器中。 圖2 - 3d a b t - d m b 傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu) d a b 系統(tǒng)提供了三種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸信道： ( 1 ) 在快速信息數(shù)據(jù)信道( f i d c ) q b 傳輸數(shù)據(jù)； ( 2 ) 通過主業(yè)務(wù)信道的音頻幀傳輸音頻節(jié)目相關(guān)的數(shù)據(jù)( p a d ) ； ( 3 ) 在主業(yè)務(wù)信道中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。從主業(yè)務(wù)信道的總?cè)萘恐?，可以留?任意部分以子信道( s c ) 方式傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 9 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 視頻業(yè)務(wù)的視頻編碼部分采用h 2 6 4 ，音頻編碼部分采用m p e g 4 比特切片 算術(shù)編碼( b s a c ) ，與視頻內(nèi)容有關(guān)的交互場景數(shù)據(jù)采用場景描述二進(jìn)制格式 ( b i f s ) ，多路復(fù)用采用m p e g 4s l 和m p e g 2t s 組合，并有針對(duì)性地增加了 r s 編碼和卷積交織作為附加信道保護(hù)措施，以流模式傳輸；音頻業(yè)務(wù)采用d a b 標(biāo)準(zhǔn)引用的m u s i c a m 編碼，以音頻幀流模式傳輸；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般采用數(shù)據(jù)包模 式傳輸。 d a b 有4 種傳輸模式，分別針對(duì)不同的組網(wǎng)應(yīng)用，如表2 2 所示。 表2 2d a b 標(biāo)準(zhǔn)傳輸模式 t r a n s m i s s i o nf r a m en u l ls y m b o ln u m b e ro fn u m b e ro f f r e q u e n c y m o d ed u r a t i o nd u r a t i o nf i b sc i f r a n g e i9 6 m s1 2 9 7 m s1 24b a n d i i i i i2 4 m s3 2 4 u s 3 1 l - b a n d ( t ) i i i 2 4 m s1 6 8 u s 4 1 b a n d - i ( s ，c ) i v4 8 m s6 4 8 u s62l b a n d 2 2 3t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的視頻業(yè)務(wù)復(fù)用結(jié)構(gòu) t - d m b 標(biāo)準(zhǔn)的視頻流傳輸包含了視頻、音頻和交互數(shù)據(jù)編碼，t - d m b 標(biāo)準(zhǔn) 采用了在限定帶寬內(nèi)仍能提供高效壓縮性能的壓縮標(biāo)準(zhǔn)m p e g 4 a v c ( a d v a n c e d v i d e oc o d i n g ) 視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。而在視頻伴音壓縮標(biāo)準(zhǔn)的選擇上，可以支持h e a a c ( a d v a n c e da u d i oc o d i n g ) 或者專利使用費(fèi)相對(duì)更低的m p e g 4b s a c ( b i t s l i c e da r i t h m e t i cc o d i n g ) 。對(duì)于視頻播放中伴隨的一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或需要提供一些 交互應(yīng)用的場合，則使用了m p e g - 4b i f s ( b i n a r yf o r m a tf o rs c e n e ) 編碼。 為了便于商用接收機(jī)的開發(fā)，t - d m b 使用m p e g - 4 壓縮標(biāo)準(zhǔn)中所需解碼處 理能力相對(duì)較容易的架構(gòu)。圖2 - 4 示出了t - d m b 對(duì)視頻業(yè)務(wù)的處理流程，從該 框圖可以看出：在t - d m b 視頻編碼器中，使用了m p e g 4s y s t e m 部分的標(biāo)準(zhǔn)對(duì) 分別采用h 2 6 4 編碼的視頻，b s a c 編碼的伴音以及b i f s 編碼的交互數(shù)據(jù)內(nèi)容 進(jìn)行同步。首先使用m p e g 4s l ( 同步層) 數(shù)據(jù)包格式對(duì)視頻、伴音以及交互 數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，進(jìn)而把同步包復(fù)用到m p e g 2t s 傳輸流中，然后再進(jìn)行前向糾 錯(cuò)( f e c ) ，最后以流模式方式復(fù)用到d a b 系統(tǒng)中，即用r s ( 2 0 4 ，l8 8 ) 對(duì) m p e g 2t s 打包流進(jìn)行編碼然后再進(jìn)行卷積交織。每l8 8 字節(jié)的t s 包經(jīng)過r s