IPTV機頂盒嵌入式系統(tǒng)研究
作者:李天全 (德州職業(yè)技術(shù)學院,山東 德州 253034)
摘要:IPTV機頂盒使用嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)對
網(wǎng)絡流流媒體的接收、解壓,并利用電視作為顯示終端。嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機
技術(shù)為基礎的專用計算機系統(tǒng)。
文章介紹了IPTV的概念及其終端類型,以及嵌入式系統(tǒng)的核心組成。
關(guān)鍵詞:IPTV機頂盒;IPTV終端;交互式
網(wǎng)絡電視;嵌入式系統(tǒng)
中
圖分類號:TN948
文獻標識碼:A
文章編號:1009-2374(2009)11-0014-02
一、IPTV概述
IPTV即交互式
網(wǎng)絡電視,是一種利用寬帶
網(wǎng),集互聯(lián)
網(wǎng)、多媒體、通信等
技術(shù)于一體,向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務的
技術(shù)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括流媒體服務、節(jié)目采編、存儲及認證計費等子系統(tǒng),主要存儲及傳送的內(nèi)容是以MPEG-2/4標準為編碼核心的流媒體
文件,基于IP網(wǎng)絡傳輸,用戶終端可以是電視機+機頂盒。
IPTV可以利用有線電視
網(wǎng)的基礎設施,以家用電視機作為主要終端電器,通過互聯(lián)
網(wǎng)絡協(xié)議來提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種數(shù)字媒體服務。
相對于傳統(tǒng)的有線電視,IPTV有著自己的優(yōu)勢:只要是使用TCP/IP協(xié)議就可以接收。而且由于使用的是TCP/IP協(xié)議,IPTV還可以非常容易地將電視服務和互聯(lián)
網(wǎng)瀏覽、電子郵件收發(fā)以及多種在線信息咨詢、娛樂、
教育及商務功能結(jié)合在一起。IPTV有很靈活的交互特性,因為具有IP網(wǎng)的對稱交互優(yōu)勢,其節(jié)目在
網(wǎng)內(nèi),可采用廣播、組播、單播多種發(fā)布方式。而且可以靈活地實現(xiàn)電子菜單、節(jié)目預約、實時快進、快退、終端賬號及計費
管理、節(jié)目編排等多種功能。
二、IPTV終端類型
現(xiàn)有的IPTV終端類型有三種: PC終端、電視+機頂盒終端、3G手機等電子移動終端。
基于PC的終端系統(tǒng)是沿用互聯(lián)
網(wǎng)視頻的應用形式,利用
網(wǎng)絡流媒體
技術(shù)傳送某種格式的數(shù)據(jù)流,用戶可在計算機上利用相應的播放器對壓縮的音視頻流解壓后進行播放。
基于電視+機頂盒的終端系統(tǒng)是使用嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)對
網(wǎng)絡流流媒體的接收、解壓并利用電視作為顯示終端。IPTV機頂盒所使用的芯片,都具有MPEG2、MPEG4、H.264/AVC中的一種或幾種視頻壓縮的解碼功能,能對下載的流媒體進行實時解壓,并將音視頻信號
經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換或直接以數(shù)字形式傳輸?shù)诫娨暀C。
手機移動終端的代表是3G手機,它能夠處理
圖像、聲音、視頻流等多媒體。并利用無線通信
網(wǎng)絡和互聯(lián)
網(wǎng)相結(jié)合提供IPTV、VoIP等多種媒體服務。
三、嵌入式系統(tǒng)的核心組成
(一)嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心,以計算機
技術(shù)為基礎的專用計算機系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)的軟硬件可裁剪,適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格的要求。通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應用軟件等幾大部分組成。
與通用處理器相比,嵌入式處理器大多
工作在為特定用戶群設計的系統(tǒng)中。它通常把使用通用CPU的計算機中的許多由板卡完成的任務集成在芯片內(nèi)部,具有低功耗、體積小、集成度高,高效率,高可靠性等特點。中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的龍芯已
經(jīng)開始作為嵌入式芯片展開應用。
嵌入式應用軟件是針對特定的實際專業(yè)領(lǐng)域,基于相應的嵌入式硬件平臺的計算機軟件。根據(jù)任務的不同,對嵌入式應用軟件的要求也不同。比如,高精度時間,高度實時性,高安全性或者高穩(wěn)定性等。另外,由于嵌入式系統(tǒng)的硬件資源非常寶貴,嵌入式應用軟件應該盡可能地優(yōu)化。
(二)嵌入式處理器STb7100
STb7100是ST公司生產(chǎn)的功能強大的數(shù)字電視解碼芯片,它是集成視頻解碼、音頻解碼和系統(tǒng)微控制器的功能。芯片內(nèi)由主控CPU核、視頻解碼器、音頻解碼器和信道解調(diào)器等模塊構(gòu)成。
STb7100是一款集成了SH4-202 32位RISC CPU核,專門用于MPEG-2、H.264/AVC音視頻解碼的專用集成電路。是專門的單片式機頂盒解碼器。其指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分設,其中指令Cache為16KB,數(shù)據(jù)Cache為32KB,并且都為兩路組相聯(lián)Cache。它支持標清和高清兩路顯示,支持PAL/NTSC&SECAM編碼輸出,支持DVI/HDMI數(shù)字高清視頻輸出,支持S/PDIF數(shù)字音頻輸出。音視頻解碼器支持多編碼格式、支持DVD、SVCD子畫面,前端接口兼容DVD、VCD、SVCD、CD-DA,支持I2S,串口,并口、USB2.0和SATA接口,硬件TS解復用器支持串/并輸入。集成了豐富的外圍接口:四個通用異步收發(fā)器(UART)、兩個SmartCards接口、I2C控制器、兩個PWM輸出,支持Modem,還有48個可編程I/O口,IR發(fā)送/接收器。它支持ANSI C編譯器和庫,給開發(fā)帶來極大的方便。
STb7100處理器的SH-4支持29-bit外部地址空間(external memory space)、32-bit物理地址空間(physical memory space)。在SH-4內(nèi)部還包含一個內(nèi)存
管理單元(Memory-management unit),因此,還支持32-bit的虛擬地址空間(virtual memory space)。
可編程外部存儲器接口(EMI)用來控制STb7100片外存儲器之間的數(shù)據(jù)移動,共享SDRAM接在SMI接口。EMI只需要很少的外部邏輯就可以和存儲器子系統(tǒng)連接。
STb7100的EMI劃分成5個4M×16-bit(8Mbytes)的bank。
(三)STLinux嵌入式操作系統(tǒng)
STLinux嵌入式操作系統(tǒng),此操作系統(tǒng)內(nèi)核可裁剪,效率高,移植性好,還內(nèi)含了完整的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧。應用層軟件為多線程,線程之間用信號量來同步,完成傳輸流解復用,MPEG4或H.264/AVC視頻解碼,紅外接收,OSD用戶界面等功能。
把傳統(tǒng)的Linux轉(zhuǎn)化為能應用于嵌入式產(chǎn)品的Linux系統(tǒng)需要解決三個主要問題:過于長的阻塞時間、Linux所采用的非搶占式事件處理方式、過于公平的調(diào)度原則。
STLinux利用Linux自身所支持的實時能力,在Linux基礎上僅對內(nèi)核做了一些很基本的改動,使其完全成為一個支持搶占式的內(nèi)核。進程級應答速度無論從平均水平還是最壞情況下都得到顯著改善。由于該方式是利用Linux自身所支持的實時能力而沒有插入新的內(nèi)核,所以該內(nèi)核不會對原來的API產(chǎn)生任何不良影響。
STLinux的調(diào)度模塊是完全“開放”,并且符合GPL規(guī)定的Linux模塊,該模塊能很好地進行進程選擇,從而消除前面所提到的過于冗長的阻塞時間。
STLinux采用了比標準Linux更短的時間片,從而滿足了實時性要求。
STLinux的嵌入式Linux具有以下特點:(1)提高了Linux系統(tǒng)響應速度;(2)保留了標準Linux的API(應用程序接口)和基于線程的用戶編程模塊;(3)可以自由設置實時進程的優(yōu)先權(quán)值。
在一個實際的應用中,要啟動STLinux內(nèi)核、調(diào)用許多STAPI模塊形成一個系統(tǒng),才能完成實際的應用任務。對各個模塊的初始化過程中,系統(tǒng)會創(chuàng)建一些具有不同優(yōu)先級的進程(thread)。每個任務基本上都是while(TRUE)結(jié)構(gòu)。當系統(tǒng)完成這些初始化過程后,主函數(shù)退出。系統(tǒng)中各進程將繼續(xù)運行,實現(xiàn)數(shù)字電視接收機的各種功能,任務通過消息和信號等來通信。
參考
文獻
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作者簡介:李天全(1972-),男,德州職業(yè)
技術(shù)
學院講師,碩士,研究方向:軟件
工程。