嵌入式Linux下高清數字機頂盒軟件設計

彭 銳，于鴻洋，張 萍

（電子科技大學 電子工程學院，四川 成都 610054）

1 引言

近年來，數字機頂盒在國家大力推行下有了很大發展。預計國內數字機頂盒市場將在2010年達到全球第一，占全球數字機頂盒總消費量的80%[1]。因此，數字機頂盒發展具有很高的經濟價值，而高清數字機頂盒是數字機頂盒中一種值得關注的發展趨勢。

數字機頂盒的主要功能邏輯關系如圖1所示[2]。

當數字機頂盒接收高頻信號后，通過高頻頭對信號進行下變頻，再通過A/D轉換器進行轉換后，用QAM/QPSK解調得到MPEG的傳輸流，解復用和分析PES流后就分別得到了視頻、音頻流，再通過解碼、編碼后變成模擬信號，通過輸出口輸出。

2 高清數字機頂盒硬件結構設計

一個低成本的高清數字機頂盒設計主要包括數字廣播電視接收前端、MPEG解碼、音視頻及圖形處理、CPU、調制解調器和其他外圍接口等。筆者用到的STi7109芯片是新一代的SoC芯片，它整合了CPU、編解碼、音視頻處理及圖像處理等多項功能，可以大大提高開發周期，具體設計方案如圖2所示[3]。

數字機頂盒數據流程主要是先從纜線把數字信號流（包括公開的和加密的）傳給高頻頭，然后在芯片STb0468b芯片處進行QAM/QPSK解調處理，再傳輸到STi7109集成芯片完成如圖1所示的解復用和PES流分組解析，產生對應的視頻信號和音頻信號。

3 高清數字機頂盒軟件結構設計

軟件是數字機頂盒的靈魂，它的設計合理性對數字機頂盒產品質量、產品的研發可持續性及可升級性，都產生重大影響。高清數字機頂盒軟件可以從多個角度進行設計。

3.1 軟件系統層設計

高清數字機頂盒與標清數字機頂盒軟件的層次設計具有相似性，但是由于高清數字電視數據量要大的多，除了提高硬件本身的處理速度外，還要對軟件層次進行修改，以提高代碼的運行效率，降低CPU負荷。圖3為高標清數字機頂盒軟件設計方案對比[4]。

在高清數字機頂盒軟件設計方案中取消了JVM中間固件，因為盡管Java程序編寫相對容易，但是Java虛擬機運行速度太慢，增大了CPU負荷。同時，還要針對應用程序部分做更合理的設計，方便以后軟件升級與改進。

3.2 應用軟件設計

應用軟件設計是從兩個方面進行的，分別為軟件層次和軟件模塊功能。首先，把應用軟件分成3層，即初始化層、中間接口層和分類的軟件模塊應用層[5]（見圖4）。

初始化層主要完成對板上的各種接口、總線、音視頻編解碼器以及其他板級等內容的初始化，包括對其各種寄存器參數的初始化，還有實例對象的初始化，如音視頻的句柄等。

中間層的接口主要是對底層的一些實力對象進行包裝后，讓更上層的應用能直接調用中間層的函數，如設置音量大小和高頻頭的頻率等。

各種軟件應用模塊主要是直接面向用戶層，為用戶提供相關服務的接口，比如可以通過選單顯示出EPG的內容，通過網絡實現互動點播等。

3.3 軟件的啟動過程

高清數字機頂盒軟件系統的啟動主要包括5部分：Bootloader、Linux內核、文件系統、動態加載部分驅動模塊以及應用軟件，如圖5所示[6]。

軟件的啟動從Bootloader開始，當Bootloader完成一次對硬件最基本的初始化后，把控制權交給Linux內核，然后Linux操作系統再次對硬件初始化，并管理整個系統，最后動態加載一些驅動模塊（這里是為了避免GNU的一些代碼公開條例），運行高清數字機頂盒應用軟件[7]。至此，整個軟件系統就運行起來了。

4 小結

重點討論了高清數字電視機頂盒的軟件系統設計，同時也結合了基于STi7109芯片硬件設計的一種解決方案，簡單描述了數字機頂盒軟件系統的啟動過程。由于嵌入式Linux的開源性和強大的網絡功能，相信基于嵌入式Linux的高清數字機頂盒將成為高清數字機頂盒未來發展的一個主流方向。

[1]甘育裕，陸列.嵌入式Linux在新型數字機頂盒中的應用[J].中國有線電視，2006（Z2）：851-854.

[2]郭榮佐，郭進，黃君.數字電視機頂盒軟件體系結構應用研究[J].電視技術，2008，32（5）：28-30.

[3]ST company.STI7109-low-cost HDTV set-top box decoder for H.264 and microsoft WMA9-STMicroelectronics[EB/OL].[2010-02-02].http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/192665/STMICROELECTRONICS/STI7109.html.

[4]TAN Qiang，ZHOU Mengchu，LI Jingjian，et al.A brief overview of current TV set-top box developments[C]//Proc.IEEE International Conference on Systems，Man，and Cybernetics.[S.l.]：IEEE Press，1996：2127-2132.

[5]KAR M L，SO V，BROWN R W.Architecture of retail set-top box application platform for digital cable network[C]//Proc.International Conference on Consumer Electronics.[S.l.]：IEEE Press，2001： 306-307.

[6]HALLINAN C.Embedded Linux primer[M].London：Prentice Hall，2006.

[7]MOON S P，KIM J W，BAE K H，et al.Embedded Linux implementation on a commercial digital TV system[J].IEEE Transactions on Consumer Electronics，2003，49（4）：1402-1407.