基于LINUX系統(tǒng)的STB設(shè)計

沈靜

摘 要：機頂盒具備數(shù)字電視信號接收及解碼輸出功能，是數(shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵部件。當前我國尚未研發(fā)出技術(shù)較為成熟的交互式應(yīng)用。本文首先對機頂盒軟件系統(tǒng)進行簡單介紹，之后分別從節(jié)目管理模塊的開發(fā)以及機頂盒應(yīng)用程序等角度對基于LINUX系統(tǒng)的機頂盒設(shè)計方案進行全面解讀。

關(guān)鍵詞：LINUX系統(tǒng)；機頂盒；數(shù)字電視系統(tǒng)；交互式應(yīng)用

1前言

數(shù)字機頂盒包括硬件平臺及軟件系統(tǒng)兩部分，其中硬件部分主要作用是音頻及視頻解碼，軟件系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)操作界面相關(guān)功能、重現(xiàn)電視圖像、數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)平臺及互聯(lián)網(wǎng)接入等。數(shù)字機頂盒軟件系統(tǒng)主要涉及到嵌入式操作系統(tǒng)、軟件及硬件抽象層、應(yīng)用程序等幾部分。本文主要是對依托于LINUX（v2.6.21） 操作系統(tǒng)的數(shù)字高清解碼芯片機頂盒系統(tǒng)軟件設(shè)計進行分析，從而研發(fā)出適合所選的硬件平臺特點并且具備基本機頂盒功能的軟件系統(tǒng)。

2基于LINUX系統(tǒng)的STB設(shè)計方案

2.1機頂盒軟件系統(tǒng)

本文所探討的基于LINUX（v2.6.21） 操作系統(tǒng)的數(shù)字高清解碼芯片機頂盒系統(tǒng)軟件的開發(fā)主要涉及到以下幾方面內(nèi)容：

（1）機頂盒底層驅(qū)動程序，主要包括前端、USB接口、Enthernet、Flash驅(qū)動以及接收遙控信號的相關(guān)軟件等；（2）機頂盒節(jié)目管理模塊，該模塊的主要作用是保存整機狀態(tài)信息以及用戶個性化設(shè)置信息，并對這些信息進行有效管理；保存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息，并對其進行實時更新及有效管理；除此之外，還負責獲取節(jié)目數(shù)據(jù)，并進行相應(yīng)分析；（3）機頂盒應(yīng)用程序，主要涉及到設(shè)計并顯示機頂盒用戶界面及選單界面；圖形用戶界面、選單界面以及用戶交互的應(yīng)用及管理等。基于LINUX操作系統(tǒng)的機頂盒軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見圖1所示。

2.2節(jié)目管理模塊

用戶應(yīng)用程序中一個關(guān)鍵部分就是節(jié)目操作管理模塊，此模塊的主要作用是對節(jié)目操作管理模塊與系統(tǒng)其它模塊之間的關(guān)系及通信協(xié)議進行確定，構(gòu)建節(jié)目數(shù)據(jù)庫。對于數(shù)字電視機頂盒軟件功能而言，針對節(jié)目及頻道所進行的全部實質(zhì)性節(jié)目操作是極為關(guān)鍵的一項內(nèi)容。筆者在此所闡述的機頂盒設(shè)計方案中，節(jié)目操作功能主要涉及到節(jié)目的搜索及選擇，提取及保存節(jié)目信息，針對節(jié)目數(shù)據(jù)庫所進行的相關(guān)操作等。本文所探討的機頂盒相關(guān)的界面操作相關(guān)功能大多數(shù)都與節(jié)目數(shù)據(jù)庫存在一定關(guān)聯(lián)。

（1）Builder模塊。此模塊的主要作用是根據(jù)USIF相關(guān)指令構(gòu)建節(jié)目數(shù)據(jù)庫，將搜索狀態(tài)及內(nèi)容反饋至USIF，以用戶實際需求為依據(jù)構(gòu)建頻點以及頻道信息數(shù)據(jù)庫。Builder模塊結(jié)構(gòu)詳見圖2所示。

Builder模塊所支持的搜索方式主要盲掃、網(wǎng)絡(luò)搜索以及手動搜索等三種，其中，盲掃是以預置頻點搜索節(jié)目信息為主要依據(jù)，對節(jié)目數(shù)據(jù)庫進行構(gòu)建；網(wǎng)絡(luò)搜索主要是以輸入頻點為依據(jù)，對NIT表進行搜索；以網(wǎng)絡(luò)信息為依據(jù)，對相關(guān)節(jié)目信息進行搜索，從而構(gòu)建起較為完整的網(wǎng)絡(luò)節(jié)目信息數(shù)據(jù)庫；手動搜索主要是以輸入頻點為依據(jù)對其進行搜索，從而構(gòu)建起完整的節(jié)目信息數(shù)據(jù)庫。

（2）PSI模塊。PSI模塊是建立在Demux驅(qū)動基礎(chǔ)之上的，需要借助Demux模塊而獲取Section數(shù)據(jù)搜索功能，其主要作用是向EPG以及Builder等模塊提供完整表及條件捕獲接口。PSI模塊所支持的得到表方式有GetTable以及Capture兩種，其中，借助前者所提供的功能接口，可以直接獲取表數(shù)據(jù)返回，假如超出既定時間而未獲取表數(shù)據(jù)，則返回超時；借助后者功能接口，在提出表申請的基礎(chǔ)之上，利用異步通信方式獲取表結(jié)構(gòu)，并向應(yīng)用模塊發(fā)出相應(yīng)通知。捕獲方式具體包括三種模式：Update Mode，即更新模式，在版本更新時向應(yīng)用模塊發(fā)出通知；Complete Mode，在獲取完整表結(jié)構(gòu)后向應(yīng)用模塊發(fā)出通知；Section Mode，在獲取Section數(shù)據(jù)時向應(yīng)用模塊發(fā)出通知。

（3）DBaseMgr模塊。此模塊是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要負責保存及管理頻道、頻點、系統(tǒng)信息以及EPG等相關(guān)信息；添加、刪除、編輯、排序以及查找節(jié)目頻點等。此模塊與Builder 、EPG、USIF、Player等模塊之間進行交互。為確保數(shù)據(jù)元素操作效率，防止大量內(nèi)存碎片的出現(xiàn)，同時也是出于操作便利性的考慮，采用靜動結(jié)合的設(shè)計思路，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上選擇靜態(tài)雙向鏈表式。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在功能方面具有以下特點：第一，功能較為完善，包括創(chuàng)建、管理及刪除數(shù)據(jù)庫等；可以支持多用戶操作，系統(tǒng)是建立在Linux 這一多用戶分時操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的，可以確保多個用戶在同一時間的操作需求得到有效滿足；最后，擁有完整的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)屬于嵌入式系統(tǒng)，所以模塊需要確保數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在掉電情況下的完整性。

2.3機頂盒應(yīng)用程序

機頂盒應(yīng)用程序的主要作用是顯示用戶交互選單，所以，在對機頂盒應(yīng)用程序開發(fā)方面選擇MiniGUI開源軟件。MiniGUI開源軟件是嵌入式Linux系統(tǒng)下的輕量級圖形用戶界面支持系統(tǒng)，在實踐中的應(yīng)用極為廣泛，相比較于其他嵌入式GUI而言，該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于所占用的系統(tǒng)資源有限，可以根據(jù)用戶實際需求進行靈活配置；穩(wěn)定性強，并且具備可移植性。MiniGUI的軟件架構(gòu)較為優(yōu)越，其上層與下層操作系統(tǒng)之間由抽象層IAL以及GAL進行隔離。通常情況下，基于MiniGUI的應(yīng)用程序功能的實現(xiàn)需要依托于支持庫、操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序接口以及MiniGUI 自身提供的API。以MiniGUI為基礎(chǔ)所開發(fā)的UI模塊詳見圖3所示。

3結(jié)語

綜上所述，本文首先對機頂盒軟件系統(tǒng)進行簡單介紹，之后分別從節(jié)目管理模塊的開發(fā)以及機頂盒應(yīng)用程序等角度對基于LINUX系統(tǒng)的機頂盒設(shè)計方案進行全面解讀。本文主要從Linux 操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動程序、MiniGUI 庫移植以及上層應(yīng)用程序等角度對基于LINUX系統(tǒng)的STB設(shè)計方案進行介紹和分析。機頂盒硬件平臺與軟件系統(tǒng)是機頂盒系統(tǒng)的兩大主要內(nèi)容，經(jīng)過實驗測試，結(jié)果證實本系統(tǒng)設(shè)計方案的合理性。在系統(tǒng)功能方面，主要是對DVB-C標準特點進行考慮，不僅如此，在系統(tǒng)軟件方面也對DVB-C PSI極為關(guān)注。本軟件在功能方面，不但能夠?qū)崿F(xiàn)基本的解調(diào)、信道解碼以及音頻視頻解碼輸出；而且可以根據(jù)用戶的具體需求提供選單式交互操作模式，便于用戶搜索節(jié)目、設(shè)置系統(tǒng)并對用戶設(shè)置進行保存，查看節(jié)目信息以及電子節(jié)目指南等。目前用戶對高清數(shù)字電視機頂盒的大部分要求均可以得到滿足。作為一個彩電大國，中國的機頂盒的普及率還十分有限，所以，對基于Linux 操作系統(tǒng)的機頂盒系統(tǒng)進行深入分析和探討具有重大的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1] 李哲.基于Linux與DSP技術(shù)的音視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸及編解碼技術(shù)研究[D]. 中國地質(zhì)大學（北京） 2006

[2] 程建偉.基于STi7109的IPTV機頂盒播放器的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 北京郵電大學 2010

[3] 王蕾，樸希望，李世群，陳蕾.嵌入式實時操作系統(tǒng)的時間性能測試[J]. 內(nèi)蒙古大學學報（自然科學版）. 2011（05）

[4] 方德葵主編，王明臣，姜秀華，張永輝編著.數(shù)字電視與高清晰度電視[M]. 中國廣播電視出版社， 2005

[5] 易志棟.基于XScale和Linux的嵌入式IPv6 VOD終端設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 吉林大學 2006