有线数字机顶盒OSD系统的设计

1 引言1.1 本文的背景国家广电总局在《广播影视科技"十五"计划和2010年远景规划》中明确提出：把全面推进数字化、网络化作为今后5～10年事业发展和科技创新工作的主线，并提出了我国广播影视数字化发展进程表，即：第一步是全面启动和推进（到2005年前），其间将完成地面数字电视标准的制定，在大城市开播数字电视（包括高清晰度电视）；第二步是基本实现数字化（到2010年），届时数字电视接收机得到普及；第三步是全面实现数字化（到2015年），即全面完成模拟向数字的过渡，逐步停止模拟电视的播出。

由此可见，我国已制订了明确的发展数字电视的时间计划表，数字电视看似遥远，实则已近在眼前。

按照这个要求，结合我国国情和有线电视的实际情况，有线电视数字化是目前的当务之急。

1.2 数字机顶盒的现状及发展趋势目前，数字电视技术已经基本成熟，在美国和欧洲一些发达国家，数字电视已经开始普及，中国的数字电视也已有了明确的时间表，相关标准的制定已经或接近完成，可以预计，作为接收数字电视信号并提供给当前模拟电视机的数字机顶盒产品，将在几年内得到迅速发展。

现在的机顶盒开发，通常是在芯片厂家提供的开发平台上进行，一般情况下，厂家提供的模板程序包括了TS流解调、解复用、视音频解码等控制，所以机顶盒的软件开发主要集中这样两个部分：OSD菜单和CA系统，其中CA是机顶盒的条件接入模块，是机顶盒进行电视网络运营的必要手段[1]；而OSD菜单因为直接面向用户，其质量直接关系机顶盒产品的市场前景，地位十分重要。

在竞争日趋激烈的数字机顶盒的市场中，操作简便又美观大方的用户界面是十分重要的。

目前数字机顶盒的用户界面是以其芯片的OSG功能为基础实现的，流行的数字机顶盒中间件系统[2]，如OPEN TV等，在通用OSG硬件基础上实现了图形库和OSD 菜单。

但是，这样的中间件系统费用十分昂贵，而且在其基础上开发的OSD菜单灵活性受限制，往往不能得心应手。

目前，国内的大部分机顶盒开发商都是选择在芯片OSG图形驱动上自行开发菜单系统[3]。

毋庸置疑，数字电视节目的普及已成为必然趋势，而中国现行的“模拟电视+机顶盒”的转换形式使机顶盒市场蕴藏了巨大商机。

由于信息资源更加丰富，用户与各种资源间的交互性，为使操作更加简便，易于实现智能化，OSD菜单模块也更急需完善。

1.3 软件的开发设计思想本系统开发设计思想：尽量利用人们现有的软件环境，采用简单快捷的设计方案，从而达到使用方便，容易操作的目的；此系统可以满足有线数字电视机顶盒日常使用的需要，并达到操作过程的直观、方便、实用、安全等要求；软件采用模块化程序设计方法，既便于软件功能的各种组合和修改，又便于技术维护人员进行补充、维护[4]。

2 系统需求分析2.1 系统概述OSD(On Screen Display)提供一种在电视节目图像上叠加输出图形及文字的一种操作，通过软件编程可以提供一套图形函数接口[5]。

OSD系统主要是提供给终端用户一个机顶盒功能的清单和节目的信息，让用户知道这台机顶盒到底能做什么，然后根据自己的需求调整和改变一些数据或功能。

一般机顶盒会提供10个主要菜单项：数字电视、数字广播、精彩点播、电视网站、阳光政务、证券之窗、电视信箱、缴费信息、重新收台、其他功能。

这些主要菜单下面又有子菜单，子菜单可能还有子菜单，这样一级一级的分支。

OSD系统还要把数字机顶盒收到的电视节目信息(EPG)显示出来，供用户查阅。

用户根据自己的需求来选择其中的一个菜单或者观看节目，所以就要求系统具有移动光标、翻页、选择并播放节目的基本功能。

2.2 总体目标●设计并实现各个功能菜单的界面显示●提供良好的菜单风格，让用户能有好的视觉感受●基本实现各个菜单的功能，能让用户对其进行操作●尽量提高系统的易用性、稳定性、可移植性和可扩展性[6]2.3 系统总体需求机顶盒OSD系统主要由开机启动画面、主菜单界面和节目播放界面三部分组成。

开机启动画面是在机顶盒上电开机时在屏幕上显示的画面。

此时，一般是提示用户机顶盒正在开机，让用户了解机顶盒的运行状态，以免着急。

主菜单界面是显示各个功能项菜单，如：数字电视、数字广播、精彩点播、电视网站、阳光政务、证券之窗、电视信箱、缴费信息、重新收台、其他功能等这些主菜单以及它们的子菜单。

光标可以在这些菜单上移动，便于用户选择；它们还可以响应用户的一些特定操作，如光标停在数字电视时，按遥控器上的“确认”键，屏幕就切换到数字电视菜单的子菜单界面上。

节目播放界面分为两种。

一种是全屏播放节目，这时整个屏幕显示的是电视节目的内容和画面，在这种状态下按遥控器上的“菜单”键，可以回到主菜单界面，按上下左右键可以切换频道；一种是在视频窗口中播放电视节目，视频窗口内是节目的内容，而窗口之外是菜单界面。

2.4 开发环境与运行环境系统开发环境:开发平台：Source Insight3.5开发语言：C编译工具：Ali_SDK调试工具: Win_GDB硬件具体配置如下：PC机(Windows XP/2000操作系统)数字机顶盒(嵌入式实时操作系统)电视机烧录用的JTAG线和数据线等运行环境：在数字机顶盒里运行，运行结果在电视机或PC机上显示。

3 相关原理与协议3.1 数字电视系统分类数字电视或HDTV的传输系统的任务就是将数字电视信号可靠的传送到接收机中，数字电视广播一般有三种途径：(1) DVB-T（Terrestrial）——地面数字视频广播系统，关于地面广播，其特点是最复杂，干扰最严重，频道资源紧张，因此数字电视地面广播一般启用“禁用”频道进行同播。

同时地面广播主要面临加性噪声，多径传输即符号间干扰等。

(2) DVB-S (Satellite) ——用于11/12GHz（上行/下行）的卫星电视，声音和数据业务的数据视频广播系统，卫星广播的特点是覆盖面大，质量比较好，而且资源丰富。

卫星电视广播（DVB-S）是目前重要的通信手段之一，其中DVB-S为11/12GHz频段用的卫星传输系统。

(3) DVB-C (Cable) ——有线电视的数字视频广播系统。

电缆和光纤混合网形式的有线传输CATV（HFC），其特点是质量第一，资源丰富，但成本最高，目前借助于有线电视技术开通数字电视交互业务（如视频点播）是首选方案。

本文就是基于DVB-C 技术来做详细论述的。

3.2 机顶盒工作原理机顶盒工作原理如图3.1所示：图3.1 数字机顶盒工作原理图数字机顶盒拥有的模拟视频通道，数字视频通道和双向控制通道，使其能够支持模拟式广播传输，数字式广播传输和交互功能，按照接受信号传播介质的不同，机顶盒一般分为接收卫星数字电视机顶盒，接入有线电视（CATV）机顶盒和接入Internet的WebTV 机顶盒。

一般常见性的机顶盒没有上行功能，主要是对接收数据的解复用，对压缩数据的解压缩，解密收费和信道解码。

调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，然后进行A/D转换为数字信号，再送入QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流的串行或并行数据[7]。

解复用模块接收MPEG传输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括视频PES、音频PES以及数据PES。

解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，其输出是已解扰的PES。

视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MPEG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。

音频PES送入音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG 音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。

数据流传递给CPU，由CPU做相应处理[8]。

例如，CPU根据数据流中的选单图形数据来控制图形发生器产生的选单图形；CPU还可根据用户选择产生相应的消息数据，经QPSK或QAM调制后由上行信道反馈给视频服务器。

3.3 PSI/SI协议数字电视业务信息由PSI和SI两部分构成。

PSI由MPEG-2标准定义，用于描述TS的组成结构，规范不同业务和业务中的组件如何进行复用，由PAT,PMT,CAT和NIT4种表组成[9]。

在DVB中，因PSI表不够用，需对PSI表作补充与扩展，形成了DVB-SI 规范，它由BAT,SDT,EIT,RST,TDT,ST,SIT和DIT等表构成。

PSI数据提供了使能够接收机自动配置的信息，用于对复用流中的不同节目流进行解复用和解码。

PSI信息由四种类型表组成，每类表按section传输[10]。

1）节目关联表(PAT)：-针对复用的每一路业务，PAT提供了相应的节目映射表（PMT）的位置（传输流（TS）包的包标识符（PID）的值），同时还提供网络信息表（NIT）的位置。

2）条件接收表(CAT)：-条件接收表提供了在复用流中条件接收系统的有关信息。

这些信息属于专用数据（未在本标准中定义），并依赖于条件接收系统。

当有EMM时，它还包括了EMM流的位置。

3）节目映射表(PMT)：节目映射表标识并指示了组成每路业务的流的位置，及每路业务的节目时钟参考（PCR）字段的位置。

4）网络信息表(NIT):- NIT表的位置符合GB/T 17975.1-2000 规范，但数据格式已超出了GB/T 17975.1-2000 的范围，这是为了提供更多的有关物理网络的信息。

PSI 中的PAT、CAT、PMT只提供了它所在的复用流（现行符复用流）的信息,业务信息(SI)还提供了其他复用流中的业务和事件信息。

这些数据由以下九个表构成：1）业务群关联表(BAT)：- 业务群关联表提供了业务群相关的信息，给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务列表。

2）业务描述表(SDT)：- 业务描述表包含了描述系统中业务的数据，例如业务名称、业务提供者等。

3）事件信息表(EIT)：- 事件信息表包含了与事件或节目相关的数据，例如事件名称、起始时间、持续时间等。

- 不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输，例如不同的业务类型。

4）运行状态表(RST)：- 运行状态表给出了事件的状态（运行/非运行）。

运行状态表更新这些信息，允许自动适时切换事件。

5）时间和日期表(TDT)：- 时间和日期表给出了与当前的时间和日期相关的信息。

由于这些信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。

6）时间偏移表(TOT)：- 时间偏移表给出了与当前的时间、日期和本地时间偏移相关的信息。

由于时间信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。

7）填充表(ST)：- 填充表用于使现有的段无效，例如在一个传输系统的边界。

8）选择信息表(SIT)：- 选择信息表仅用于码流片段（例如，记录的一段码流）中，它包含了描述该码流片段的业务信息的概要数据。