[转帖]网络交互式数字电视接收机、机顶盒及其嵌入式操作系统

HT-BEYOND · 发表于 2006-7-19 12:31:48

一、项目的背景 
（一）项目的社会背景 
经济和技术的高速发展为我国电视业提供了一个优良的发展环境。目前，电视领域数字化与集成系统的技术与产品的竞争已经在全球展开。电视技术是20世纪的重要发明之一,它一方面集成了现代微电子学、大规模集成电路、数字信号处理、计算机科学、机械、电学、声学、光学、化工和医学等科学的成果。同时又促进了多学科的发展,成为重要的观察分析测量手段,广泛地应用于文化、政治、经济、军事、航空航天、科学技术、医疗卫生、工农业、交通、公安、教育、体育等各行各业。电视已深入到数亿个家庭,成为信息采集、交换和传播的重要媒体。 
当前，传统的模拟电视技术标准正在转向数字电视技术标准，生产数字电视所使用的数字技术被视为电视工业继模拟电视技术以来的又一次新的突破。促进了广播电视、通信和计算机技术的集成与融合，发生了电视技术第三次革命，并且带来了多个领域的革命性变化,它必将促进信息产业的全面发展。在近十年内，消费者在家里，通过数字电视上网，将以电影级别的真实体验在欣赏电视节目的同时，享受电视购物、电视银行、电视商务、网上教育、远程医疗、电视办公自动化、实时电视点播、网上游览的乐趣。 
数字电视（DTV）广播传送的高清晰度图象具有35mm电影的效果，声音则具有CD立体声的品质，从而为消费者创造了一个真正的“家庭影院”。高清晰度电视图象具有各种鲜明的色彩，并且其画质细腻，使得观众能够看出波斯地毯上的精致的图案或草叶，从而使观众具有身临其境的效果。 
数字电视（DTV）除对图象和声音进行了激动人心的改进外，还可以带来许多新视野，形成一项新的基于TV的交互式数字业务。数字电视（DTV）的变革使得传统电视从被动式的、单纯的娱乐媒体变换成为交互式的、丰富的集通讯业务、信息服务和娱乐于一体的家用电器。新的数字电视标准有足够的带宽，允许电视台同时播发多套电视节目，或者同时传送数据和电视节目，开创了基于TV的交互式数据业务。 
众所周知，操作系统是软件产业的基础和龙头，它能左右软件产业发展的方向，是世界软件产业最大的利润来源。实际上，微软正是由于垄断了台式机操作系统，才确立了在软件业的霸主地位。台式机市场我国已处于被动地位，但嵌入式操作系统完全有可能成为突破口。 
嵌入式操作系统是指嵌入在芯片中的操作系统，主要应用于各种航天飞行器控制系统、数字电视机、VCD、DVD、学习机、寻呼机、手持电话，PDA、掌上PC，车载多媒体系统、电话系统、数字相机、各种智能设备、仪器仪表、家用电器等众多的军用和民用领域。与普通的操作系统相比它具有规模较小、适应性强、应用广泛等特点。 
（二）项目的技术背景高清晰度电视技术一直是视频领域研究的一个热点和难点。近年来，在美国大联盟方案和ATSC 标准确定之后，HDTV已进入产业实施阶段。 
目前HDTV主要有二种体制，即ATSC-DTV和EBU-DVB。二种体制在信源编码方面相近，都采用MPEG-2，但ATSC音频编码采用Dolby 
AC3。它们之间信道编码和调制方式的不同，是这二种体制不能兼容的主要原因。ATSC主要针对地面开路广播，采用VSB调制；DVB主要分为卫星、有线和地面等方式，DVB-S采用QPSK调制，DVB-C采用QAM调制，DVB-T采用QPSK或QAM调制及COFDM，三种方式采用的FEC编码方式有所不同，与ATSC也不兼容。 
DVB尚未确定有关HDTV的技术参数，但与SDTV兼容是可行的。为充分利用现有频率和设备资源，一般用一个8MHz电视频道来传送HDTV信号。当前在DVB体制的HDTV系统中，多选用DVB-T和DVB-MC ( MMDS )等。 DVB接收现在大多为SDTV的IRD机顶盒( STB )，但鲜有能够兼容ATSC或DVB-S、DVB-C和DVB-T间相互兼容的产品。通道解调、解码的芯片一般只针对某一种方式。但由于这几种方式有不少共同之处，预计将会有通用的芯片及IRD出现。在信源AV解码方面基本上是相同的，一般HDTV码流速率是SDTV的5～6倍，视频解码器处理速度要求较高。目前符合MPEG-2 MP@HL的单片视频解码器尚不多见，目前以ST Microelectronics 公司STi7000较为领先。随着以计算机技术、通讯技术为主的信息技术的快速发展和互联网的广泛应用，3C（Computer、Communication、Consumer）合一的趋势已初露端倪，3C合一的必然产物就是各种信息电器。在信息电器领域内，嵌入式软件必然成为重要成员，嵌入式操作系统也将成为软件业的宠儿。同时，计算机已显示出微型化和专业化的趋势，这将是嵌入式操作系统的另一应用领域。国内有4000万台VCD、2000万台学习机、7000万台寻呼机、2000万台手持电话，迅速发展的掌上PC，还有数千万台汽车，另外还有3.5亿台模拟电视机将在10年内被数字电视机替代,它们都是潜在的嵌入式操作系统的应用所在。面对如此巨大的消费类电子产品市场和潜在的用户量，嵌入式操作系统和嵌入式软件的应用前景会十分广阔。 
与传统硬软件不同，嵌入式系统一般都是针对各种特定用途而设计，这意味着微处理器和硬件体系结构将朝着多极化方向发展，而操作系统软件也将根据应用而呈现多样化的形态。在嵌入式系统领域，硬件和软件都不会发生一个标准和一个系统一统天下的局面，这给我们发展自主版权的嵌入式操作系统提供了一个难得的机遇。另一方面，从我国电子行业发展情况看，消费类电子设备如电视、电话等多已实现国产化，军事用通讯、测控和导航设备等关键系统也在为打破垄断、摆脱束缚和国防安全等目的而自行研制。发展我国自主版权的嵌入式操作系统和应用软件是当务之急。 
二、项目简介 
1．网络交互式SDTV（标准清晰度电视）机顶盒：在我们独立自主已研制成功的具有自主知识产权的高清晰度电视(High Definition Television--HDTV)接收机功能样机的基础上，研究完成的基于ST20、ST40、STi5512与ATSC，DVB-C，DVB-T、DVB-S标准的SDTV解码器（机顶盒），主要包括电源、通道接收前端、AV解码输出、嵌入式操作系统、嵌入式控制软件和条件接收（CA）系统应用软件等部分。该机顶盒的电气性能、功能、菜单形式、电气安全性、电磁兼容性等已达到商业产品的要求。 
2．网络交互式SDTV（标准清晰度电视）整机：在我们独立自主已研制成功的具有自主知识产权的高清晰度电视(High Definition Television--HDTV)接收机功能样机的基础上，研究完成的SDTV整机结构、电源和显示器、基于ST20与ATSC，DVB-C，DVB-T、DVB-S标准的网络交互式SDTV整机，主要包括电源、通道接收前端、AV解码输出、模拟电视、扫描、视放、音频功放、基于ST40的网络功能电路板、HDTV电路和网络功能电路接口、嵌入式操作系统、嵌入式控制软件、条件接收（CA）系统应用软件、电子邮件收发软件和网络浏览器等部分。该网络交互式SDTV整机的电气性能、功能、菜单形式、电气安全性、电磁兼容性等已达到商业产品的要求。 
3．网络交互式HDTV（高清晰度电视）机顶盒：在我们独立自主已研制成功的具有自主知识产权的高清晰度电视(High Definition Television--HDTV)接收机功能样机的基础上，研究完成的基于ST20、ST40、Sti7000与ATSC，DVB-C，DVB-T、DVB-S标准的HDTV解码器（机顶盒），主要包括电源、通道接收前端、AV解码输出、嵌入式操作系统、嵌入式控制软件和条件接收（CA）系统应用软件等部分。该机顶盒的电气性能、功能、菜单形式、电气安全性、电磁兼容性等已达到商业产品的要求。 
4．网络交互式HDTV（高清晰度电视）整机：在我们独立自主已研制成功的具有自主知识产权的高清晰度电视(High Definition Television--HDTV)接收机功能样机的基础上，进一步对整机结构、电源和显示器、基于ST20、ST40与ATSC，DVB-C，DVB-T、DVB-S标准的网络交互式HDTV整机进行设计与开发，主要内容包括电源、通道接收前端、AV解码输出、模拟电视、扫描、视放、音频功放、基于ST40的网络功能电路板、HDTV电路和网络功能电路接口、嵌入式操作系统、嵌入式控制软件、条件接收（CA）系统应用软件、电子邮件收发软件和网络浏览器等部分。该网络交互式HDTV整机的电气性能、功能、菜单形式、电气安全性、电磁兼容性等已达到商业产品的要求。 
5．基于DTV嵌入式操作系统：它是一个面向多目标的、多任务的、多线程的、微内核的、可扩展的嵌入式操作系统,分别应用于跨HPC、PDA等多种平台的类PC嵌入式系统和跨数字电视、控制器、可视电话等多种平台的深度嵌入式系统中。主要研究内容如下： 
（1）硬件抽象层(HAL)的描述方法和描述工具研究对不同的硬件平台进行抽象描述，目的是使内核层和具体的硬件平台隔离开来,从而实现系统内核与硬件平台的无关性,其研究内容为:　中断控制器的描述、内存控制器的描述、数据、指令缓冲器的描述、时钟描述、基本I/O 的描述。 
（2）内核层和各种调度算法研究内核层是操作系统的核心部分，其核心程序由C,C++语言实现, 与具体的硬件体系结构无关。研究的内容有：分别对类PC嵌入式系统和深度嵌入式系统内核层的线程调度、线程的同步和互斥、内存管理、消息管理、电源管理、安全管理，以及兼顾类PC嵌入式系统和深度嵌入式系统的新的结构体系及其调度、管理策略的实现方法和手段和算法等进行系统的研究与开发。 
（3）图形用户界面层(GUI)的开发和研制随着微处理器的快速发展，在嵌入式系统中实现可移植的、符合某些国际标准的、与具体硬件平台无关的图形用户界面功能，成了当前许多嵌入式系统必备的基本要求。主要研究内容为:实现多线程、消息驱动、提供触摸屏等和显示相关的驱动程序、实现与X-Window标准的部分兼容、提供汉字输入输出的功能。 
6． DTV嵌入式应用软件包括VSB驱动程序；QAM驱动程序；QPSK驱动程序；CTV驱动程序；红外线驱动程序；各种视频设备驱动程序；串并口驱动程序；USB驱动程序；各种显示设备驱动程序；各种音频设备驱动程序；模拟调谐驱动程序；电子邮件收发器；记事本；画板；通讯录；电子词典；计算器；虚拟键盘；WWW浏览器；电子日历；调制解调器驱动程序；智能卡驱动程序；网卡驱动程序等。项目的发展现状随着人们对电视图象和伴音质量要求的不断提高，以及频率资源的紧缺，传统的模拟制式彩电已不能满足人们的需求。日本从七十年代开始从事模拟高清晰度电视系统的研究，并制定了相关的MUSE制式，目前已在日本国内进行每天九小时的试播。 
美国于1993年由数家大公司组成大联盟(GA)制定美国的HDTV地面广播标准并于1995年9月15日通过了《ATSC数字电视标准》。该系统采用了MPEG-2视频压缩、传输和复用技术;音频采用杜比公司AC-3数字环绕声技术;信道调制采用残留边带数字调制(VSB)。该系统提供了从标清(SD)到高清(HD)的18种不同标准，具有较大的灵活性，目前已被美国、加拿大、韩国和台湾等国家和地区采用。美国国内已有70多家电视台正式开播（或试播）了高清晰度电视节目。 
欧洲经历了HD-MAC制式的失败后成功地制定了一整套用于卫星、有线和地面传输的数字视频广播标准通称为DVB。DVB系统具有相同的信源编解码标准----MPEG-2，针对不同的应用，在信道调制和解调上分别采用了QPSK、QAM和COFDM三种方式。DVB标准覆盖面广泛，其中用于数字卫星电视的DVB-S已经成为事实上的国际标准;在欧洲、新加坡和澳大利亚等国家和地区，DVB-T也已进入实用阶段。 
目前国际上ATSC和DVB两大阵营都在努力使自己成为国际标准，我国虽已于去年研制成功一套功能样机系统，但目前国家标准尚未确定。 
无论最终标准如何，HDTV取代传统电视已是必然趋势。无论采用何种标准，HDTV接收机都可分为三个功能模块:高频信道解调模块、信源解码模块、扫描输出及显示模块。目前，各种标准的主要分歧在于高频信道调制、解调方式的选择及伴音制式的选择，而信源解码和扫描输出及显示部分基本相同。 
目前，已有多家公司推出了用于MPEG-2的音/视频解码、AC-3音频解码、COFDM解调以及用于8VSB解调的专用芯片或专用芯片组，而高分辩率的CRT显像管只有少数几家日本公司可以提供。最近一次美国拉斯维加斯消费类电子产品展上已有多家美国及日本公司展出了基于ATSC标准的HDTV接收机，我国康佳集团公司也在会上展出了自己的样机。这标志着HDTV时代的来临，同时也表明我国在HDTV领域基本与国际同步，但我们清醒地认识到我们自主的知识产权太少，我们受制于人的地方太多。为此，根据我国自己的HDTV标准重新早日设计具有自主知识产权的IC、整机及相关模块，非常迫切和可能。 
目前，嵌入式操作系统处于群雄割据的状态，还远未出现象台式机上的垄断性操作系统，流行的嵌入式操作系统可以分为两类： 
1．从运行在个人电脑系统平台上的操作系统向下移植到嵌入式系统中，形成的嵌入式操作系统，这类产品在操作系统的结构和实现上都针对所面向的应用领域，如系统的实时性要求、高可靠性等进行了精巧的设计，而且提供了独立而完备的系统开发和测试工具。这类产品性能卓越，以往较多地应用在对系统可靠性和实时性等要求很高的军用产品和工业控制等领域中。目前，普遍推出面向PDA、HPC、数字电视、机顶盒的解决方案，但缺乏多进程，程序间保护，使用于功能比较单一的数字化家电产品。因为该类系统包含各不相同的特殊需求，所以，在这类系统中，目前并没有某一嵌入式操作系统有垄断市场的能力。 
四、项目的发展前景当前，电视工业正处于一个重大变革--数字电视（Digital Television, DTV）时代已经到来。1998年11月1日，美国42个州的广播数字电视计划开始实施，标志着电视发展的历史进入了一个重要的里程碑阶段。从模拟电视（Analog Television）到数字电视（DTV）的转变完全改变了人们使用电视的方式。在近十年内，消费者在家里，通过数字电视，将以电影级别的真实体验在欣赏电视节目的同时，享受各种网上功能。 
基于TV的交互式数据业务的市场潜力巨大，应用领域包括电视购物、电视银行、电子商务、远程医疗、网上教育、电视办公自动化、实时电视点播、电视网上游览、观众参与电视实时运动比赛项目等。实时交互性允许观众在观看MTV电视节目的同时，通过电视购物的方式，能立即购买该MTV电视节目的音乐光碟（Music CD），或者通过电视游戏的方式，与WebTV竞争者一道玩电子游戏。数字电视（DTV）与Internet的集成希望能敲开电子商务（E-Commerce）的大门。据统计，习惯于电视的广大消费者更倾向于利用电视购物，而非PC机上的Internet平台。所以，一个令人振奋的基于TV的交互式数据业务的产业化机遇正等待着人们去迎战。 
当前,嵌入式操作系统主要强调实时性、微内核性和跨多种硬件平台性，不仅支持多任务，而且还支持多线程等微机上普遍采用的各种先进技术。但是，各种嵌入式操作系统的API互不兼容，给嵌入式应用软件的开发带来一定的难度。另外，由于HDTV技术才初露端倪，世界各国都在致力于HDTV嵌入式操作系统，特别是对第二代集TV和PC功能于一体的HDTV嵌入式操作系统的研究与开发均处于起步阶段。 
项目的市场需求分析，以及经济与社会效益回顾美国高清晰度电视的发展，有两个重要的日子，一个是1996年12月24日，美国联邦通信委员会（FCC）通过了经修改的数字电视标准，制订了美国发展高清晰度电视的技术方向。接着又在1997年4月3日通过了频道分配方案和加速转轨的运营规则，制订了全国从模拟电视向数字电视过渡的时间表。据此，美国从1997年5月算起，用9年时间，把全国所有1600个电视台的广播数字化，美国将在2006年之前进入全数字电视的时代。 
根据上述时间表： 
● 全国最大的10家电视台或网络必须在1999年5月之前开始数字广播； 
● 接着的20家最大电视台或网络须在1999年11月之前开始数字广播； 
● 余下的所有商业性电视或网络须在5年内（即2002年）之前完成转轨； 
● 现在使用的模拟广播频道要在2006年前停止使用。 
据此，2006年之后，美国将不再有现在的模拟电视广播，而只有数字电视广播。这意昧着今后5、6年内数字电视将大规模地步人美国百姓家庭，也就是说，目前美国2.7亿台模拟电视机将在10年内换掉，以每台数字电视机3000美元计,仅此一项的市场价值就达8100亿美元，这还不包括数额更为巨大的电视制作与发射设备。同时，每台数字电视机均要装载一套嵌入式操作系统，按微软WINDOWS CE 嵌入式操作系统装机1台收取15美圆版权费计，此项的市场价值就达40.5亿美元。这些数字说明其市场潜力巨大。目前，我国正在规划制订数字电视标准，中央电视台正在不定时地试播高清晰度数字电视节目, 
准备通过我国自制的高清晰度数字电视地面广播传输系统实况转播国庆50周年庆典活动的高清晰度数字电视节目。据不完全统计，目前中国大约有3亿台模拟电视机在使用，同时，国内彩电厂家每年大约生产3000万台模拟电视机，据此估计，虽然，我国数字电视不会像美国那样很快以排山倒海之势取代传统模拟电视，而是与模拟电视并存一个时期。但这个并存期不可能太长，预计在15年之内，我国将进入全数字电视的时代。也就是说，我国3.5亿台模拟电视机将在15年内被数字电视机替换掉，以每台数字电视机15000元人民币计,仅此一项的市场价值就达52500亿元人民币，这还不包括当前2000多个电视台的数额更为巨大的电视制作与发射设备。同时，每台数字电视机均要装载一套嵌入式操作系统，按微软WINDOWS CE 嵌入式操作系统装机1台收取15美圆版权费计，此项的市场价值就达52.5亿美元。这是一个多么强大而诱人的市场!将产生显著的经济和社会效益。 
六、项目产品的技术含量及性能价格比 
（一）项目产品的技术含量数字电视技术集成了现代微电子学、大规模集成电路、数字信号处理、计算机科学、机械、电学、声学、光学、化工和医学等科学的高新技术成果,促进了广播电视、通信和计算机技术的集成与融合，发生了电视技术第三次革命，并且带来了多个领域的革命性变化,它必将促进信息产业的全面发展。高清晰度数字电视（HDTV）的变革使得传统的模拟电视从被动式的、单纯的娱乐媒体变换成为交互式的、丰富的集通讯业务、信息服务和娱乐于一体的家用电器。 
（二）项目产品的性能价格比 
1．网络交互式SDTV机顶盒、SDTV接收机整机主要技术指标 
1）电视功能部分 
(1) 适用标准：DVB-C，MPEG-2 MP@ML MP@ML； 
(2) 输入信号：U波段，8MHz带宽，信息速率6.96~41.34Mbps； 
(3) 解调方式：16 QAM, 32 QAM, 64 QAM, 128 QAM, 256QAM； 
(4) 两路智能卡接口（完成条件接收（CA）功能）； 
(5) FEC解码：RS(204,188)，卷积交织，交织深度=12； 
(6) 视频输出：CCIR601 CVBS，S-VIDEO，RGB； 
(7) 视频输出兼容制式：PAL/NTSC/SECAM； 
(8) 视频图象比例： 16:9，4:3，分辨率为720*480； 
(9) 视频OSD方式：高级OSD; 
(10) 音频输出：双声道 / AC3 5.1声道，频带10~22K Hz ； 
2）网络功能部分 
(1) 系统主频：150MHZ； 
(2) 存储空间：16MB RAM, 32M Flash； 
(3) 操作方式：遥控器（含电视遥控）、遥控键盘、鼠标输入； 
(4) 操作系统：嵌入式操作系统； 
(5) 网络连接：Modem；网卡 
(6) 网络协议：PPP，TCP/IP, POP3/SMTP； (7) 网络软件：嵌入式Web浏览器及嵌入式E-mail收发器。 
2．网络交互式HDTV机顶盒、HDTV接收机整机主要技术指标 
1）电视功能部分 
⑴ 适用标准：DVB-C，MPEG-2 MP@HL， MP@ML 等； 
⑵　输入信号：U波段，8MHz带宽，信息速率6.96~41.34Mbps； ⑶　解调方式：16 QAM, 32 QAM, 64 QAM, 128 QAM, 256QAM； 
⑷　两路智能卡接口（完成条件接收（CA）功能）； 
⑸　FEC解码：RS(204,188)，卷积交织； 
⑹　视频输出：SD：CCIR601 CVBS，S-VIDEO，RGB； HD：YUV/RGB，1920×1080 30fps隔行， 1280×720 60fps逐行； 
⑺　视频输出兼容制式：PAL/NTSC/SECAM； 
⑻ 视频图象比例： 16:9，4:3； 
⑼ 视频OSD方式：高级OSD； 
⑽ 音频输出：双声道 / AC3 5.1声道，频带10~22K Hz ； 
2）网络功能部分 
(1) 系统主频：150MHZ； 
(2) 存储空间：16MB RAM, 32M Flash； 
(3) 操作方式：遥控器（含电视遥控）、遥控键盘、鼠标输入； 
(4) 操作系统：嵌入式操作系统； 
(5) 网络连接：Modem；网卡 
(6) 网络协议：PPP，TCP/IP, POP3/SMTP； (7) 网络软件：嵌入式Web浏览器及嵌入式E-mail收发器。 
网络交互式SDTV、HDTV机顶盒和SDTV、HDTV接收机整机可接收全数字的高清晰度和标准清晰度电视节目，只需变更软件及相应的通道模块，就可兼容ATSC、DVB-T、DVB-C、DVB-S等多种制式。可提供多种显示模式供用户选择、切换，同时提供VGA输出，可直接接驳电脑显示器。采用DOLBY AC-3和MPEG2的多声道环绕立体声技术，使得音响效果更具临场感。两个SMART CARD插槽和主控CPU的强大功能使该机可方便的扩展条件接收（Condition Access）和互联网等多种功能。目前，在美国每台高清晰度数字电视机售价为4000～5000美元。而我们研制开发的具有自主知识产权的高清晰度数字电视机的成本价在2300美元以内，具有较高的性能价格比，利润空间非常大。

lzgdyw · 发表于 2008-8-27 16:55:42

:victory: :handshake

ansic · 发表于 2008-9-3 23:25:43

:handshake :handshake

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