基于OS20的机顶盒软件体系及其应用设计

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摘 要：介绍了ST半导体公司的OS20实时嵌入式操作系统的基本特性。通过DVb-T数字电视机顶盒研发项目的应用设计，分析了机顶盒软件研发的主要问题和软件架构的实现，包括系统的状态机设计、搜台算法的实现、以EPG为主的SI解码系统的设计实现和优化，从各个方面讲述了OS20实时操作系统在机顶盒设计中的应用实践。
关键词：OS20；嵌入式系统；机顶盒；数字视频广播；电子节目指南
1 引言
在较短的时期内，DTV和SDTV不可能降到现有模拟电视接收机的价位,因此还必须通过地面数字STb将地面数字电视广播的节目显示在模拟电视接收机上。
本文结合笔者在使用ST DTTi5516主芯片开发DVb-T接收机的过程中的心得体会，结合ST半导体公司的OS20实时操作系统，谈谈数字电视接收机开发的应用设计的几个主要问题。
2 系统介绍
以DVb-T为例，整个终端接收解码过程如下图所示。



图4 搜台流程图
首先调用驱动API设定Tuner频点、符号率等参数，锁定频点（若失败，则返回）之后，根据数据更新的方式决定是否要清除ProgramList和TransponderList，然后搜索解析PAT表，PAT表解析完之后会对逐个Program解析PMT表和SDT表，所有的Program都完成之后，解析NIT表获得网络信息，更新TransponderList，最后成功返回。
需要注意的是：第一，在搜台的时候要利用Tuner的驱动函数来检测其锁定状态，而不能简单地设置超时。Tuner的状态有三种：锁定成功、锁定失败和锁定中。对于锁定成功和锁定失败，可即时返回；对于锁定中状态，需设置一定的超时机制，例如1s，来决定是否要放弃搜索；第二，在自动搜台时，对每次搜索，必须要确认dbase进程已完成相关的表解析，需用信号量来同步。
4.2.2          Data base和EPG的构建
Data base，包括ProgramList，TransponderList和EPG信息的构建。其中，ProgramList和TransponderList的构建在搜台时完成，当用户作频道管理时，需要作相应的更新并写Flash即可。
EPG信息（此处指基本EPG，不包括扩展EPG），由DVb-SI组成。对于EPG信息，最重要的是从EIT表中解出的节目时间表和当前/下一个信息，对应于EIT Schedule表（表ID为0x50-0x6F）和EIT p/f表（表ID为0x4E-0x4F）。
EIT表的信息量非常大，假如有200个Program，每个Program假如每天有20个节目，每个节目的节目内容描述必须要用256b字节来存储（SI1.0标准），假如传播的是一周节目指南，仅仅节目内容描述信息就需要存储空间：200*20*7（天）*256≈7Mb，这么大的存储空间实现这么小的一部分功能，不管对于Flash还是对于SDRAM都是不可忍受的。



图5 不同接收方法的接收速度比较
为此，只解析和存取一个Program（当前播放或默认播放Program）的EIT表信息。机顶盒启动或用户换台时进行EIT表信息的更新。尽管从理论上说，可以在前端发送的一个循环内把所有的EIT表数据都收下来放到缓冲区中去解析，但由于受解复用处理速度和遥控器按键响应灵敏度的限制，很可能在一个循环内不能接收解析所有的EIT数据，所以要对解复用的数据量和遥控器按键响应速度作折中。
根据DVb标准，8天内的EIT表信息循环传输间隔不超过10s，所以节目时间表没必要按时间顺序接受，采用乱序接收解析的方法可以大大提高EIT表的解析速度。项目实践证明，采用了乱序接收解析的方法能使一周节目指南信息的刷新速度提高3倍以上！如图5所示。优化之后，正在观看的Program的一周节目指南基本上20s左右即可完成更新。
Teletext和Subtitle的实现可以通过调用相应API按初始化->打开->链接数据流的流程即可实现。
5         结论
与众多的嵌入式实时操作系统一样，ST的OS20具有嵌入式系统所要求的实时、高效和精炼的特性，能够稳定高效地应用于高传输率的数字电视接收和解码。通过DVb-T数字电视机顶盒研发项目的应用设计实践证明，本文从系统的状态机设计、搜台算法的实现和以EPG为主的SI解码系统的设计实现和优化等各个方面给出了较优的解决方案。
参考文献：
[1] ISO/IEC 13818-1，Information technology -Generic coding of moving pictures and associated audio：Systems [S]，1994．
[2] STMicroelectronics Inc． Dtti5516 Data Sheet．[Db/OL]．http://www.st.com．
[3] ETSI EN 300 468 V1.6.1，Video broadcasting (DVb)，Specification for Service Information (SI) in DVb systems[S]，2004．
[4] ETSI EN 300 708 V1.2.1，Television systems，Data transmission within Teletext[S]，2003．
[5] 谷志奇，余松煜．机顶盒SI模块的设计与实现[J]．电视技术，2004(3)：51-53．
[6] 朱冰，郑世宝．多任务实时操作系统在数字电视接收机中的应用[J]．电视技术，2005(8+)：76-85．
[7] 郑宗汉．实时系统软件基础[M]．北京：清华大学出版社，2003．
[8] 徐登，郑世宝，金荐．一种优化的机顶盒SI引擎的设计与实现[J]．电视技术，2005(5)：13-15．
[9] 刘久富，孙德敏，杨忠，等．嵌入式软件的动态测试[J]．微计算机信息，2006(1)：82-84．