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DVR高清数字机顶盒系统的研究和开发

作　者: 黄锐
导　师: 于鸿洋
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 机顶盒 DVR(Digital Video Recorder) 文件系统高清多媒体接口高带宽数字内容保护特技播放
分类号: TN948.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 177次
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内容摘要

数字电视产业正经历飞速的发展时期,随着2008北京奥运会期间的高清直播的开展,同时在全国的数字电视整体平移工程的推动下,以高清节目为主导的数字电视机顶盒也将获得更广的发展空间。而随着用户对节目存储要求和对节目的主动管理的需求越来越高,带硬盘存储、支持高清视频接口的DVR机顶盒成为了目前市场的发展趋势。本论文针对高清DVR机顶盒系统的特点,对其中的几个关键模块进行了研究。首先分析了系统需求和系统的总体结构,并介绍了项目开发的主要软硬件环境。此项目采用ST公司的STi7710作为主芯片,采用ST-OS20嵌入式实时操作系统作为软件开发平台。在此基础上本论文的工作主要集中在三个方面:第一、传统DVR机顶盒的硬盘存储系统只支持FAT格式文件系统,并且硬盘的访问速度不能达到高清视频流的要求。本设计在ATAPI硬盘接口驱动的基础上,引入了EXT2文件系统,设计了虚拟文件系统VFS来统一管理节目文件,并根据高清视频文件的特点对VFS的结构和功能进行了一定的优化,完成了代码的编写和性能测试,硬盘访问速度达到了高清节目的要求。第二、传统DVR机顶盒没有面向高清显示器的数字化标准接口。本设计在研究了HDMI高清多媒体接口及基于其上的HDCP加密协议的基础上,将HDMI高清接口和HDCP视频内容保护应用到STi7710平台上,完成了功能和流程设计。第三、前一代DVR机顶盒的DVR功能模块软件结构不清晰,重用性和扩展性不强,并且特技播放的表现还有待加强。本设计实现了DVR软件底层接口的统一封装,完成了ST7710平台上的DVR功能的模块化设计工作,在此基础上研究了MPEG-2高清码流的特点,完成了节目时间定位播放功能的设计和实现,以使用户可以更灵活的访问节目。另外本设计还优化了包括快退操作等特技播放算法,并给出了测试结果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章引言  10-15
  1.1 课题研究的背景和国内外动态  10-12
  1.2 课题研究的主要工作和意义  12-13
  1.3 论文的主要内容和结构安排  13-15
第二章 DVR 数字电视机顶盒的系统设计及开发环境  15-25
  2.1 DVR 数字电视机顶盒的系统介绍  15-19
    2.1.1 系统功能需求  15-16
    2.1.2 系统模块结构  16-18
    2.1.3 DVR 系统软件结构  18-19
  2.2 DVR 数字电视机顶盒开发环境介绍  19-24
    2.2.1 硬件平台介绍  19-20
    2.2.2 调试环境  20-21
    2.2.3 软件平台介绍——OS20 嵌入式实时操作系统  21-24
  2.3 小结  24-25
第三章 DVR 硬盘存储系统的设计和实现  25-48
  3.1 硬盘接口层  26-27
    3.1.1 ATA/IDE 接口基本原理  26-27
    3.1.2 硬盘接口的传输方式  27
  3.2 ATAPI 接口驱动层  27-29
  3.3 文件系统的设计和实现  29-32
    3.3.1 EXT2 文件系统  30-31
    3.3.2 EXT2 文件系统的实现  31-32
  3.4 VFS 通用虚拟文件系统的设计与实现  32-43
    3.4.1 VFS 虚拟文件系统的设计思想  33
    3.4.2 VFS 虚拟文件系统的实现  33-43
      3.4.2.1 VFS 的初始化  34-37
      3.4.2.2 VFS 的文件操作  37-39
      3.4.2.3 VFS 对大文件的支持  39-40
      3.4.2.4 VFS 的碎片管理  40-42
      3.4.2.5 VFS 的其它接口函数  42-43
  3.5 存储系统的测试  43-47
    3.5.1 测试环境  43-44
    3.5.2 功能测试  44-46
    3.5.3 性能测试  46-47
  3.6 小结  47-48
第四章 HDMI/HDCP接口设计及在DVR 机顶盒中的应用  48-68
  4.1 HDMI 高清多媒体接口标准及应用设计  49-57
    4.1.1 HDMI 接口工作原理  49-51
    4.1.2 HDMI 接口管理的软件设计和实现  51-57
      4.1.2.1 STHDMI 驱动层  52-53
      4.1.2.2 管理HDMI 连接的数据结构HDMI Context  53-54
      4.1.2.3 HDMI 状态机和API 接口函数的设计和实现  54-57
  4.2 HDCP 加密协议及在DVR 机顶盒中的应用  57-67
    4.2.1 HDCP 加密系统介绍  57-59
    4.2.2 HDCP 协议算法及在DVR 机顶盒中的应用设计  59-67
      4.2.2.1 校验设备连接协议算法及实现  60-63
      4.2.2.2 视频数据的像素级加密算法及实现  63-67
  4.3 小结  67-68
第五章 DVR 功能模块的设计和实现  68-97
  5.1 DVR 功能的模块化设计  68-79
    5.1.1 MPEG-2 传输流的数据结构  69-71
    5.1.2 DVR 功能的流程设计  71-72
    5.1.3 DVR 功能的软件结构  72-73
    5.1.4 DVR 功能的软件实现  73-79
  5.2 DVR 机顶盒节目时间定位播放功能的设计和实现  79-86
    5.2.1 时间定位播放功能的设计  79-83
    5.2.2 时间定位播放功能的软件实现  83-86
  5.3 DVR 机顶盒节目特技播放功能的设计和实现  86-92
    5.3.1 特技播放功能的设计  87-88
    5.3.2 流畅的快退播放的研究和设计  88-89
    5.3.3 特技播放功能的软件实现  89-92
  5.4 DVR 功能实现的测试  92-96
    5.4.1 基本功能的测试  92-94
    5.4.2 特技播放模块的测试  94-96
  5.5 小结  96-97
第六章结束语  97-98
致谢  98-99
参考文献  99-101
攻读硕士期间取得的研究成果  101-102

DVR高清数字机顶盒系统的研究和开发

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