（通信與信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)論文）基于usb的dvbc數(shù)字電視接收系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于u s b 的d v b - c 數(shù)字電視接收系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 數(shù)字電視技術(shù)近年來(lái)飛速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也一直受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)階段數(shù)字電視接 收設(shè)備主要分為電視卡、電視盒和電視棒三類(lèi)，使得我們能夠在電腦上收看數(shù)字電視節(jié)目。 國(guó)內(nèi)許多廠家正在致力于相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，但因無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍偏小，產(chǎn)品價(jià)格偏高等 原因，市場(chǎng)并未得到推廣。然而，我國(guó)的數(shù)字電視技術(shù)在這1 0 多年的時(shí)間里一直在努力 發(fā)展，特別是基于有線的數(shù)字視頻廣播已成為廣播電視業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，因此針對(duì)有線數(shù)字 電視方面的應(yīng)用設(shè)計(jì)仍然有著廣闊的前景。 本文提出的d v b c 數(shù)字電視接收系統(tǒng)是以u(píng) s b 作為傳輸接口來(lái)播放有線數(shù)字電視的 電腦外擴(kuò)設(shè)備。系統(tǒng)接收有線電視網(wǎng)的信號(hào)并轉(zhuǎn)換成滿足m p e g 2 標(biāo)準(zhǔn)的t s 流，經(jīng)過(guò)u s b 接口傳送給p c 機(jī)進(jìn)行音視頻解碼等處理，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視節(jié)目的實(shí)時(shí)播放。 論文的主要內(nèi)容與成果如下： 1 分析了u s b 2 0 總線協(xié)議，概述了u s b 2 0 總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹恚⒀芯咳?何把符合d v b c 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)碼流傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和播放。 2 選用調(diào)諧器芯片t u a 6 0 3 9 、q 舢訂解調(diào)芯片s t v 0 2 9 7 和u s b 控制芯片c y 7 c 6 8 0 1 3 a 進(jìn)行系統(tǒng)的硬件搭建，依據(jù)各模塊的功能繪制完整電路原理圖。 3 針對(duì)u s b 芯片c y 7 c 6 8 0 1 3 a 進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)固件程序，實(shí)現(xiàn)s l a v ef i f o 模式的初 始化和用戶自定義請(qǐng)求功能， 4 給出了u s b 驅(qū)動(dòng)程序及上位機(jī)播放軟件的設(shè)計(jì)思路。 該系統(tǒng)成本低，易于實(shí)現(xiàn)，并易于擴(kuò)展成其它具有復(fù)雜功能的電視接收系統(tǒng)。 關(guān)鍵訶：數(shù)字電視，i ) v b - c ，u s b 2 0 ，固件，s l a v ef i f o 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 d e s i g no f d v b - - c d i g i t a lt vr e c e i v i n gs y s t e m b a s e do nu s b a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a lt vt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s ，t h er e l e v a n ti n d u s t r y h a sa l s ob e e nc o n c e r n e d a tp r e s e n td i g i t a lt vr e c e i v i n ge q u i p m e n t sm a i n l yc o n s i s t so f t vc a r d s ， t vb o x e sa n dt vs t i c k s ，i tb e c o m e sp o s s i b l ef o ru st ow a t c hd i g i t a lt vp r o g r a m so nt h e c o m p u t e r m a n yd o m e s t i cm a n u f a c t u r e r sa r ec o m m i t t e dt ot h ep r o d u c td e v e l o p m e n t ，h o w e v e r , b e c a u s eo ft h ep o o rt e c h n o l o g y , h i 曲p r i c e ，s m a l ls i g n a lc o v e r a g ea n do t h e rf a c t o r s ，t h em a r k e t d o e s n th a v eag o o dp r o m o t i o n c o m f o r t i n g l y , t h ed i g i t a lt vt e c h n o l o g yh a sb e e nt r y i n gt o d e v e l o pi nt h i s10y e a r si no u rc o l n t r y , e s p e c i a l l yt h ed i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gb a s e do nc a b l e h a sb e c o m eap i l l a ri n d u s t r y t h e r e f o r e ，t h ea p p l i c a t i o no ft h ed i g i t a lt vb yc a b l em u s th a v ea b r o a dp r o s p e c t t h ed v b cs y s t e mt h a tw ep u tf o r w a r di sas i m p l ee q u i p m e n tf o rp e r s o n a lu s et op l a y d i g i t a lp r o g r a m so np cw i t hu s bi n t e r f a c e t h ed v b cd i g i t a lt vr e c e i v i n gs y s t e m ，w h i c h r e c e i v e st h ec a b l en e t w o r ks i g n a la n dt r a n s l a t e si ti n t ot r a n s p o r ts t r e a ma c c o r d i n g 、i t l lm p e 9 2 s t a n d a r d ，t h e nt r a n s m i t st op cf o ra u d i o v i d e od e c o d i n gt r e a t m e n tb yu s bi n t e r f a c e ，a n df i n a l l y a c h i e v e st h er e a l - t i m eb r o a d c a s t i n go ft h ed i g i t a lt v p r o g r a m s t h e m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ei nt h i st h e s i sa sf o l l o w s ： 1 t h eu s b 2 0b u ss p e c i f i c a t i o ni s a n a l y z e d ，t h eb a s i cp r i n c i p l eo fd a t at r a n s m i s s i o ni s g e n e r a l i z e d ，a n dh o wt ot r a n s m i tt h ed v b - cd a t at ot h ec o m p u t ef o rr e a l t i m ep r o c e s s i n ga n d p l a y i n gi ss t u d i e d t h ed e s i g no fd v b - cd i g i t a lt vr e c e i v i n gs y s t e mb a s e do nu s b 2 0i n t e r f a c e i st h e ni n t r o d u c e d 2 w em a i n l ys e l e c tt u n e rc h i pt u a 6 0 3 9 ，q a md e m o d u l a t o rc h i ps t v 0 2 9 7a n du s b c o n t r o l l e rc h i pc y 7 c 6 8 0 13 at oc o n s t r u c tt h eh a r d w a r es y s t e m ，a n dd r a wt h ec o m p l e t ec i r c u i t p r i n c i p l ed i a g r a ma c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o no fe a c hm o d u l e 3 w em a i n l yd oa n a l y s i so nu s bc h i pc y 7 c 6 8 0 13 aa n dd e s i g nt h ef i r m w a r et oa c h i e v e t h es l a v ef i f oi n i t i a l i z a t i o na n du s e r - d e f i n e dr e q u e s t 4 w ea l s oc o m eu pw i t ht h ed e s i g ns o l u t i o n so fu s bd r i v e r sa n dp cs o f t w a r e i ti sal o w 。c o s ts y s t e ma n de a s yt od e s i g na n di ta l s oc a nb ee x p a n d e dt oo t h e rt v r e c e i v i n g s y s t e mw i t hc o m p l e xf u n c t i o n s 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 k e yw o r d s ：d i g i t a lt v , d v b c ，u s b 2 0 ，f i r m w a r e ，s l a v ef i f o 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 1 1 有線數(shù)字電視技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展歷程 數(shù)字電視【l 】就是指從電視畫(huà)面和聲音的制作到節(jié)目的發(fā)射、傳輸、接收的所有環(huán)節(jié)都 采用數(shù)字處理的全新數(shù)字電視系統(tǒng)。數(shù)字電視采用數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)、數(shù)字圖像壓縮技術(shù) 和編碼技術(shù)等，對(duì)電視圖像和伴音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，使得接收到的圖像質(zhì)量明顯提高， 同時(shí)，數(shù)字化的處理有助于開(kāi)展多種數(shù)字信息服務(wù)，如文字廣播、加密、加擾技術(shù)等各類(lèi) 收費(fèi)業(yè)務(wù)。 其中，有線數(shù)字電視是我國(guó)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)中的主要組成部分，與傳統(tǒng)的模擬電視相比， 它的優(yōu)點(diǎn)更多，更突出，概括起來(lái)有以下幾個(gè)方面【2 】。 ( 1 ) 圖像質(zhì)量更好。與模擬電視信號(hào)不同，數(shù)字電視信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，不容易受 到傳輸信道特性和噪聲干擾的影響，并且通過(guò)糾錯(cuò)編碼技術(shù)，接收端圖像質(zhì)量基本與發(fā)端 保持一致。而且，有線電視采用閉路方式傳輸信號(hào)，因此圖像質(zhì)量比開(kāi)路收視無(wú)線電視信 號(hào)時(shí)更好，不會(huì)受到圖像重影、干擾等不利因素影響，使得高清晰度的信號(hào)得以傳輸?shù)浇K 端。 ( 2 ) 頻譜資源的利用更高。有線數(shù)字電視信號(hào)采用6 4 q , u v l 的調(diào)制方式，可使一個(gè)8 m h z 的模擬信號(hào)帶寬傳送8 到1 0 套數(shù)字電視節(jié)目，而且可以利用無(wú)線傳輸留給其他領(lǐng)域的頻 段來(lái)做傳輸，使頻譜資源得到充分的利用。同時(shí)，隨著光纖的大量應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷提 高，頻譜資源也會(huì)更加豐富。 ( 3 ) 提供雙向服務(wù)和多功能業(yè)務(wù)。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和頻道資源的充分利用，在有 線數(shù)字電視網(wǎng)上進(jìn)行各種增值和擴(kuò)展業(yè)務(wù)已經(jīng)成為了可能。數(shù)字電視網(wǎng)可與電腦網(wǎng)、電信 網(wǎng)互相連通，實(shí)現(xiàn)用戶與各種信息源之間的交互性，用戶可以自由點(diǎn)播節(jié)目，開(kāi)展網(wǎng)上購(gòu) 物、網(wǎng)上教學(xué)、電子商務(wù)等多種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 ( 4 ) 數(shù)字電視設(shè)備維護(hù)方便、使用簡(jiǎn)單。與模擬電視相比，數(shù)字化后的電視信號(hào)是二進(jìn) 制碼，信號(hào)源更加穩(wěn)定、可靠。這也使得處理數(shù)字信號(hào)可以采用大規(guī)模的集成電路，從而 減小數(shù)字設(shè)備的體積，降低使用功耗。同時(shí)數(shù)字化設(shè)備不需調(diào)節(jié)，維護(hù)方便，使用簡(jiǎn)單。 ( 5 ) 電視信號(hào)的條件接收變得更為容易。我國(guó)傳統(tǒng)的有線電視是直接接入用戶電視機(jī)的， 這一方面使管理部門(mén)收取維護(hù)費(fèi)相當(dāng)麻煩，另一方面也無(wú)法向不同的用戶群提供優(yōu)質(zhì)的收 1 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 費(fèi)節(jié)目服務(wù)，或提供特定收看內(nèi)容。在模擬電視信號(hào)中實(shí)現(xiàn)加擾、解擾或加密、解密等有 條件接收，在技術(shù)上難度較大，弄不好還可能對(duì)電視圖像造成干擾，甚至影響圖像質(zhì)量。 而在數(shù)字電視中這些問(wèn)題的解決變得相對(duì)簡(jiǎn)單，甚至可以在軟件商進(jìn)行處理，真正實(shí)現(xiàn)有 線電視的有條件接收，在管理上也由被動(dòng)局面變?yōu)橹鲃?dòng)服務(wù)。 我國(guó)的有線電視事業(yè)起步于2 0 世紀(jì)9 0 年代，在政策保護(hù)下，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，廣 電行業(yè)取得了很大的進(jìn)步，至2 0 0 9 年底，有線電視用戶基數(shù)達(dá)到1 7 4 億戶，截止2 0 1 0 年7 月，有線數(shù)字電視用戶達(dá)到7 5 0 0 萬(wàn)戶，中國(guó)有線雙向網(wǎng)絡(luò)覆蓋用戶市場(chǎng)規(guī)模已增長(zhǎng) 至3 8 0 0 萬(wàn)戶。 從有線數(shù)字電視的發(fā)展歷程【3 】，我們可以簡(jiǎn)單化為分成三個(gè)階段： ( 1 ) 初建階段，1 9 9 9 2 0 0 3 ，這個(gè)階段主要是數(shù)字電視的試驗(yàn)階段，這個(gè)階段有線電視 用戶逐年增長(zhǎng)，數(shù)字電視技術(shù)日趨完善，數(shù)字電視已經(jīng)逐漸為老百姓所認(rèn)知。 ( 2 ) 平移階段，2 0 0 3 2 0 0 8 ，這個(gè)階段實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)大中型城市的數(shù)字電視的整體轉(zhuǎn)換， 數(shù)字電視用戶快速增長(zhǎng)，數(shù)字電視用戶覆蓋比率達(dá)到2 7 6 ，付費(fèi)數(shù)字電視用戶占數(shù)字電 視用戶數(shù)達(dá)到1 0 ，數(shù)字電視已經(jīng)廣泛進(jìn)入家庭。 ( 3 ) 整合階段，2 0 0 9 2 0 1 3 ，這個(gè)階段主要是在繼續(xù)進(jìn)行數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上， 各試點(diǎn)城市進(jìn)行三網(wǎng)融合的試點(diǎn)的同時(shí)進(jìn)行各省的有線電視網(wǎng)絡(luò)全省范圍的網(wǎng)絡(luò)整合，在 摸索出電信運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商及廣電運(yùn)營(yíng)商三大運(yùn)營(yíng)體系之間網(wǎng)絡(luò)互連、協(xié)議互通、 業(yè)務(wù)互相覆蓋的三網(wǎng)融合模式的同時(shí)在廣電行業(yè)形成省、市、縣三級(jí)貫通、統(tǒng)一管理、統(tǒng) 一經(jīng)營(yíng)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的有線電視網(wǎng)絡(luò)新體制，為實(shí)現(xiàn)真正的三網(wǎng)融合鋪平道路。 應(yīng)該說(shuō)經(jīng)過(guò)1 0 年的發(fā)展有線數(shù)字電視已經(jīng)完成己初具規(guī)模，已經(jīng)成為廣播電視業(yè)的 支柱產(chǎn)業(yè)。 1 2 數(shù)字電視接收設(shè)備比較 我們這里所說(shuō)的電視接收設(shè)備【4 】指的是使用個(gè)人計(jì)算機(jī)收看電視節(jié)目的一種設(shè)備的 統(tǒng)稱，如今我們所了解的電視接收設(shè)備主要可以分成三類(lèi)：電視卡、電視盒和電視棒。 p c i 電視卡通過(guò)內(nèi)置的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片將模擬電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù) 字信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理之后就能使電視畫(huà)面呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)顯示屏上，同時(shí)還能夠錄制電視節(jié)目。 電視卡除了提供標(biāo)準(zhǔn)電視接收功能外，往往提供了不同程度的視頻捕捉功能，可以動(dòng)態(tài) 靜態(tài)地捕捉視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流，有的還可制作v c d 。電視卡的價(jià)格一般較低，不需 外接電源，可以在w i n d o w s 系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)多窗口運(yùn)行，但是p c i 電視卡有著十分明顯的缺 點(diǎn)，那就是需要打開(kāi)計(jì)算機(jī)主機(jī)箱，插在計(jì)算機(jī)主板的p c i 插槽中進(jìn)行安裝，這樣容易 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 受到電腦內(nèi)部元器件的電磁干擾，引起其播放質(zhì)量下降。 電視盒外觀類(lèi)似盒子，結(jié)構(gòu)一般包括信號(hào)輸入端口、視頻解碼和視頻處理電路、音頻 切換和處理電路、單片機(jī)控制電路、存儲(chǔ)器電路、視頻和音頻輸出端口、遙控信號(hào)接收器 以及控制按鍵。電視盒不僅能夠完成電視視頻接收和v c d 播放等基本功能，而且具有圖 像多畫(huà)面顯示、操作方便靈活、圖像清晰等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在許多電視盒還增加了采集節(jié)目的功 能，用戶可以通過(guò)電腦對(duì)采集的視頻進(jìn)行后期編輯處理，并可以刻錄成光盤(pán)以便保存。電 視節(jié)目的效果跟它的芯片有直接的關(guān)系，但是價(jià)格昂貴。 電視盒按接口分主要分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)，便是最為常見(jiàn)的v g a 電視盒。它主要以 v g a 接口為連接方式，不需要任何驅(qū)動(dòng)和軟件支持就能與顯示器連接使用，操作起來(lái)相 當(dāng)方便。與電視卡不同的是，v g a 電視盒采用了外置式的獨(dú)立設(shè)計(jì)，可以脫離電腦主機(jī) 獨(dú)自工作，不開(kāi)主機(jī)就可以看電視。由于電視盒的內(nèi)部p c b 板有了外殼保護(hù)，所以不僅 避免了機(jī)箱內(nèi)的電磁干擾，同時(shí)不存在任何兼容性問(wèn)題。但是v g a 電視盒的缺點(diǎn)是不具 備錄制功能。另外的第二類(lèi)電視盒，則是被稱為高清數(shù)字的電視盒d v i 電視盒，甚 至是h d m i 電視盒。它傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，數(shù)字圖像信息不須經(jīng)過(guò)任何轉(zhuǎn)換，和傳統(tǒng)模 擬v g a 接口來(lái)比則減少了數(shù)字到模擬再到數(shù)字的繁瑣轉(zhuǎn)換過(guò)程，避免了信號(hào)損失，使圖 像清晰度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)力都得到了提高。目前國(guó)內(nèi)擁有d v i 接口的電視盒非常之少，只有 圓剛一家品牌而已。而從安裝上來(lái)說(shuō)，電視盒也可以分為可與顯示器直接連接的，和通過(guò) u s b 接口和電腦主機(jī)連接的兩大類(lèi)。 電視棒是數(shù)字電視進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，它的工作原理與u s b 電視盒類(lèi)似，但是它外 形更j j n d , 巧，酷似u 盤(pán)，以u(píng) s b 接口和電腦相互連接，只要安裝驅(qū)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)即插即用， 適合筆記本電腦，并且攜帶方便適合外出使用。u s b 電視棒根據(jù)接收信號(hào)的不同可以分 成許多種模擬電視棒、d v b c 電視棒、c m m b 移動(dòng)電視棒和d m b t h 的國(guó)標(biāo)高清 電視棒和網(wǎng)絡(luò)電視棒。 現(xiàn)如今，p c i 電視卡因其諸多缺點(diǎn)已相繼被淘汰，而電視盒特別是電視棒卻越來(lái)越受 到了不少用戶的關(guān)注，本次課題所研究設(shè)計(jì)的是類(lèi)似電視棒的簡(jiǎn)單的數(shù)字電視接收設(shè)備。 1 3 課題的研究背景及意義 電視數(shù)字化是一個(gè)全球的趨勢(shì)。同時(shí)，廣播電視是我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)的重要組 成部分，廣播電視數(shù)字化是國(guó)家現(xiàn)代化和社會(huì)信息化的重要標(biāo)志。在與人們工作生活密切 相關(guān)的電腦、手機(jī)和電視三大信息平臺(tái)中，電腦和手機(jī)己實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，為人們 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 帶來(lái)了多姿多彩的資訊和娛樂(lè)服務(wù)，也為相關(guān)企業(yè)帶來(lái)了巨額利潤(rùn)。特別是有線數(shù)字電視 產(chǎn)業(yè)【5 】從誕生的那天開(kāi)始就注定是一個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它匯集了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、 音視頻編解碼技術(shù)、芯片技術(shù)、嵌入式軟硬件技術(shù)等；同時(shí)還要遵從眾多的標(biāo)準(zhǔn)，d v b 標(biāo)準(zhǔn)、中間件標(biāo)準(zhǔn)、c a 標(biāo)準(zhǔn)、多種音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)等等，應(yīng)該說(shuō)這個(gè)行業(yè)是多個(gè)產(chǎn)業(yè) 的交匯地帶、是一個(gè)高技術(shù)人才聚集的地帶。所以，有線數(shù)字電視同時(shí)作為廣電行業(yè)三網(wǎng) 融合的排頭兵已經(jīng)成為眾人關(guān)注的焦點(diǎn)。 同時(shí)，隨著個(gè)人電腦的普及，電腦已經(jīng)成為大部分人群的個(gè)人多媒體娛樂(lè)中心，用電 腦聽(tīng)音樂(lè)、看v c d d v d 、玩游戲、上網(wǎng)、聊天。至少在目前i n t e m e t 帶寬仍然極為有限 的情況下，電視仍然是大眾娛樂(lè)的主要方式。所以，隨著數(shù)字電視的不斷發(fā)展，我們有理 由相信，開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單易用的個(gè)人電腦外擴(kuò)設(shè)備來(lái)播放高清數(shù)字電視是一種不錯(cuò)的方案。 而在計(jì)算機(jī)的各種接口中，u s b 接口有著傳輸速度快、支持熱拔插、即插即用、易于擴(kuò) 展和占用系統(tǒng)資源少等優(yōu)點(diǎn)，我們可以相信，用u s b 接口完全可以滿足數(shù)字電視信號(hào)傳 輸?shù)男枨?，并?shí)現(xiàn)在p c 機(jī)上的實(shí)時(shí)處理和播放。 而d v b ( 數(shù)字視頻廣播) 標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)字視頻、數(shù)據(jù)等傳輸?shù)闹匾獦?biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被多個(gè)國(guó) 家所接受，并廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、有線電視和地面廣播【6 】。同時(shí)，我國(guó)的有線電視網(wǎng)作為主 干網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋面廣、規(guī)模大，所以在大力發(fā)展數(shù)字電視的緊要時(shí)刻，基于電纜的數(shù)字視 頻廣播( d v b c ) 必將在數(shù)字電視廣播中占有重要的一席之地。而且，由于國(guó)內(nèi)現(xiàn)在通過(guò)衛(wèi) 星和地面無(wú)線發(fā)送的電視、廣播信號(hào)技術(shù)還未成熟，信號(hào)覆蓋范圍也僅限部分城市，導(dǎo)致 節(jié)目頻道有限，信號(hào)質(zhì)量不高。因此，采用有線電纜的d v b 。c 電視棒仍有它的優(yōu)勢(shì)所在， 尤其是應(yīng)用于家庭和高校宿舍中。但我們相信，隨著數(shù)字電視和移動(dòng)多媒體技術(shù)的發(fā)展， c m m b 電視棒和d m b t h 電視棒以后也必定會(huì)走入千家萬(wàn)戶。 1 4 研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 本篇論文的章節(jié)安排如下： 第一章介紹有線數(shù)字電視技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展歷程；比較三類(lèi)數(shù)字電視接收設(shè)備的優(yōu) 缺點(diǎn)并闡述本課題研究的背景、可行性及其研究意義；簡(jiǎn)單介紹課題的研究?jī)?nèi)容以及確定 本論文的結(jié)構(gòu)。 第二章簡(jiǎn)單介紹d v b 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容與特點(diǎn)，概述d v b c 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，講述d v b c 標(biāo)準(zhǔn)中的信道編碼與調(diào)制規(guī)范。 第三章研究了u s b 總線協(xié)議，包括物理連接、電氣特性、協(xié)議層、數(shù)據(jù)的傳輸方式 在蟹 寸o 4 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章本章是論文的重點(diǎn)部分。本章詳細(xì)介紹了各芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了數(shù)字電 視接收系統(tǒng)的硬件電路；重點(diǎn)介紹了c y 7 c 6 8 0 1 3 a 芯片的s l a v ef i f o 傳輸模式，并使用 k e i lc 5 1 完成了設(shè)備固件程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 第五章介紹設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序與上位機(jī)播放軟件設(shè)計(jì)思路。 第六章結(jié)束語(yǔ)?？偨Y(jié)全文，對(duì)本篇論文的全部工作做簡(jiǎn)要總結(jié)，并對(duì)下步工作做了 展望。 本課題所研究的項(xiàng)目為應(yīng)用設(shè)計(jì)，屬于老師的自選題目，是市場(chǎng)上沒(méi)有的一種產(chǎn)品的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是結(jié)合市場(chǎng)與用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。就整體而言，屬于一種創(chuàng)新的產(chǎn)品，是整休 的創(chuàng)新。作為本項(xiàng)目的主要成員之一，我在整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程中主要負(fù)責(zé)的工作是： ( 1 ) 了解d v b c 標(biāo)準(zhǔn)中信道編碼與調(diào)制規(guī)范，掌握電視接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架和工作原理。 ( 2 ) 根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)合理選擇芯片搭建系統(tǒng)架構(gòu)，并完成系統(tǒng)整體電路圖的設(shè)計(jì)。 ( 3 ) 針對(duì)u s b 2 0 芯片c y 7 c 6 8 0 1 3 a ，基于u s b 2 0 協(xié)議編寫(xiě)固件程序。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章d v b 標(biāo)準(zhǔn)概述 2 1 d v b 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 d v b 【7 】，數(shù)字視頻廣播( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g 的縮寫(xiě)) ，是由d v b 項(xiàng)目維護(hù)的一系 列國(guó)際承認(rèn)的數(shù)字電視公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)。d v b 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，實(shí)際上起源于高清晰度電視( h d t v ) 的研究。1 9 9 3 年，2 0 0 多個(gè)組織參j j i i d v b 項(xiàng)目，目的是要設(shè)計(jì)一個(gè)通用的數(shù)字電視系統(tǒng)， 使得各種傳輸方式之間能夠得到最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)8 年的研究開(kāi)發(fā)，完成了數(shù)字視頻廣 播技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，該系統(tǒng)中包括衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)d v b s ，有線電視傳輸系統(tǒng)的 標(biāo)準(zhǔn)d v b c 和地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)d v b t ，其中d v b s 和d v b c 標(biāo)準(zhǔn)己作為世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)被大 多數(shù)國(guó)家接受( 包括中國(guó)) ，它們較其他標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是靈活，可擴(kuò)充至移動(dòng)通信領(lǐng)域。 d v b 標(biāo)準(zhǔn)是一套可以應(yīng)用于不同傳輸媒介的全數(shù)字電視系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。d v b 系統(tǒng)采用統(tǒng)一 的信源編碼方式，并選擇m p e g 一2 格式作為視頻及音頻的壓縮格式，然后轉(zhuǎn)換成傳輸碼流 ( t s 流) 后進(jìn)行復(fù)用。d v b 系統(tǒng)根據(jù)不同的傳輸媒介采用不同的傳輸方式：地面?zhèn)鬏斈Ｊ?中采用c o f d m 系統(tǒng)，c a t v 傳輸模式中采用6 4 q a m 系統(tǒng)，衛(wèi)星傳輸模式中采用a p s k 系統(tǒng)。 另外，d v b 以單一系統(tǒng)方式針對(duì)s d t v 和h d t v 可用于所有廣播媒介。在8 m h z 傳輸頻帶內(nèi) 可選擇4 9 31 7 m b i t s 不同的傳輸碼率【8 1 。 d v b 系統(tǒng)是要一種對(duì)所有傳輸媒體都適用的數(shù)字電視技術(shù)，它在制定的標(biāo)準(zhǔn)系列中很 好的實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。d v b 標(biāo)準(zhǔn)主要有以下特點(diǎn)： ( 1 ) 系統(tǒng)傳送m p e g 2 格式的視頻、音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)。 ( 2 ) 系統(tǒng)采用公共m p e g 2 傳送復(fù)用方式。 ( 3 ) 系統(tǒng)采用公共的服務(wù)信息系統(tǒng)用于描述廣播節(jié)目的服務(wù)信息。 ( 4 ) 系統(tǒng)采用里德索羅門(mén)前向糾錯(cuò)編碼保護(hù)。 ( 5 ) 使用統(tǒng)一的加擾方法和條件接收接口。 ( 6 ) 不同的傳輸媒介選擇相應(yīng)的調(diào)制與編碼方式以及需要的糾錯(cuò)方法。 ( 7 ) 推廣d v b 標(biāo)準(zhǔn)至世界范圍。 2 2d v b c 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) d v b c 的歐洲標(biāo)準(zhǔn)是由e t s i ( 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)于1 9 9 4 年1 2 月制定的，標(biāo)準(zhǔn)編碼 6 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 號(hào)位e t s3 0 04 2 9 。我國(guó)制定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為有線數(shù)字電視廣播信道編碼和調(diào)制規(guī)范， 編號(hào)為g y t 1 7 0 2 0 0 1 ，該標(biāo)準(zhǔn)等同于國(guó)際主流有線電視標(biāo)準(zhǔn)，即d v b c 標(biāo)準(zhǔn)【9 】。 d v b c 數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)由功能模塊組成，能將電視基帶信號(hào)適應(yīng)于有線電視系統(tǒng)的信 道特性。有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的特點(diǎn)有：傳輸信道的帶寬窄；信號(hào)電平高，接收端 最小輸入信號(hào)在1 0 0 m v 以上：傳輸信道質(zhì)量好，光纜和電纜內(nèi)的信號(hào)不易受n ； i - 來(lái)干 擾。 d v b c 有線前端與接收的系統(tǒng)組成方框圖如圖2 1 所示： 圖2 1d v b c 有線前端與接收的系統(tǒng)框圖 圖2 1 中各部分的作用： ( 1 ) 基帶接口與同步 經(jīng)過(guò)此單元的處理，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合于信號(hào)源的格式，該單元中的幀結(jié)構(gòu)與m p e g 2 傳送格式相同。 ( 2 ) s y n c1 變換和隨機(jī)化 該部分將反轉(zhuǎn)s y n c l 字節(jié)極性，并為了頻譜成形將隨機(jī)化數(shù)據(jù)流。 ( 3 ) r s 編碼器 數(shù)據(jù)包隨機(jī)化后，使用截短的r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) 編碼，以產(chǎn)生一個(gè)具有防錯(cuò)功能的保護(hù) 包。 ( 4 ) 卷積交織器 7 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 該部分應(yīng)完成一個(gè)深度為i = 1 2 字節(jié)的誤碼保護(hù)包的卷積交織，同步字節(jié)周期不做改 變。 ( 5 ) 字節(jié)到m 比特符號(hào)變換 該部分是將交織器產(chǎn)生的字節(jié)變換為m 比特的q a m 符號(hào)。 ( 6 ) 差分編碼 為了獲得旋轉(zhuǎn)不變的星座圖，該單元對(duì)每個(gè)符號(hào)的兩個(gè)最高有效位進(jìn)行差分編碼。 ( 7 ) 基帶成形 該部分完成經(jīng)差分編碼的m 比特符號(hào)到i 和q 信號(hào)的映射。在q a m 調(diào)制前，對(duì)i 、 q 信號(hào)進(jìn)行余弦滾降平方根濾波。 ( 8 ) q a m 調(diào)制和物理接口 該部分首先完成q a m 調(diào)制，并且將q a m 已調(diào)信號(hào)通過(guò)i f 或i 強(qiáng)接e l 發(fā)送至射頻信 、j 上 遭。 有線數(shù)字電視接收設(shè)備的工作原理和過(guò)程，是上述情況的逆處理，從而得到基帶信號(hào)， 因此不再贅述。 d v b c 系統(tǒng)的一些重要參數(shù)如表2 1 所示： 表2 1d v b c 系統(tǒng)的一些參數(shù) 2 m - q a m m - - 6 符號(hào)整形余弦平方根滾降濾波 滾降因子r 1 s y m b 0 1 5 比特率r m b p s 3 8 0 1 4 7 0 6 符號(hào)率s m s p ss = r x ( 2 0 4 1 8 8 ) x ( 1 m ) 常用符號(hào)率值 m s p s 6 8 7 5 最大符號(hào)率s m a x m s p s s = s m h z ( 1 + r ) 誤碼率b e r 1 0 4 1 0 1 1 c n c n = ( e c n o ) ( r b z ) 頻譜效率 b i t s h z 6 ( 6 4 一q a m ) 香農(nóng)公式c 實(shí)際鄧6 ) ( c n ) 2 3d v b c 的信道編碼與調(diào)制 d v b c 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中傳送數(shù)字電視的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào) 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 1 ) 幀結(jié)構(gòu) 幀的組成結(jié)構(gòu)基于m p e g 一2 傳送包結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示。 s y n c 1 8 7 字節(jié) 1 字節(jié) ( a ) m p e g 一2 傳送復(fù)用包 1 一 f i l d o ，u 棚一l j v j 丁l j r f? f? rrr r s y n c l 1 8 7 字節(jié)s y n c 2 1 8 7 字節(jié) s y n c 8 1 8 7 字節(jié) s y n c l 1 8 7 字節(jié) ， ( b ) 隨機(jī)化后的傳送包：同步字節(jié)和隨機(jī)化序列r ( c ) 里德- 所羅門(mén)( r s ) ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 ) 誤碼保護(hù)數(shù)據(jù)包 f s y n c i 或s y n c l 或s y n c l 或 s y n c n 2 0 3 字節(jié) s y n c n2 0 3 字節(jié)s y n c n ， ( d ) 交織幀：交織深度i - 1 2 字節(jié) s y n c l = 沒(méi)有隨機(jī)化的逐比特取反同步字節(jié) s y n c n = 沒(méi)有隨機(jī)化的同步字節(jié)，n = 2 ，3 ，8 圖2 2 幀結(jié)構(gòu) ( 2 ) 信道編碼 為滿足有線數(shù)字電視廣播誤碼保護(hù)要求，使用基于r s 碼編碼的f e c 與衛(wèi)星傳送系 統(tǒng)的不同，有線傳送不使用卷機(jī)編碼，而使用字節(jié)交織來(lái)實(shí)現(xiàn)抗突發(fā)編碼保護(hù)。 1 ) 頻譜成形隨機(jī)化 系統(tǒng)輸入碼流為m p e g 一2 傳送m u x 包，包長(zhǎng)為固定長(zhǎng)度，總長(zhǎng)1 8 8 字節(jié)，其中包括 一個(gè)同步字節(jié)( 即4 7 陽(yáng)三x ) 。發(fā)送端的處理順序始終是從同步字節(jié)的m s b 開(kāi)始。 m p e g 2 傳送復(fù)用器輸出端的數(shù)據(jù)按圖2 3 所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)化。偽隨機(jī)二進(jìn)制序 列( p r b s ) 生成多項(xiàng)式為：1 + x 1 4 + x 1 5 。 9 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ll010f110llloi 1 10l 0 10101010l0 使能數(shù)據(jù)輸入 與門(mén) 異或 門(mén) 圖2 - 3 隨機(jī)化與去隨機(jī)的原理框圖 在每8 個(gè)傳送包的開(kāi)始處，把序列“1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 ”裝入p r b s ( 偽隨機(jī)二進(jìn)制 序列) 寄存器，對(duì)其進(jìn)行初始化，過(guò)程參見(jiàn)圖2 3 。為了向解擾器提供一個(gè)初始化信號(hào)， 則將每組第一個(gè)傳送包的m p e g 2 同步字節(jié)，通過(guò)逐比特取反的方式由4 7 h e x 轉(zhuǎn)換為 b 8 h e x 。而把p r b s 生成器輸出的第一個(gè)比特，加到被取反的m p e g 2 同步字節(jié)后面的 第一個(gè)字節(jié)的第m s b 位上。 2 ) r s 編碼 在能量擴(kuò)散隨機(jī)化處理之后，采用截?cái)嗟膔 s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 ) 編碼生成一個(gè)誤碼 保護(hù)數(shù)據(jù)包，見(jiàn)圖2 2 ( c ) ，r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 ) 是由原始的r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ，t = 8 ) 截?cái)?而得到的。數(shù)據(jù)包同步字節(jié)，不論是未反轉(zhuǎn)的( 即4 7 h e x ) 還是已經(jīng)逐比特去取反的( 即 b 8 h e x ) ，也都要進(jìn)行r s 編碼處理。 截?cái)嗟膔 s 碼可以通過(guò)在( 2 5 5 ，2 3 9 ) 編碼器輸入的信息字節(jié)之前加5 1 個(gè)全為0 字 節(jié)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在r s 編碼過(guò)程完成后，這些空字節(jié)將被去掉。 3 ) 卷積交織 對(duì)誤碼保護(hù)包進(jìn)行深度為i = 1 2 的卷積交織過(guò)程如圖2 - 4 所示，其結(jié)果是生成一個(gè)交 織幀，見(jiàn)圖2 2 ( d ) 。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ii一一一一一一一一一-一一一一一一一一一一一一一一一一-一一一一一一一-一一：l圃 l hj ，y - r ，ii i 9h l l 啤2 i 圖2 4r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) 編碼時(shí)的卷積交織器與去交織器原理圖 卷積交織器由1 2 分支構(gòu)成，由輸入開(kāi)關(guān)周期性地把輸入字節(jié)流接入各路輸入。每一 路是深度為m j 個(gè)單元的先入先出( f i f o ) 移位寄存器，其中m = 1 7 = n i ，n = 2 0 4 = 誤碼 保護(hù)幀長(zhǎng)度，i = 1 2 = 交織深度，j = 分支號(hào)。每個(gè)f i f o 單元大小為一個(gè)字節(jié)，并且輸入與 輸出的開(kāi)關(guān)應(yīng)同步。 ( 3 ) 字節(jié)到符號(hào)的映射 由于發(fā)射端在卷積交織之前以及接收端在卷積反交織之后，信息都是以0 ，1 比特的 形式存在，而在2 m - q a m 調(diào)制解調(diào)過(guò)程中，調(diào)制符號(hào)需要和m 個(gè)比特進(jìn)行映射。對(duì)于不 同的q a m 調(diào)制，映射的符號(hào)數(shù)也不同。在任何情況下，符號(hào)z 的m s b 都應(yīng)取字節(jié)v 的 m s b 。相應(yīng)地，該符號(hào)的下一個(gè)有效位應(yīng)取字節(jié)的下一個(gè)有效位。2 m - q a m 調(diào)制情況下， 該處理將k 個(gè)字節(jié)映射到n 個(gè)符號(hào)，例如：8 k = m * n 6 4 一q a m 情況下的處理在表中有詳細(xì)說(shuō)明( 這里m = 6 ，k = 3 ，n = 4 ) 。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 表2 - 2 用于6 4 一q a m 的字節(jié)到m 比特符號(hào)變換 自交織器字節(jié)v字節(jié)v = i字節(jié)v = 2 輸出( 字 節(jié)) b 7 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2b l b 0b 7 b 6 b 5 b 4 b 3b 2 b l b 0b 7 b 6b 5 b 4 b 3 b 2 blb 0 至差分編 m s b l s b 碼器( 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b1 b ob 5 b 4 b 3 b 2 b1 b 0b 5 b 4 b 3 b 2 b l b ob 5 b 4 b 3 b 2 b l b o 比特符 符號(hào)z符號(hào)z + i符號(hào)z + 2符號(hào)z + 3 號(hào)) 在6 4 q a m 調(diào)制時(shí)，每個(gè)符號(hào)為6 比特，分成兩路，每路3 比特。i 軸和q 軸各自為 3 比特，構(gòu)成士1 、士3 、士5 、- 4 - 7 的8 電平，在符號(hào)映射時(shí)將3 字節(jié)變換成4 符號(hào)。表2 2 中，b 0 為每個(gè)字節(jié)或每個(gè)符號(hào)的最低有效位，符號(hào)z 在符號(hào)z + i 之前傳輸。 ( 4 ) 調(diào)制 d v b c 系統(tǒng)調(diào)制方式采用1 6 q a m ，3 2 q a m ，6 4 q a m 和1 2 8 q a m ( 正交幅度調(diào)制) 等多種方式。當(dāng)多元調(diào)制為2 m q a m 情況下，則需把k 個(gè)字節(jié)變換成n 個(gè)符號(hào)，即8 k = m n ，變換后的符號(hào)的最高2 比特進(jìn)行差分編碼，圖2 5 是字節(jié)到m 比特位符號(hào)變換、兩 位m s b 差分編碼示意圖，差分編碼后形成i k 和q k 分量。 l 。7 一、一q 字節(jié)到m 比特符 l 映 芻卷積交織藉 b k 2 b q ! 差分編碼l q ” ! 射 i 號(hào)變換 a k = m s b 7 1i k 7r q 圖2 5 字節(jié)到m 比特位符號(hào)變換、兩位m s b 差分編碼示意圖 其中，1 6 q a m 時(shí)，q = 2 ；3 2 q a m 時(shí)，q = 3 ；6 4 q a m 時(shí)，q = 4 ；1 2 8 q a m 時(shí)，q = 5 ； 2 5 6 q a m 時(shí)，q = 6 。 1 6 q a m ，3 2 q a m ，6 4 q a m 的星座圖如圖2 - 6 所示，星座圖代表了有線系統(tǒng)中傳輸 的信號(hào)。 1 6 * q a ! l | i 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 0 、( i t q t ：1 0 1k q 卜篇0 0 o l lj o o i0 棼l 斡0 0 l l i 穩(wěn)l ol o o ot 0 0 0 00 0 0 i | l o il 0 l 攀掣9 l ll i ：；l 玨0 1 0 l0 l l l i l q o = ：i1 il q = 0 1 3 2 - ( ! a m l 爵自；0l 爵1 0 ll 9 l l 鞋il l 鞋1 0 葑 0 臻玨 毪q 爭(zhēng)= 纛罐q a m l 鰣鞋1 攤t l 竊0 l 霸自韙6 l l雉0 l t l t l t 0 0i 0 0 0 0 0 0 11 li(1qk = 0 ，1 i q 1 摯黝l 辯, i p 黝學(xué)蹲薯鯔 城 濰麟l 瓣l 舞 鈺翻麟 蘸 濰 鞠 g 巷l 自轔l l 黼i i ；li 黼i l l 女q l 囂蟄 警l 賺墅謦ll 紫i 懶靶o i 絮 紫髓紫3 黼 鰳猁 0 # l l l 瀚瓣 涵撼瓣姻 潮鞲i 0 0 鰳耱8 勰自鰳黼瓣鰳毽疆瓣 自瓣l 瓣 “ 霸隧繃瓣i # 麟l 麟# 熊女 9 譽(yù)嘲8 氅黲醛撼雹。2 秘擎溯綹 1 瓣引攛l 籀耱 鞠8 濺 聰鰳#；勰l 瓣臻瓤 ll 燃瓣# t l j l l l l i 臻i l t $ i # l l l l ll l i j | 1 0 1 。+ 。4 1 譬t 囂穩(wěn) l l 渤l l l g 陽(yáng)戮期l 臻l 辯 i l # l 1 0 目 t l e l i 圖2 - 61 6 q a m ，3 2 q a m ，6 4 q a m 星座圖 由圖可示，通過(guò)改變兩個(gè)n s b 位( 即i k 和q k ) 并據(jù)表2 - 3 給出的規(guī)則旋轉(zhuǎn)q 個(gè)i s b 位， 可將第1 象限中的星座點(diǎn)變換至第2 、3 、4 象限。 表2 3 星座圖中的第1 象限星座點(diǎn)到其他象限星座點(diǎn)的變換 象限 m s b l s b 旋轉(zhuǎn) l0 0 21 0+ 2 3“+ 霄 40 1+ 3 7 c 2 n v0 | | i kqp m 絮 0 q 0 l 0 o l l 女q 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3 章u s b 總線協(xié)議 3 1u s b 總線概述 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ，通用串行總線) 【lo 】是計(jì)算機(jī)上一種新型的接1 2 1 技術(shù)，u s b 2 0 的最高傳輸速度可達(dá)4 8 0 m b s 。而且，u s b 接v 1 體積小巧，支持總線供電，使得計(jì)算機(jī)與 外圍設(shè)備之間的連接更加簡(jiǎn)便。u s b 技術(shù)可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)接口技術(shù)的一大突破，支持熱插 拔、即插即用、節(jié)省系統(tǒng)資源和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)都是其他接口所不具備的，并且可支持多 個(gè)外部設(shè)各的連接與通信。同時(shí)，u s b 2 0 具有良好的兼容性，支持全速( u s b l 1 ) 或者 低速( u s b l o ) 甚至高速( u s b 2 0 ) 傳輸。因此，u s b 接口的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，大有取 代其他接口的趨勢(shì)。 u s b 體系包括“主機(jī)”、“設(shè)備”以及“物理連接”三個(gè)部分。其中主機(jī)是一個(gè)提供u s b 接 口及接口管理能力的硬件、軟件及固件的復(fù)合體。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，u s b 主機(jī)處于 主導(dǎo)地位，它負(fù)責(zé)啟動(dòng)數(shù)據(jù)和命令的傳輸，u s b 設(shè)備被動(dòng)地響應(yīng)主機(jī)的請(qǐng)求。在u s b 協(xié) 議中規(guī)定，一個(gè)u s b 系統(tǒng)中只允許一個(gè)u s b 主機(jī)，多個(gè)u s b 主機(jī)存在將會(huì)導(dǎo)致傳輸混亂； 設(shè)備包括了u s b 功能設(shè)備和u s b 集線器，u s b 功能設(shè)備用于完成用戶特定的功能，通常 是一個(gè)獨(dú)立的外部設(shè)備，而u s b 集線器主要用于為u s b 系統(tǒng)提供額外的連接點(diǎn)，從而擴(kuò) 展u s b 主機(jī)的u s b 端口；物理連接即指的是u s b 的傳輸線。在u s b 2 0 系統(tǒng)中，要求使 用外殼屏蔽的、數(shù)據(jù)線雙絞的u s b 電纜。 u s b 總線接口協(xié)議十分完善，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備類(lèi)型的支持。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和邏輯連 接關(guān)系上考慮，整個(gè)u s b 系統(tǒng)具有明確的分層結(jié)構(gòu)：功能層、u s b 設(shè)備層和u s b 總線接 口層，每一層由u s b 設(shè)備和主機(jī)的不同功能模塊組成，u s b 系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)如圖3 - 1 所示。 u s b 功能層主要負(fù)責(zé)u s b 主機(jī)和u s b 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，功能層主要由u s b 設(shè) 備的功能單元和對(duì)應(yīng)的u s b 主機(jī)程序組成；u s b 設(shè)備層主要用于管理相關(guān)的u s b 設(shè)備， 通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序使得主機(jī)獲得該u s b 設(shè)備的功能；總線接口層一般由u s b 系統(tǒng)硬件完成， 主要通過(guò)n r z i 編解碼實(shí)現(xiàn)u s b 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序【1 1 】。 1 4 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 主機(jī)互連u s b 設(shè)備 上 、r1 客戶軟件 1卜 功能單元功能層 tt jj u s b 系統(tǒng)軟件 卜 u s b 邏輯設(shè)備 u s b 設(shè)備層 n tt jj u s b 總線接口 一 l u s b 總線接口 u s b 總線握 1，r 口層 l _ _ 一 等二窶互互舀 圖3 1 3 2u s b 協(xié)議層規(guī)范 實(shí)際通信流 邏輯通信流 u s b 系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu) u s b 協(xié)議層描述了u s b 主機(jī)與u s b 外設(shè)交互時(shí)的語(yǔ)法和協(xié)議，從中定義了字段、 包、事務(wù)和傳送的結(jié)構(gòu)以及由字段到包、由包到事務(wù)、由事務(wù)到傳送所組成的組織層次關(guān) 系。協(xié)議同時(shí)還規(guī)范了數(shù)據(jù)鏈路的建立、正?；虍惓魉吞幚淼膭?dòng)態(tài)過(guò)程。字段中分同步、 包標(biāo)志符、數(shù)據(jù)、端點(diǎn)、幀號(hào)和c r c 字段。包中分令牌、數(shù)據(jù)、握手3 類(lèi)包【1 2 】。 3 2 1u s b 宇段格式 u s b 信息包的格式如下： 表3 1u s b 信息包格式 a d d re n d p 字段 p i d 結(jié)構(gòu) d a t ac r c 7 4 n + 8 位數(shù) 4 + 4 1 l( n = 0 ，1 ，1 0 2 4 ) 5 1 6 如上圖所示，u s b 協(xié)議中規(guī)定，u s b 數(shù)據(jù)傳輸由一系列的字段構(gòu)成，這些不同功能的 字段，按照特定的格式組合便構(gòu)成不同的信息包。這些字段主要包括以下幾種： ( 1 ) 同步字段( s y n c ) 1 5 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 為了保證u s b 主機(jī)和u s b 功能設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫?，u s b 協(xié)議中規(guī)定了同步 字段。同步字段是用于同步的機(jī)制，一般情況下，u s b 包都是從同步( s y n c ) 字段開(kāi)始的， 對(duì)于低速全速傳輸，同步字段為8 位，數(shù)據(jù)為1 0 0 0 0 0 0 0 b ；高速傳輸同步字段的長(zhǎng)度為 3 2 位，數(shù)據(jù)為8 0 0 0 0 0 0 0 h 。實(shí)際接收到的s y n c 長(zhǎng)度由于u s b 總線的關(guān)系，可能會(huì)小于 該值。 ( 2 ) 包標(biāo)識(shí)符字段( p i d ) 包標(biāo)識(shí)符( p i d ) 由4 位包類(lèi)型字段和4 位校驗(yàn)字段構(gòu)成。p i d 表征了數(shù)據(jù)包的類(lèi)型，分 為令牌( t o k e n ) 、數(shù)據(jù)( d a t a ) 、握手( h a n d s h a c k e ) 以及特殊包4 大類(lèi)，共1 6 種類(lèi)型的 p d 。 ( 3 ) 地址字段( a d d r ) 地址字段是用來(lái)指明u s b 系統(tǒng)中的某一個(gè)u s b 設(shè)備，長(zhǎng)度為7 位，共有1 2 8 個(gè)地址 值。其中，地址0