专利名称：依托计算机或手机的软件化数字电视接收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及下述四个领域计算机系统、数字电视系统、数字信号处理、网络通讯。
但今后我们将面临以下有利局面和条件1、鉴于数字电视系统在技术方面、资源利用方面及其他诸多方面的一系列优势，美国将于2006年率先实现全面数字电视化，欧洲已确定基本数字电视标准DVB，日本正忙于修改其标准，而中国等国也正在积极跟进。
2、作为保证数字电视系统的数据传输和解码安全、有效的通信协议DSMCC，见诸于MPEG-2标准的第6部分。与网络通信协议类似，它是一种开放协议，但其主要考虑是在接收端设备资源有限的情况下如何实现快速的数据传输。而且DSMCC是一种与传输层无关的协议，建立在DSMCC上的应用可以方便地在不同的网络中传输，无论这些网络是(基于有线、卫星的)MPEG-2的TS网络、IP协议因特网、ATM或其他网络，还是未来宽带无线通讯网，甚至信息高速公路。
3、应注意到在网络中传输的数字电视的视音频不同于一般的数据文本，它不仅是连续、宽带、时间关系严格的码流，而且输出速率必须恒定，另外对一般数据文本并不重要的时延指标，在这里的要求却极为苛刻。所以数字电视对网络传输的要求是不仅要解决传输速率、带宽问题，还要解决如何同时传送不同类型业务的问题。这至少是目前无线宽带网络及部分有线电视网络等相关网络需在今后面对的问题。
但极为有利的是，至少目前已成熟的异步传输模式(ATM)和数字同步网(SDH)等相关技术都为目前和今后有线电视网和无线宽带通讯网解决上述问题提供了有力的技术支持。而未来的信息高速公路无异将更先进、更全面。
4、现今不论是用于台式PC、笔记本PC的X86结构的CPU，还是用于手机、掌上电脑等多媒体系统的Arm结构CPU都较数字电视发展初始阶段(至少是3年前)的CPU水平有了很大的提高。以X86结构CPU为例，其频率从100MHZ左右提高到超过3.06GHZ，位数从16-32位提高到32-64位，缓存从一层提高到四层，超线程技术的应用更是全面提高了系统的运行效率，类似有Arm结构CPU的情况。此外RAM、ROM性能价格比的提高，也有助于商业实现高性能价格比的计算机、手机等多媒体硬件环境，而这正是提高软件运行效率，缩短算法计算时延的必要条件。还应指出的是近几年发展起来的HD-SDI(高清晰串行数字化接口)技术也为数字电视的全软件实现铺平了道路。
4、5、为适应网络通讯和多媒体技术的发展，台式PC、笔记本PC、手机、掌上电脑等多媒体系统的操作系统供应商都对通过广播和交互网络进行交互和多媒体服务的开发平台这项技术极为重视，因其至少可以提升计算机和手机的技术卖点，并为今后的无线可视电话技术打基础。数字电视作为未来的主要技术亮点，广受包括计算机、手机等厂商的高度重视，至少目前还没有相应计算机、手机的操作系统供应商不愿对其现有的Windows、Linux、Symbian、Smartphone2002、Palm等操作系统作改造和扩充(即使是硬件接收也得改)，以适应数字电视全软件化接收的理由。其原因一是已有相应借鉴Open TV、Power TV，二是谁会无视用计算机、手机来接收数字电视这个大蛋糕的市场和价格(由其技术特点和普及性不难想象价格)诱惑呢？即使提出这个要求的人名不见经传，也绝不会因此而拒绝这个具有市场前瞻性的技术要求。
所有以上五个方面恰恰是可以实现数字电视软件化接收的充分和必要条件。
本发明的目的是这样实现的一种面向未来大容量、高速、宽带数字信息传输和高性能多媒体技术，依托计算机、手机系统运行的软件化数字电视(HDTV)接收系统，包括经过扩充和改进的计算机、手机系统及非软件化调谐装置，其特征在于还包括调谐模块(A)、解调制和解信道编码模块(B)、解扰模块(C)、解复用和解包模块(D)、解信源编码模块(E)、管理和控制模块(F)及操作系统(G)；其中调谐模块(A)与解调制和解信道编码模块(B)及管理和控制模块(F)连接，解调制和解信道编码模块(B)分别与解扰模块(C)及管理和控制模块(F)连接，解扰模块(C)分别与解复用和解包模块(D)及管理和控制模块(F)连接，解复用和解包模块(D)分别与解信源编码模块(E)及管理和控制模块(F)连接，解信源编码模块(E)分别与解复用和解包模块(D)及管理和控制模块(F)连接，管理和控制模块(F)与操作系统(G)连接。
——所述的调谐模块是由调谐器(非软件化的)及与之配合的调谐软件包组合构成的。其ATSC标准调谐软件包是由对电子节目指南(EPG)处理的软件及对节目和系统信息协议(PSIP)处理的软件构成的，而DVB标准调谐软件包是由对电子节目指南(EPG)处理的软件和对服务信息(SI)处理的软件构成的。
——所述的解调制和解信道编码模块是由能对ATSC标准的8VSB、16VSB及DVB标准的QPSK、BPSK、QAM、COFDM等调制方式都能实施解调的解调模块，和由能实施诸如滤波、均衡、相位跟踪、网格解码、差分解码、RS解码、卷积解码、卷积解交织、数据去交织、数据去随机化、相位校正、同步时钟恢复等算法的算法全集，通过不同组合，而形成的针对ATSC标准和DVB标准的诸种信道解码软件模块，组合构成的。
——所述的解扰模块是由授权密钥解密、控制字解密和解扰乱算法软件构成的。
——所述的解复用和解包模块有两种，其ATSC标准的解复用和解包模块是由对MPEG-2的节目专用信息(PSI)处理及对ATSC的节目和系统信息协议(PSIP)处理的软件构成的。而DVB标准的解复用和解包模块是由对MPEG-2的节目专用信息(PSI)处理及对DVB的服务信息(SI)处理的软件构成的。
——所述的解信源编码模块是由MPEG-2标准的视频解码模块和音频解码模块组成的。其视频解码模块是由可变长解码、逆扫描、逆量化、逆离散余弦变换(逆DCT)、运动补偿、帧存储等算法软件模块构成的。但对应ATSC标准的是MP@HL、MP@ML、SP@ML等语法及指标，而对应DVB标准的暂时是SSP@H1440等语法及指标，未来各国的无线宽带网在传播和接收数字电视时有可能会采用其它的语法和指标。其音频解码模块有两种，其中ATSC标准的音频解码模块是由AC-3帧同步和检错以及帧解格式化处理、比特分配处理、尾数逆量化处理、频谱包络解码处理及合成滤波器组算法处理软件构成的。而DVB标准的音频解码模块是由解比特流处理、子带取样逆量化处理、辅助信息解码处理及综合数字滤波器组算法处理软件构成的。
——所述的管理和控制模块是由对数字电视广播系统的载波、时钟及同步恢复等信号进行处理并提供时钟和同步信号，且依据这些信号对调谐模块、解调制和解信道编码模块、解扰模块、解复用和解包模块、解信源编码模块的所有算法软件实施进程调度、存储、输入/输出等管理及控制的软件组合构成的。
——所述的操作系统是由经过扩充和改进的，且能支持C++及java、支持有线电视网或无线宽带网、支持异步传输模式(ATM)及数字同步网(SDH)、支持通过广播和交互网络进行交互和多媒体服务的计算机操作系统或手机操作系统构成的。
如何具体实现软件化数字电视接收系统，还涉及以下几个方面1、本发明的早期实现优先选择基于有线电视网的个人PC和笔记本PC系统，以及基于无线宽带通信网的手机、笔记本PC和掌上电脑系统。对在美国的商业系统实现完全不考虑所谓过渡期所特有的临近或多频道NTSC干扰、静态和动态多径干扰等技术问题。但对该区域以外至少五年的模拟电视和数字电视共存过渡期内不可回避的多种干扰问题，应作针对性具体处置。因其牵涉相应国家或地区的数字电视标准、传输信道、调制方式，及诸如滤波、交织深度等的技术处理等很多问题。
2、针对数字电视的视音频码流所特有的连续、宽带、时间关系严格、输出速率恒定的特点，对其数据文本的处理有相当的特殊性，其中最重要的指标就是时延。所以有必要对系统所有算法用计算数学和软件工程的技巧加以处理，以提高运算效率和减少运算处理导致的时延。注意到处理效率是数据宽度和算术运算类型的函数，所以将重点考虑串行变并行、浮点变定点、防溢出等一系列算法改造。在跟踪各国家和地区数字电视系统标准的同时，应依据MPEG-2标准和MPEG-4标准建立一套标准算法集合和与之对应的标准软件集合，并应同时建立针对不同数字电视系统标准的自适应组合软件包，以适应灵活的商业需求。
3、高性能的CPU和高配置的硬件环境对高效率、低延迟的算法实现至关重要，但对于数字电视的软件化接收，特别是对于手机，可能更重要的指标是性能价格比、体积和重量。立足于目前的硬件水平，可以推测采用双CPU和高配置的计算机实现数字电视的软件化接收问题不太大，但这并不是我们追求的商业目标，作为实际的商业目标显然是随着硬件技术的不断进步，一个单CPU和最基本配置的计算机或手机硬件环境能满足所有算法软件运行效率和时延的要求。为达到商业普及化的目标，目前的硬件水平，尤其是手机CPU的技术水平，还不能完全满足实现软件化数字电视的接收。这涉及三个原因，一是目前以CPU为代表的硬件本身的发展所限；二是没有严格的相关试验数据，以支持相关检测并为进一步发展提供依据；三是由于并无人对通过计算机和手机实现软件化的数字电视接收提出明确需求。这个概念有点超前，所以自然难以引起硬件厂商的深深共鸣。但我却不知天高地厚，向天下各大厂商提出需求，并希望能通过实验最终确定软件化数字电视接收系统具体硬件(计算机、手机)的相关技术指标。
4、除了搭网络通讯和多媒体技术的发展班车该做的且不能回避的工作外，计算机和手机操作系统的现状类似上节所述的硬件的情况，有必要配合未来的软件化数字电视接收系统，对现有操作系统作改造和扩充，以实现这个很复杂的软件系统。可以想象实现软件化的数字电视接收系统是一个难度很大的软件工程，也是一个涉及未来全数字化、信息高速公路和多媒体技术等诸多学科的复杂系统工程，需要大量人才和巨大投资，至于采用什么语言(c++，java)倒不是太重要。
5、目前的异步传输模式(ATM)、数字同步网(SDH)及相关的协议及接口等技术，对采用光缆、电缆及HFC方式的有线电视网络的支持足以支撑软件化数字电视接收系统。但目前的宽带CDMA网及今后的无线宽带网在面对软件化数字电视接收系统时还有很多扩充和改善工作要做。另外还有诸如媒体(电缆、卫星、计算机、电视)和应用的互操作性等问题，其中特别是扫描格式和帧频等无法回避的问题都需要引起我们的足够注意，并加以跟踪解决。
2、由解调制和解信道编码模块，分别有对应ATSC标准8-VSB、16-VSB(主要考虑)单载波调制的解调模块，以及对应DVB-S标准的QPSK调制、BPSK调制的解调模块；对应DVB-C标准的QAM调制的解调模块；对应DVB-T标准的COFDM调制的解调模块。所有这些解调模块接收调谐模块送出的信息，经解调处理后输出至解信道编码的输入端。本发明的解信道编码模块涵盖各种数字电视系统标准信道解码所涉及的几乎所有算法，诸如滤波、均衡、相位跟踪、网格解码、差分解码、RS解码、卷积解码、卷积解交织、数据去交织、数据去随机化、相位校正、同步时钟恢复等算法。通过不同的取舍及组合，就形成了针对ATSC标准、DBV标准和其它标准的信道解码模块。该信道解码模块接收解调制输出信息，并经信道解码处理后输出至解扰模块的输入端。
3、由解扰模块，通过接收解调制和解信道编码模块输出的信息，并接收相应数字电视系统的用户授权系统给出的某个用户的分配密钥，先实施解密运算，再实施控制字解密运算，最终通过解扰乱运算而将其解扰结果输出至解复用和解包模块的输入端。
4、由解复用和解包模块，分别有对应ATSC标准和DVB标准的解复用和解包处理软件。由于ATSC和DVB的数据广播标准在本质上相似，仅在具体的数据类型的考虑和描述方式上有差别，所以这两个软件有相当类似之处。具体地讲，相同的部分是相应数字电视标准的MPEG-2传输流(TS)中，节目专用信息(PSI)和包识别符(PID)的相应关系类似，且相应数字电视标准的节目关联表(PAT)、节目映射表(PMT)、网络信息表(NIT)及与之相关联的条件接入表(CAT)、权益管理信息(EMM)、传输流描述表(TSDT)、权益控制信息(ECM)的处理也是类似的。但ATSC标准的节目和系统信息协议(PSIP)和DVB标准的服务信息(SI)在各自对应的处理上却有相当大的差异。通过接收解扰模块输出的信息，并经对MPEG-2传输流(TS)中节目专用信息(PSI)、包识别符(PID)、及对ATSC标准的节目和系统信息协议(PSIP)中相关信息的处理，即可实现对ATSC标准数字电视信号的解复用和解包处理。同样通过接收解扰模块输出的信息，并经对MPEG-2传输流(TS)中节目专用信息(PSI)、识别符(PID)、及对DVB标准的服务信息(SI)中相关信息的处理，即可实现对DVB标准数字电视信号的解复用和解包处理。经解复用和解包处理的信息输出至解信源编码模块的输入端。
5、由解信源编码模块，通过接收解复用和解包模块输出的信息，对不同(ATSC、DVB等)数字电视标准的不同语法(MP@HL、MP@ML、SP@ML、SSP@H1440等)及指标，实施对应的可变长解码、逆扫描、逆量化、逆离散余弦变换(逆DCT)、运动补偿、帧存储等算法操作，即可实现相应的视频解码，最终输出视频。再按图5的结构，实施AC-3帧同步和检错以及帧解格式化处理、比特分配处理、尾数逆量化处理、频谱包络解码处理及合成滤波器组算法处理就可实现对应ATSC标准的音频解码。同样有按图6的结构，实施解比特流处理、字带取样逆量化处理、辅助信息解码处理及综合数字滤波器组算法处理就可实现对应DVB标准的音频解码。
6、由管理和控制模块，提供时钟、同步、进程调度、存储、输入/输出等一系列管理和控制信息，并在操作系统的支持下完成对调谐模块、解调制和解信道编码模块、解扰模块、解复用和解包模块、解信源编码模块的管理和控制。
7、由操作系统模块，提供支持C++、java等语言，支持有线电视网或无线宽带网，支持异步传输模式(ATM)和数字同步网(SDH)，支持通过广播和交互网络进行交互和多媒体服务，支持高清晰串行数字化接口(HD-SDI)。
具体实施方式
的补充说明1、本发明是一个基于既对数字电视的基础MPEG-2和MPEG-4的本身作详细分析，又对其相关联的计算机、手机等多媒体技术和有线电视网、宽带无线网等信息高速公路技术作现状及发展预测分析的综合结果。
2、本发明是一个基于全面分析和超前概念的基础结构设计，也是Nufront International公司(美国加州注册)商业计划的一部分，Nufront International公司计划在两年左右实现该计划。
3、在两年的时间内不论是计算机、手机、操作系统、网络协议、接口技术、有关标准、互操作性、扫描格式等很多相关技术及指标都将有很大进步，这对本发明的商业实现更是水到渠成。
权利要求1.一种面向未来大容量、高速、宽带数字信息传输和高性能多媒体技术，依托计算机、手机系统运行的软件化数字电视(HDTV)接收系统，包括经过扩充和改进的计算机、手机系统及非软件化调谐装置，其特征在于还包括调谐模块(A)、解调制和解信道编码模块(B)、解扰模块(C)、解复用和解包模块(D)、解信源编码模块(E)、管理和控制模块(F)及操作系统(G)；其中调谐模块(A)与解调制和解信道编码模块(B)及管理和控制模块(F)连接，解调制和解信道编码模块(B)分别与解扰模块(C)及管理和控制模块(F)连接，解扰模块(C)分别与解复用和解包模块(D)及管理和控制模块(F)连接，解复用和解包模块(D)分别与解信源编码模块(E)及管理和控制模块(F)连接，解信源编码模块(E)分别与解复用和解包模块(D)及管理和控制模块(F)连接，管理和控制模块(F)与操作系统(G)连接。
2.根据权利要求1所述的软件化数字电视(HDTV)接收系统，其特征在于所述的调谐模块是由调谐器(非软件化的)及与之配合的调谐软件包组合构成的，其ATSC标准调谐软件包是由对电子节目指南(EPG)处理的软件及对节目和系统信息协议(PSIP)处理的软件构成的，而DVB标准调谐软件包是由对电子节目指南(EPG)处理的软件和对服务信息(SI)处理的软件构成的。
3.根据权利要求1所述的软件化数字电视(HDTV)接收系统，其特征在于所述的解调制和解信道编码模块是由能对ATSC标准的8VSB、16VSB及DVB标准的QPSK、BPSK、QAM、COFDM等调制方式都能实施解调的解调模块，和由能实施诸如滤波、均衡、相位跟踪、网格解码、差分解码、RS解码、卷积解码、卷积解交织、数据去交织、数据去随机化、相位校正、同步时钟恢复等算法的算法全集，通过不同组合，而形成的针对ATSC标准和DVB标准的诸种信道解码软件模块，组合构成的。
4.根据权利要求1所述的软件化数字电视(HDTV)接收系统，其特征在于所述的解扰模块是由授权密钥解密、控制字解密和解扰乱算法软件构成的。
5.根据权利要求1所述的软件化数字电视(HDTV)接收系统，其特征在于所述的解复用和解包模块有两种，其ATSC标准的解复用和解包模块是由对MPEG-2的节目专用信息(PSI)处理及对ATSC的节目和系统信息协议(PSIP)处理的软件构成的；而DVB标准的解复用和解包模块是由对MPEG-2的节目专用信息(PSI)处理及对DVB的服务信息(SI)处理的软件构成的。
6.根据权利要求1所述的软件化数字电视(HDTV)接收系统，其特征在于所述的解信源编码模块是由MPEG-2标准的视频解码模块和音频解码模块组成的；其视频解码模块是由可变长解码、逆扫描、逆量化、逆离散余弦变换(逆DCT)、运动补偿、帧存储等算法软件模块构成的；但对应ATSC标准的是MP@HL、MP@ML、SP@ML等语法及指标，而对应DVB标准的暂时是SSP@H1440等语法及指标，未来各国的无线宽带网在传播和接收数字电视时有可能会采用其它的语法和指标；其音频解码模块有两种，其中ATSC标准的音频解码模块是由AC-3帧同步和检错以及帧解格式化处理、比特分配处理、尾数逆量化处理、频谱包络解码处理及合成滤波器组算法处理软件构成的；而DVB标准的音频解码模块是由解比特流处理、子带取样逆量化处理、辅助信息解码处理及综合数字滤波器组算法处理软件构成的。
7.根据权利要求1所述的软件化数字电视(HDTV)接收系统，其特征在于所述的管理和控制模块是由对数字电视广播系统的载波、时钟及同步恢复等信号进行处理并提供时钟和同步信号，且依据这些信号对调谐模块、解调制和解信道编码模块、解扰模块、解复用和解包模块、解信源编码模块的所有算法软件实施进程调度、存储、输入/输出等管理及控制的软件组合构成的。
8.根据权利要求1所述的软件化数字电视(HDTV)接收系统，其特征在于所述的操作系统是由经过扩充和改进的，且能支持C++及java、支持有线电视网或无线宽带网、支持异步传输模式(ATM)及数字同步网(SDH)、支持通过广播和交互网络进行交互和多媒体服务的计算机操作系统或手机操作系统构成的。
专利摘要一种面向未来大容量、高速、宽带数字信息传输和高性能多媒体技术，依托计算机、手机(手机可视为嵌入式计算机)系统运行的软件化数字电视(HDTV)接收系统，包括经过扩充和改进的计算机、手机系统，还包括调谐模块(A)、解调制和解信道编码模块(B)、解扰模块(C)、解复用和解包模块(D)、解信源编码模块(E)、管理和控制模块(F)及操作系统(G)；本实用新型提出了一个基于现今和将来技术环境的超前设计模式，即依托计算机、手机系统运行的软件化的数字电视接收系统。其系统的技术本质是通过一整套能实现数字电视接收功能的软件，并借助于目前或可见未来的高性能个人计算机、笔记本电脑(有线电视网和无线宽带网都可接入)、移动电话机、掌上电脑等高级多媒体系统的原有软、硬件环境，即可实现高性能的数字电视接收操作。
文档编号H04N5/44GK2603588SQ0325740
公开日2004年2月11日 申请日期2003年5月20日 优先权日2003年5月20日
发明者鲍东山 申请人:鲍东山