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图文电视综合信息服务系统的核心技术 中南大学、湖南计算机股份有限公司黄深喜 中南大学樊晓平 长沙电力学院杨安平 摘要介绍图文电视综合信息服务系统播出端和接收端的核心技术。播出端利用视频同步分离和插入、图文电视、CPLD;接收端利用嵌入式CPU、嵌入式MODEM、CPLD、电视显示与图文电视等核心技术来实现系统设计。 关键词嵌入式CPUCPLD图文电视嵌入式MODEMInternetTCP/IP协议信息服务 总体概述 随着信息时代的到来,信息交换量成倍增加,人们对信息的交换手段和获取途径提出了更多的要求,各种信息服务系统应运而生。基于图文电视的综合信息服务系统凭其成熟、可靠的技术和低成本的运营费用以及有线电视网络的广泛普及等优势,已经占据家庭信息服务市场很大份额,其实现的服务内容广泛,如金融、证券、新闻、体育、文化娱乐、广告、气象等。尤其是近几年国内证券、外汇投资等业务的迅速增长,促进了图文电视应用的快速发展。 图1证券、外汇图文电视信息播出系统网络结构示意图本文从图文电视的播出端和接收端入手,阐述该类信息服务系统的核心技术和相应的解决方案。 一、 图文电视技术简介 根据CCIR 957#报告的定义,图文电视业务是处于电视信号结构中的一种数字广播业务。它利用电视信号场消隐期（VBI）中某几行或占用电视信号的全部有效行传送图文和数据信息。前一种方式不影响本频道的正程电视节目,目前已被国内信息服务商广泛采用;后一种方式需要占用本频道的全部资源,应用较少,但速度是前者的几十倍到上百倍。图文电视的发送和接收端技术指标均应遵循国家标准GB/T 1429-93《中文图文电视广播系统（CCST）技术规范》 \[2\]。 国际CCIR组织已将图文电视系统纳入到开放系统互连（OSI）的七层模型中来描述,如表1所列。图文电视信息服务系统主要由信息编辑、信息播出、数据传输和信息接收四个部分组成。 表1图文电视系统的功能分层 层次〖〗功 能 描 述7应用层〖〗显示、编辑、打印等6表示层〖〗文字、图形、显示属性5会话层〖〗页寻址、页连接、页分类、页存储4传输层〖〗信息格式、信息控制部分、信息识别、信息数据部分3网络层〖〗数据信息寻址、数据格式确定2链路层〖〗字节同步、误码控制1物理层〖〗射频调制类型;数据信号的电平、波形、比特率;用于数据通信的电视行数;数据初级编码二、 播出核心技术 以证券、外汇信息服务系统为例,图文电视信息播出系统网络结构如图1所示。 在该播出系统中,图文电视播出卡是系统的一个重要部件。它是一块PC插卡,其核心模块为视频同步分离模块和CPLD模块。 视频同步分离模块主要由LM1881\[3\]构成。LM1881能够从复合视频信号中精确地分离出行同步、垂直同步等信号,并能区别出电视奇偶场。图文信息加载电路根据这些分离出的精确定时,按照《中文图文电视广播系统（CCST）技术规范》的要求,将播出卡上的双端口缓存器的数据插在设定的场消隐期中的某几行或全部有效显示行。 播出卡上的CPLD采用XILINX公司的XC95108\[4\]或其它公司类似集成度的CPLD。在CPLD中集成了PC总线（ISA或PCI总线）接口、地址解码电路和图文信息加载电路。 图2机顶盒主要功能模块框图三、 接收核心技术 接收端是装有图文电视解码器的电视机顶盒或PC插卡。基于图文电视机顶盒的主要功能模块框图如图2所示。 在设计图文电视机顶盒时,有几个核心技术需要注意,这些核心技术包括：嵌入式CPU、核心控制逻辑、图文电视信号接收与解码、嵌入式MODEM模块、电视显示和TCP/IP协议的实现等。 1. 嵌入式CPU 图3图文电视接收与解码模块电路原理简图嵌入式CPU的选型是至关重要的。如果选择的CPU性能太低,则大量的信息来不及处理,图文信息的显示就滞后很长,甚至导致死机,使机器无法使用;如果选择高性能的CPU,则会增加产品的成本,给用户带来不必要的资金投入。选择合适结构体系的CPU对于软件开发来说可以节省大量的时间和精力。另外,随着图文电视播出系统利用的电视信号场消隐期（VBI）中行数的增加,传输的数据越来越多,这对CPU的性能要求也就越来越高;当采用电视信号的全部有效行传输数据时,对CPU的性能要求达到最高。 在信息系统运营时,通常根据实际情况折中考虑场逆程资源和CPU的选型。例如,在证券、外汇实时行情信息服务系统中,运营商通常采用3～6行的场逆程资源。在这种情况下,采用Intel公司20MHz、25MHz或40MHz的80C186XL\[5\]即可保证实时数据滞后时间小于10s(秒)。 在一款证券专用机顶盒设计中,我们采用了80C186XL。该嵌入式CPU内部集成了大量有用的外围功能模块,如：中断控制器、定时/计数器、DMA控制器、DRAM刷新单元和片选控制单元等。这些功能模块可使产品设计得非常紧凑,而且更重要的是80C186XL与PC机的CPU兼容,程序员可充分利用通用PC软件开发工具,并借鉴大量的PC软件开发经验。 2. 核心控制逻辑 核心控制逻辑模块可采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）XC95108,用VHDL语言在CPLD中设计地址锁存器、数据收发器、DRAM控制器、电视显示控制器和其它接口部件。CPLD的采用可大幅度提高产品的集成度和可靠性,降低产品成本。 3. 图文电视信号的接收与解码 图文电视信息是通过有线电视网传输到每个家庭的,因此,在接收端需要设计有线图文电视接收和解码电路。在设计中可采用有线电视高频头接收电视射频（RF）信号。高频头将射频信号转换成视频（video）信号,然后送到图文电视解码芯片SAA5284\[6\]进行解码处理。SAA5284以DMA方式传输解码后的数据。本模块的电路原理简图如图3所示。 4 嵌入式MODEM模块 图文电视是以广播方式传输数据的,不具备反向传输数据的功能。在很多应用场合需要双向通信功能,为实现这一功能,电视机顶盒内设计有一款嵌入式MODEM（RC224ATL）\[7\]。嵌入式MODEM可将电视机顶盒接入公用电话网（PSTN）。电路通过CPLD实现与MODEM接口;程序通过AT命令操作MODEM。 5. 电视显示机顶盒利用电视机来显示。国内的电视广播采用的是PAL\ D制式,分辨率为625线,隔行扫描。与CRT监视器相比,电视的行频、帧频均较窄,闪烁现象明显,显示分辨率也很低。在产品设计时须尽可能克服上述缺点。电视显示的控制功能是用CPLD实现的。根据实际使用情况,我们将显示分辨率设置为640×256或640×480,颜色设置为16色,并采用了反闪烁滤波、色度滤波和亮度滤波等措施,这样用普通电视机即可实现较好的显示效果。由于CPLD采用了上述针对电视显示的补偿措施,因此,电视编码器只须用普通的VCD/DVD编码器。 6. TCP/IP协议的实现 TCP/IP协议是信息设备接入Internet网必须具备的通信协议,是一系列非常复杂的协议族。信息家电上网的目的并非浏览网页,而是以TCP/IP协议方式借助Internet传输一些控制指令和数据。在这些应用中,不需要信息家电解释完整的TCP/IP协议族,只须能够处理TCP、UDP、IP、PPP等关键网络协议。实现这些协议有两种方式：一是采用TCP/IP协议专用集成电路来实现,如S\ 7600A;二是采用纯软件的方式来实现,这时80C186XL速度要求达到40MHz,而且对软件设计提出了更高的要求。 7. PC图文电视接收卡 图文电视接收端的另一种常用实现方式是装有图文电视解码器PC插卡。PC卡的关键电路见图3的粗黑框内部分,主要由高频头、图文电视解码器SAA5284和CPLD XC95108组成。其中XC95108实现的功能有ISA或PCI总线接口、地址解码、I2C总线和DMA接口电路。 结束语 图文电视的数据信号传输率为6.9375Mbit/s。数据传输具有很强的实时性。有线电视网作为一种成本低廉的高速信息通道,已经铺入千家万户。利用图文电视和有线电视网络可实现综合或专业信息服务。近年来,图文电视在证券、外汇交易等领域的应用发展非常迅速。MES 参考文献 1钟海明.图文电视系统原理与应用.北京：人民邮电出版社,1996 2GB/T 14219-93.中文图文电视广播（CCST）技术规范 3LM1881 Video Sync Separator. National Semiconductor Corporation 4XILINX Inc.XC95108 In\ System Programmable CPLD 5Intel Co.80C186XL/80C188XL Microprocessor User’s Manual 6SAA5284 Multimedia video data sheet.Philips Semiconductors 7Embedded MODEM Family RC224ATL/RC224ATLV Data Sheet. Conexant System Inc.
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