專利名稱：即時交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法及其前端服務(wù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字電視領(lǐng)域，具體涉及一種即時交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法及其前
端服務(wù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字電視平移的逐步開展，目前以機頂盒為代表的數(shù)字電視終端設(shè)備已經(jīng)走 進(jìn)了廣大家庭，在后平移時代，如何在現(xiàn)有數(shù)字電視平臺上開展互動增值業(yè)務(wù)成為業(yè)界關(guān) 注的重點。要實現(xiàn)數(shù)字電視前端和終端的交互，則必須為機頂盒提供信息的回傳通道，雖然 回傳通道在使用Ethernet、 Epon+Eoc以及CableModern等具體技術(shù)上存在著分歧，但產(chǎn)業(yè) 界對于有線數(shù)字電視網(wǎng)的雙向改造已經(jīng)達(dá)成了共識。 在目前的數(shù)字電視系統(tǒng)中，機頂盒是一種將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號在電視機上 輸出的硬件設(shè)備，一方面，機頂盒終端作為典型的嵌入式系統(tǒng)，機頂盒的計算和存儲資源十 分有限，無法支撐較大規(guī)?；蚋哂嬎懔康膹?fù)雜應(yīng)用；另一方面，機頂盒芯片的更新?lián)Q代以及 眾多方案商之間的競爭，使得數(shù)字電視終端不僅呈現(xiàn)硬件處理能力存在較大差異而且操作 系統(tǒng)各不相同，計算的本地解析和執(zhí)行是使得應(yīng)用依賴于硬件平臺和系統(tǒng)的根本原因。因 此，必然導(dǎo)致運營商將機頂盒作為綜合的平臺推廣統(tǒng)一的增值應(yīng)用非常困難，即使采用為 實現(xiàn)平臺無關(guān)而開發(fā)的中間件技術(shù)能在某種程度上緩解上述問題，但中間件技術(shù)的實現(xiàn)復(fù) 雜、實施困難以及對資源受限的機頂盒設(shè)備所帶來的系統(tǒng)額外開銷，嚴(yán)重制約著數(shù)字電視 增值服務(wù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種利用現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)、與機頂盒終 端平臺無關(guān)、可實現(xiàn)機頂盒終端輕量化、實施成本低、有利于版權(quán)保護和管理、并發(fā)用戶接 入能力強、整體成本低、應(yīng)用范圍廣泛的即時交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法及其前端服務(wù)系 統(tǒng)。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種即時交互式數(shù)字電視的 實現(xiàn)方法，其實施步驟如下 1)系統(tǒng)初始化將一個以上機頂盒終端連成一個機頂盒終端用戶組，將所述機頂 盒終端用戶組通過有線電視網(wǎng)和通信網(wǎng)與一個即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)相連，所 述即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)置有交互式服務(wù)程序； 2)機頂盒終端請求服務(wù)機頂盒終端用戶組中任意一個機頂盒終端通過通信網(wǎng) 向所述即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)發(fā)出交互式服務(wù)請求； 3)即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)向機頂盒終端提供服務(wù)所述即時交互式 數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)初始運行所述機頂盒終端請求服務(wù)所關(guān)聯(lián)的交互式服務(wù)程序，為機 頂盒終端用戶分配頻點和節(jié)目編號，并通過通信網(wǎng)保持與所述機頂盒終端保持實時交互， 同時實時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音，并將獲取的圖像和聲音分割成多個離散的數(shù)據(jù)段，然后將多個離散的數(shù)據(jù)段按照指定的編碼格式進(jìn)行并行編碼壓縮后，再經(jīng)過封裝、多 路復(fù)用、調(diào)制后通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給所述機頂盒終端； 4)機頂盒終端接收其請求的服務(wù)所述機頂盒終端通過分配的頻點和節(jié)目編號 將來自有線電視網(wǎng)絡(luò)的信號解調(diào)、解復(fù)用、解封裝、解碼后獲取其請求服務(wù)的圖像和聲音。
作為本發(fā)明交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法的進(jìn)一步改進(jìn)
所述實時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音的詳細(xì)步驟如下
a)為交互式服務(wù)程序分配圖形通道和聲音通道； b)為發(fā)出交互式服務(wù)請求的機頂盒終端分配圖形緩存和聲音緩存；
c)對交互式服務(wù)程序運行的圖像進(jìn)行定位； d)定時從圖形通道中取出一幀圖像存入圖形緩存、定時從聲音通道中取出聲音數(shù) 據(jù)存入聲音緩存； 所述封裝的詳細(xì)步驟如下 a)將編碼壓縮后的圖像和聲音數(shù)據(jù)封裝成節(jié)目流；
b)將節(jié)目流按照傳輸流的格式分解； c)對分解后的圖像和聲音數(shù)據(jù)片段插入為機頂盒終端分配的節(jié)目編號后封裝成 傳輸流； d)矯正封裝的傳輸流格式圖像和聲音數(shù)據(jù)的包參數(shù)和時間。 本發(fā)明還提供一種即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)，包括中央處理單元、高速 存儲單元、存儲單元、網(wǎng)絡(luò)接口單元和信源播放單元，中央處理單元分別與高速存儲單元、 存儲單元、網(wǎng)絡(luò)接口單元和信源播放單元相連，它還包括并行處理單元，所述并行處理單元 分別與中央處理單元、信源播放單元相連，所述網(wǎng)絡(luò)接口單元用于接收機頂盒終端的服務(wù) 請求和發(fā)送分配給機頂盒終端的頻點和節(jié)目編號；所述中央處理單元用于根據(jù)接收機頂盒 終端的服務(wù)請求和交互從存儲單元中將請求服務(wù)相關(guān)聯(lián)的交互式服務(wù)程序調(diào)入高速存儲 單元中運行、給機頂盒終端分配頻點和節(jié)目編號、將機頂盒終端的用戶指令與交互式服務(wù) 程序進(jìn)行實時交互，并定時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音、將獲取的圖像和聲音數(shù)據(jù) 分割成小段后發(fā)送給并行處理單元；所述并行處理單元用于將圖像和聲音數(shù)據(jù)的進(jìn)行并行 壓縮編碼后封裝成節(jié)目流；所述信源播放單元用于將來自并行處理單元的節(jié)目流進(jìn)行多路 復(fù)用、調(diào)制后通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給機頂盒終端。 作為本發(fā)明數(shù)字電視前端實時交互式服務(wù)系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信源播放單元 由傳輸流封裝單元、多路復(fù)用單元和調(diào)制單元組成，所述傳輸流封裝單元用于將節(jié)目流封 裝成傳輸流，所述多路復(fù)用單元用于將來自傳輸流封裝單元的傳輸流多路復(fù)用成多節(jié)目傳 輸流，所述調(diào)制單元用于將來自多路復(fù)用單元的多節(jié)目傳輸流進(jìn)行調(diào)制后發(fā)送至有線電視 網(wǎng)絡(luò)中。 本發(fā)明具有下述優(yōu)點本發(fā)明將增值服務(wù)相關(guān)的計算和存儲轉(zhuǎn)移到數(shù)字電視前 端，能夠根據(jù)機頂盒終端的指令即時生成信源并通過高速并發(fā)處理進(jìn)行實時播放，大大提 高數(shù)字電視前端與機頂盒終端的交互能力，從而擴大數(shù)字電視增值業(yè)務(wù)適用范圍，為互動 增值服務(wù)提供了新的應(yīng)用模式，有效的降低了應(yīng)用對于終端嵌入式設(shè)備軟硬件的依賴，并 實現(xiàn)了對增值服務(wù)的統(tǒng)一管理和實施，而且可以充分利用現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)，實施成本低。 由于所有內(nèi)容未在機頂盒終端進(jìn)行本地存儲，因此有利于版權(quán)的保護和管理。而且本發(fā)明充分利用了并行處理單元的高計算能力，對增值服務(wù)的信源進(jìn)行并發(fā)壓縮和編碼，大幅提 升裝置本身的并發(fā)用戶接入量，有效降低整體工程成本；機頂盒終端僅負(fù)責(zé)視頻輸出顯示、 輸入設(shè)備驅(qū)動和通信，更加輕量化，避免頻繁的軟件升級并降低了硬件需求，擴大了終端的 適用范圍。


圖1為本發(fā)明實施例的交互式數(shù)字電視實現(xiàn)方法的實施流程示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例的解析用戶指令的流程示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例的獲取交互式應(yīng)用程序的圖像和聲音數(shù)據(jù)的流程示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例的音視頻并行壓縮編碼以及壓縮編碼后的處理流程示意圖； 圖5為本發(fā)明實施例的即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)示意圖； 圖6為本發(fā)明實施例的主控制單元的連接結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本發(fā)明實施例的并行處理單元與中央處理單元連接電路圖； 圖8為本發(fā)明實施例的并行高速處理單元接口電路圖； 圖9為本發(fā)明實施例的傳輸流封裝單元和多路復(fù)用單元電路示意圖一 ； 圖10為本發(fā)明實施例的傳輸流封裝單元和多路復(fù)用單元電路示意圖二 ； 圖11為本發(fā)明實施例的多路復(fù)用單元電路的ASI輸出電路原理圖； 圖12為本發(fā)明實施例的FPGA的SDRAM存儲接口示意圖； 圖13為本發(fā)明實施例的調(diào)制單元框架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖14為本發(fā)明實施例的CPU和1/0總線通信控制設(shè)備、大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備連 接電路圖； 圖15為本發(fā)明實施例的CPU數(shù)據(jù)總線連接電路圖； 圖16為本發(fā)明實施例的大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備與CPU和I/O總線通信控制設(shè)備 連接電路圖； 圖17為本發(fā)明實施例的大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備與I/O總線通信控制設(shè)備和內(nèi)存 控制模塊連接電路圖； 圖18為本發(fā)明實施例的大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備與內(nèi)存數(shù)據(jù)通信模塊連接電路 圖； 圖19為本發(fā)明實施例的I/O總線通信控制設(shè)備與大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備和網(wǎng)卡 芯片連接電路圖； 圖20為本發(fā)明實施例的網(wǎng)絡(luò)接口單元主芯片電路圖；
圖21為本發(fā)明實施例的網(wǎng)絡(luò)接口單元主芯片的接口電路圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明實施例的交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法的實施步驟如下
1)系統(tǒng)初始化將一個以上機頂盒終端連成一個機頂盒終端用戶組，將所述機頂 盒終端用戶組通過有線電視網(wǎng)和通信網(wǎng)與一個即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)相連，所 述即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)置有交互式服務(wù)程序； 2)機頂盒終端請求服務(wù)機頂盒終端用戶組中任意一個機頂盒終端通過通信網(wǎng)向所述即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)發(fā)出交互式服務(wù)請求； 3)即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)向機頂盒終端提供服務(wù)所述即時交互式 數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)初始運行所述機頂盒終端請求服務(wù)所關(guān)聯(lián)的交互式服務(wù)程序，為機 頂盒終端用戶分配頻點和節(jié)目編號，并通過通信網(wǎng)保持與所述機頂盒終端保持實時交互， 同時實時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音，并將獲取的圖像和聲音分割成多個離散的數(shù) 據(jù)段，然后將多個離散的數(shù)據(jù)段按照指定的編碼格式進(jìn)行并行編碼壓縮后，再經(jīng)過封裝、多 路復(fù)用、調(diào)制后通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給所述機頂盒終端； 4)機頂盒終端接收其請求的服務(wù)所述機頂盒終端通過分配的頻點和節(jié)目編號
將來自有線電視網(wǎng)絡(luò)的信號解碼、解封裝、解復(fù)用后獲取其請求服務(wù)的圖像和聲音。 其中交互式服務(wù)可以為游戲、網(wǎng)頁瀏覽、多媒體服務(wù)等交互式服務(wù)，這些交互式服
務(wù)在數(shù)字電視前端分別關(guān)聯(lián)著相應(yīng)的交互式服務(wù)程序，這些程序可以為游戲程序、瀏覽器
程序、多媒體播放程序等交互式服務(wù)程序，這些交互式服務(wù)程序運行后可以產(chǎn)生圖像和聲
音信源，機頂盒終端的用戶可以通過用戶指令與這些應(yīng)用程序進(jìn)行交互。本發(fā)明中的即時
交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)除提供交互式服務(wù)以外，還可以提供傳統(tǒng)的非交互式服務(wù)，
根據(jù)用戶發(fā)出的請求服務(wù)類型而響應(yīng)相關(guān)的服務(wù)。 如圖2所示，即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)接收用戶指令后，如果用戶請求 的服務(wù)尚未與關(guān)聯(lián)的交互式服務(wù)程序綁定，則初始運行交互式服務(wù)程序，并將用戶與交互 式服務(wù)程序綁定。將用戶與交互式服務(wù)程序綁定時，為用戶分配頻點和節(jié)目編號(PID)， 最終機頂盒終端將根據(jù)該分配的頻點和節(jié)目編號(PID)獲取它請求服務(wù)的圖像和聲音數(shù) 據(jù)。如果用戶已經(jīng)與交互式服務(wù)程序綁定，則將用戶指令映射為對交互式服務(wù)程序的控制 指令，用戶通過該控制指令與交互式服務(wù)程序進(jìn)行交互，如果用戶指令為結(jié)束，則結(jié)束交互 式服務(wù)程序并進(jìn)行相關(guān)資源的回收。 如圖3所示，即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)初始運行交互式服務(wù)程序后，獲
取交互式服務(wù)程序的圖形和聲音的詳細(xì)步驟如下 a)為交互式服務(wù)程序分配圖形通道和聲音通道緩存； b)為發(fā)出交互式服務(wù)請求的機頂盒終端分配圖形緩存和聲音緩存； c)對交互式服務(wù)程序運行的圖像進(jìn)行定位； d)定時從圖形通道中取出一幀圖像存入圖形緩存、定時從聲音通道中取出聲音數(shù) 據(jù)存入聲音緩存。 本發(fā)明中針對多個機頂盒終端的不同交互式服務(wù)程序，分別分配圖形通道和聲音 通道來相互隔離各自產(chǎn)生的圖像和聲音，因此可以為多用戶提供交互式服務(wù)。獲取交互式 服務(wù)程序的圖像和聲音后，將存儲圖像和聲音的緩存指針傳遞至壓縮編碼流程中，壓縮編 碼則根據(jù)該指針讀取獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音數(shù)據(jù)。 如圖4所示，為了實現(xiàn)交互式數(shù)字電視的數(shù)據(jù)實時交互，步驟3)中將圖像和聲音
進(jìn)行壓縮編碼時，首先將獲取的圖像和聲音數(shù)據(jù)分割成多個離散的數(shù)據(jù)段，然后將多個離
散的數(shù)據(jù)段進(jìn)行并行壓縮編碼，這樣對圖像和聲音數(shù)據(jù)壓縮編碼處理更快，使得交互式數(shù)
字電視系統(tǒng)更夠支持更多的用戶進(jìn)行實時交互。在編碼壓縮以后，再將壓縮編碼后的圖像
和聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。封裝的詳細(xì)步驟如下 a)將編碼壓縮后的圖像和聲音數(shù)據(jù)封裝成節(jié)目流；
b)將節(jié)目流按照傳輸流的格式分解； c)對分解后的圖像和聲音數(shù)據(jù)片段插入為機頂盒終端分配的節(jié)目編號后封裝成 傳輸流； d)矯正封裝的傳輸流格式圖像和聲音數(shù)據(jù)的包參數(shù)和時間。 在封裝完畢以后，就可以傳輸流格式的節(jié)目流經(jīng)過多路復(fù)用，成為多路節(jié)目傳輸 流，然后經(jīng)過調(diào)制成為模擬信號以后分發(fā)給機頂盒終端。機頂盒終端收到請求服務(wù)的圖像 和聲音數(shù)據(jù)后，根據(jù)分配的頻點和節(jié)目編號(PID)將獲得的信息經(jīng)過解調(diào)、解復(fù)用、解碼后 還原成所請求服務(wù)的實時圖像和聲音。 如圖5所示，本發(fā)明實施例中的即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)包括中央處理 單元1、高速存儲單元2、存儲單元3、網(wǎng)絡(luò)接口單元4和信源播放單元6，中央處理單元1分 別與高速存儲單元2、存儲單元3、網(wǎng)絡(luò)接口單元4和信源播放單元6相連，為了實現(xiàn)硬件級 的實時圖像和聲音的發(fā)送，它還包括并行處理單元5，并行處理單元5分別與中央處理單元 1、信源播放單元6相連，網(wǎng)絡(luò)接口單元4用于接收機頂盒終端的服務(wù)請求和發(fā)送分配給機 頂盒終端的頻點和節(jié)目編號；中央處理單元1用于根據(jù)接收機頂盒終端的服務(wù)請求和交互 從存儲單元3中將請求服務(wù)相關(guān)聯(lián)的交互式服務(wù)程序調(diào)入高速存儲單元2中運行、給機頂 盒終端分配頻點和節(jié)目編號、將機頂盒終端的用戶指令與交互式服務(wù)程序進(jìn)行實時交互， 并定時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音、將獲取的圖像和聲音數(shù)據(jù)分割成小段后發(fā)送給 并行處理單元5 ;并行處理單元5用于將圖像和聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行并行壓縮編碼后封裝成節(jié)目 流；信源播放單元6用于將來自并行處理單元5的節(jié)目流封裝成傳輸流，然后進(jìn)行多路復(fù) 用、調(diào)制后通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給機頂盒終端。網(wǎng)絡(luò)接口單元4與通信網(wǎng)相連，負(fù)責(zé)由物 理接口獲取來自通信網(wǎng)的信號。當(dāng)通信網(wǎng)為有線以太網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)接口單元為以太網(wǎng)網(wǎng)卡， 連接線纜為五類線。網(wǎng)卡獲取物理電平信號，并根據(jù)鏈路層驅(qū)動解析后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議得到 IP數(shù)據(jù)包并交付給中央處理單元1 。當(dāng)通信網(wǎng)為Wi-Fi無線寬帶網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)接口單元4為 無線網(wǎng)卡，無需連接線纜。無線網(wǎng)卡接收由訪問點AP發(fā)射的信號，并通過其鏈路層解析后 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議得到IP數(shù)據(jù)包并交付給中央處理單元1。當(dāng)通信網(wǎng)為移動射頻通信網(wǎng)絡(luò)時， 網(wǎng)絡(luò)接口單元4為射頻移動通信模塊或外置的移動通信網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)卡，無需連接線纜。射頻 移動通信模塊采用微波方式與基站BS進(jìn)行通訊，并根據(jù)鏈路層驅(qū)動解析后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 得到IP數(shù)據(jù)包并交付給中央處理單元1。本實施例中，機頂盒終端7由機頂盒71、音視頻 輸出設(shè)備72和輸入設(shè)備73構(gòu)成，音視頻輸出設(shè)備72和輸入設(shè)備73分別連接到機頂盒71。 機頂盒71通過有線電視網(wǎng)獲取圖像和聲音，通過通信網(wǎng)與數(shù)字電視前端收發(fā)控制命令。音 視頻輸出設(shè)備72為電視機、顯示器+音箱等圖像聲音輸出設(shè)備；輸入設(shè)備73為遙控器、鍵 盤、鼠標(biāo)、游戲手柄等外部輸入設(shè)備。用戶通過輸入設(shè)備73對機頂盒71進(jìn)行操作，機頂盒 71獲取外設(shè)輸入后通過通信網(wǎng)絡(luò)向數(shù)字電視前端發(fā)出帶有服務(wù)信息的用戶指令，并根據(jù)分 配的頻點和節(jié)目編號(PID)獲取其請求的服務(wù)的音視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過解復(fù)用、解碼后從音視 頻輸出設(shè)備72上輸出。 本發(fā)明中的即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)除提供交互式服務(wù)以外，還可以提 供傳統(tǒng)的非交互式服務(wù)，只需要在信源播放單元6上增加例如衛(wèi)星接收器等傳統(tǒng)信源輸入 裝置即可。 如圖6所示，本實施例中的中央處理單元1采用Intel YONAH雙核CPU，高速存儲單元2采用雙通道DDR2內(nèi)存，存儲單元3采用HDD硬盤，網(wǎng)絡(luò)接口單元4采用 realtek的10/100/1000RTL8111B網(wǎng)絡(luò)適配器，分別通過大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備MCH-M Calistoga945PM北橋芯片和I/O總線通信控制設(shè)備ICH7-M相連。 本發(fā)明中并行處理單元5有2種實施方式， 一是采用多核CPU作為并行處理單元 實現(xiàn)高速并行處理；二是采用GPU作為并行處理單元實現(xiàn)高速并行處理，兩種實施方式只 是采用的并行裝置不同，目的都是要實現(xiàn)高速并行處理的目的。在本實施例中并行處理單 元5采用NVidia公司支持CUDA的GT8600GPU， GT8600是一種支持并行計算的高性能GPU， 性能優(yōu)越，且設(shè)計的初衷是面向中端用戶，具有良好的性價比，本實施例采用GT8600主要 就是基于其強大的并行計算能力和優(yōu)越的性能?，F(xiàn)有CPU處理器采用串行執(zhí)行架構(gòu)，其設(shè) 計目標(biāo)用來處理通用任務(wù)的處理、加工、運算以及系統(tǒng)核心控制等，包含的最基本部件有算 術(shù)邏輯單元和控制單元，CPU的微架構(gòu)是為高效率處理數(shù)據(jù)相關(guān)性不大的計算類、復(fù)雜繁瑣 的非計算類的等工作而優(yōu)化。在此架構(gòu)下要對大規(guī)模的實時多路視頻壓縮編碼進(jìn)行處理， 必須采用大量的處理器進(jìn)行計算且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本過高。而GPU具有較大的內(nèi)存帶寬以及 大量的并行執(zhí)行單元，且在NVidia推出CUDA后，CUDA支持的GPU支持并行數(shù)據(jù)高速緩沖 和線程執(zhí)行管理器，具備強大的并行數(shù)據(jù)計算能力。但GPU缺乏分支預(yù)測等復(fù)雜的流程控 制單元，對于高度分支的復(fù)雜應(yīng)用其效率較差。因此在本發(fā)明實施例中引入中央處理單元1 為主處理器、并行處理單元5為協(xié)處理器的新型并發(fā)處理架構(gòu)，通過并行處理單元5中數(shù)百 個芯片內(nèi)處理器核心的同步通信和合作，來解決實時多路視頻壓縮編碼的復(fù)雜計算問題。
如圖7和圖8所示，MCH-M Calistoga 945PM與并行處理單元5 (Nvidia8600)各有 一個PCI_E接口 ，它們之間的通信就通過這兩個接口完成，通過圖中標(biāo)號為PEX_TXO-PEX_ TX15的16個引腳向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)；通過標(biāo)號為PEX_RX0-PEX_RX15的16個引腳接收數(shù)據(jù)。 Nvidia8600主芯片左邊標(biāo)號為FBAD0-FBAD63的64個引腳是芯片和總線相連的數(shù)據(jù)引腳， 可以從總線接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上。與總線相連標(biāo)號為B1的端口與圖9和圖 10中FPGA的PS_INA
-PS_INA[7]、 PS_INB
_PS_INB [7] 、 PS_INC
_PS_INC[7] 、 PS— IND
-PS_IND [7] 、 PS_INE
_PS_INE [7] 、 PS_INF
_PS_INF [7] 、 PS_ING
_PS_ING [7]、 PS_INH
-PS_INH[7]8路共64個引腳相連，主要實現(xiàn)將并行處理單元5輸出的PS流數(shù)據(jù) 傳輸給信源播放單元6。圖中標(biāo)號為FBVDD的引腳連接電源信號，標(biāo)號為FB—CMD0-FBJM)28 的29個引腳接并行處理單元5處理過程的控制信號，標(biāo)號為FBADQM0-FBADQM7、 FBADQS_ WP0-FBADQS_WP7、FBADQS_RN0-FBADQS_RN7的24個引腳接內(nèi)存控制信號，保證數(shù)據(jù)的傳輸。 FBA_CLKO和FBA_CLK1接時鐘信號。 如圖9、圖IO和圖11所示，信源播放單元6由傳輸流封裝單元61、多路復(fù)用單元 62和調(diào)制單元63組成，所述傳輸流封裝單元61用于將節(jié)目流封裝成傳輸流，所述多路復(fù)用 單元62用于將來自傳輸流封裝單元61的傳輸流多路復(fù)用成多節(jié)目傳輸流，所述調(diào)制單元 63用于將來自多路復(fù)用單元62的多節(jié)目傳輸流進(jìn)行調(diào)制后發(fā)送至有線電視網(wǎng)絡(luò)中。在本 實施例中，傳輸流封裝單元61和多路復(fù)用單元62采用型號為EP1C12Q240C8的FPGA芯片 實現(xiàn)，多路復(fù)用單元62共有8路輸入A、B、C、D、E、F、G、H和2種輸出ASI、SPI。 FPGA編號 為134-141、標(biāo)識為PS_INA[7] 、PS_INA[6] 、PS_INA[5] 、PS_INA[4] 、PS_INA[3] 、PS_INA[2]、 PS_INA[1]、PS_INA
的引腳分別是FPGA的A路信號的8個數(shù)據(jù)位輸入引腳，編號為143、 144的標(biāo)識為PS_VLDA、 PS_SYNA的引腳分別是A路信號的驗證信號和同步信號的輸入引腳，編號為152的標(biāo)識為PS—CLKA的引腳是A路信號的時鐘信號引腳。同理，第2至8路信 號，分別以B、C、D、E、F、G、H以相同的命名方式和接入方式接入FPGA引腳，GPU傳輸過來的 節(jié)目流數(shù)據(jù)就通過這88個引腳輸入到本電路FPGA中。FPGA右下角編號為125、126、127、 128的標(biāo)識為SDOl、 SDIl、 SCS1、 SCK1的引腳是FPGA的SPI輸出引腳，經(jīng)FPGA打包和復(fù)用 后的多節(jié)目傳輸數(shù)據(jù)由此采用SPI傳輸方式輸出。FPGA左邊編號為60、59、58、57的標(biāo)識 為ASITX2_P、ASITX2_N、ASITX1_P、ASITX1_N的引腳與圖8中同名引腳相連，是多節(jié)目傳輸 數(shù)據(jù)的ASI輸出引腳。在本實施例中，采用軟件方式完成對PS流數(shù)據(jù)的打包和復(fù)用，預(yù)置 在FPGA中的軟件根據(jù)傳輸流TS的格式對節(jié)目流PS進(jìn)行封裝，并將多路TS流復(fù)用到一路 TS上形成多節(jié)目傳送流MPTS，從而完成傳輸流打包和多路復(fù)用功能，需要將復(fù)用后的信號 輸出到調(diào)制器上進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。此外，也可以采用硬件的方式實現(xiàn)，或者將整個信源播放單 元6采用單塊FPGA實現(xiàn)。 如圖12所示，在集成傳輸流封裝單元61和多路復(fù)用單元62的FPGA的存儲單元 SDRAM的存儲接口中，F(xiàn)ADDR0-FADDR17是18個地址輸入引腳，DATA0-DATA15是數(shù)據(jù)輸出引 腳，這些引腳與FPGA上的同名引腳相連。 如圖13所示，本實施例中調(diào)制單元63采用華為的InfoLink DTX 8210/8211QAM 調(diào)制器，調(diào)制單元63具有兩個不同的輸入接口 SPI輸入接口和MPEG輸入接口 ，分別支持 TS流的SPI和ASI輸入，調(diào)制單元63的SPI和ASI輸入端口分別與FPGA的輸出端口 SPI 和ASI相連。經(jīng)過SPI輸入接口和MPEG輸入接口輸入的多節(jié)目傳輸流經(jīng)過SI處理模塊和 CODER/QAM模塊進(jìn)行調(diào)制、上變頻處理后到指定頻率后發(fā)送至有線數(shù)字電視網(wǎng)網(wǎng)中下發(fā)給 機頂盒終端用戶。 圖14為CPU接口的第一部分電路芯片圖，它主要連接大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備和 I/O總線通信控制設(shè)備芯片，CPU第一部分圖主要是控制線路部分，芯片上引腳標(biāo)明A[3]# 至A[16]ft的為第0號地址組和芯片上表明A[17]至A[31]的為第1組地址；兩組地址通 過雙向總線連接線H_A#[16. . 3]和H_A#[31. . 17]連接到圖16大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備中 連接線名為H_A#[31. . 3]地址總線上，地址連接總線H_A#[31. . 3]分別連接了大量數(shù)據(jù) 傳輸控制設(shè)備上的H_A#_3至H_A#_31的弓I腳上。弓I腳REQ
#至REQ[4]#、 ADSTB
#、 ADSTB[1]#、 ADS#、 BNR#、 BPR#、 DRDY#、 DBSY#、 DRO#、 LOCK#、 HIT#、 HITM#都分別通過雙向連 接線H_REQ# [4. 0] 、 H_ADSTB#0 、 H_ADSTB# 1 、 H_ADS#、 H_BNR#、 H_BPR#、 H_DRDY#、 H_DBSY#、 H_ DRO#、H_LOCK#、H_HIT#、H_HITM#連接到大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備中同名連接線所對應(yīng)的芯片 引腳上。引腳BPR#、 DEFER#、 RESET#、 RS
#、 RS [1] #、 RS [2] #、 TRDY#通過單向輸入連接線 與大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備中的同名連接線對應(yīng)的引腳相連。引腳A20Mft、IGNNEft、STPCLKft、 LINTO、 LINl、 SMI#、 INIT#都分別通過單向輸入連接線H_A20M#、 H_IGNNE#、 H_STPCLK#、 H_ INTR、 H_HNMI、 H_SMI#、 H_INIT#連接到I/O總線通信控制設(shè)備上同名的連接線對應(yīng)的引腳 上。引腳FERRft的通過單向輸出連接線lFERRft連接到I/O總線通信控制設(shè)備上的同名 連接線對應(yīng)的引腳上。圖15是CPU接口芯片第二部分，這部分的主要功能是數(shù)據(jù)通信部 分。引腳D
ft至D[63]共64個引腳通過數(shù)據(jù)雙向總線H—D
連接到大量數(shù)據(jù)傳 輸控制設(shè)備同名的總線連接線對應(yīng)的陣腳上。引腳DSTBN
#至DSTBN[3] #、 DSTBP
# 至DSTBP[3]ft、 DINV
#至DINV[3]#共12個引腳分別通過H_DSTBN#0至H_DSTBN#3、 H_ DSTBP#0至H_DSTBP#3、H_DINV#0至H_DINV#3共12根雙向連接線連接到大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備同名的連接線對應(yīng)的陣腳上。引腳DPWR#、 SLP#的引腳分別通過H_DPWR#、 H_CPUSLP# 單向輸入連接線連接到大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備同名的連接線對應(yīng)的引腳上。引腳DPRSTPft、 DPSLP#、PWRG00D、 SLP#分別通過單向輸入連接線H_DPRSTP#、H_DPSLP#、H_PWRGOOD、H_SLP# 連接到I/O總線通信控制設(shè)備同名的連接線對應(yīng)的引腳上。 如圖16U7、18和19所示，大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備主要負(fù)責(zé)和CPU通信和進(jìn)行數(shù) 據(jù)交互，引腳H_A#_3至H_A#_31的引腳通過雙向地址總線H_A#[31. . 3]與圖14中的同名 連接總線相連。弓l腳H_D#_0至H_D#_63通過總線名為H_D#
與圖15中的同名總線 相連接。引腳H_DASTB#0 、 H_REQ# [4. 0] 、 H_ADSTB# 1 、 H_ADS#、 H_BNR#、 H_DRDY#、 H_DBSY#、 H_BRO#、 H_LOCK#、 H_HIT#、 H_HITM#與圖14中的同名連接線連接到CPU的引腳。大量數(shù) 據(jù)傳輸控制設(shè)備通過單向輸入引腳H_BPR1#、 H_DEFER#、 H_CPURST#、 H_RS#0至H_RS#2、 H_ TRDYft分別與圖14中的芯片引腳的同名連接線相連接。引腳通過雙向連接線H—DSTB腦0至 H_DSTBN#3、 H_DSTBP#0至H_DSTBP#3、 H_DINV#0至H_DINV#3分別與圖15中CPU接口芯片 陣腳的同名連接線相連接。引腳單向輸入連接線H_DPWR#H_CPUSLP#分別與圖15中CPU接 口芯片的引腳對應(yīng)的同名的連接線相連接。圖17是大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備第二部分，這部 分主要是有與1/0總線通信控制設(shè)備連接部分和與內(nèi)存控制部分。在圖17中大量數(shù)據(jù)傳 輸控制設(shè)備中的引腳引出的單向輸人總線連接線名為匿IJXN
和匿IJXP[O. . 3]這 八根輸入連接線分別與圖19中的I/O總線通信控制設(shè)備引腳引出的連接線名為匿IJXNO 至DMI_TXN3、 DMI_TXPO至DMI_TXP3這八根輸出線相連接。圖17中單向輸出連接總線名 為DMI_RXN
禾P DMI_RXP
這八根連接線分別與圖19中的連接線名為DMI_RXNO 至MI_RXN3、 MI_RXPO至MI_RXP3這八根輸入線相連接。這里實現(xiàn)了大量數(shù)據(jù)傳輸控制 設(shè)備與I/O總線通信控制設(shè)備的數(shù)據(jù)的通信。在圖17中的芯片右上角為與高速緩存單元 2相連接的端口 ，其中引腳M_CLK_DDRO至M_CLK_DDR3以及M_CKE
、 M_CS#
、 M_ ODT[O. . 3]分別與高速緩存單元2的引腳相連。圖18所示為大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備第三部 分，是與內(nèi)存數(shù)據(jù)通信部分，這個部分是有兩塊芯片分別與兩個內(nèi)存通道通信，此處僅舉例 說明其中一個通道連接，另一個通道是一樣的連接方式。圖18的左上角的連接線名為M— A_DQ
的雙向連接總線連接線與存儲單元相連接，連接線名為M_A_DQS
和M_ A_DQS#
，M_A_BS#0至M_A_BS#2、M_A_CAS#、M_A_DM
、M_A_A
、M_A_RAS#、 M_A_WE#與存儲單元相連接。 如圖19所示，I/O總線通信控制設(shè)備與大量數(shù)據(jù)傳輸控制設(shè)備相連并通過PCI-E 接口與網(wǎng)卡芯片相連。1/0總線通信控制設(shè)備左上角上的四個引腳F26、F25、E28、E28分別 對應(yīng)引出連接線PCIE_RXN1_SB、PCIE_RXP1_SB、PCIE_RXN1_LAN、PCIE_RXP1_LAN與圖20中 網(wǎng)卡芯片的引腳HSON、HSOP、HSIN、HSIP引出的同名的連接線相連接。分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸 出。芯片右上方的16個引腳引出的連接線名為DMI_TXNO至DMIJXN3、 DMI_TXPO至DMI_ TXP3這8根線為輸出連接線，他們分別與圖17中的同名連接線相連接。MI_RXNO至匿1_ RXN3、 DMI_RXPO至DMI_RXP3這8根線為輸入連接線，他們分別與圖17中的同名連接線相 連接。 如圖20所示，網(wǎng)絡(luò)接口單元4的網(wǎng)卡芯片引腳號為30、29、24、23號，名為HSON、 HSOP、 HSIN、 HSIP這四個引腳通過連接線名為PCIE_RXN1_SB、 PCIE_RXP1_SB、 PCIE_RXN1_ LAN、 PCIE—RXP1JJVN分別與圖19中的I/O總線通信控制設(shè)備引腳引出的同名連接線相連接。網(wǎng)卡芯片左邊的引腳號為3、4、6、7、9、10、12、13這八個引腳引出的雙向連接線名分別 是L_TRDPO、 L_TRDMO、 L_TRDP1、 L_TRDM1、 L_TRDP2、 L_TRDM2、 L_TRDP3、 L_TRDM3都分另U與 圖21中的同名連接線相連接。如圖21所示，網(wǎng)絡(luò)接口單元4的2、3、5、6、8、9、11、12這八 個引腳分別與圖20中的同名的連接線相連接。 本發(fā)明中用戶獲取信源的步驟如下用戶通過操作輸入設(shè)備73選定指定的服務(wù) 向機頂盒71發(fā)送請求服務(wù)指令，機頂盒71將用戶指令經(jīng)過通信網(wǎng)發(fā)送至本發(fā)明的交互式 即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)。然后，即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)運行用戶請 求的服務(wù)所關(guān)聯(lián)的交互式服務(wù)程序，為機頂盒終端用戶分配頻點和節(jié)目編號，并通過通信 網(wǎng)保持與所述機頂盒終端保持實時交互，同時實時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音，并 將獲取的圖像和聲音分割成多個離散的數(shù)據(jù)段，然后將多個離散的數(shù)據(jù)段按照指定的編碼 格式進(jìn)行并行編碼壓縮后，再經(jīng)過封裝、多路復(fù)用、調(diào)制后通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給所述機 頂盒終端；機頂盒71將來自有線電視網(wǎng)絡(luò)的信號解碼、解封裝、解復(fù)用后獲取其請求服務(wù) 的圖像和聲音，然后通過音視頻輸出設(shè)備72輸出，從而實現(xiàn)機頂盒終端與即時交互式數(shù)字 電視前端服務(wù)系統(tǒng)的交互。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本發(fā)明的普 通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視 為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種即時交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法，其特征在于其實施步驟如下1)系統(tǒng)初始化將一個以上機頂盒終端連成一個機頂盒終端用戶組，將所述機頂盒終端用戶組通過有線電視網(wǎng)和通信網(wǎng)與一個即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)相連，所述即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)置有交互式服務(wù)程序；2)機頂盒終端請求服務(wù)機頂盒終端用戶組中任意一個機頂盒終端通過通信網(wǎng)向所述即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)發(fā)出交互式服務(wù)請求；3)即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)向機頂盒終端提供服務(wù)所述即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)初始運行所述機頂盒終端請求服務(wù)所關(guān)聯(lián)的交互式服務(wù)程序，為機頂盒終端用戶分配頻點和節(jié)目編號，并通過通信網(wǎng)保持與所述機頂盒終端保持實時交互，同時實時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音，并將獲取的圖像和聲音分割成多個離散的數(shù)據(jù)段，然后將多個離散的數(shù)據(jù)段按照指定的編碼格式進(jìn)行并行編碼壓縮后，再經(jīng)過封裝、多路復(fù)用、調(diào)制后通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給所述機頂盒終端；4)機頂盒終端接收其請求的服務(wù)所述機頂盒終端通過分配的頻點和節(jié)目編號將來自有線電視網(wǎng)絡(luò)的信號解調(diào)、解復(fù)用、解封裝、解碼后獲取其請求服務(wù)的圖像和聲音。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法，其特征在于所述實時獲取交互 式服務(wù)程序的圖像和聲音的詳細(xì)步驟如下a) 為交互式服務(wù)程序分配圖形通道和聲音通道；b) 為發(fā)出交互式服務(wù)請求的機頂盒終端分配圖形緩存和聲音緩存； C)對交互式服務(wù)程序運行的圖像進(jìn)行定位；d)定時從圖形通道中取出一幀圖像存入圖形緩存、定時從聲音通道中取出聲音數(shù)據(jù)存 入聲音緩存。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法，其特征在于所述封裝的詳 細(xì)步驟如下a) 將編碼壓縮后的圖像和聲音數(shù)據(jù)封裝成節(jié)目流；b) 將節(jié)目流按照傳輸流的格式分解；c) 對分解后的圖像和聲音數(shù)據(jù)片段插入為機頂盒終端分配的節(jié)目編號后封裝成傳輸流；d) 矯正封裝的傳輸流格式圖像和聲音數(shù)據(jù)的包參數(shù)和時間。
4. 一種即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)，包括中央處理單元(1)、高速存儲單元 (2)、存儲單元(3)、網(wǎng)絡(luò)接口單元(4)和信源播放單元(6)，中央處理單元(1)分別與高速 存儲單元(2)、存儲單元(3)、網(wǎng)絡(luò)接口單元(4)和信源播放單元(6)相連，其特征在于它 還包括并行處理單元(5)，所述并行處理單元(5)分別與中央處理單元(1)、信源播放單元 (6)相連，所述網(wǎng)絡(luò)接口單元(4)用于接收機頂盒終端的服務(wù)請求、用戶指令和發(fā)送分配給 機頂盒終端的頻點和節(jié)目編號；所述中央處理單元(1)用于根據(jù)接收機頂盒終端的服務(wù)請 求、用戶指令，將存儲單元(3)保存的交互式服務(wù)程序調(diào)入高速存儲單元(2)中運行，給機 頂盒終端分配頻點和節(jié)目編號，通過機頂盒終端的用戶指令與交互式服務(wù)程序進(jìn)行實時交 互，定時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音、將獲取的圖像和聲音數(shù)據(jù)分割成小段后發(fā)送 給并行處理單元(5);所述并行處理單元(5)用于將圖像和聲音數(shù)據(jù)的進(jìn)行并行壓縮編碼 后封裝成節(jié)目流；所述信源播放單元(6)用于將來自并行處理單元(5)的節(jié)目流進(jìn)行多路復(fù)用、調(diào)制并通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給機頂盒終端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)，其特征在于所述信源播放單元(6)由傳輸流封裝單元(61)、多路復(fù)用單元(62)和調(diào)制單元(63)組成，所述傳輸 流封裝單元(61)用于將節(jié)目流封裝成傳輸流，所述多路復(fù)用單元(62)用于將來自傳輸流 封裝單元(61)的傳輸流多路復(fù)用成多節(jié)目傳輸流，所述調(diào)制單元(63)用于將來自多路復(fù) 用單元(62)的多節(jié)目傳輸流進(jìn)行調(diào)制后發(fā)送至有線電視網(wǎng)絡(luò)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種即時交互式數(shù)字電視的實現(xiàn)方法及其前端服務(wù)系統(tǒng)，將一組機頂盒終端通過有線電視網(wǎng)和通信網(wǎng)與即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)相連；機頂盒終端向即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)發(fā)出交互式服務(wù)請求；即時交互式數(shù)字電視前端服務(wù)系統(tǒng)運行交互式服務(wù)程序并保持實時交互，同時獲取交互式服務(wù)程序的圖像和聲音通過有線電視網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給機頂盒終端。數(shù)字電視前端實時交互式服務(wù)系統(tǒng)由中央處理單元、高速存儲單元、存儲單元、網(wǎng)絡(luò)接口單元、并行處理單元和信源播放單元組成。本發(fā)明具有與機頂盒終端平臺無關(guān)、可實現(xiàn)機頂盒終端輕量化、有利于版權(quán)保護和管理、并發(fā)用戶接入能力強、整體成本低、應(yīng)用范圍廣泛的優(yōu)點。
文檔編號H04N7/173GK101707696SQ200910246069
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者何筱茂, 盛日, 陳佐, 陳漢, 陳治, 龍山 申請人:長沙行成信息科技有限公司