戶珊珊，楊 帆，華 中，寇志強(qiáng)，潘國峰

( 1. 河北工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300401；2. 天津鉑創(chuàng)國茂電子科技發(fā)展有限公司，天津 300384 )

基于安卓系統(tǒng)的模擬智能機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

戶珊珊1，楊 帆1，華 中2，寇志強(qiáng)2，潘國峰1

( 1. 河北工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300401；2. 天津鉑創(chuàng)國茂電子科技發(fā)展有限公司，天津 300384 )

為了解決數(shù)字廣播電視收費(fèi)的設(shè)定，給一些酒店、旅館等多房間大型場(chǎng)所帶來的成本提升問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能模擬機(jī)頂盒，該機(jī)頂盒硬件層次上對(duì)HI3716C平臺(tái)進(jìn)行了擴(kuò)展，軟件層次上用安卓自帶組件播放模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了NDK環(huán)境搭建以及上層應(yīng)用(JAVA)與底層(C語言)的無縫銜接。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該產(chǎn)品效果良好，具有廣闊的應(yīng)用前景及商業(yè)價(jià)值，可廣泛地應(yīng)用在各種多房間大型場(chǎng)所。

智能機(jī)頂盒；安卓；模擬信號(hào)；系統(tǒng)移植

機(jī)頂盒(Set Top Box， STB)是廣播媒介實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后用于接收端的重要設(shè)備[1]，它搭載了智能操作系統(tǒng)，相當(dāng)于一臺(tái)簡(jiǎn)化的電腦主機(jī)，接入電視顯示器之后，電視機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽、視頻電影觀看、聊天辦公、購物游戲等功能。

隨著Android系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，目前機(jī)頂盒搭載Android已成最常規(guī)的配置[2]，小米、樂視、阿里等大型電商都推出了自己的Android智能機(jī)頂盒，同時(shí)，由于Android系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢(shì)，機(jī)頂盒有了良好的用戶體驗(yàn)。

但是，由于數(shù)字廣播電視收費(fèi)的設(shè)定，每個(gè)機(jī)頂盒需要特定的智能卡才能收看數(shù)字電視，這就給一些大型酒店、旅館等多房間的場(chǎng)所帶來巨大的成本壓力。雖然機(jī)頂盒也可以通過網(wǎng)絡(luò)收看網(wǎng)絡(luò)電視，但由于網(wǎng)絡(luò)速度的原因，節(jié)目會(huì)出現(xiàn)卡頓和清晰度不高的問題。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能模擬機(jī)頂盒，使得機(jī)頂盒不僅具備正常網(wǎng)頁瀏覽、視頻電影觀看、聊天辦公、購物游戲等功能，還可以接收傳統(tǒng)的模擬電視，降低酒店等大型場(chǎng)所的成本，應(yīng)用前景非常廣闊。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能模擬機(jī)頂盒主要由電源模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)編碼模塊、指令接收模塊、控制處理模塊和顯示模塊組成[3]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

其中，數(shù)據(jù)接收模塊主要完成模擬信號(hào)的接收，并分離出音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)編碼模塊主要完成音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的編碼，編碼為處理器可以處理的數(shù)字音頻格式和數(shù)字視頻格式；指令接收模塊主要完成指令的接收和上傳，控制處理器做出相應(yīng)的操作；顯示模塊完成視頻和音頻播放；控制處理模塊為系統(tǒng)的核心，完成數(shù)字音頻和數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換、指令控制、音視頻數(shù)據(jù)的傳輸和控制顯示。

1.2 功能設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了模擬播放器客戶端[4]，由于智能機(jī)頂盒搭載Android系統(tǒng)，機(jī)頂盒有了良好的用戶體驗(yàn)，使用戶可以可視化地完成傳統(tǒng)電視不能完成的操作，這也是本產(chǎn)品在功能上的優(yōu)勢(shì)。

機(jī)頂盒可視化功能包括：1)運(yùn)行狀態(tài)控制功能，即實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行、待機(jī)控制和關(guān)機(jī)功能。2)節(jié)目搜索功能，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索功能、手動(dòng)搜索功能和全頻段搜索功能。3)節(jié)目管理功能，包括節(jié)目的編輯以及節(jié)目屬性的設(shè)定。4)參數(shù)調(diào)整功能，即對(duì)機(jī)頂盒選單的透明度、圖像顯示的亮度、對(duì)比度以及色度進(jìn)行調(diào)整。5)節(jié)目播放功能，主要實(shí)現(xiàn)音視頻服務(wù)的播放和停止功能。

1.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品在硬件層次上對(duì)HI3716C平臺(tái)[5]進(jìn)行擴(kuò)展，圖2所示為硬件框圖。

圖2 產(chǎn)品硬件系統(tǒng)框圖

產(chǎn)品核心芯片為HI3716C，可應(yīng)用于機(jī)頂盒，也可應(yīng)用于高清多媒體播放、可視通信和家庭娛樂。芯片采用ARM公司的Cortex A9處理器，內(nèi)置豐富的外圍接口功能，能夠提供靈活的連接方案，滿足多媒體播放的要求。提供音頻和視頻的輸入輸出接口。

Tuner采用ZG-9885W芯片，內(nèi)部包括低噪聲前置放大器、混頻器、振蕩器、鎖相環(huán)等。射頻電視信號(hào)進(jìn)入調(diào)諧器的高頻放大器進(jìn)行放大，其增益由AGC電路自動(dòng)控制，再由跟蹤濾波器將鏡像信號(hào)去除，利用混頻器和本地振蕩器混出中頻信號(hào)，最后經(jīng)由中頻濾波器濾除雜波、輸出2路中頻信號(hào)，完成調(diào)諧器的功能。

視頻編碼器采用tvp5150A，是一款超低功耗、支持NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能視頻解碼器。它可以接收2路復(fù)合視頻信號(hào)(CVBS)或1路S2Video信號(hào)。通過I2C總線設(shè)置內(nèi)部寄存器，可以輸出8位4∶2∶2的ITU2RBT.656信號(hào)(同步信號(hào)內(nèi)嵌)，以及8位4∶2∶2的ITU2RBT.601信號(hào)(同步信號(hào)分離，單獨(dú)引腳輸出)。

音頻編碼器采用pcm1808，是一款高性能、低成本、單芯片、立體聲模數(shù)轉(zhuǎn)換器，支持單端模擬電壓輸入。PCM1808采用delta-sigma調(diào)制器以64倍過采樣，并包括一個(gè)數(shù)字抽取濾波器和高通濾波器，可以消除輸入信號(hào)的直流成分。

1.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件層次上通過分析Android的OS，運(yùn)用遙控器驅(qū)動(dòng)框架[6]和MediaPlayer播放器[7-9]完成模擬播放器的功能，軟件主要為信號(hào)的播放、換臺(tái)、搜索和參數(shù)調(diào)節(jié)等功能。如圖3所示為軟件總體框圖，從應(yīng)用層、框架層、系統(tǒng)運(yùn)營層和驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行分析。

開啟機(jī)頂盒后，進(jìn)入模擬播放器應(yīng)用，播放器會(huì)從本地文件中讀取上次退出播放器時(shí)播放的頻點(diǎn)，調(diào)諧器會(huì)鎖存該頻點(diǎn)，從該頻點(diǎn)讀取視頻和音頻數(shù)據(jù)，視頻和音頻編碼器會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并將數(shù)據(jù)送入處理器，處理器會(huì)完成對(duì)Snd，Disp，VO，AVPLAY初始化，并開啟兩個(gè)線程，分別將數(shù)字音頻和數(shù)字視頻放入相應(yīng)的緩沖區(qū)，然后海思自帶的播放庫函數(shù)完成音視頻的播放。

當(dāng)用戶按下OK鍵或上下鍵時(shí)，可以選擇播放特定的電視節(jié)目，此時(shí)，調(diào)諧器會(huì)鎖存相應(yīng)的頻點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)送入處理器，完成播放。

當(dāng)用戶按下F4鍵后，出現(xiàn)系統(tǒng)管理界面，當(dāng)選擇頻道搜索時(shí)，調(diào)諧器會(huì)從起始頻點(diǎn)處開始進(jìn)行鎖頻，檢測(cè)該頻點(diǎn)有沒有相應(yīng)的音視頻信息，如果有，將該頻點(diǎn)寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，保存頻點(diǎn)。

圖3 軟件系統(tǒng)框圖

2 Android系統(tǒng)移植

本系統(tǒng)采用海思提供的Android系統(tǒng)開發(fā)包，將本系統(tǒng)代碼移植到Android開發(fā)包并對(duì)相關(guān)方法進(jìn)行改寫，并重新編譯[10]。模擬信號(hào)播放器主要用到VideoView控件的VideoView.setVideoURI、VideoView.start、VideoView.seekTo方法，其中VideoView.setVideoURI設(shè)置數(shù)據(jù)源；VideoView.start準(zhǔn)備播放，設(shè)置播放的surface、聲音等參數(shù)；VideoView.seekTo設(shè)置換臺(tái)參數(shù)。以上方法主要依賴libmedia_jni.so、libmedia.so、libmediaplayerservice.so 和調(diào)諧器驅(qū)動(dòng)等庫函數(shù)。

2.1 源碼準(zhǔn)備

將名為APP_AnalogTunerPlay文件夾放于Android SDK源代碼目錄下的：Hidevicehisilicon godbox driversdksample目錄下。

將名為6EPNF_1.c、6EPNF_1.h、hi_adp_mpi.c、hi_adp_mpi.h 文件放于Android SDK源代碼目錄下的Hidevicehisilicongodboxdriversdksamplecommon目錄下。

將名為YH_AT_MediaPlayer.h、YH_AT_MediaPlayer.cpp、MediaPlayerService.cpp、Android.mk放于Android SDK源代碼目錄下的Hiframeworksasemedialibmediaplayerservice下。

將名為tvp5150.c文件放于Android SDK 源代碼目錄下的：Hidevicehisilicongodboxdriver sdkmspecsdrv vp5150下。

2.2 庫文件編譯

進(jìn)入到Hidevicehisilicongodboxdriversdksample目錄下，執(zhí)行mm命令，可以編譯生成APP_AnalogTunerPlay庫。

進(jìn)入到Hidevicehisilicongodboxdriversdksamplecommon目錄中下，運(yùn)行mm命令，可以編譯生成libsample_common.so庫文件。

進(jìn)入Hiframeworksasemedialibmediaplayerservice目錄下，執(zhí)行mm命令，可以編譯生成libmediaplayerservice.so庫文件。

進(jìn)入Hidevice hisilicon godbox driversdk目錄下，運(yùn)行make -f mpi.mk，可以生成hi_tvp5150.ko庫文件。

最后將這些庫文件分別放入系統(tǒng)相應(yīng)的文件夾，運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)用，完成播放器的運(yùn)行。

3 產(chǎn)品演示及性能測(cè)試

由于Android系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，本產(chǎn)品具有良好的用戶體驗(yàn)，可視化程度很高；相比普通模擬電視，本產(chǎn)品的清晰度更高。圖4所示仿真圖展示了節(jié)目播放畫面及系統(tǒng)參加調(diào)解界面。

圖4 產(chǎn)品演示圖(截圖)

4 結(jié)束語

隨著Android系統(tǒng)推廣普及，Android系統(tǒng)將徹底改變傳統(tǒng)收視習(xí)慣，Android機(jī)頂盒將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，但由于模擬信號(hào)具備免費(fèi)這一優(yōu)勢(shì)，短期內(nèi)也不會(huì)消亡，因此搭載Android系統(tǒng)的智能模擬機(jī)頂盒也將有廣闊的應(yīng)用空間。本文設(shè)計(jì)的Android智能機(jī)頂盒，使得機(jī)頂盒不僅具備正常網(wǎng)頁瀏覽、視頻電影觀看、聊天辦公、購物游戲等功能，還可以接收傳統(tǒng)的模擬電視，降低酒店等大型場(chǎng)所的成本，應(yīng)用前景非常廣闊。

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Design and Implementation of Intelligent Simulation of STB Based on Android System

HU Shanshan1，YANG Fan1，HUA Zhong2，KOU Zhiqiang2，PAN Guofeng1

(1.CollegeofInformationEngineering，HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300401,China； 2.TianjinBotroElectronicalTech.Co.,Ltd.,Tianjin300384,China)

In order to solve the problem that the digital broadcasting television installations always charge too much for the multi-room venues such as hotels and inns, an intelligent simulation of STB is designed and implemented. From the hardware level, the HI3716C platform is expanded, and from the software level, analog signal with Android built-in components is utilized. The construction of the NDK environment of the Android system and the seamless connection between the top layer application(JAVA) and the bottom layer(C programming language) are also realized. The experiment results indicate that the product performance is quite satisfying. The broad application prospects and commercial value can be predicted in big multi-room sites.

intelligent set-top boxes；Android；Analog signal；system migration

國家科技重大專項(xiàng)課題項(xiàng)目(2009ZX02308-004)

TN27

A

10.16280/j.videoe.2015.01.008

2014-05-08

【本文獻(xiàn)信息】戶珊珊，楊帆，華中，等.基于安卓系統(tǒng)的模擬智能機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),2015，39(1).

戶珊珊，碩士生，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理；

楊 帆，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事電子電路、機(jī)器視覺及系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的研究。

責(zé)任編輯：許 盈