数字机顶盒OTA 功能的设计与实现.pdf

1、有 线电视技术2010 年第 10 期 （总第 250 期 ）数字机顶盒 OTA 功能的设计与实现1 引 言随着数字电视技术的发展 ，机顶盒的功能正在不断的发展和完善 ，内部软件也在不断更新 ，这就需要对机顶盒进行不定期的软件升级 ，以满足用户实时获取机顶盒新功能的需求 。 传统升级方法需要借助机顶盒串口或 USB 接口等外设接口 ， 与装有升级软件的PC 等外部设备连接 ，并由专门的技术人员进行升级 。对于用户规模巨大的终端设备来说 ，这种传统的软件升级方法需要耗费巨大的人力成本和时间成本 。 为此 ，欧洲数字视频广播 （DVB）标准专门制定了相关的系统软件升级服务技术规范 。 这里的系统软

2、件升级服务 （System Software Update Services，SSUS）通常也称为空中升级 （Overtheair，OTA）。 空中升级是指用户终端可以直接通过信号通道的接收下载方式 ，在机顶盒上进行创建和安装更新软件1。 这个过程无需借助其他设备 ，只要机顶盒能够正常接收到信号 、并且内部具备相应的升级控制软件 ，就可以在家中轻松地实现软件升级 。 用户还可以根据实际需要灵活选择数据升级 、部分软件模块升级或整个软件系统升级等不同升级方式 ，从而为用户规模巨大的数字电视系统的运营提供一种更加便捷 、更加快速 、更加灵活 、更加方便的软件升级方式 。2 OTA 的技术规范及传送

3、机制OTA 数据包含升级机顶盒软件系统的应用软件 、备用系统 、Loader、电子节目预告表等 ，通过发送端封装打包 ，并复用到传送流中 。 封装格式采用专用格式流 ，即由机顶盒生产商自行规定 。 升级业务链接描述符的承载体主要有 NIT、BAT 和 PMT 三个表 。 链接描述符是为用户提供业务信息系统描述的特定实体的进一步信息 。21 OTA 数据的 PSI 规范MPEG2 标准规定 ，链接类型为 0x09，0x0A 的链接描述符 (linkagedescriptor）是用来传送携带有系统软件升级业务的 TS 流的定位信息 ，NIT 表中的传送系统描述符包含具体的定位参数 ，包括升级频点和

4、符号率 ， 对于 DVBC 机顶盒 ， 描述符还需包含调制方式 ，而 DVBS 机顶盒则需包含极化方式 。 0x09 的描述符必须处在 NIT 表或特定的 BAT 表的描述符的第一个循环 ，附加说明升级机顶盒的软硬件升级版本号和序列号 ， 升级业务的厂家唯一标识符 （OrganizationUnique Identifier，OUI）信息及其对应的业务标识符 。BAT 表中的链接描述符可链接到业务群的相关信息 。链接描述符的描述符标签值是 0x4A。 PMT 必须含有数据广播标识描述符 。 DVB 系统的软件升级服务（SSU）规范规定 ，数据广播标识符为 0x000A 的数据广播标识描述符是用

5、来标识用于 SSU 业务的基本流 ，为 SSU 提供入口点 (PID)2。22 OTA 数据的传送机制针对通用性空中升级 ， 采用标准升级数据传送模式 。 这种模式下 ，数据传送的机制主要是基于 DSMCC（数字存储多媒体控制与命令 ） 数据传送规范和 DVB数据传送协议的3。 OTA 数据可分为组数据和模块数据 。 模块 （Module）就是一个升级业务 ，它对应有一个模块标识符 （Module Id，MI）；组 （Group）就是由多个模块组成的 ，但这些模块必须是属于同一个厂商 ，同样每个组都会对应一个组标识符 （Group Id ，GI)。 在双层数据传送模式下 ，多个厂商的系统软件升

6、级业务是以多组的方式来传送的 ，一个厂商可以有多种升级业务 。OTA 的控制信息存放在下载服务器初始信息康晓扬 苏凯雄 福州大学物理与信息工程学院摘要 ：本文首先介绍了机顶盒 OTA（空中升级 ）所使用的相关规范 ；接着给出空中升级的工作原理 ；最后从软件开发的角度 ，介绍各个软件模块的功能和终端软件的设计流程 。 这种升级方法具有灵活有效 、方便可靠的特点 。关键词 ：空中升级 数字机顶盒 设计实现设备器件82有 线电视技术2010 年第 10 期 （总第 250 期 ）（Download Server Initiate Message，DSI） 和下载信息标识信息 （Download In

7、formation Indication Message，DII） 中 ， 升级纯数据则存放在下载数据块信息（Download Data Block Message，DDB）中 。3 OTA 的工作原理根据 DVB 技术规范及相关的传送机制 ，OTA 的工作原理可以归纳如下 。在发送端 ， 需要把相关的信息复用到传送流中 。在网络配置方面 ，由 NIT 表中的传送系统描述符包含升级频点的参数信息 ，如卫星系统的频率 、符号率 、极化方式等 ； 利用 NIT 表或 SSU BAT 表中的链接类型为 0x09 和 0x0A 的链接描述符提供标识 SSU 业务所在 TS 流的业务标识符 （servi

8、ceid），它与 PMT 表中的节目号相同 。 在节目级 ，OTA 流实际上是被复用成一个节目 ， 所不同的是这个节目的 PMT 携带的不是音视频流及相关数据业务的信息 ，而是系统软件升级业务的厂家 OUI 及对应升级基本流的 PID 等 。 在含有系统软件升级业务的 PMT 表中插入数据广播标识描述符 ，负责承载厂家的 OTA 信息描述 ，如 OUI、升级类型或者升级机顶盒的型号等 。 在 OTA 数据的处理上 ，采用 DSMCC 数据传送协议 。在接收端 ，需要获取升级业务所在的频点及包含OTA 基本流的 PID。 分析 NIT 就可以得到频点 ；分析NIT 或 SSU BAT 的链接描述

9、符获取特定 OUI 对应OTA 流的 serviceid，根据 serviceid 获取 PAT 表 ，分析 PAT 表可知 PMT 的 PID， 这样就可以过滤到正确的 PMT 表 ，从而可以得到 OTA 基本流的 PID。假如在NIT 或 SSU BAT 没有 OUI 的信息 ，则可以在 PMT 表中进行 OUI 匹配 ，获取本机 OUI 相关的 OTA 基本流的 PID。 根据 OTA 基本流的 PID， 获取 DSI、DII 和DDB 信息 ， 对这三种信息的处理将在后续的软件实现中详细说明 。4 OTA 功能设计流程OTA 的功能是很强大的 。它的典型应用就是更新机顶盒的节目信息表

10、、升级机顶盒的软件 、中间件 、操作系统和固件等 。 本文设计的 OTA 系统可以实现对机顶盒的软件应用系统 、 备用系统 、Loader 等进行单独或任意组合的升级 。 通常 ，应用系统已经承载了主要应用业务 ，当增加新业务后 ，一般只需要对应用系统进行单独升级 ，不需要更新整个软件系统 。 这种单独升级的机制增加了升级的灵活度 ，降低了升级所有软件 (特别是 Loader)带来的风险 。下面分别从发送端和接收端两方面来介绍 OTA的设计流程 。41 OTA 前端设计OTA 数据必须经过前端系统的重新分组 、 封装 、打包成 TS 流 ，才能转化为适合在网络传播的传输流4。所以 ， 前端系统

11、首先要在数据库中设置该节目的 PSI信息 ，在 SI 信息中加入 OTA 的链接描述符 ，并生成相关的表数据 。 接着按照厂家自定义的封装程序或是DVB 定义的数据广播封装标准 ， 将 OTA 文件封装到相应 MPEG2 段中去 ，最后再统一打成 TS 包 ，通过播放服务器直接发送出去 。 数据包长度除了最后一包可以不是固定长度外 ， 通常都是分成固定长度 （如2k）， 拆分后的数据包要封装到私有段中去传输 ，而MPEG2 中段的长度不要超过 4096 个字节 ， 因此需要分包 。 此外 ，前端系统还需提供 CRC 冗余校验 ，以保证 OTA 数据的安全性 。42 OTA 终端软件设计OTA

12、在接收端的实现主要分为以下几个模块 ：网络搜索模块 、节目服务信息搜索模块 、升级控制信息处理模块 、升级数据处理模块 。 前两个模块的作用是找到数据入口点 ，后两个模块的作用是获取所需的升级数据 。421 网络搜索模块本模块的功能就是实现搜索到 OTA 业务所在的频点信息及业务标识符 ，重点是处理 NIT 表和系统软件升级 BAT 表中的传送系统描述符和链接描述符 。过滤 NIT 表 ， 分析其中描述符标签为 0x43 (卫星系统 )、0x44(有线电视 )或 0x5A(地面电视 )的传送系统描述符 ，把相关的参数存储起来 ；同时也分析描述符标签为 0x4A、链接类型为 0x09 的链接描述

13、符 ，匹配本机 OUI。 如果成功 ， 则可知当前的业务标识符即为OTA 业务所在 PMT 的节目号 。422 节目服务信息搜索模块本模块主要功能是获取升级数据基本流的 PID。在手动搜索模式下 ，模块的入口参数是用户输入的信息 ；在自动搜索模式下 ，则是网络搜索所获取到的信息 。 本模块通过获取到的频点参数调谐到 OTA 所在的转发器上 ，启动 PAT 滤波 ，根据业务标识符与节目号匹配 ，得到 OTA 业务 PMT 表的 PID，再根据得到的PID 滤取 PMT 表 ， 获取并分析 PMT 表中的数据广播标识描述符 ， 再根据本机 OUI 选取对应 OTA 数据基本流的 PID。设备器件8

14、3有 线电视技术2010 年第 10 期 （总第 250 期 ）423 升级控制信息处理模块本模块的功能是要找出本机 OUI 对应的所有OTA 业务 (模块 )。 首先 ，从 DSI 信息中找出本机 OUI对应的所有组 ，并存储组所对应的信息 （组标识符 、组名 ）。 以组标识符为滤波参数 ，过滤 DII 信息 ，保存该组所有的模块信息 （模块标识符 、模块的段数据大小 、支持平台 、升级数据的软硬件主次版本号和组名等 ）。DSI、DII 和 DBB 信息都是 OTA 数据基本流的数据 ，所以它们是同一个数据包的数据 ， 具有相同的 PID，也就是 OTA 数据基本流的 PID。424 升级数

15、据处理模块本模块的功能是下载 OTA 数据 、通过 CRC 校验检查数据包的正确性 、 并将正确的 OTA 数据加以保存 。 在处理过程中 ，每接收一个数据段就将已接收数据段变量自加 ，直到已接收的数据段与升级信息包中的段总数相同时 ，表示接收完毕 。 当 DDB 下载完成后 ，系统还要检测数据包的完整性 ，判断是否有数据包丢失 。 若检测到有数据包丢失 ，统计丢失包的数量和相应的 tableid，并重置滤波器进行丢失包的滤取 ，直到所有 DDB 数据全部下载完成 。将所有数据接收完毕后 ， 根据升级模块的 ID 擦除 Flash 中需要更新的 section， 然后将保存的升级数据按序写入到

16、 Flash 中去 。同时 ，机顶盒通过人机界面告知用户升级成功 ，并重新启动机顶盒 ，启动应用系统开始运行 ，此时执行的是已经升级过的应用程序 。OTA 在终端机顶盒的软件处理流程如图 1 所示 。5 结束语本文详细阐述了数字机顶盒空中升级的原理和软件设计方法 ， 该设计已应用于自主研发的机顶盒 ，并实现量产 ，使用户可以按需求自由地更新数字机顶盒的功能 。 本设计还需优化升级数据的压缩算法 ，可进一步节省信道资源 ，提高信息传输效率 。 机顶盒空中升级功能为数字电视推出更多增值服务 (工具下载 、游戏下载等 )奠定了基础 ，有利于促进数字电视行业的进一步发展 。参 考 文 献1 吕梓凌 利用电子节目指南私有描述符实现机顶盒空中升级功能 中国有线电视 ，2009 年第 8 期2 方涛 数字电视业务信息及其编码 北京 ：国防工业出版社 ，20033 杨建华 数字电视原理与应用 北京 ： 北京航空航天大学出版社 ，20064 胡铁乔 DVBC 机顶盒在线升级原理及实现 中国民航学院学报 ，2006 年 10 月第 24 卷第 5 期 蒉图 1 OTA 在终端机顶盒的软件处理流程设备器件84