【硕士论文】面向集成数字电视平台的嵌入式图形库的移植与优化

上海交通大学工程硕士学位论文摘要面向集成数字电视平台的嵌入式图形库的移植与优化摘要数字电视是电视技术、通信技术、和计算机技术的跨学科综合产物，被称为中国21世纪前景昀广阔的产业之一。在数字电视系统中，数字电视中间件技术是关键技术之一。数字电视中间件是位于应用程序和操作系统之间的一种系统软件。我们通过定义一组支持数字电视应用功能的标准程序接口，使应用程序具有与底层硬件平台无关的特点，使众多节目提供商在不考虑硬件环境的情况下开发数字电视的交互式应用，大大降低开发成本。目前，数字电视受到越来越多的国内外厂家的关注，国外对数字电视中间件系统的研究己经取得了一定的进展，而国内的研究才刚刚起步。因此，研究和开发具有自主知识产权的数字电视中间件平台具有重要的理论意义和广泛的应用价值。本文以“数字电视中间件设计”为背景，主要针对其中的Java支撑平台部分做了深入的研究。本文首先简要介绍了Java平台在数字电视中间件模型中的地位和作用，其次，研究了Java的体系结构，重点分析了JavaAWT部分的实现机制，并以此为基础，提出了基于DirectFB图形库的AWT实现方案。论文详细的阐述了项目研究的全过程，依次包括课题的提出、分析、设计、编码、测试以及昀后的实现等。其中主要的研究内容及成果有：1.对当前国际上现有的中间件标准进行比较，着重深入分析了欧洲数字电视中间件标准DVB-MHP的体系结构、构成特点、交互模型。2.深入研究了Java的体系结构，重点分析了JavaAPI的组成结构以及Java虚拟机的实现，这是本项目研究的基础内容。深入分析了J2ME、CVM的体系结构、程序接口包及其各部分功能。针对Sun公司提供的J2ME的个人基本简表(PBP)的层次结构，提出更为实用的类库裁剪方案。3.详细分析JavaGUI程序设计中的重要部分-AWT。在对JavaAWT的体系结构进行分析的基础上，提出了基于DirectFB图形库的AWT实现方案。该方案采用FrameBuffer实现方式，既充分利用了底层图形库中的资源，同时还可以提高效率。4.昀后通过研究数字电视中间件模型，实现了将CVMAWT移植到DirectFB图形库之上，并针对嵌入式平台的需要，对CVM进行适当的裁减。通过对DirectFB的研究与优化，上海交通大学工程硕士学位论文摘要v-为DirectFB在数字电视中间件的开发与移植提供了重要的参考价值。关键字：数字电视中间件，AWT，DirectFB，CVM上海交通大学工程硕士学位论文摘要PORTINGANDOPTIMIZATIONGRAPHICSLIBRARYFORINTEGRATEDDIGITALPLATFORMABSTRACTTheDigitalTelevisionisaresultofcombinationsofhightechnology,suchastelevisiontechnology,networktechnology,andcomputertechnology.It’sregardedasoneofthebrightestfutureindustriesinthe2lstcenturyofChina.MiddlewareisoneofthemostimportanttechniquesinDigitalTelevisionsystem.Itisakindofsystemsoftwarethatresidesbetweentheapplicationandtheunderlyingoperationsystem.Ithideslow-levelplatformdetailstosoftwaredevelopersbyprovidingasetofstandardapplicationinterfaceforDigitalTelevisionwhichreducesdevelopmentcostgreatly.DigitalTelevisiongetsmoreandmoremanufacturer'sattention.MoreachievementoftheresearchonDigitalTelevisionmiddlewarehasbeenmadeinEuropeancountriesandUSAthaninChina.TheresearchanddevelopmentofourownDigitalTelevisionmiddlewarehaveanimportantacademicandappliedsignificance.Basedontheproject“TheDigitaltelevisionmiddleware”,thisthesismainlyfocusesonthefurtherresearchofJavaplatformamongthem.ThisthesisbrieflyintroducesthepositionandfunctionofJavaplatforminthemodeloftheDigitaltelevisionmiddleware.AlsothesystemstructureofJavahasbeenstudied.OnthebasisofanalyzingtheimplementationmechanismofJavaAWT,thethesis上海交通大学工程硕士学位论文摘要vii-emphasizesonpresentingaschemeportingAWTtoDirectFBGraphiclibrary.Thethesisdescribesthecompleteprocessofprojectresearchincludingproposition,analysis,design,coding,testandimplementation,etc.Mainresearchcontentsandachievementsarespreadoutasfollowing:1.Bycomparingofexistingprevalentmiddlewarestandards,thisthesisanalyzesthearchitecture，constitution，interactivemodelofDVB-MHPdeeply.2.FurtherresearchfocusesonthesystemstructureofJava,especiallyonthecomponentsstructureofJavaAPIandimplementationmechanismofJavaVMwhichisbasiccontentoftheproject.It’sanalyzeddeeplyforJ2ME，CVManditsarchitecture,APIsandfunctionsofJavaVM.BasedonthearchitectureofSunJ2MEPersonalBasicProfile(PBP),higherefficiencytailoringofclasslibrariesisprovided.3.ThethesisanalyzestheimportantpartinthedesignofJavaGUIAWT.Accordingtotherequirementsoftheproject,animplementationmechanismofJavaAWTwhichisbasedonanembeddedgraphiclibraryDirectFBhasbeenproposedonthebasisofanalyzingthesystemstructureofAWT.TheimplementationwayusesFrameBuffertechnologywhichtakesadvantageofresourcesinlowlevelgraphiclibraryandkeepshighefficiencyaswell.4.ThisthesisstudiesthemodelofDigitalTelevisionmiddleware,givesdesignandimplementationofportingCVMtographiclibraryDirectFBandreductionofCVMtofitinourembeddedsystem.BytheresearchandoptimizationofCVM,thethesiscouldbeagoodreferenceforDigitalTelevisionmiddelware上海交通大学工程硕士学位论文摘要viii-development,portingandoptimization.KeyWords:DigitalTelesvesionMiddelware,AWT,DirectFB,CVM上海交通大学工程硕士学位论文绪论1-1绪论1.1前言数字电视是当前IT产业的热点[1,2]，作为一项即将在全国范围内开播的信息服务，它融合了计算机、多媒体、通信网络等众多技术。数字电视不仅要接收数字化传输的音频和视频节目，还要接收大量的数据，同时数字电视还要实现交互功能，这就要求数字电视具有一定的信息处理能力和网络通信能力。随着数字电视商业运营的迅速发展，面对大量涌现的数据业务和交互业务，人们认识到制定一个共同标准的重要性，因此数字电视中间件标准应运而生。应用程序中间件包括嵌入式JVM嵌入式图形系统嵌入式操作系统及驱动程序硬件设备图1-1数字电视体系结构Figure1-1.Thearchitectureofdigitaltelevision数字电视中间件(Middleware)系统是指嵌入在电视接收端、基于接收设备驱动层软件之上、隔离交互应用与系统资源的一层软件。图1-1描述了一个包含中间件的数字电视系统的体系结构。中间件使得应用程序可独立于接收机硬件平台，从而使不同硬件组成和设计架构的数字电视均能在同一电视系统中使用。同时，不同的软件公司可以基于同一编程接口来开发应用程序，并运行在不同的数字电视上。因此，中间件技术可以使电视运营商大大降低硬件和应用软件的成本，并可增强市场推广力度和数字电视普及率。数字电视中间件主要以应用程序接口（API）的形式存在，储存在FLASH内。传统的中间件开发是使用C/C++语言，而进入90年代，随着面向对象程序开发的流行，Java语言渐渐成为中间件开发的主流语言。由于“Java是一个应用程序开发平台，它提供了可移植、可解释、高性能和面向对象的编程语言及运行环境”，使得Java语言在中间件领域已经成为编程语言的发展方向，得到广泛应用，同时具有较高的开发效率。上海交通大学工程硕士学位论文绪论2-JVM是编译后的JAVA程序和硬件系统之间的接口，它不仅解释执行编译后的Java指令，而且还进行安全检查。要使基于Java的数字电视中间件软件能在数字电视平台运行，JVM是必不可少的机制。MPEGpJavaAWTHAVIUIeventReturnchannelInter-xletcommunicationDSM-CCSITuningJMFServiceselectionApplicationmanagementDVBUISectionfilteringCorditioralaccessMPEGpJavaAWTHAVIUIeventReturnchannelInter-xletcommunicationDSM-CCSITuningJMFServiceselectionApplicationmanagementDVBUISectionfilteringCorditioralaccess图1-2MHP软件栈架构Figure1-2.ThearchitectureofMHPsoftwarestack欧洲昀早认识到了数字电视交互式业务的重要性，对交互式数字电视技术的研发也是在世界上昀早进行的。在DVB