基于國產(chǎn)芯片的地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視機頂盒設(shè)計

摘要：    本文介紹了一個基于國產(chǎn)芯片的地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視機頂盒設(shè)計方案使用凌訊科技與清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的解調(diào)芯片LGS8813與海爾Hi2011e解碼芯片的DMB-TH解決方案，文中介紹了具體硬件實現(xiàn)方法和軟件體系結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：    數(shù)字電視機頂盒；DMB-TH；TDS-OFDM

引言
地面?zhèn)鬏斒菙?shù)字電視最基本的制式，地面電視廣播也是最大眾化的傳媒。清華大學(xué)提出的DMB-T(地面數(shù)字多媒體/電視廣播)傳輸方案， 在技術(shù)可行性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、產(chǎn)業(yè)化、運營可行性等方面已經(jīng)能夠滿足我國地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的要求，并開始在國內(nèi)推廣普及。

本文介紹了一個DMB-TH(地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視接收機頂盒)的解決方案。該方案中，信源解調(diào)使用了凌訊科技公司與清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的TDS-OFDM (時域同步正交頻分復(fù)用)解調(diào)芯片LGS8813，信源解碼使用了北京海爾集成電路設(shè)計有限公司開發(fā)的MPEG-2解碼芯片Hi2011e，是目前首個全面采用國產(chǎn)數(shù)字電視芯片實現(xiàn)的DMB-TH機頂盒設(shè)計。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

該數(shù)字電視機頂盒解決方案的硬件電路主要包括：數(shù)字高頻頭、DMB-TH解調(diào)、MPEG-2信源解碼。系統(tǒng)原理框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件原理框圖

數(shù)字高頻頭采用了夏普公司為支持DMB-TH開發(fā)的VA1T1ED6060。其接收頻率范圍為426MHz－862MHz，高頻頭將天線接收的地面?zhèn)鬏斝盘柾ㄟ^內(nèi)部增益等電路的變換，輸出IF中頻模擬信號。高頻頭的輸出通過A/D變換電路(AD9203)將中頻模擬信號轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號。

信源解調(diào)由LGS8813實現(xiàn)。這是一種TDS-OFDM解調(diào)芯片，全面支持DMB-TH地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)，把中頻數(shù)字信號解調(diào)后輸出8位并行的數(shù)字傳輸流，即TS(transport stream)流。LGS8813需要一個64Mb的SDRAM作為其工作空間。

信源解碼由海爾Hi2011e實現(xiàn)，其工作原理如下：

解碼芯片讀取數(shù)字傳輸流，通過硬件解復(fù)用，解出音視頻基本流，存儲在片外SDRAM中。視頻解碼模塊從視頻壓縮數(shù)據(jù)區(qū)中取出壓縮數(shù)據(jù)，經(jīng)過變長碼解碼、反量化、反余弦變換、運動補償、數(shù)據(jù)合并，產(chǎn)生視頻圖像數(shù)據(jù)，存儲在視頻圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。播放模塊從視頻圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出視頻圖像數(shù)據(jù)，與菜單顯示OSD(On Screen Display)數(shù)據(jù)混疊后輸出視頻圖像。Hi2011e的視頻輸出有數(shù)字方式和模擬方式。數(shù)字視頻輸出為YCbCr、4:2:2模式、YUV輸出、符合ITU-656標(biāo)準(zhǔn)，可連接具有ITU－656接口的器件或設(shè)備，例如液晶顯示屏驅(qū)動電路；模擬視頻輸出支持CVBS、S-VIDEO、YPbPr。Hi2011e的音頻解碼模塊從音頻壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出壓縮數(shù)據(jù)，經(jīng)過解碼、子帶濾波，產(chǎn)生音頻PCM數(shù)據(jù)，存儲在音頻PCM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，播放模塊從音頻PCM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出音頻PCM數(shù)據(jù)，然后按音頻接口送出音頻PCM數(shù)據(jù)。外部的HT82V731數(shù)模轉(zhuǎn)換器將音頻PCM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬的音頻信號。

Hi2011e內(nèi)部有一個8位CPU負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制，包括外圍電路的控制、TS流的解復(fù)用控制、OSD控制，以及運行數(shù)字電視相關(guān)的應(yīng)用軟件。

本系統(tǒng)提供了IC卡接口，可以支持條件接受CA系統(tǒng)。同時，還有RS-232C接口，可以通過串口對本系統(tǒng)的軟件進行升級。整個系統(tǒng)中的各主要器件通過Philips開發(fā)的I2C總線進行通信。 

系統(tǒng)軟件

圖2給出了機頂盒軟件層次結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2 機頂盒的系統(tǒng)軟件示意圖

軟件的集成開發(fā)工具 為KEIL公司的mVision2，這是目前應(yīng)用非常廣泛的C51開發(fā)工具。集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器、匯編器、實時操作系統(tǒng)、項目管理器、交叉調(diào)試器。KEIL的標(biāo)準(zhǔn)C編譯器的所有代碼可以用ANSI的C語言編寫，故具有良好的可移植性。uVision2可以為片外存儲器產(chǎn)生必要的連接選項：確定起始地址和規(guī)模，所生成的代碼下載到機頂盒的Flash中(圖1)，并且從Flash直接運行。

機頂盒的操作系統(tǒng)為嵌入式實時操作系統(tǒng)mC/OS，這是一種可移植，可固化，可剪裁及可剝奪型的多任務(wù)實時內(nèi)核?；趍C/OS的機頂盒軟件平臺采用多任務(wù)機制，實現(xiàn)的功能包括：數(shù)字電視的基本協(xié)議，如13818系統(tǒng)協(xié)議、解復(fù)用協(xié)議等；外圍電路的控制、解碼、數(shù)字電視播放；提供移植條件接收系統(tǒng)的功能和機制；提供方便的定制個性化界面；可擴展其個性化應(yīng)用的功能和機制。軟件平臺由模塊化的程序結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，各個模塊之間采用消息隊列進行通訊。

平臺的主要模塊有：

初始化啟動模塊：初始化所有硬件，建立所有信號量、隊列、事件、消息、任務(wù)，處理I2C驅(qū)動，處理tuner的狀態(tài)，操作。

端口處理模塊：對于基于中斷機制的硬件系統(tǒng)，組織、管理各類中斷處理，分析各種中斷設(shè)備的狀態(tài)，可以稱為中斷處理模塊。對于基于端口輪尋機制的硬件系統(tǒng)，輪尋硬件狀態(tài)，可以稱為端口輪尋模塊。

解復(fù)用模塊：處理TSD通道、過濾器、緩沖區(qū)管理，包括設(shè)置PID、解PAT表、PMT表、SDT表等；設(shè)置過濾條件；管理通道緩沖區(qū)；進行CRC驗證。

解擾模塊：處理管理解擾器，設(shè)定控制字，設(shè)定解擾流的PID。

節(jié)目存貯模塊：保留預(yù)制的節(jié)目，添加搜索后的節(jié)目。實現(xiàn)對節(jié)目信息的管理。

Flash 模塊：讀寫Flash的驅(qū)動，處理對Flash讀寫操作。

音視頻操作模塊：控制音頻解碼器，包括音頻節(jié)目判斷、調(diào)節(jié)音頻播放/停止、音量設(shè)置、靜音設(shè)置、聲道設(shè)置。對視頻解碼器的控制包括視頻信號判斷、PAL/NTSC 判斷與轉(zhuǎn)換、節(jié)目播放與停止等。

用戶界面控制模塊：實現(xiàn)與用戶操作相關(guān)的控制，其中包括了電源、面板按鍵及LED驅(qū)動模塊；紅外遙控器處理模塊；圖形顯示模塊等。圖形控制模塊負(fù)責(zé)處理OSD操作界面顯示和用戶操作，該模塊還包括遙控器消息分發(fā)和處理、控件系統(tǒng)的實現(xiàn)和管理等功能。

頻道轉(zhuǎn)換控制：與遙控器、解擾、解復(fù)用有關(guān)，完成頻道轉(zhuǎn)換功能。

系統(tǒng)升級模塊：處理用戶升級節(jié)目，升級應(yīng)用程序的需求。

EPG模塊：實現(xiàn)EPG信息的處理和顯示。

中文字體模塊：實現(xiàn)中文顯示的處理，能根據(jù)用戶的需要裁剪字庫的大小。

隨著數(shù)字電視的發(fā)展，新的應(yīng)用軟件將可以在這個基本平臺上不斷擴展。比如多媒體雜志、數(shù)字音頻廣播、游戲等等。平臺還可以擴展支持視頻點播節(jié)目和電視的交互式等應(yīng)用。

結(jié)語
本文介紹的DMB-TH地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視機頂盒解決方案，主芯片均為國產(chǎn)芯片，就標(biāo)準(zhǔn)清晰度的機頂盒而言，其成本低于使用國外芯片的系統(tǒng)方案，有利于地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視載我國的普及推廣。目前該方案已經(jīng)通過實驗室和車載環(huán)境的測試，固定及移動狀態(tài)下的接收性能穩(wěn)定良好，可以用于普通用戶、車載系統(tǒng)等。

參考文獻：
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