數(shù)模一體電視機通用處理方案

摘要： 數(shù)模一體電視機是電視廣播由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)換到數(shù)字技術(shù)的過渡時期的最佳選擇，數(shù)字電視信號質(zhì)量好，比傳統(tǒng)的模擬電視信號有明顯的優(yōu)點。而且數(shù)模一體電視機比用機頂盒的方式效果好、簡單、方便。本文介紹一種數(shù)模一體電視機通用處理方案。

關(guān)鍵詞： 數(shù)模一體電視機；數(shù)字電視中間件；高清HDTV；標清SDTV； Deinterlace(去隔行 )；Scaler(縮放)；HDMI；MPEG；PCMCIA

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電視廣播由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)換到數(shù)字技術(shù)的趨勢已經(jīng)成為必然。目前很多地方有數(shù)字電視的信號播出，而且大部分城市在數(shù)字電視轉(zhuǎn)換過程中采取了機頂盒方式，機頂盒方式雖然可以接收數(shù)字電視信號，但是在機頂盒把接收來的數(shù)字電視信號輸出給電視機時，又將其轉(zhuǎn)換成了模擬信號，這樣無形中損失了圖像質(zhì)量。而且用戶在操作時不是很方便：需要用連接線連接機頂盒和電視機、同時需要兩個遙控器等。數(shù)模一體電視機很好的解決了這個問題，一臺電視機既可以接收傳統(tǒng)的模擬電視信號，也可以接收最新播出的數(shù)字電視信號。但是早期的數(shù)模一體電視機是把接收數(shù)字電視的模塊放在普通的逐行電視中，此種實現(xiàn)方式幾乎和機頂盒方式效果一樣，只是外表看起來是一個整體。而現(xiàn)在的方案基本上是單芯片方案，即數(shù)字電視解碼處理和模擬通道信號處理在同一個芯片中實現(xiàn)。數(shù)字電視信號被解碼后直接在芯片內(nèi)部進行Scaler(縮放)等處理后輸出，最大限度地保證了圖像質(zhì)量不受損失，真正滿足了用戶的需求，將成為市場的最佳選擇。

數(shù)字電視與模擬電視不同之處還在于數(shù)字電視可以加密，這樣運營商就可以很方便的控制著用戶，而不擔心欠費現(xiàn)象。用戶要想接收數(shù)字電視需得到運營商的許可，即CA(條件接收)，這也是運營商想大力推廣數(shù)字電視的根本原因。運營商給每個電視或機頂盒分配一個CA卡(俗稱小卡)，里面有用戶識別等信息，小卡是裝在大卡里面的，大卡里面有數(shù)字電視信號加密的有關(guān)信息，負責和電視機里面相關(guān)的接口芯片通訊把數(shù)字電視信號解出來。大卡和電視機相連的接口有PCMCIA、UTI等。

PCMCIA接口已經(jīng)成熟并且頒布了行業(yè)標準，也是國際上通用的一種接口標準。一般的機頂盒上并沒有看到大卡，這是因為機頂盒生產(chǎn)商是和運營商聯(lián)合推廣市場的，數(shù)字電視的加密算法已經(jīng)確定，機頂盒生產(chǎn)商就可以把大卡做在機頂盒里面了。而電視機生產(chǎn)商是把電視機直接賣給用戶的，不同于機頂盒的操作模式，為了適應(yīng)不同的CA要求，本方案采取了機卡分離方式，即把CA大卡和整機分離開來，電視機上留有PCMCIA接口，對于不同CA的運營商配置相應(yīng)的大卡即可，非常靈活方便，機卡分離也是數(shù)字電視的發(fā)展趨勢。

數(shù)模一體機的系統(tǒng)

TI公司發(fā)布的最新一款集成HDTV解碼和視頻處理的一體化SoC芯片TVP9000，主要針對的就是數(shù)模一體電視機的市場。與其他芯片廠家提供的方案相比，其集成度較高，成熟度較佳，圖像解碼模塊成熟，成本較低，具有很強的市場競爭力。本方案就是以TVP9000為核心的數(shù)模一體電視機的解決方案，可廣泛應(yīng)用于CRT電視、平板電視、背投電視等。TVP9000集成了162MHZ的ARM926EJ CPU，HDTV-MPEG2解碼，圖像處理，Scaler(縮放)等模塊，功能強大。

本方案能夠接收數(shù)字的電視信號(支持高清HDTV及標清SDTV)和模擬電視信號，數(shù)字電視部分符合DVB-C標準,接收16-256QAM制式信號；多路輸入接口：其中三路AV輸入、一路S端子輸入、一路AV輸出、一路分量(YPbPr/YCbCr)輸入、一路RGB輸入、一路HDMI輸入；支持多種信號格式如：480I、480P、576I、576P、720P、1080I、1080P及VGA、SVGA、XGA等信號格式；能夠通過RGB接口實現(xiàn)本地軟件升級和更新，方便售后服務(wù)；滿足MPEG1/MPEG2 layers1、2 音頻解碼；SPDIF光纖和左右聲道音頻同時輸出；標準電子節(jié)目單(EPG)功能；支持NVOD(準視頻點播)；支持基于DVB-C-CI 接口標準的付費電視節(jié)目服務(wù)。

如圖1所示，模擬電視信號由模擬高頻頭輸入經(jīng)過LA75520中頻解調(diào)輸出視頻和音頻，視頻信號送到TVP5147進行處理；音頻信號送到NJW1185 進行處理。各路AV輸入的視頻和YCbCr信號一起送到TVP5147和電視視頻信號作切換后進行A/D變換、彩色解碼后轉(zhuǎn)換成ITU.656格式的信號送給TVP9000，如果當前輸入是模擬電視信號和AV時，TVP5147同時輸出一個復合視頻信號作為監(jiān)視用。
HDMI信號送到TDA9970A變換成數(shù)字的RGB信號；模擬RGB信號、YpbPr信號送到TDA9970A作切換、A/D轉(zhuǎn)換處理和HDMI信號再切換一次后進行格式變換，以雙ITU.656的信號格式送到TVP9000和TVP5147送來的信號作切換。當選擇TVP5147送來的信號時，要對信號進行去隔行(Deinterlace)、圖象增強、縮放(Scaler)等處理；當選擇TDA9970A輸入的信號時，要對信號進行圖象增強、縮放等處理。YCbCr和YpbPr共用一個輸入端子，自動識別格式后選擇正確的輸入通道。

圖1 整機硬件系統(tǒng)框圖

數(shù)字電視信號由數(shù)字高頻頭輸入，經(jīng)過信道解調(diào)后輸出加密的TS流信號送給T90FJR，T90FJR把加密的TS流信號通過PCMCIA接口送到大卡，大卡對加密的TS流信號解密后再進行二次加密通過PCMCIA接口和T90FJR再送到TVP9000，TVP9000對二次加密的TS流信號進行解密，然后進行數(shù)字解碼、縮放處理后輸出視頻信號，其中第二次解密的算法由大卡向TVP9000提供。為什么要進行二次加密的原因是防止出現(xiàn)透明的TS流而被非法拷貝，從而有效的保證了節(jié)目的版權(quán)。

HDMI聲音由HDMI接口芯片TDA9970A輸出到TVP9000 和數(shù)字電視的聲音切換后輸出到CS4344，同時輸出一路數(shù)字音頻信號SPDIF供外接的聲音功放使用。CS4344把輸入的數(shù)字聲音信號數(shù)模轉(zhuǎn)換后送給NJW1185 和送來的模擬電視聲音、各路AV的聲音信號切換、經(jīng)過高音、低音、平衡、環(huán)繞聲效果處理后送給功率放大器。如果當前輸入是模擬電視信號和AV、RGB、YCbCr/YpbPr時，NJM1185 同時輸出聲音信號作為監(jiān)視用。

軟件架構(gòu)

隨著軟件在整個電視產(chǎn)品中扮演著越來越重的角色，數(shù)字電視的發(fā)展趨勢導致編寫電視軟件的復雜程度和工作量都比以往有了相當大的提高，已經(jīng)不是個人能編寫和完成的了?，F(xiàn)階段電視生產(chǎn)廠商的電視軟件開發(fā)，無論是平臺還是系統(tǒng)架構(gòu)都是基于方案提供商提供，芯片供應(yīng)商的千差萬別導致開發(fā)的平臺的不可重用性。每個供應(yīng)商都有自己的一套系統(tǒng)架構(gòu)，這就造成在每遇到一個新的平臺情況下，以前平臺的功能和相關(guān)代碼基本上沒有可以重復利用的地方，都需要重新學習和編寫新平臺下的各種電視功能和功能邏輯，這種無法重利用以前的勞動成果是一種對開發(fā)的浪費，尤其在數(shù)字電視軟件工作量急劇提升的情況下。

本方案的軟件的特點是基于方案提供商提供的軟件基礎(chǔ)上再開發(fā)一個中間層軟件，本中間層通過封裝和重新架構(gòu)底層電視功能函數(shù)和操作系統(tǒng)函數(shù)形成一個完整的數(shù)字電視上層框架。在盡可能的情況下，能夠最快的移植到相關(guān)的電視環(huán)境中，并使模塊能夠最大化的復用到其他電視方案。設(shè)計并實現(xiàn)OSD庫以及和底層的相關(guān)接口，模塊化數(shù)據(jù)存儲的定義以及和底層的相關(guān)接口,編寫電視的聲音，圖像，搜臺,信道切換等各種基本功能模塊以及和底層驅(qū)動的中間層封裝。軟件代碼具有獨立性，耦合度低，具有通用性，經(jīng)簡單修改接口函數(shù)即可移植到其他的數(shù)模一體機平臺上。具有自己獨立的GUI庫和行為架構(gòu)將大大節(jié)省GUI的開發(fā)周期和開發(fā)復雜度，軟件工程師在技術(shù)積累的基礎(chǔ)上可以重復利用以前GUI的資源，兼容性和穩(wěn)定性都將有很大的提高。電視行為控制的上層封裝相當于擁有自己的SDK平臺，基于此SDK平臺的修改和擴展可以逐步形成自己的平臺技術(shù)積累。模塊用C語言開發(fā)，使用標準的ANSI C語言庫,GUI庫使用C++語言開發(fā),中間層是在底層庫的基礎(chǔ)上實現(xiàn)圖像，聲音，搜臺，功能，節(jié)目管理等電視基本功能和邏輯。

該方案的軟件是基于LINUX UC0S的平臺，是具有多線程，多任務(wù)管理的操作系統(tǒng)。平臺基本可以分為三層：固件，API層，應(yīng)用軟件層。固件和API層由TI公司提供，用于底層的驅(qū)動和TVP9000解復用。在此基礎(chǔ)上進行應(yīng)用軟件層的開發(fā)，主要是提供一些和用戶接口的功能部分，用戶菜單主要分為以下5個部分，分別是圖像，聲音，搜臺，頻道管理和服務(wù)菜單，其中服務(wù)菜單是在數(shù)字電視下才有的，TVP9000的軟件框架如圖2。

圖2 TVP9000的軟件構(gòu)架

圖3 軟件結(jié)構(gòu)

本方案的軟件結(jié)構(gòu)如圖3示，中間層包含了以下幾個層:

*模塊管理層,模塊可以控制一個菜單，或者多個菜單,比如圖像模塊，聲音模塊。理論上模塊管理器可以管理的模塊是無限多的，不過基于鏈表的效率而言，推薦的模塊數(shù)目不要超過50個，一般電視機而言不會有超過50個模塊的。每個模塊都有自己特定的功能，比如圖像，聲音，搜臺等模塊。

*事件轉(zhuǎn)換層,將底層的不同的事件都經(jīng)過事件轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換為中間層可識別的事件，比如將遙控碼事件轉(zhuǎn)化為中間層的key事件。

*功能抽象層,將底層基于硬件功能的部分都抽象為中間層標準的API函數(shù)，客戶按照相應(yīng)的功能填寫這些函數(shù)。

*存儲、公共變量層，存儲(如E2PROM，F(xiàn)LASH)和公共變量的管理和接口層。

*主動任務(wù)層，用于作為實時檢測,和定時功能實現(xiàn)的模塊。