基于國產(chǎn)芯片的地面傳輸數字電視機頂盒設計

摘要：    本文介紹了一個(gè)基于國產(chǎn)芯片的地面傳輸數字電視機頂盒設計方案使用凌訊科技與清華大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的解調芯片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(shí)現方法和軟件體系結構。
關(guān)鍵詞：    數字電視機頂盒；DMB-TH；TDS-OFDM

引言
地面傳輸是數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(地面數字多媒體/電視廣播)傳輸方案， 在技術(shù)可行性、系統穩定性、產(chǎn)業(yè)化、運營(yíng)可行性等方面已經(jīng)能夠滿(mǎn)足我國地面數字電視標準的要求，并開(kāi)始在國內推廣普及。

本文介紹了一個(gè)DMB-TH(地面傳輸數字電視接收機頂盒)的解決方案。該方案中，信源解調使用了凌訊科技公司與清華大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的TDS-OFDM (時(shí)域同步正交頻分復用)解調芯片LGS8813，信源解碼使用了北京海爾集成電路設計有限公司開(kāi)發(fā)的MPEG-2解碼芯片Hi2011e，是目前首個(gè)全面采用國產(chǎn)數字電視芯片實(shí)現的DMB-TH機頂盒設計。

系統硬件設計

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

圖1 系統硬件原理框圖

數字高頻頭采用了夏普公司為支持DMB-TH開(kāi)發(fā)的VA1T1ED6060。其接收頻率范圍為426MHz－862MHz，高頻頭將天線(xiàn)接收的地面傳輸信號通過(guò)內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(guò)A/D變換電路(AD9203)將中頻模擬信號轉換為中頻數字信號。

信源解調由LGS8813實(shí)現。這是一種TDS-OFDM解調芯片，全面支持DMB-TH地面傳輸標準，把中頻數字信號解調后輸出8位并行的數字傳輸流，即TS(transport stream)流。LGS8813需要一個(gè)64Mb的SDRAM作為其工作空間。

信源解碼由海爾Hi2011e實(shí)現，其工作原理如下：

解碼芯片讀取數字傳輸流，通過(guò)硬件解復用，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據區中取出壓縮數據，經(jīng)過(guò)變長(cháng)碼解碼、反量化、反余弦變換、運動(dòng)補償、數據合并，產(chǎn)生視頻圖像數據，存儲在視頻圖像數據緩沖區中。播放模塊從視頻圖像數據緩沖區中取出視頻圖像數據，與菜單顯示OSD(On Screen Display)數據混疊后輸出視頻圖像。Hi2011e的視頻輸出有數字方式和模擬方式。數字視頻輸出為YCbCr、4:2:2模式、YUV輸出、符合ITU-656標準，可連接具有ITU－656接口的器件或設備，例如液晶顯示屏驅動(dòng)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據緩沖區中取出壓縮數據，經(jīng)過(guò)解碼、子帶濾波，產(chǎn)生音頻PCM數據，存儲在音頻PCM數據緩沖區中，播放模塊從音頻PCM數據緩沖區中取出音頻PCM數據，然后按音頻接口送出音頻PCM數據。外部的HT82V731數模轉換器將音頻PCM數據轉換成模擬的音頻信號。

Hi2011e內部有一個(gè)8位CPU負責系統控制，包括外圍電路的控制、TS流的解復用控制、OSD控制，以及運行數字電視相關(guān)的應用軟件。

本系統提供了IC卡接口，可以支持條件接受CA系統。同時(shí)，還有RS-232C接口，可以通過(guò)串口對本系統的軟件進(jìn)行升級。整個(gè)系統中的各主要器件通過(guò)Philips開(kāi)發(fā)的I2C總線(xiàn)進(jìn)行通信。 

系統軟件

圖2給出了機頂盒軟件層次結構的示意圖。

圖2 機頂盒的系統軟件示意圖

軟件的集成開(kāi)發(fā)工具 為KEIL公司的mVision2，這是目前應用非常廣泛的C51開(kāi)發(fā)工具。集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含：編譯器、匯編器、實(shí)時(shí)操作系統、項目管理器、交叉調試器。KEIL的標準C編譯器的所有代碼可以用ANSI的C語(yǔ)言編寫(xiě)，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。

機頂盒的操作系統為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統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(shí)時(shí)內核?；趍C/OS的機頂盒軟件平臺采用多任務(wù)機制，實(shí)現的功能包括：數字電視的基本協(xié)議，如13818系統協(xié)議、解復用協(xié)議等；外圍電路的控制、解碼、數字電視播放；提供移植條件接收系統的功能和機制；提供方便的定制個(gè)性化界面；可擴展其個(gè)性化應用的功能和機制。軟件平臺由模塊化的程序結構實(shí)現，各個(gè)模塊之間采用消息隊列進(jìn)行通訊。

平臺的主要模塊有：

初始化啟動(dòng)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驅動(dòng)，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，組織、管理各類(lèi)中斷處理，分析各種中斷設備的狀態(tài)，可以稱(chēng)為中斷處理模塊。對于基于端口輪尋機制的硬件系統，輪尋硬件狀態(tài)，可以稱(chēng)為端口輪尋模塊。

解復用模塊：處理TSD通道、過(guò)濾器、緩沖區管理，包括設置PID、解PAT表、PMT表、SDT表等；設置過(guò)濾條件；管理通道緩沖區；進(jìn)行CRC驗證。

解擾模塊：處理管理解擾器，設定控制字，設定解擾流的PID。

節目存貯模塊：保留預制的節目，添加搜索后的節目。實(shí)現對節目信息的管理。

Flash 模塊：讀寫(xiě)Flash的驅動(dòng)，處理對Flash讀寫(xiě)操作。

音視頻操作模塊：控制音頻解碼器，包括音頻節目判斷、調節音頻播放/停止、音量設置、靜音設置、聲道設置。對視頻解碼器的控制包括視頻信號判斷、PAL/NTSC 判斷與轉換、節目播放與停止等。

用戶(hù)界面控制模塊：實(shí)現與用戶(hù)操作相關(guān)的控制，其中包括了電源、面板按鍵及LED驅動(dòng)模塊；紅外遙控器處理模塊；圖形顯示模塊等。圖形控制模塊負責處理OSD操作界面顯示和用戶(hù)操作，該模塊還包括遙控器消息分發(fā)和處理、控件系統的實(shí)現和管理等功能。

頻道轉換控制：與遙控器、解擾、解復用有關(guān)，完成頻道轉換功能。

系統升級模塊：處理用戶(hù)升級節目，升級應用程序的需求。

EPG模塊：實(shí)現EPG信息的處理和顯示。

中文字體模塊：實(shí)現中文顯示的處理，能根據用戶(hù)的需要裁剪字庫的大小。

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

結語(yǔ)
本文介紹的DMB-TH地面傳輸數字電視機頂盒解決方案，主芯片均為國產(chǎn)芯片，就標準清晰度的機頂盒而言，其成本低于使用國外芯片的系統方案，有利于地面傳輸數字電視載我國的普及推廣。目前該方案已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗室和車(chē)載環(huán)境的測試，固定及移動(dòng)狀態(tài)下的接收性能穩定良好，可以用于普通用戶(hù)、車(chē)載系統等。

參考文獻：
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