DVB-C有線(xiàn)電視數字綜合解碼接收機（上）

【提要】本文從數字有線(xiàn)電視機頂盒的系統構成、應用、市場(chǎng)潛力等方面分別進(jìn)行了闡述，結合我國的國情，提出了一些觀(guān)點(diǎn)和看法，并且以ST公司的系統方案為例，對其做了更加深入的探討。

【關(guān)鍵詞】數字有線(xiàn)電視機頂盒 QAM調制 DVB－C MPEG－2 SmartCard

1 引言

在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的推動(dòng)下，電視數字化步伐加快了。從模擬電視到數字電視，大大提高了電視節目的質(zhì)量。原來(lái)傳輸一套模擬電視節目的頻帶，可以傳輸4～10套數字節目，增加了節目數量，降低了傳送成本。就容量來(lái)說(shuō)，如果采用64QAM，8MHz帶寬的信道可容納 38.5Mbit／s的凈荷容量，不會(huì )外溢到鄰頻道。這也為廣電網(wǎng)發(fā)展成為寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)打下了堅實(shí)的基礎，促進(jìn)了信息技術(shù)的更大發(fā)展。所以說(shuō)，數字電視取代模擬電視是大勢所趨。早在1998年3月美國政府聯(lián)邦通信委員會(huì )FCC就通過(guò)了采用數字化電視的決議，它要求美國四大電視網(wǎng)必須在1999年5月1目前，在全美最大的10個(gè)有線(xiàn)電視收視地區播送數字電視節目；2000年5月1日，所有商用電視臺都應數字化；2003年 5月1日所有非商用電視臺也要實(shí)現數字化。歐洲、日本、東南亞、中東等地區都先后開(kāi)展了相關(guān)業(yè)務(wù)。 在中國，有線(xiàn)電視已進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，從模擬電視到高清晰度數字電視，估計過(guò)渡期為15年左右。在此期間，模擬電視與數字電視將共存。目前，全國模擬彩電的社會(huì )擁有量2億臺以上，對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，用機頂盒收看數字電視是最經(jīng)濟、最有效的過(guò)渡方案。機頂盒將數字信號處理并轉換成模擬信號輸出，用現有模擬彩電收看，使用戶(hù)同樣能看到圖像較清晰、音質(zhì)較優(yōu)美的數字節目。我國各地有線(xiàn)電視臺都在規劃，積極準備開(kāi)播數字電視節目。我國有8000萬(wàn)有線(xiàn)電視用戶(hù)，而且每年以近10％的速度增長(cháng)。如果有2％的用戶(hù)希望接收數字電視節目，則需要150萬(wàn)臺數字機頂盒（set toPbox）。如果每年以 5％的速度增長(cháng)，對機頂盒的需求量為 400萬(wàn)臺?？梢?jiàn)推廣數字電視后，將會(huì )形成家用數字有線(xiàn)機頂盒的廣闊市場(chǎng)。本文正是立足于此，探討一下數字有線(xiàn)機頂盒的系統構成及在我國的發(fā)展概況、展望。

2 數字有線(xiàn)電視機頂盒的系統構成

當前，國外數字有線(xiàn)電視的機頂盒類(lèi)型十分廣泛，各自都有自己的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。但是，其系統構成大同小異。 我們大體上可把機頂盒分為四個(gè)主要單元。

2.1 網(wǎng)絡(luò )接口單元

該單元主要完成信號接收、變頻和信號的解調。它主要包括CATV TUNER（調諧器）、 QAM解調芯片、一級A／D轉換及聲表面波濾波等相關(guān)組件。 調諧器可選的種類(lèi)很多，如ALPS公司的TDBE1、TDBE 2；MITSUMI公司的CATV19； THOMSON公司的 CIP55015；PHILIPS公司的CD1516等等。此器件的作用是將從信道來(lái)的射頻信號下變頻到一個(gè)固定的中頻上去，使配套器件能夠準確采樣。 A／D轉換器件是通用的，在市場(chǎng)上很多，但是其采樣率必須要滿(mǎn)足具體的要求，例如ST公司的STV0197就推薦采用10bit，40M采樣率的HI5746或ADC9050；也有些器件將 A／D部分集成人QAM器件中，例如LSILOGIC的L94768、L9A5004QAM解調芯片，這種方式是比較好的方式，因為A／D轉換部分往往是指標很難調的部分，放在電路板上遠不如集成在芯片中穩定，成本也降低很多。 QAM解調芯片許多大公司都有各自成型的產(chǎn)品，到國內推廣比較多的主要就是上述兩家公司的芯片，這兩家公司都有一整套的DVB－C機頂盒的參考設計，QAM解調的芯片也包括其中。

2.2 MPEG－2傳輸流解復用、音視頻解碼及系統控制單元

它包括中心處理器芯片（CPU），外圍存儲器及相關(guān)電路。 它主要完成： （1）中心處理器：用于系統控制和機頂盒與外界的通信控制； （2）解復用部分：這個(gè)模塊的功能實(shí)現，有些系統是用軟件來(lái)完成的，這種方式對CPU的資源占用較大，系統靈活性不好；有些使用固定的硬件解復用，占用CPU的資源較少，僅僅是用來(lái)識別MPEG的各種表并設置寄存器而已，這種方式系統靈活性較大，解復用后，生成 MPEG的PES流，傳給專(zhuān)用的解碼芯片。 （3）解擾部分：這個(gè)模塊運算量較大，幾乎所有的 DVB專(zhuān)用的解復用芯片都將解擾的硬件模塊集成進(jìn)去，此模塊控制相應的一塊內存，一旦解復用時(shí)發(fā)現了加擾的MPEG 數據包，則使用DMA方式將數據包傳入解憂(yōu)模塊對應的內存中去，解憂(yōu)后再傳回來(lái)，繼續以后的解碼過(guò)程。這個(gè)過(guò)程，所要占用的系統資源較多，而且時(shí)間上也很緊張，所以，針對有加密系統的機頂盒，其軟件往往要經(jīng)過(guò)優(yōu)化。不同的CA系統有不同加抗方式，一般的DVB專(zhuān)用的解復用芯片中的解憂(yōu)模塊都是針對DVB的通用解憂(yōu)算法的，也有的將一些專(zhuān)用CA系統的解擾算法集成過(guò)去。 （4）MPEG解碼：此部分對MPEG－2碼流進(jìn)行音視頻解碼，它需要有自己的相應外部存儲器（如SDRAM）來(lái)完成運算。它的重要性不言而喻，其算法是否優(yōu)秀決定了整個(gè)系統的運行速度。 代表芯片有ST公司的STI3520， LSI公司的 L64005，IBM公司的 MPEGCD1， NEC的 HPD61020等。

2.3 模擬視音頻電視信號編碼單元

包括一級D／A轉換器、音視頻放大器等相關(guān)電路用于音視頻的輸出，具體的就是將解碼芯片輸出的數字音頻信號進(jìn)行D／A轉換，輸出模擬聲，同時(shí)將解碼芯片輸出的視頻信號進(jìn)行PAL或NTSC編碼，輸出基頻或射頻的PAL／ NTSC信號，也可同時(shí)輸出 Y／C、 YUV、RGB格式的視頻信號。

2.4 外圍數據接口單元

包括SmartCard讀寫(xiě)器、高速數據傳輸口和低速數據傳輸口等外圍接口。Smartcard 讀寫(xiě)器主要是協(xié)助完成解密的工作，它是為各種加密數據廣播等業(yè)務(wù)服務(wù)的，其CA軟件必須和發(fā)端設備相匹配。解密系統解開(kāi)接收機收到的已加密的密鑰，它是解擾模塊工作所必須的；解擾器則是讓收到的圖像和聲音恢復正常。 高速數據接口指IEEE1284或IEEE1394等數據接口，主要完成MPEG碼流的輸入或輸出。 低速數據接口是指RS232，USB的接口，主要是完成機頂盒與外界的低速數據通訊。 為了更加直觀(guān)地說(shuō)明，下面我們就以目前在國內比較流行的ST公司的一套解決方案為例，進(jìn)行詳細闡述。 該方案的系統和解復用芯片為 ST20－TPx，其常用的為ST20－TP2。它的性能為： （1）集成了32位可變長(cháng)精簡(jiǎn)指令集的CPU，主頻速度為0～50Hz，有8K的在片SRAM，支持最大200MB／s的數據寬度； （2）具有可編程的存儲器接口，支持SRAM和DRAM混用的形式，數據寬度可為8， 16，32bit，支持PCMCIA模式； （3）支持異步和同步兩種串行通訊方式； （4）有內部集成的解憂(yōu)模塊，支持DVB的通用加擾方式的解擾。本模塊具有多種接口：包括兩個(gè)MPEG解碼的DMA接口、兩個(gè)SmartCard的接口、碼流輸入的DMA接口、塊移動(dòng)的DMA接口、圖文接口和IEEE1284接口等； （5）其開(kāi)發(fā)工具中包括標準C的編譯器和庫，可利用軟件實(shí)現以下功能：①MPEG系統層的解復用；②對其它設備（模塊）的驅動(dòng)和同步；③電子節目表的過(guò)濾和顯示；④ 條件接收的實(shí)現。 解復用過(guò)程是一個(gè)軟件和硬件混合的方式，ST20－TP2用DMA方式將接口芯片輸入的碼流直接放人存儲器中，用軟件來(lái)判斷碼流的類(lèi)型并解復用。若判斷出碼流是用DVB標準加擾的碼流，則通過(guò)存儲器到存儲器的DMA傳輸方式傳到解擾模塊中去，進(jìn)行解擾后再利用軟件解復用。 解復用后的碼流經(jīng)DMA方式傳到外存儲器的緩沖段中或作為消息傳給另一個(gè)進(jìn)程，當解碼模塊發(fā)出DMA申請時(shí)，ST20從內存中讀出數據并將數據寫(xiě)入解碼模塊，輸入碼流中提取的視頻和音頻壓縮數據通過(guò)兩個(gè)獨立的DMA控制器來(lái)傳給解碼模塊。 ST20－TP2 系列有獨特的結構，因在典型應用中，解復用操作占不到一半的CPU運行周期。 ST20系列CPU有兩個(gè)異步串行接口（ASC2），用于與調制解調器或其它外圍設備相連，使機頂盒可以和收費電視系統相連。這兩個(gè)異步串行接口可支持多種波特率和數據格式的傳輸，也可將碼流中的圖文或私有數據通過(guò)串行口傳給計算機等設備。

ST20系列同時(shí)提供兩個(gè)同步串行接口，一般使用I2C總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行通信，可用于外圍芯片的控制，例如前端的調諧器、STV0197（QAM解調）、STV0199（QPSK解調）、后瑞的PAL／NTSC編碼芯片STV0118等。 ST20系列也提供高速的數據接口，TP2提供一個(gè)IEEE1284接口，這是一個(gè)7bit寬度的并行接口，支持高速數據的輸入輸出操作，數據的輸入輸出通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用的DMA控制器在接口和存儲器中進(jìn)行。 ST20系列提供智能卡接口，使機頂盒適應CA系統的需要，智能卡接口符合ISO7816 － 3的規范，使用異步協(xié)議。 在新一代的ST20－TP3中，傳送流解復用改為硬件實(shí)現，通過(guò)可編程控制的解復用接口進(jìn)行控制， CPU被占用的資源更少，同時(shí)其解憂(yōu)模塊也進(jìn)行了改進(jìn)，可很方便地應用于很多的CA系統中。 ST方案的解碼芯片使用STI 3520，它包括視頻解碼部分、音頻解碼部分和一個(gè)鎖柏環(huán)。視頻解碼部分可實(shí)時(shí)解碼符合MPEG－1和MPEG－2標準的，視頻分辨率為720× 480×60Hz或720×576×50Hz的碼流，通過(guò)垂直和水平方向的過(guò)濾器來(lái)實(shí)現顯示圖像格式的轉換。音頻解碼部分可解符合MPEG標準的音頻碼流，采樣率可為32、44.1、48kHz。音視頻數據通過(guò)8bit的數據接口輸入，3520能自動(dòng)抽出時(shí)碼進(jìn)行音視頻同步。有在屏顯示的功能，用戶(hù)定義的位圖可以疊加在顯示圖像上，要顯示的位圖由ST20百接寫(xiě)入內存中。