DTMB車(chē)載數字電視終端與實(shí)現

　　引言

　　中國的地面傳輸數字電視國家標準

　　(《GB20600-2006數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》，以下簡(jiǎn)稱(chēng)DTMB)自從2006年8月公布以來(lái)，已經(jīng)在國內許多城市開(kāi)始了試驗播出。地面數字電視能夠很好地支持移動(dòng)接收，車(chē)載電視的市場(chǎng)發(fā)展潛力非常巨大。由于DTMB融合了多載波與單載波兩種模式，為了更大范圍地適用于國內用戶(hù)的需求，市場(chǎng)迫切需要能夠支持上述兩種載波模式的車(chē)載數字電視終端方案。

　　本文介紹了一個(gè)基于DTMB的車(chē)載數字電視解決方案。為滿(mǎn)足市場(chǎng)對全國標支持及低成本的需求，信源解碼部分使用了北京海爾集成電路設計有限公司開(kāi)發(fā)的 “愛(ài)國者II號”Hi2016解碼芯片，信源解調部分使用了北京凌訊華業(yè)科技有限公司研制的LGS-8G42解調芯片。該方案具有很強的適用性和很高的性?xún)r(jià)比，相信會(huì )對加快中國數字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到很好的推動(dòng)作用。

　　DTMB簡(jiǎn)介

　　DTMB是一種具有我國自主知識產(chǎn)權的地面數字電視傳輸標準。根據地面數字多媒體電視廣播的服務(wù)需求、傳輸條件和信道特征，DTMB傳輸系統采用了創(chuàng )新的TDS－OFDM(時(shí)域同步正交頻分復用)調制方式。使用特殊設計的PN序列作為同步信號填充OFDM保護間隔，實(shí)現了快速穩健的同步和高效的信道估計，提高了頻譜效率。在抗多信道噪聲、多徑、多普勒衰落、時(shí)鐘恢復、傳輸效率等方面優(yōu)于其它地面數字電視傳輸國際標準，具備良好的性能。DTMB高度靈活的操作模式，使其具有很強的移動(dòng)接受能力。

　　系統硬件設計

　　硬件電路主要由MPEG-2解碼模塊、解調模塊、視頻顯示模塊和音頻處理模塊等四部分組成。系統硬件原理框圖如圖2所示。

　　DTMB使用的高頻頭與DVB-T系統的高頻頭有很大程度的兼容性，許多支持DVB-T的高頻頭可以在DTMB的接收終端中使用。本方案選用高頻頭的是深圳伯利恒電子科技有限公司的BLH-DBT-702,其接收頻率范圍為V段(162MHz~444MHz)和U段(448MHz~862MHz)，輸出中頻信號36.167MHz，其優(yōu)點(diǎn)是：體積小，較低的本地相位和噪聲，內置的DC/DC模塊使得外部只需單一5V供電；通過(guò)I2C總線(xiàn)設置內部寄存器可完成頻帶選擇和控制。高頻頭將天線(xiàn)接收的廣播信號通過(guò)內部增益等電路變換，輸出IF模擬信號，經(jīng)外圍A/D變換電路轉換為中頻數字信號，送入信道解調芯片。

　　信道解調芯片選用的是凌汛科技的LGS-8G42。該芯片支持單載波和多載波兩種模式，通過(guò)對相關(guān)寄存器狀態(tài)的偵測，完成單載波和多載波模式的判斷及控制，全面支持DTMB標準，適用于戶(hù)內、戶(hù)外、固定及移動(dòng)接收的電視終端，是適用于車(chē)載電視的理想芯片。LGS-8G42芯片接收數字IF信號，然后將其轉換成基帶信號，經(jīng)過(guò)必要的信道解調及前向糾錯解碼等處理以后，輸出并行或串行的TS流(Transport Stream)數據,同時(shí)利用芯片內部自動(dòng)增益控制模塊輸出的信號來(lái)控制高頻頭內部中頻放大器的增益，使輸出中頻信號的功率處在某一特定的范圍內。

　　信源解碼芯片選用的是海爾Hi2016，該芯片內部集成了高性能的CPU和音視頻解碼器，完成TS流的解擾、解復用及MPEG-2音視頻解碼，同時(shí)負責控制上層應用軟件。Hi2016的視頻輸出支持CVBS、S-VIDEO、YPbPr、YCbCr等多種模式，設計中采用了YCbCr、4:2:2模式，YUV輸出8bit精度，符合ITU-656標準，可連接液晶顯示屏驅動(dòng)電路的ITU-656接口。Hi2016的音頻解碼器支持音頻PCM數據輸出，通過(guò)外加音頻A/D轉換芯片HT82V731將數字音頻信號轉換為模擬信號，再經(jīng)過(guò)放大電路驅動(dòng)車(chē)載電視自帶的小音箱。為了便于能夠利用車(chē)內音響設備得到更好的音響效果,在本方案中內置了立體聲FM射頻輸出電路，用戶(hù)可選擇啟動(dòng)該功能，通過(guò)車(chē)載FM收音機接收電視伴音。

　　LCD驅動(dòng)電路中采用了芯片MST720，它內置有MCU、TCON、Scaling Engine、ITU-656接口，實(shí)現了與解碼芯片視頻輸出的對接?？紤]到車(chē)載電視的尺寸與合適的性能價(jià)格比，液晶屏選用了7英寸模擬屏。

　　面板操作與紅外遙控采用了液晶驅動(dòng)芯片主控的方式。MST720接收的紅外信號分為兩類(lèi)，一類(lèi)是對LCD的控制信號，另一類(lèi)是對Hi2016的控制信號。當紅外信號為后者時(shí)，則采用MST720的GPIO端口進(jìn)行模擬，然后送入Hi2016的紅外數據采集接口，完成數字電視相關(guān)操作。

　　系統軟件設計

　　依照軟件工程的思想，本系統采用自上向下的分層設計方法，保證了系統架構清晰、可移植性強，同時(shí)，又采用了功能模塊化設計，使得程序模塊有較強的獨立性，有利于代碼的編寫(xiě)、閱讀和維護?；谟布脚_之上的五個(gè)軟件層通過(guò)編程接口逐級調用，完成相應的功能。其中硬件平臺只向操作系統與驅動(dòng)程序提供編程接口；同樣操作系統只向設備驅動(dòng)程序、應用服務(wù)程序和應用程序提供編程接口；應用服務(wù)程序只有應用程序才能調用。

　　操作系統層

　　本方案的系統軟件采用了mC/OS-II，這是一個(gè)源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式內核，它提供了任務(wù)調度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內存管理和任務(wù)間的通信與同步等功能，能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)系統的基本要求。絕大部分mC/OS-II的源碼是用移植性很強的ANSI C寫(xiě)的，和微處理器硬件相關(guān)的部分使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，并且壓到了最低限度，使得mC/OS-II便于移植到其它微處理器上。mC/OS-II系統由多個(gè)相對獨立的目標模塊組成，并提供了清晰的接口，用戶(hù)可以根據需要選擇適當模塊來(lái)裁剪和配置系統，從而減少產(chǎn)品中的mC/OS-II所需的存儲空間。

　　設備驅動(dòng)程序層

　　設備驅動(dòng)層位于操作系統層之上，完成對硬件設備進(jìn)行通訊和控制的功能，Hi2016的軟件包中提供了一套驅動(dòng)程序集，包括解復用驅動(dòng)、音視頻驅動(dòng)、圖形界面驅動(dòng)、FLASH驅動(dòng)、DMA驅動(dòng)等，本課題重點(diǎn)實(shí)現了I2C驅動(dòng)、信道解調驅動(dòng)、高頻頭驅動(dòng)、SPI驅動(dòng)、FM(調頻)驅動(dòng)和液晶驅動(dòng)模塊。

　　本方案中采用的信道解調芯片LGS-8G42和高頻頭BLH-702均為I2C器件，可以利用Hi2016的兩個(gè)GPIO端口來(lái)模擬I2C總線(xiàn)，用軟件控制I/O口，構建虛擬I2C總線(xiàn)操作平臺，從而完成對解調芯片和高頻頭的寄存器設置及流程控制。

　　調頻發(fā)射芯片BH1418是一個(gè)帶有SPI串行數據接口的芯片，由于它只需實(shí)現單向傳輸，可以利用Hi2016的三個(gè)GPIO端口模擬SPI總線(xiàn)，進(jìn)行發(fā)射頻率的設置。

　　液晶驅動(dòng)芯片的需要設置的寄存器比較多，芯片供應商提供了功能完善的軟件包及調試工具，可以實(shí)時(shí)監控芯片工作狀態(tài)，修改寄存器的數值，方便了驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。

　　應用服務(wù)程序層

　　應用服務(wù)程序層，包括數據庫管理、FLASH管理和Tuner管理等模塊。數據庫管理模塊負責管理軟件系統中使用的數據庫，例如頻點(diǎn)信息、節目信息和系統信息等等，它向上層軟件提供通用的接口函數來(lái)實(shí)現數據訪(fǎng)問(wèn)，可以進(jìn)行數據的添加、修改、刪除以及查找和排序等操作。FLASH管理模塊直接服務(wù)于數據庫管理模塊，它的任務(wù)是將數據庫中的數據按照一定的格式先存儲在緩存區，然后再存儲到主存儲區。Tuner管理模塊根據應用程序層發(fā)送來(lái)的消息，完成對Tuner的相關(guān)操作，確保Tuner能夠穩定工作，并反饋執行的狀態(tài)和結果。

　　應用程序層

　　應用程序層，包括節目搜索、節目播放、以及條件接收(擴展)、電子節目指南(擴展)等應用模塊，響應于最上層的用戶(hù)接口層，由用戶(hù)接口層發(fā)送消息來(lái)進(jìn)行驅動(dòng)，同時(shí)也通過(guò)消息將命令傳送至下層Tuner管理層，調用Tuner的驅動(dòng)模塊驅動(dòng)Tuner，Tuner管理層根據管理機制決定是否向Tuner發(fā)送鎖定命令，當成功鎖定頻點(diǎn)后，Tuner管理層將鎖定狀態(tài)通過(guò)事件回調機制同樣是由消息傳至解復用模塊，然后再進(jìn)行數據通道和過(guò)濾器的申請，完成音視頻流的分離和播放，并調用數據庫管理模塊存儲節目信息。

　　人機交互程序層

　　人機交互層，簡(jiǎn)稱(chēng)USIF，是用戶(hù)與接收終端進(jìn)行交互的通道，主要完成消息和事件的受理，與操作系統的消息不同，這里提到的消息指USIF內部根據系統消息產(chǎn)生的內部消息。USIF任務(wù)接收到其它任務(wù)通過(guò)操作系統發(fā)送來(lái)的消息后，將其內容按照一定格式打包，通過(guò)消息傳遞路徑發(fā)送給窗口和控件，然后由消息處理函數分析收到的消息，產(chǎn)生特定的事件類(lèi)型，交給事件處理函數處理。
基于mC/OS-II的分層軟件平臺，各模塊之間采用消息隊列進(jìn)行通訊，能夠很好滿(mǎn)足車(chē)載數字電視的基本功能，同時(shí)還提供了條件接受、電子節目指南等接口，便于擴展功能的應用。

　　結語(yǔ)

　　本方案采用LGS-8G42和Hi2016構建的標清車(chē)載接收終端，實(shí)現了數字電視地面多媒體廣播DTMB在車(chē)載環(huán)境下的應用，目前已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗室和車(chē)載環(huán)境的測試，移動(dòng)狀態(tài)下的接收性能穩定良好，其低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)有助于車(chē)載數字電視的普及。展望未來(lái)，為了適應更高的客戶(hù)需求，以車(chē)載數字電視平臺為核心，集無(wú)線(xiàn)通信、導航、視聽(tīng)娛樂(lè )等服務(wù)于一體，將是汽車(chē)數碼產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。