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基于国产芯片的地面传输数字电视机顶盒设计 |
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作者：杨兴硕 王金刚 杨维康 |
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摘要：本文介绍了一个基于国产芯片的地面传输数字电视机顶盒设计方案使用凌讯科技与清华大学联合开发的解调芯片LGS8813与海尔Hi2011e解码芯片的DMB-TH解决方案，文中介绍了具体硬件实现方法和软件体系结构。
关键词：数字电视机顶盒；DMB-TH；TDS-OFDM
引言
地面传输是数字电视最基本的制式，地面电视广播也是最大众化的传媒。清华大学提出的DMB-T(地面数字多媒体/电视广播)传输方案， 在技术可行性、系统稳定性、产业化、运营可行性等方面已经能够满足我国地面数字电视标准的要求，并开始在国内推广普及。
本文介绍了一个DMB-TH(地面传输数字电视接收机顶盒)的解决方案。该方案中，信源解调使用了凌讯科技公司与清华大学联合开发的TDS-OFDM (时域同步正交频分复用)解调芯片LGS8813，信源解码使用了北京海尔集成电路设计有限公司开发的MPEG-2解码芯片Hi2011e，是目前首个全面采用国产数字电视芯片实现的DMB-TH机顶盒设计。
系统硬件设计
该数字电视机顶盒解决方案的硬件电路主要包括：数字高频头、DMB-TH解调、MPEG-2信源解码。系统原理框图如图1。
图1 系统硬件原理框图
数字高频头采用了夏普公司为支持DMB-TH开发的VA1T1ED6060。其接收频率范围为426MHz－862MHz，高频头将天线接收的地面传输信号通过内部增益等电路的变换，输出IF中频模拟信号。高频头的输出通过A/D变换电路(AD9203)将中频模拟信号转换为中频数字信号。
信源解调由LGS8813实现。这是一种TDS-OFDM解调芯片，全面支持DMB-TH地面传输标准，把中频数字信号解调后输出8位并行的数字传输流，即TS(transport stream)流。LGS8813需要一个64Mb的SDRAM作为其工作空间。
信源解码由海尔Hi2011e实现，其工作原理如下：
解码芯片读取数字传输流，通过硬件解复用，解出音视频基本流，存储在片外SDRAM中。视频解码模块从视频压缩数据区中取出压缩数据，经过变长码解码、反量化、反余弦变换、运动补偿、数据合并，产生视频图像数据，存储在视频图像数据缓冲区中。播放模块从视频图像数据缓冲区中取出视频图像数据，与菜单显示OSD(On Screen Display)数据混叠后输出视频图像。Hi2011e的视频输出有数字方式和模拟方式。数字视频输出为YCbCr、4:2:2模式、YUV输出、符合ITU-656标准，可连接具有ITU－656接口的器件或设备，例如液晶显示屏驱动电路；模拟视频输出支持CVBS、S-VIDEO、YPbPr。Hi2011e的音频解码模块从音频压缩数据缓冲区中取出压缩数据，经过解码、子带滤波，产生音频PCM数据，存储在音频PCM数据缓冲区中，播放模块从音频PCM数据缓冲区中取出音频PCM数据，然后按音频接口送出音频PCM数据。外部的HT82V731数模转换器将音频PCM数据转换成模拟的音频信号。
Hi2011e内部有一个8位CPU负责系统控制，包括外围电路的控制、TS流的解复用控制、OSD控制，以及运行数字电视相关的应用软件。
本系统提供了IC卡接口，可以支持条件接受CA系统。同时，还有RS-232C接口，可以通过串口对本系统的软件进行升级。整个系统中的各主要器件通过Philips开发的I2C总线进行通信。
系统软件
图2给出了机顶盒软件层次结构的示意图。
图2 机顶盒的系统软件示意图
软件的集成开发工具 为KEIL公司的mVision2，这是目前应用非常广泛的C51开发工具。集成开发环境包含：编译器、汇编器、实时操作系统、项目管理器、交叉调试器。KEIL的标准C编译器的所有代码可以用ANSI的C语言编写，故具有良好的可移植性。uVision2可以为片外存储器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模，所生成的代码下载到机顶盒的Flash中(图1)，并且从Flash直接运行。
机顶盒的操作系统为嵌入式实时操作系统mC/OS，这是一种可移植，可固化，可剪裁及可剥夺型的多任务实时内核。基于mC/OS的机顶盒软件平台采用多任务机制，实现的功能包括：数字电视的基本协议，如13818系统协议、解复用协议等；外围电路的控制、解码、数字电视播放；提供移植条件接收系统的功能和机制；提供方便的定制个性化界面；可扩展其个性化应用的功能和机制。软件平台由模块化的程序结构实现，各个模块之间采用消息队列进行通讯。
平台的主要模块有：
初始化启动模块：初始化所有硬件，建立所有信号量、队列、事件、消息、任务，处理I2C驱动，处理tuner的状态，操作。
端口处理模块：对于基于中断机制的硬件系统，组织、管理各类中断处理，分析各种中断设备的状态，可以称为中断处理模块。对于基于端口轮寻机制的硬件系统，轮寻硬件状态，可以称为端口轮寻模块。
解复用模块：处理TSD通道、过滤器、缓冲区管理，包括设置PID、解PAT表、PMT表、SDT表等；设置过滤条件；管理通道缓冲区；进行CRC验证。
解扰模块：处理管理解扰器，设定控制字，设定解扰流的PID。
节目存贮模块：保留预制的节目，添加搜索后的节目。实现对节目信息的管理。
Flash 模块：读写Flash的驱动，处理对Flash读写操作。
音视频操作模块：控制音频解码器，包括音频节目判断、调节音频播放/停止、音量设置、静音设置、声道设置。对视频解码器的控制包括视频信号判断、PAL/NTSC 判断与转换、节目播放与停止等。
用户界面控制模块：实现与用户操作相关的控制，其中包括了电源、面板按键及LED驱动模块；红外遥控器处理模块；图形显示模块等。图形控制模块负责处理OSD操作界面显示和用户操作，该模块还包括遥控器消息分发和处理、控件系统的实现和管理等功能。
频道转换控制：与遥控器、解扰、解复用有关，完成频道转换功能。
系统升级模块：处理用户升级节目，升级应用程序的需求。
EPG模块：实现EPG信息的处理和显示。
中文字体模块：实现中文显示的处理，能根据用户的需要裁剪字库的大小。
随着数字电视的发展，新的应用软件将可以在这个基本平台上不断扩展。比如多媒体杂志、数字音频广播、游戏等等。平台还可以扩展支持视频点播节目和电视的交互式等应用。
结语
本文介绍的DMB-TH地面传输数字电视机顶盒解决方案，主芯片均为国产芯片，就标准清晰度的机顶盒而言，其成本低于使用国外芯片的系统方案，有利于地面传输数字电视载我国的普及推广。目前该方案已经通过实验室和车载环境的测试，固定及移动状态下的接收性能稳定良好，可以用于普通用户、车载系统等。(end)
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(8/14/2006) |
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