基于GX6107和GX1101的DVB-S双调谐器机顶盒解决方案 - 文章

基于GX6107和GX1101的DVB-S双调谐器机顶盒解决方案

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卫星接收方式是前期投入架设成本最少，节目源最多，用户最广的信道模式。DVB-S数字电视机顶盒经过近十年的发展，目前全球市场年需求量一直维持在3000万以上。随着市场的发展，简单的电视节目收看功能已经不能满足用户对机顶盒的要求，加之目前行业技术的高速发展，机顶盒方案开发以“支持各种高端的应用功能及实现多功能的整合”为趋势的特点日益明显。由个人视频录像技术与数字电视机顶盒技术相结合，同时支持对如PIP、MP3、JPEG、CI、MAC等多功能的选择扩展而产生的双调谐器数字卫星电视机顶盒应运而生。

本文介绍的GX6107和GX1101的整机解决方案正是本着提供高品质、高性能机顶盒用户方案和友好用户界面为宗旨，基于杭州国芯科技（NationalChip）研发的高集成度、高性能的SOC平台，开发的一款集目前DVB-S中高端机顶盒市场所具有的多项功能于一体的高性价比解决方案。

机顶盒功能概述及构成

通用的DVB_S机顶盒硬件构成主要为：DVB_S SOC芯片，RF射频芯片，存储器，音视频接口。而高性能的双调谐器 PIP机顶盒，针对高集成度SOC芯片GX6107（内部集成一路DVB-S解调），,仍需外挂一颗DVB_S 解调芯片GX1101，一颗RF射频芯片，同时拓展USB2.0接口，BT656输出转HDMI高清接口，SPDIF同轴输出（如图1）。

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图1：GX1101和GX6107双调谐器方案框架图

该机顶盒应该包含如下功能：双路DVB-S信号接收，同时播放节目，实现PIP功能；EPG、字幕、图文电视、VBI；USB PVR录制、回放、边播边录、MP3播放、JPEG播放；BT656输出转HDMI，支持SCART输出；基本音视频输出，SPDIF输出。

硬件方案设计

GX1101芯片简介

GX1101是基带信号采样转换到MPEG-2码流的卫星数字电视信道接收芯片，主要用于卫星传输的数字电视，数字语音压缩编码的数字解调和信道解码。它完全按照DVB-S标准（ETS300421）设计，由针对I路和Q路的双A/D，QPSK解调，前向纠错单元（FEC）等部分构成。

支持对未知信道频率，符号率及内码码率的高速扫描模式，在无任何信号信息的情况下，实现全频段的高速节目搜索。全数字化的载波恢复和定时恢复设计，无需外部反馈环，片上载波环的跟踪范围最大可达45MHz。FEC的设计与DVB-S标准兼容，实现完全数字化。

GX6107芯片简介

GX6107是面向DVB-S市场推出的一款高性能低成本机顶盒SoC芯片，内部集成信道ADC，DVB-S信道解调-解码器，高性能32位RISC CPU，双路MPEG2解复用器，MPEG2视频解码器，MPEG2音频解码器，去隔行及后处理单元，真彩色的OSD及2D图形加速，电视编码，视频DAC，音频DAC，USB2.0 HOST接口，以太网MAC接口，GuestBus接口等功能模块，提供优异的整机功能，性能和BOM成本。

真彩色的OSD及2D图形加速可以提供绚丽的界面效果，支持数据广播中的各种浏览器需求。专有的视频处理算法可以完成视频去隔行和缩放效果，提供视频逐行输出。同时灵活的抓屏功能可以提供各种快拍和多画面浏览功能。

电视编码支持所有的PAL和NTSC制式，内部集成的四路视频DAC可以满足各种视频输出需求，包括SCART接口。

硬件方案介绍

方案简介

本解决方案外围配置与主要功能：1. 外围配置，32MB DDR SDRAM和2MB Nor SPI Flash；2. 支持两路DVB-S信道独立工作，可实现两路节目PIP；3.视频，支持AV输出和SCART输出，支持SCART扩展成双SCART，支持16：9和4：3切换，支持RGB和CVBS切换；4.音频，支持SPDIF同轴PCM输出，支持BT656输出，外接HDMI发射器；5. USB接口。

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图2：双调谐器实现框架图

双调谐器模块

本解决方案支持两路DVB-S信道同时解调，经过两路解复用器和一路视频解码器后，既可以实现单信道的PIP，又可以实现双信道的PIP。两路调谐器相互独立工作。

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图3：USB模块实现框架图

USB模块

GX6107支持USB HOST 2.0。支持速率480Mbps。本方案支持PVR录制、回放、边播边放、JPEG播放、MP3播放。方案中采用2A的保险丝，可支持U盘和大硬盘。支持热插拔。

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图4：HDMI接口实现框架图

HDMI模块

GX6107支持BT656输出，支持720P及向下格式。在本解决方案中，需要外接一个HDMI 发射器即可实现HDMI输出。通过BT656输出8位视频信号，同时输出单根SPDIF替代4根I2S信号。用I2C来控制HDMI发射器的工作状态。方案支持HDMI接口热插拔。

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图5：同轴SPDIF输出实现框架图

SPDIF输出

GX6107的SPDIF模块支持IEC60958标准的PCM数字音频输出，支持IEC61937标准的AC-3压缩数字音频输出。本方案支持SPDIF同轴输出。电路根据标准采用简单有效的分压，隔直，由主芯片输出的3.3V峰峰值变到接上负载后的700mV到1V左右。达到音响实际接收同轴SPDIF有效电压。

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图6：SCART输出实现框架图

SCART输出

GX6107支持4路视频DAC，支持CVBS和RGB信号同时输出。故本方案支持SCART接口，同时支持SCART的各种模式切换，包括4：3/16：9切换，CVBS/RGB模式切换，由GPIO控制三极管电路完成。同时通过扩展，可以实现双SCART功能。在视频上，有一阶π型低通滤波器，截至频率为8MHz，符合视频信号的频谱特性，同时有效的滤除带外杂波干扰。音频上，主芯片输出PWM波，进行滤波后，最大有750rms，经过运放放大后，输出给SCART接口。

软件方案设计

本方案在软件结构设计上，按照纵向以层次处理的内容分层、横向以资源独立和功能独立相结合分块的原则，加强层与层、块与块之间的独立性，以提高它们的可移植性并提高衍生方案生成的效率；本方案在功能实现上除包含了诸如EPG、节目编辑、节目搜索等基本功能外，还包含可供选择的诸如PIP、PVR、JPEG、MP3、多画面等可供配置的多项高级功能，同时本方案还可提供诸如MAC、CI、CA、双调谐器等外围电路和功能的扩展需求。下文将从解决方案软件的结构设计特色应用功能描述两个方面来介绍该解决方案软件设计部分的内容。

软件结构

本设计方案中机顶盒的软件体系分为如图7所示几个层次，各层定义了其专门负责处理的内容。相邻层次之间，以接口函数的形式传递数据，非直接接触的层次需要其它层作中间层来传递数据。在分层良好的软件结构组织形式下，各模块仅通过对外接口与其它层之间发生联系，模块之间的协助工作以接口封装和接口参数传递与返回来完成。软件分层实现了各层的独立性，有利于系统模块的移植以及软件系统的维护。

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图7：机顶盒软件架构分层

整个软件可以分为操作系统、系统软件和应用软件几个模块。应用软件模块由下至上细分为中间层（COM）、应用模块层（APP）、UI适配层（UIAL）、用户界面层（UI）等四个层次。COM层负责对系统软件模块所提供的应用接口进行简单的封装，以保证整个软件方案中应用层与系统层的独立性，为实现应用软件模块在不同的系统软件上应用提供可移植性基础。APP层为上层应用功能的实现提供通用解决方法，该层建立于中间层之上、位于UI适配层之下。APP层的典型用例如数据库，以下层多个模块（如Node、Time、flash等）为基础实现某些特殊功能，为上层应用如EPG、节目搜索、节目播放等应用功能的实现提供如获取和存储节目信息、系统节点信息等功能。UIAL层建立于应用模块层和中间层之上，该层以功能实现为依据进行接口封装，为上层应用功能的实现提供设备控制参数设置、数据处理、界面绘制等基本功能实现接口。UI层完成与功能实现相关的界面绘制和界面操作，并调用下层提供接口完成应用功能的实现。层与层之间的调用关系如图8所示，箭头终点模块可直接调用箭头起点模块所提供的对外接口。

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图8：层间调用关系图

软件整体纵向分为多个独立的层次，各层内又按照不同的规则分为多个单元模块。根据实际使用需求，系统软件内部以设备资源为层内单元划分依据（与硬件层分块类同），应用软件部分以功能模块为层内单元划分依据。软件各层次内部单元划分如图9所示。

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图9：机顶盒软件层内单元划分图

COM层是对系统软件模块提供的应用接口的简单封装，其层内分块有诸如Demux、AV、SmartCard等与设备资源相关的模块，同时又结合应用软件模块层内以功能为单元分块的原则，有如EPG、Timer、PSI等与功能实现相关的模块。APP根据某些通用需求而建立的模块，目前APP层包含有DataBase、Search、BSP、System Initialize等块。UIAL层则基本上依据功能实现的原则划分为如AV、Dbase、EPG、Search、Upgrade、TTX等功能块。UI层内则根据为实现应用功能而设计的功能菜单分为如Main Menu、Channel List、EPG等菜单模块。

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图10：中间层块间调用关系图

应用软件模块的COM层块内部实现与该模块内其它的层块内的实现不同，该层内模块内部实现由下至上分为如图4-4所示API封装、模块内部处理、对外接口封装三层。Driver API Oriented部分负责对系统软件模块提供的对外接口的封装；Other Module External API部分负责对同层其它模块提供的对外接口的封装；Module Internal则属于模块内部处理部分；External API为模块提供的对外接口；Module Config为模块配置部分内容；External Message为模块发出的对外消息。

模块特色功能描述

本方案不仅支持如节目搜索、节目播放控制、节目编辑、节目指南、节目预约、字幕、图文电视等基本功能，还支持如画中画、个人视频录像、JPEG浏览、MP3播放、多画面等功能，同时还支持对双调谐器、CI、MAC等的扩展。

1) PVR功能模块

PVR，即个人视频录像技术。PVR功能模块的实现概括起来讲包含了对节目录制、节目回放、时移功能等PVR功能的实现方案；细节实现上讲包含了对如暂停、快放等特技播放，连跳、跳到指定时间播放等功能的支持；就软件方案菜单上讲，提供了对预约录制、一键录制、一键PVR浏览等功能的支持。整个功能的方案设计和代码实现按上节对应用软件结构和模块分层所提出的要求分层分模块实现，目前本方案已在多个客户方案上进行了移植和应用。

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图11：录制菜单

如图11为PVR录制实现菜单，该菜单支持预约录制和立即录制。当Time OnOff开关选择On选项时，编辑好预约配置选项后，按红色键即可建立与用户设置参数对应的PVR预约录制事件；当Time OnOff开关选择Off选项时，按红色键则立即开始节目录制。同时该方案还为用户提供第二种录制方式，即一键立即录制功能和一键预约功能。第二种具体实现过程为：按PVR立即录制按键，立即开始对当前播放节目的录制；按Timer按键，在Timer设置菜单中实现对PVR预约录制事件的建立。第二种实现方式下，PVR预约录制事件的建立菜单如图12所示。方式一针对PVR录制功能定制，方式二则可用于所有与预约相关的事件建立，用户可根据具体需求选择。

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图12：PVR预约录制事件建立第二种方式

该方案既支持由菜单进入对如MP3、JPEG、PVR等文件的浏览界面，同时还针对PVR文件的浏览提供了一键支持功能，即按PVR浏览快捷按键，进入PVR文件浏览界面。目前方案支持对MPG、VOB、DAT等视频文件的播放，MPG文件为目前方案录制节目生成文件后缀。PVR文件浏览界面如图13所示。

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图13：PVR文件预览与编辑界面

从PVR节目浏览界面可进入全屏PVR回放界面，功能菜单如图14所示。本方案支持如多倍速、暂停、跳放等特技播放功能。时移功能即边录边放功能，其功能菜单界面与普通回放同。

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图14：PVR回放界面

2） PIP功能模块

PIP即画中画功能，使用该功能，用户在大画面收看某一节目的同时可以在通过小画面浏览所有不影响大画面节目播放的节目。该模块有三个应用特点：

a)大小画面有其自身的节目列表，不使用同一节目列表。大画面节目列表完全独立于小画面节目列表；小画面节目列表依赖大画面节目列表，但小画面节目列表对大画面节目列表没有任何限制。其应用界面如图15所示。

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图15：PIP画面节目列表菜单界面

b) 该方案支持大小画面交换以及小画面的自由缩放和自由移动位置功能。大小画面的节目是可以互相交换的，即大画面播放原小画面上播放的节目，而小画面上播放原大画面上的节目。小画面的位置移动功能和自由缩放功能则支持用户根据个人需求和喜好来调节小画面的大小和位置，其应用见图16所示，绿色外框提示小画面处于大小或位置可自由调节状态。同时本方案还支持对画外画功能的扩展，画外画是用于定义大小画面不重叠而同时播放两个视频的双画面功能。

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图16：PIP小画面位置大小控制操作界面

3）双调谐器模块

GX6107芯片内部集成一个QPSK模块，集成两路DEMUX，可在基础解决方案上采取扩充调谐器+GX1101的方式提供对两路调谐器的支持。在解决方案上，双调谐器扩展方案的采用，可在一定程度上提高PIP功能和PVR功能应用的灵活性和实用性。

a)本方案支持PVR录制状态切台。双调谐器模块的扩充允许用户在录制节目的过程中的过程中收看更多的节目，而不是局限于单调谐器条件，将用户限制在当前录制节目所在频点下切台；同时双调谐器扩展方案下，系统可实现两条完整的由下行数据到IQ信号，到TS流，再到视音频数据的处理流程，这保证了两路TS流处理的独立性，从而为无相互干扰的两路节目录制提供支持。

b)本方案支持PIP大小画面使用各自的节目列表切台。与双调谐器扩展方案对PVR功能所带来的性能扩充效能和原因一致，双调谐器模块的扩充允许用户在以PIP模式工作的过程中，能够播放更多的节目，为PIP的应用提供了更多的节目选择空间和节目浏览空间。同时双调谐器的扩展，也为PVR、PIP等特色功能在应用实现上提供了更多技术上的优化和提升空间。

c)外挂调谐器+GX1101芯片的双调谐器解决方案，结合双CI，可为用户节目收看提供更广阔的收视空间。

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图17：双调谐器方案节目搜索界面

图17是本方案为双调谐器的扩充而提供的节目搜索设置界面，该界面提供对调谐器编号的选择，如选择调谐器2则表示搜索经第二路调谐器的下行信号，如为调谐器1则表示搜索经第一路调谐器的下行信号。本方案以调谐器编号参数来区分节目是与调谐器1或者调谐器2相关的节目信号，节目列表中也可以看到该与双调谐器相关的节目信息提示，可参看图15。

本方案还包括对如CI、MP3、JPEG、多画面、MAC等功能的支持和扩展，相关功能具体实现可参看公司方案，在此不做详述。

本文小结

综上所述，基于GX6107和GX1101所设计的双调谐器数字卫星电视机顶盒方案，不但具有优越的灵敏度、门限及抗干扰性能，硬件上支持PVR录制，PIP双画面，由MAC引申的诸多应用功能，CA以及CI；软件方案上更具有可靠的稳定性、可扩展性，可移植性及兼容性，无论从功、性能还是成本角度都提供了市场上最具竞争力的整套解决方案。

周雅琴，软件工程师
徐卓东，硬件工程师
来永胜，应用开发部经理
杭州国芯科技股份有限公司(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/8/2010)


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