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基于国产芯片的地面传输数字电视机顶盒设计

2018-12-13 23:54:01

基于国产芯片的地面传输数字电视机顶盒设计 - 消费电子

地面传输是数字电视基本的制式,地面电视广播也是众化的传媒。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。

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