摘要：    本文介紹了一個基于國產芯片的地面傳輸數字電視機頂盒設計方案使用凌訊科技與清華大學聯合開發的解調芯片LGS8813與海爾Hi2011e解碼芯片的DMB-TH解決方案，文中介紹了具體硬件實現方法和軟件體系結構。
關鍵詞：    數字電視機頂盒；DMB-TH；TDS-OFDM

引言
地面傳輸是數字電視最基本的制式，地面電視廣播也是最大眾化的傳媒。清華大學提出的DMB-T(地面數字多媒體/電視廣播)傳輸方案， 在技術可行性、系統穩定性、產業化、運營可行性等方面已經能夠滿足我國地面數字電視標準的要求，并開始在國內推廣普及。

本文介紹了一個DMB-TH(地面傳輸數字電視接收機頂盒)的解決方案。該方案中，信源解調使用了凌訊科技公司與清華大學聯合開發的TDS-OFDM (時域同步正交頻分復用)解調芯片LGS8813，信源解碼使用了北京海爾集成電路設計有限公司開發的MPEG-2解碼芯片Hi2011e，是目前首個全面采用國產數字電視芯片實現的DMB-TH機頂盒設計。

系統硬件設計

該數字電視機頂盒解決方案的硬件電路主要包括：數字高頻頭、DMB-TH解調、MPEG-2信源解碼。系統原理框圖如圖1。

圖1 系統硬件原理框圖

數字高頻頭采用了夏普公司為支持DMB-TH開發的VA1T1ED6060。其接收頻率范圍為426MHz－862MHz，高頻頭將天線接收的地面傳輸信號通過內部增益等電路的變換，輸出IF中頻模擬信號。高頻頭的輸出通過A/D變換電路(AD9203)將中頻模擬信號轉換為中頻數字信號。

信源解調由LGS8813實現。這是一種TDS-OFDM解調芯片，全面支持DMB-TH地面傳輸標準，把中頻數字信號解調后輸出8位并行的數字傳輸流，即TS(transport stream)流。LGS8813需要一個64Mb的SDRAM作為其工作空間。

信源解碼由海爾Hi2011e實現，其工作原理如下：

解碼芯片讀取數字傳輸流，通過硬件解復用，解出音視頻基本流，存儲在片外SDRAM中。視頻解碼模塊從視頻壓縮數據區中取出壓縮數據，經過變長碼解碼、反量化、反余弦變換、運動補償、數據合并，產生視頻圖像數據，存儲在視頻圖像數據緩沖區中。播放模塊從視頻圖像數據緩沖區中取出視頻圖像數據，與菜單顯示OSD(On Screen Display)數據混疊后輸出視頻圖像。Hi2011e的視頻輸出有數字方式和模擬方式。數字視頻輸出為YCbCr、4:2:2模式、YUV輸出、符合ITU-656標準，可連接具有ITU－656接口的器件或設備，例如液晶顯示屏驅動電路；模擬視頻輸出支持CVBS、S-VIDEO、YPbPr。Hi2011e的音頻解碼模塊從音頻壓縮數據緩沖區中取出壓縮數據，經過解碼、子帶濾波，產生音頻PCM數據，存儲在音頻PCM數據緩沖區中，播放模塊從音頻PCM數據緩沖區中取出音頻PCM數據，然后按音頻接口送出音頻PCM數據。外部的HT82V731數模轉換器將音頻PCM數據轉換成模擬的音頻信號。

Hi2011e內部有一個8位CPU負責系統控制，包括外圍電路的控制、TS流的解復用控制、OSD控制，以及運行數字電視相關的應用軟件。

本系統提供了IC卡接口，可以支持條件接受CA系統。同時，還有RS-232C接口，可以通過串口對本系統的軟件進行升級。整個系統中的各主要器件通過Philips開發的I2C總線進行通信。 

系統軟件

圖2給出了機頂盒軟件層次結構的示意圖。

圖2 機頂盒的系統軟件示意圖

軟件的集成開發工具 為KEIL公司的mVision2，這是目前應用非常廣泛的C51開發工具。集成開發環境包含：編譯器、匯編器、實時操作系統、項目管理器、交叉調試器。KEIL的標準C編譯器的所有代碼可以用ANSI的C語言編寫，故具有良好的可移植性。uVision2可以為片外存儲器產生必要的連接選項：確定起始地址和規模，所生成的代碼下載到機頂盒的Flash中(圖1)，并且從Flash直接運行。

機頂盒的操作系統為嵌入式實時操作系統mC/OS，這是一種可移植，可固化，可剪裁及可剝奪型的多任務實時內核。基于mC/OS的機頂盒軟件平臺采用多任務機制，實現的功能包括：數字電視的基本協議，如13818系統協議、解復用協議等；外圍電路的控制、解碼、數字電視播放；提供移植條件接收系統的功能和機制；提供方便的定制個性化界面；可擴展其個性化應用的功能和機制。軟件平臺由模塊化的程序結構實現，各個模塊之間采用消息隊列進行通訊。

平臺的主要模塊有：

初始化啟動模塊：初始化所有硬件，建立所有信號量、隊列、事件、消息、任務，處理I2C驅動，處理tuner的狀態，操作。

端口處理模塊：對于基于中斷機制的硬件系統，組織、管理各類中斷處理，分析各種中斷設備的狀態，可以稱為中斷處理模塊。對于基于端口輪尋機制的硬件系統，輪尋硬件狀態，可以稱為端口輪尋模塊。

解復用模塊：處理TSD通道、過濾器、緩沖區管理，包括設置PID、解PAT表、PMT表、SDT表等；設置過濾條件；管理通道緩沖區；進行CRC驗證。

解擾模塊：處理管理解擾器，設定控制字，設定解擾流的PID。

節目存貯模塊：保留預制的節目，添加搜索后的節目。實現對節目信息的管理。

Flash 模塊：讀寫Flash的驅動，處理對Flash讀寫操作。

音視頻操作模塊：控制音頻解碼器，包括音頻節目判斷、調節音頻播放/停止、音量設置、靜音設置、聲道設置。對視頻解碼器的控制包括視頻信號判斷、PAL/NTSC 判斷與轉換、節目播放與停止等。

用戶界面控制模塊：實現與用戶操作相關的控制，其中包括了電源、面板按鍵及LED驅動模塊；紅外遙控器處理模塊；圖形顯示模塊等。圖形控制模塊負責處理OSD操作界面顯示和用戶操作，該模塊還包括遙控器消息分發和處理、控件系統的實現和管理等功能。

頻道轉換控制：與遙控器、解擾、解復用有關，完成頻道轉換功能。

系統升級模塊：處理用戶升級節目，升級應用程序的需求。

EPG模塊：實現EPG信息的處理和顯示。

中文字體模塊：實現中文顯示的處理，能根據用戶的需要裁剪字庫的大小。

隨著數字電視的發展，新的應用軟件將可以在這個基本平臺上不斷擴展。比如多媒體雜志、數字音頻廣播、游戲等等。平臺還可以擴展支持視頻點播節目和電視的交互式等應用。

結語
本文介紹的DMB-TH地面傳輸數字電視機頂盒解決方案，主芯片均為國產芯片，就標準清晰度的機頂盒而言，其成本低于使用國外芯片的系統方案，有利于地面傳輸數字電視載我國的普及推廣。目前該方案已經通過實驗室和車載環境的測試，固定及移動狀態下的接收性能穩定良好，可以用于普通用戶、車載系統等。

參考文獻：
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