數(shù)字機(jī)頂盒的與研究 論

1、<p>　　數(shù)字機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)與研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)字電視如今成為全世界廣播電視行業(yè)的熱點(diǎn)，而高清數(shù)字電視 是目前世界上數(shù)字電視的最高分辨模式，通過高清數(shù)字電視機(jī)頂盒便能夠接收到高清的數(shù)字電視信號(hào)，享受到高清晰度的畫面效果。</p><p>　　本論文針對(duì)高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的發(fā)展現(xiàn)狀，介

2、紹了有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的工作原理和軟硬件結(jié)構(gòu)，數(shù)字電視機(jī)頂盒NIM（調(diào)制器+Tuner）的測(cè)試指標(biāo)、原理和方法和機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)，以及設(shè)計(jì)一個(gè)能提供模擬和數(shù)字電視信號(hào)輸入端口，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字高清信號(hào)輸出的數(shù)字機(jī)頂盒。通過這個(gè)機(jī)頂盒,模擬電視信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)以及其它一些消費(fèi)電子產(chǎn)品如DVD機(jī)，游戲機(jī)的輸出信號(hào)，都可以真正數(shù)字化的輸出到用戶的數(shù)字電視機(jī)上，完全滿足用戶對(duì)高清畫面的需求。這在當(dāng)前數(shù)字電視快速普及的市場(chǎng)中，無疑將獲得巨大的商機(jī)。&

3、lt;/p><p>　　系統(tǒng)采用ST (意法半導(dǎo)體）公司的STi5514+STi7020高清數(shù)字電視信源解碼器解決方案，STi5514是一個(gè)高集成度的單片標(biāo)清機(jī)頂盒信源解碼器芯片，同時(shí)具有強(qiáng)大的控制功能，可以配合STi7020實(shí)現(xiàn)高清晰度音視頻解碼。它集成了一個(gè)高性能的32位CPU、三個(gè)專用的DVB傳輸流解復(fù)用和解擾模塊、一個(gè)MPEG MP@ML 視頻解碼模塊，一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)音頻解碼模塊、一個(gè)數(shù)字視頻編碼器。另外，它內(nèi)置

4、了 ATAPI接口，可以和硬盤驅(qū)動(dòng)器無縫連接，實(shí)現(xiàn)錄放像和時(shí)移播放等功能。它還集成了多種外設(shè)，如SSC，ASC,紅外等，可以實(shí)現(xiàn)條件接收，軟件升級(jí)，遙控接收等功能。</p><p>　　本論文完成的任務(wù)是設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中信源解碼器和高頻頭模塊功能，并詳細(xì)介紹了各部分的硬件構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高清數(shù)字電視機(jī)頂盒；STi5514+STi7020方案；信源解碼器；機(jī)頂盒

5、關(guān)鍵技術(shù)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Digital TV now became the hotspot, radio and television industry and high definition digital TV is digital TV in the world's highest resolu

6、tion model, through high-definition digital TV set-top box can receive high-definition digital TV signal, enjoy the high definition picture.</p><p>　　This paper in view of the development status quo of high-

7、definition digital TV set-top boxes, digital cable TV set-top box is introduced the working principle and structure of software and hardware, and digital TV set-top box NIM (modulator + Tuner) test indicators, principle

8、and methods and the key technology of set-top box, and design a can provide analog and digital TV signal input port, and realize the digital high definition signal output of the digital set-top boxes. Through the set-top

9、 bo</p><p>　　System adopts ST (stmicroelectronics) company STi5514 + STi7020 high definition digital television source decoder, STi5514 is a high level of integration of monolithic sd set-top box source deco

10、der chip, and has strong control function, can cooperate STi7020 realize high-definition audio and video decoding. It integrates a high performance 32 bit CPU, three of the DVB transport stream multiplexing settlement on

11、e module, a MPEG MP @ ML video decoding module, more than a standard audio decoding mo</p><p>　　Task this paper is to design and implementation of system has the function of citic source decoder and a high f

12、requency head module, and introduces in detail the hardware and realization method of each part.</p><p>　　Key words: high definition digital TV set-top boxes; STi5514 + STi7020 scheme; The source decoder; Se

13、t-top box key technology</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　數(shù)字電視系統(tǒng)一般可分為普通清晰度（PDTV)、標(biāo)準(zhǔn)淸晰度電視(SDTV)和高清晰度電視(HDTV)。高淸晰度數(shù)字電視由于能提供更淸晰的圖像、更逼真的聲音、更大的屏幕，以及數(shù)字化傳輸方式所特有的高效數(shù)據(jù)傳輸率，可以在有限的傳輸頻帶內(nèi)傳送較多的電視節(jié)目，

14、正成為數(shù)字化視聽技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。然而，由于模擬電視在我國家庭中的普遍存在，數(shù)字電視不可能很快完全取代傳統(tǒng)的模擬電視，機(jī)頂盒(Set-Top Box, STB)正是傳統(tǒng)模擬電視向數(shù)字電視過渡的最好解決方案。</p><p>　　1.1 課題背景及意義</p><p>　　隨著全球廣播電視數(shù)字化的快速發(fā)展，我國在數(shù)字廣播電視的發(fā)展上也作出了相應(yīng)的規(guī)劃，其中提出我國將在2015年停止模擬電

15、視播出。到目前為止，我國已有部分地區(qū)實(shí)現(xiàn)了廣播電視的數(shù)字化。那么，數(shù)字電視如何接收呢?其實(shí)，數(shù)字電視的接收并不一定要數(shù)字電視接收機(jī)，由于數(shù)字電視的傳輸仍保留了現(xiàn)有模擬電視的是視頻格式，因此在用戶端，用戶只需要加裝一臺(tái)數(shù)字電視機(jī)頂盒，并不需要對(duì)家里電視線路和電視機(jī)做任何的改動(dòng)，用戶便可以使現(xiàn)有電視機(jī)接收數(shù)字電視節(jié)目了。</p><p>　　我國數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，我國的國情決定了我國的電視系統(tǒng)的數(shù)字化不可能

16、一步到位，只能是有選擇，分段進(jìn)行的，從數(shù)字電視的發(fā)展趨勢(shì)來看，我國數(shù)字電視發(fā)展將經(jīng)歷三個(gè)階段;機(jī)頂盒，標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視SDTV和高清清晰度數(shù)字電視HDTV，這三者將在一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)并存。</p><p>　　隨著高清數(shù)字電視機(jī)的普及和數(shù)字電視信號(hào)的開播，越來越多的家庭購買了高清數(shù)字電視機(jī)。從目前我國的實(shí)際情況來看，市場(chǎng)上還沒有出現(xiàn)真正的商用化數(shù)字電視一體式接收機(jī)。也就是內(nèi)置了機(jī)頂盒的電視機(jī)。目前我們要收看到數(shù)

17、字節(jié)目，就必須利用機(jī)頂盒把數(shù)字廣播信號(hào)轉(zhuǎn)化為電視機(jī)能夠識(shí)別的模擬信號(hào)(如AV端子輸入)。但是對(duì)于目前大多數(shù)的機(jī)頂盒而言，只能輸出模擬信號(hào)，無法實(shí)現(xiàn)高清化，同時(shí)電視機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也被削弱。因此，發(fā)展和研究高清數(shù)字機(jī)頂盒成為了高清技術(shù)和高清市場(chǎng)的發(fā)展帶來的必然結(jié)果。</p><p>　　1.2 機(jī)頂盒國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p&g

18、t;　　數(shù)字電視機(jī)頂盒，是一種將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的變換設(shè)備，它對(duì)經(jīng)過數(shù)字化壓縮的圖像和聲音信號(hào)進(jìn)行解碼還原，產(chǎn)生模擬的視頻和聲音信號(hào)， 通過電視顯示器和音響設(shè)備給觀眾提供高質(zhì)量的電視節(jié)目。</p><p>　　自從1994年開播衛(wèi)星數(shù)字電視，到1998年底開播地面數(shù)字電視廣播，數(shù)字 電視實(shí)現(xiàn)了全面啟動(dòng)。到1999年底，全球約有2500萬臺(tái)衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒， 700萬臺(tái)有線網(wǎng)數(shù)字機(jī)頂盒和40萬臺(tái)地面數(shù)字

19、電視機(jī)頂盒和接收機(jī)，主要分布 于歐洲、美國和日本。由于客觀情況、標(biāo)準(zhǔn)、制式等不同，各國的數(shù)字電視發(fā)展 狀況也不盡相同，其中美國、歐洲、日本的數(shù)字電視發(fā)展比較迅速，已經(jīng)逐步實(shí) 施數(shù)字電視的普及，對(duì)我國的數(shù)字電視發(fā)展模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇有一定的指導(dǎo) 和借鑒意義。</p><p>　　美國是世界上最早發(fā)展數(shù)字電視的國家，不僅在技術(shù)領(lǐng)域完成了數(shù)字電視三 大標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作，而且率先實(shí)現(xiàn)了商用播出。到2003年其地面數(shù)字電視

20、的覆 蓋率己達(dá)94%。歐洲數(shù)字電視的衛(wèi)星廣播于1996年開播，目前用戶已超過500 萬，并己擴(kuò)展至東歐。整個(gè)歐洲采用以DVB為框架的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)放在標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV)。日本也于2006年實(shí)現(xiàn)地面數(shù)字電視全國覆蓋，主要是高清晰度數(shù)字電視(HDTV)節(jié)目。</p><p>　　荷蘭己于2006年12月11日正式停播模擬電視信號(hào)的播出,這是全世界首個(gè) 完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)播出的國家，此后，還將

21、有一些北歐國家和比利時(shí)在近兩 年陸續(xù)停播模擬電視信號(hào)。美國和日本將分別在2009年和2011年停播模擬電視 信號(hào)，我國計(jì)劃將在2015年全面停播模擬電視。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我國一直非常關(guān)注數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展，從上個(gè)世紀(jì)的80年代開始跟蹤國技術(shù) 發(fā)展動(dòng)態(tài)，90年代完成數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)的理論儲(chǔ)備。我國對(duì)數(shù)字電視的研究從20 世紀(jì)80年代末就已

22、經(jīng)開始了，在“八五”期間，國務(wù)院組織成立國家高清晰度電視研究開發(fā)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，國家科委組織成立了HDTV發(fā)展戰(zhàn)專家組，組織實(shí)施了“八五” 國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“高清晰度電視技術(shù)研究和計(jì)算機(jī)模擬” 。1995年，經(jīng)國家高清晰度電視研究開發(fā)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組批準(zhǔn)，成立了國家高清晰度電視（HDTV)研究 小組。1996年7月，由總體組負(fù)責(zé)，組織實(shí)施了“九五”國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目“高 清晰度電視功能樣機(jī)系統(tǒng)研究與開發(fā)工程”。經(jīng)總體組和全國多所大學(xué)

23、、研究所及企業(yè)的共同努力，于1998年6月，成功地研制出了我國第一臺(tái)數(shù)字高清晰度電視功能樣機(jī)系統(tǒng)。1998年9月，利用該功能樣機(jī)系統(tǒng)在北京中央電視臺(tái)進(jìn)行了演示，取得了很好的效果。在1999年10月1日，中華人民共和國建國50周年之際，對(duì)天安門廣場(chǎng)的國慶大典進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)直播，獲得了成功。目前我國中央電視臺(tái)和眾多省市、地方電視臺(tái)都己實(shí)現(xiàn)了電視節(jié)目的數(shù)字衛(wèi)星傳輸，電視臺(tái)的傳送和接收設(shè)備正在逐步實(shí)現(xiàn)</p><p>　　與

24、美國、歐洲等西方發(fā)達(dá)國家不同的是，我國城市人口居住相對(duì)集中，90%以上的人是通過有線電視收看電視節(jié)目的，城市居民物質(zhì)生活水平較高，這為發(fā)展數(shù)字電視創(chuàng)造了條件。同時(shí)，有線數(shù)字電視傳輸、條件接收系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒實(shí)施，為有線數(shù)字電視試驗(yàn)提供了良好的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持。另外，全長(zhǎng)37000多公里的國家廣播電視光纜干線網(wǎng)的開通，為全國有線數(shù)字電視開展創(chuàng)造了網(wǎng)絡(luò)條件。政府規(guī)定，2015年將全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，完成模擬向數(shù)字的過渡，逐步停止模擬電視的播出。&l

25、t;/p><p>　　1.3 課題的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題基于現(xiàn)在機(jī)頂盒市場(chǎng)的現(xiàn)狀，采取ST公司的STi5514+STi7020高清數(shù)字電視信源解碼器方案，開發(fā)一種高清晰的交互式機(jī)頂盒,實(shí)現(xiàn)接收高清晰的數(shù)字電視信號(hào),然后經(jīng)過解調(diào)、 解復(fù)用、解碼后輸出模擬信號(hào)給模擬電視機(jī)，并且達(dá)到分辨率1000線以上的高 清晰顯示效果。</p><p><b>　

26、　論文共分為五章：</b></p><p>　　為緒論，主要介紹了課題研究的背景、意義、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和課題 的研究?jī)?nèi)容等。</p><p>　　闡述了整個(gè)數(shù)字電視機(jī)頂盒的系統(tǒng)構(gòu)成,包括硬件架構(gòu)和軟件體系層次，并介紹了機(jī)頂盒能夠?qū)崿F(xiàn)的各項(xiàng)功能。</p><p>　　主要闡述機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　主要研究數(shù)字電視機(jī)

27、頂盒NIM（網(wǎng)絡(luò)接口）的測(cè)試指標(biāo)、原理和方法。</p><p>　　主要介紹了目前流行的幾款高淸數(shù)字電視機(jī)頂盒的解決方案，并比較它們的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，綜合考慮所需功能、可擴(kuò)展性、性價(jià)比等因素，選擇了基于ST公司的STi5514+STi7020的解決方案。</p><p>　　主要進(jìn)行信源解碼模塊的設(shè)計(jì)。</p><p>　　主要進(jìn)行高頻頭模塊的設(shè)計(jì)，介紹了數(shù)字電視調(diào)諧器

28、的原理和芯片構(gòu)成。</p><p>　　數(shù)字電視機(jī)頂盒的原理及構(gòu)成</p><p>　　2.1 機(jī)頂盒的工作原理</p><p>　　圖2-1-1 有線數(shù)字電視原理框圖</p><p>　　圖2-2-1是有線數(shù)字電視機(jī)頂盒原理框圖，機(jī)頂盒由高頻頭、信道解調(diào)器、信源解復(fù)用器、MPEG-2解碼器、視頻編碼器、音頻D/A、嵌入式CPU系統(tǒng)和外圍接口

29、、條件接收模塊等組成。具有交互功能的機(jī)頂盒則需回傳通道。</p><p>　　高頻頭接收來自有線網(wǎng)的高頻信號(hào)，通過QAM解調(diào)器完成信道解碼，從載波中分離出包含音、視頻和其它數(shù)據(jù)信息的傳送流(TS)。傳送流中一般包含多個(gè)音、視頻流及一些數(shù)據(jù)信息。解復(fù)用器則用來區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的音、視頻流和數(shù)據(jù)流，送入MPEG-2解碼器和相應(yīng)的解析軟件，完成數(shù)字信息的還原。對(duì)于付費(fèi)電視，條件接收模塊對(duì)音、視頻流實(shí)施解擾，并采

30、用含有識(shí)別用戶和進(jìn)行記賬功能的智能卡，保證合法用戶正常收看。MPEG-2解碼器完成音、視頻信號(hào)的解壓縮，經(jīng)視頻編碼器和音頻D/A變換，還原出模擬音、視頻信號(hào)，在常規(guī)彩色電視機(jī)上顯示高質(zhì)量圖像，并提供多聲道立體聲節(jié)目。</p><p>　　2.2 機(jī)頂盒的硬件系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　機(jī)頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視節(jié)目、處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和完成各種應(yīng)用的解 析，主要由調(diào)諧器(高頻頭）、信道解調(diào)

31、器、信源解復(fù)用器、MPEG-2解碼 器、音頻D/A、嵌入式CPU和外圍接口、條件接收模塊等組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖 2-2-1所示。</p><p>　　圖2-2-1 機(jī)頂盒硬件系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　信道解碼：數(shù)字電視機(jī)頂盒中的信道解碼電路相當(dāng)于模擬電視機(jī)中的高頻頭和中頻放大器。在數(shù)字電視機(jī)頂盒中，高頻頭是必須的，不過調(diào)諧范圍包含衛(wèi)星頻道、地面電視接收頻道、有線電視增補(bǔ)頻道。根據(jù)DTV目

32、前已有的調(diào)制方式，信道解碼應(yīng)包括QPSK、QAM、OFDM、VSB解調(diào)功能。</p><p>　　信源解碼：模擬信號(hào)數(shù)字化后，信息量激增，必須采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字電視廣播采用MPEG－2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，適用多種清晰度圖像質(zhì)量。音頻目前則有AC－3和MPEG－2兩種標(biāo)準(zhǔn)。信源解碼器必須適應(yīng)不同編碼策略，正確還原原始音、視頻數(shù)據(jù)。</p><p>　　嵌入式CPU：嵌入式CPU是數(shù)字電視

33、機(jī)頂盒的心臟，當(dāng)數(shù)據(jù)完成信道解碼以后，首先要解復(fù)用，把傳輸流分成視頻、音頻，使視頻、音頻和數(shù)據(jù)分離開，在數(shù)字電視機(jī)頂盒專用的CPU中集成了32個(gè)以上可編程PID濾波器，其中兩個(gè)用于視頻和音頻濾波，其余的用于PSI、SI和Private數(shù)據(jù)濾波。CPU是嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，它要和操作系統(tǒng)一起完成網(wǎng)絡(luò)管理，顯示管理、有條件接收管理（IC卡和Smart卡）、圖文電視解碼、數(shù)據(jù)解碼、OSD、視頻信號(hào)的上下變換等功能。為了達(dá)到這些功能，必須

34、在普通32～64位CPU上擴(kuò)展許多新的功能，并不斷提高速度，以適應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)和三維游戲的要求。</p><p>　　MPEG－2解碼：MPEG－2是數(shù)字電視中的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前實(shí)用的視頻數(shù)字處理技術(shù)基本上是建立在MPEG－2技術(shù)基礎(chǔ)上，MPEG－2是包括從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁咔逦入娨暤娜恳?guī)范。MP@LL用于VCD，可視電話會(huì)議和可視電話用的H.263和H.261是它的子集。MP@ML用于DVD、SDTV，MP@MH用

35、于HDTV。MPEG－2圖像信號(hào)處理方法分運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、DCT、量化、可變長(zhǎng)編碼4步完成，電路是由RISC處理器為核心的ASIC電路組成。</p><p>　　2.3 機(jī)頂盒的軟件系統(tǒng)</p><p>　　電視數(shù)字化后，數(shù)字電視技術(shù)中軟件技術(shù)占有更為重要的位置。除了音視頻的解碼由硬件實(shí)現(xiàn)外，包括電視內(nèi)容的重現(xiàn)、操作界面的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，直至機(jī)頂盒和個(gè)人計(jì)算機(jī)的互聯(lián)以及和Interne

36、t的互聯(lián)都需要由軟件來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖2-3-1 機(jī)頂盒軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　硬件驅(qū)動(dòng)層軟件：驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)硬件功能，如射頻解調(diào)器、傳輸解復(fù)用器、A/V解碼器、OSD、視頻編碼器等。</p><p>　　機(jī)頂盒作為一個(gè)客戶端系統(tǒng)，除了要具有良好的硬件平臺(tái)外還需要配備不同的軟件系統(tǒng)才能使其完成各種任務(wù)。驅(qū)動(dòng)層包括機(jī)頂盒硬件的驅(qū)動(dòng)程序和API接

37、口，它主要用于完成對(duì)硬件設(shè)備的操作。</p><p>　　中間解釋層將STB的應(yīng)用程序指令翻譯成CPU能識(shí)別的指令，從而通過驅(qū)動(dòng)層去調(diào)動(dòng)硬件設(shè)備完成相應(yīng)的操作。該層包括嵌入式操作系統(tǒng)、中間件、CA駐留軟件等。雖然中間件的使用可以給STB軟件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來極大好處，但高昂的使用費(fèi)用，對(duì)硬件需求的增加以及技術(shù)上的不成熟使中間件在國內(nèi)鮮有應(yīng)用。目前許多軟件設(shè)計(jì)者采用直接調(diào)用驅(qū)動(dòng)層的軟件來編寫應(yīng)用程序，這雖然可以滿足一

38、時(shí)的需求，但隨著應(yīng)用需求的增加，在STB中使用中間件才是一個(gè)很好的解決方案。</p><p>　　應(yīng)用層可以分成駐留應(yīng)用程序和可下載應(yīng)用程序兩部分，不同的STB軟件設(shè)計(jì)理念使這兩個(gè)部分包含的應(yīng)用程序也不盡相同，合理規(guī)劃這兩部分的組成將有助于提高STB的可靠性和相應(yīng)時(shí)間。目前國內(nèi)機(jī)頂盒中的應(yīng)用較少，主要以EPG、數(shù)據(jù)廣播、股票、簡(jiǎn)單的下載游戲等為主，而數(shù)字電視的魅力并不在于看電視，而在于這種基于數(shù)字電視平臺(tái)的業(yè)務(wù)應(yīng)

39、用，這些應(yīng)用將會(huì)改善人們的一些日常生活習(xí)俗。隨著雙向網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，交互式應(yīng)用的普及，基于交互式的應(yīng)用軟件也將越來越多，這也會(huì)給運(yùn)營(yíng)商帶來難以預(yù)料的增值收入。 有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的技術(shù)含量非常高，它集中反映了多媒體、計(jì)算機(jī)、數(shù)字壓縮編碼、 加解擾算法、加解密算法、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展水平。</p><p>　　2.4 機(jī)頂盒能實(shí)現(xiàn)的功能</p><p>　　①接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，提供高質(zhì)量

40、的視頻和音頻信號(hào)輸出，這是機(jī)頂盒的最基本功能。</p><p>　?、谥С纸换ナ綉?yīng)用（如視頻點(diǎn)播、互動(dòng)游戲等）。作為用戶前端設(shè)備，機(jī)頂盒是用戶控制交 互電視的接口，所以具有回傳信道，提供系統(tǒng)的交互操作，這也是機(jī)頂盒的最基本功能。</p><p>　?、劬哂须娮庸?jié)目指南（EPG)功能。它為用戶提供一種使用方便、界面友好的操作窗口，用 戶通過交互操作，可以方便地看到所有頻道上近期將播放的電視節(jié)

41、目及選取自己所需的節(jié)目。</p><p>　　④有條件接收功能。有條件接收的核心是加擾和加密，數(shù)字機(jī)頂盒應(yīng)具有解擾和解密 功能。</p><p>　　⑤支持?jǐn)?shù)據(jù)廣播應(yīng)用功能。向用戶提供股市行情、票務(wù)信息、電子報(bào)紙、熱門網(wǎng)站等各種 信息。</p><p>　?、捃浖诰€升級(jí)功能。軟件在線升級(jí)可看成是數(shù)據(jù)廣播的應(yīng)用之一。數(shù)據(jù)廣播服務(wù)器按 DVB數(shù)據(jù)廣播標(biāo)準(zhǔn)將升級(jí)軟件廣播

42、下來，機(jī)頂盒能識(shí)別該軟件的版本號(hào)，在版本不同時(shí)接收該 軟件，并對(duì)保存在存儲(chǔ)器中的軟件進(jìn)行更新。</p><p>　?、逫nternet接人和電子郵件。數(shù)字機(jī)頂盒可通過內(nèi)置的電纜調(diào)制解調(diào)器方便地實(shí)現(xiàn)Internet接人功能。用戶可通過機(jī)頂盒內(nèi)置的瀏覽器上網(wǎng)、發(fā)送電子郵件、網(wǎng)上購物，打IP電話等。同時(shí)機(jī)頂盒也可以提供各種接口與PC機(jī)相連，使用PC機(jī)接人Internet。</p><p>　?、?/p>

43、視頻點(diǎn)播功能。該功能可讓用戶在所希望的時(shí)間和地點(diǎn)收看想看的節(jié)目，這是服務(wù)提供 商的主要目標(biāo)。有線電視數(shù)字機(jī)頂盒利用交互式的數(shù)據(jù)信道和廣播信道，為實(shí)現(xiàn)該功能提供理 想的技術(shù)支持。</p><p>　　第三章 機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　數(shù)字電視機(jī)頂盒的技術(shù)含量非常高，它集中反映了多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字壓縮編碼 技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、加解擾技術(shù)、加解密技術(shù)的發(fā)展水平。目前

44、數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要關(guān)鍵技術(shù)有下面幾個(gè)方面。</p><p>　?。?）解調(diào)及信道解碼技術(shù)</p><p>　　在機(jī)頂盒中，高頻調(diào)諧器（高頻頭）是必需的，其調(diào)諧范圍包含衛(wèi)星頻道、地面電視接收頻 道、有線電視增補(bǔ)頻道。衛(wèi)星數(shù)字電視廣播采用R -S碼和卷積碼進(jìn)行信道編碼，同時(shí)采用 QPSK方式調(diào)制;有線數(shù)字電視廣播由于信道質(zhì)量好，只用R -S編碼作為糾錯(cuò)編碼，較少采用 TCM卷積碼，以降低接收

45、端的復(fù)雜性，同時(shí)采用QAM調(diào)制方式，其中16QAM、32QAM、64QAM必 選，128QAM和256QAM可選;地面數(shù)字電視廣播采用COFDM或VSB調(diào)制方式。因此，對(duì)于接 收端的機(jī)頂盒來說，針對(duì)不同的傳輸信道需分別采用QPSK、QAM、COFDM或VSB方式解調(diào)；在 信道解碼方面需進(jìn)行相應(yīng)的R-S碼或卷積碼糾錯(cuò)解碼。</p><p>　?。?）解復(fù)用和信源解碼技術(shù)</p><p>　　

46、為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的解復(fù)用和數(shù)據(jù)信息處理，目前的系統(tǒng)大多采用專用芯片，將CPU內(nèi)核與 MPEG-2傳送流解復(fù)用器、DVB通用解擾器、MPEG -2視頻解碼器、MPEG -2AAC (或Dolby AC-3)音頻解碼器、PAL/NTSC編碼器集成，形成數(shù)字電視機(jī)頂盒的核心芯片。另外，也有一些高檔的可編程數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)也能實(shí)現(xiàn)這一功能。</p><p>　?。?）上行數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼技術(shù)</p><

47、;p>　　開展交互式應(yīng)用，需要考慮上行數(shù)據(jù)的調(diào)制問題。由于上行數(shù)據(jù)相對(duì)于下行數(shù)據(jù)要少得多， 目前在CATV網(wǎng)中一般采用QPSK或16QAM方式進(jìn)行調(diào)制。在實(shí)際應(yīng)用中，如果CATV網(wǎng)是單向的，則也可通過公共電話網(wǎng)采用ADSL或VDSL接人技術(shù)來傳送上行數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?）條件接收技術(shù)</b></p><p>　　CA系統(tǒng)是數(shù)字電視項(xiàng)目中的重要

48、組成部分，完成系統(tǒng)用戶的認(rèn)證、授權(quán)和節(jié)目加擾工作。 它需要解決兩個(gè)問題，即如何從用戶處收取費(fèi)用和如何阻止用戶收看那些未經(jīng)授權(quán)的付費(fèi)頻道。 CA系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，它涉及數(shù)據(jù)加擾解擾算法、加密解密算法、智能卡技術(shù)以及用戶管理、節(jié)目管理、收費(fèi)管理等數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)，其中加擾解擾技術(shù)、加密解密技術(shù)是條件接收系統(tǒng)的 核心技術(shù)，用于對(duì)數(shù)字電視節(jié)目進(jìn)行加密與解密。</p><p>　　（5）嵌人式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)技術(shù)<

49、;/p><p>　　與PC機(jī)上的操作系統(tǒng)不同，數(shù)字電視機(jī)頂盒中的操作系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operation System，RTOS )，可以在實(shí)時(shí)的環(huán)境中工作，并能在較小的內(nèi)存空間中運(yùn)行。</p><p>　　目前流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有Wind River System公司的Vx Works、Microware公司的OS -9、 ST公司的OS20、Microsoft公司的

50、Windows CE以及專為機(jī)頂盒開發(fā)的Power TV等。這些操作系 統(tǒng)各有所長(zhǎng)，在機(jī)頂盒中都有應(yīng)用。其中Vx Works、OS -9、OS20等是通用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在 其他的嵌人式系統(tǒng)中也有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)開發(fā)機(jī)頂盒時(shí)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)與下面將要介紹的中 間件結(jié)合使用。Power TV是專為機(jī)頂盒開發(fā)的并將中間件集成在一起的操作系統(tǒng)，在美國應(yīng)用 較廣。另外，隨著嵌人式Linux的逐漸成熟，不僅為機(jī)頂盒廠商提供了一種選擇，而且由于Lin

51、ux 的開放性和先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，會(huì)對(duì)上述的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)成巨大的威脅。</p><p>　　（6）中間件( Middle Ware) 技術(shù)</p><p>　　在開發(fā)機(jī)頂盒上層應(yīng)用中常常會(huì)面對(duì)如下問題：實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，硬件平臺(tái)原理細(xì)節(jié)， 復(fù)雜的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，繁雜的用戶界面以及實(shí)用功能等各項(xiàng)跨行業(yè)的難題。為了解決上述問題，中間 件應(yīng)運(yùn)而生，并成為數(shù)字電視核心技術(shù)。</p><

52、p>　　中間件的核心作用是將應(yīng)用程序與底層的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)隔離開來，支 持跨硬件平臺(tái)和跨操作系統(tǒng)的軟件運(yùn)行，使應(yīng)用程序不依賴于特定的硬件平臺(tái)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)， 從而使得應(yīng)用程序的開發(fā)變得更加簡(jiǎn)捷，使產(chǎn)品的開放性和可移植性更強(qiáng)，為機(jī)頂盒的制造商和 交互業(yè)務(wù)提供商建立一個(gè)理想的開發(fā)與應(yīng)用平臺(tái)。</p><p><b>　　（7）應(yīng)用軟件技術(shù)</b></p>&

53、lt;p>　　執(zhí)行服務(wù)商提供的各種服務(wù)功能，如電子節(jié)目指南、視頻點(diǎn)播、數(shù)據(jù)廣播、IP電話和可視電 話等。應(yīng)用軟件獨(dú)立于機(jī)頂盒的硬件，它可以用于各種機(jī)頂盒硬件平臺(tái)，避免應(yīng)用軟件對(duì)硬件的 依賴。</p><p><b>　　（8）顯示技術(shù)</b></p><p>　　就電視和計(jì)算機(jī)顯示器而言，CRT顯示是一種成熟的技術(shù)，但是用低分辨率的電視機(jī)顯示 文字，尤其是小于2

54、4 X24的小字，問題就變得復(fù)雜了。電視機(jī)的CRT顯像管是大節(jié)距的低分辨 率管，只適合顯示720 X576或640 x480的圖像，它的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是固定不變的，是為525行60Hz 或625行50Hz設(shè)計(jì)的，而數(shù)字電視的顯示格式有18種以上。上網(wǎng)則要符合VESA格式，顯然， 電視機(jī)的顯示系統(tǒng)無法適應(yīng)這么多格式。另外，電視采用低幀頻的隔行掃描方式，當(dāng)顯示圖形和 文字時(shí)，亮度信號(hào)存在背景閃爍，水平掃描線存在行間閃爍。如果把逐行掃描的計(jì)算機(jī)圖文

55、轉(zhuǎn)換 到電視機(jī)上，水平邊沿就會(huì)僅出現(xiàn)在奇場(chǎng)或偶場(chǎng)，屏顯時(shí)間接近人眼的視覺暫留，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的 邊緣閃爍現(xiàn)象，因而要用電視機(jī)上網(wǎng)，必須要補(bǔ)救電視機(jī)顯示的缺陷。</p><p>　　根據(jù)技術(shù)難度和成本，目前用兩種方法進(jìn)行改進(jìn)，一種是抗閃爍濾波器，把相鄰三行的圖像按比例相加成一行，使僅出現(xiàn)在奇場(chǎng)的圖像重現(xiàn)在每場(chǎng)中，這種方式叫三行濾波法。三行濾波法 簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但降低了圖像的清晰度，適用于隔行掃描方式的電視機(jī)。另一種方法是

56、把隔行掃描變成逐行掃描，并適當(dāng)提高幀頻，這種方式要成倍地增加掃描的行數(shù)和場(chǎng)數(shù)，為了使增加的像素不是無中生有，保證活動(dòng)畫面的連續(xù)性，必須要做行、場(chǎng)內(nèi)插運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，必須用專用的芯片和復(fù)雜的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，這種方式在電視機(jī)上顯示計(jì)算機(jī)圖文的質(zhì)量非常好，但必須在有逐行和倍掃描功能的電視機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。?）軟件無線電技術(shù)</p><p>　　軟件無線電技術(shù)是最近幾年提出的一種

57、實(shí)現(xiàn)無線通信的新體系結(jié)構(gòu)，其基本思想是以硬件作 為通用的基本平臺(tái)，硬件基礎(chǔ)是可編程的高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP )，其余部分則是基本的射頻處理單元和輸人/輸出接口。在高速的DSP芯片上進(jìn)行物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的軟件開發(fā)，將盡可能多的應(yīng)用功能用軟件來實(shí)現(xiàn)，從而將新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)轉(zhuǎn)換到軟件上來。</p><p>　　數(shù)字電視機(jī)頂盒NIM（網(wǎng)絡(luò)接口）的研究</p><p>　　

58、4.1 數(shù)字電視機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)接口的重要參數(shù)和測(cè)量方法</p><p>　　數(shù)字電視機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)接口性能的好壞，直接影響著用戶對(duì)數(shù)字電視的接受程度。為此很多國家和地區(qū)都對(duì)機(jī)頂盒的必備功能提出了明確的要求。武漢廣播電視總局對(duì) 數(shù)字電視機(jī)頂盒的接收質(zhì)量也有明確的要求。這些參數(shù)也直接反應(yīng)了機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)接口性能的優(yōu)劣。主要參數(shù)包括：</p><p><b>　　1.接收電平</b>&

59、lt;/p><p>　　在有線電視系統(tǒng)中，選擇正確的信號(hào)電平是保證系統(tǒng)正常工作的基本條件，由于 DVB-C采用的是抑制載波的正交幅度調(diào)制（QAM),在通道帶寬內(nèi)調(diào)制信號(hào)非常類似于噪聲，所以電平定義為所選信號(hào)的均方根。在有線數(shù)字電視系統(tǒng)中，要求機(jī)頂盒收到的電平在55?85dBuV。其中55為最低電平，表示機(jī)頂盒能正常鎖頻并播放節(jié)目的最小接收電平。85為最高電平，表示機(jī)頂盒能正常鎖頻并播放節(jié)目的最高接收電平。</p

60、><p>　　2.載噪比（C/N)</p><p>　　在DVB-C中將已調(diào)的射頻/中頻信號(hào)的總功率對(duì)有效帶寬內(nèi)噪聲的比，定義為載噪比C/N。X寸于64QAM調(diào)制方式，當(dāng)誤碼率為KT4時(shí)，載噪比為24.28dB。也就是說釆用64QAM調(diào)制方式的機(jī)頂盒所能正常鎖頻并播放節(jié)目的載噪比應(yīng)當(dāng)不低于24.28dB。</p><p>　　3.高頻頭頻率捕捉范圍</p>

61、<p>　　高頻頭頻率捕捉范圍指的是高頻頭在鎖頻狀態(tài)時(shí)能經(jīng)受的頻率抖動(dòng)誤差范圍。例如，高頻頭在435MHZ正常鎖住節(jié)目頻點(diǎn)，則要求高頻頭在頻點(diǎn)出現(xiàn)抖動(dòng)時(shí) 434.85MHZ?435.15MHZ的頻率范圍內(nèi)都能鎖住中心頻率為435MHZ的電視信號(hào)。它反應(yīng)了高頻頭的抗干擾能力。</p><p><b>　　4.支持符號(hào)率范圍</b></p><p>　　符號(hào)率

62、（Symbol Rate)：指數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩c信號(hào)的比特率及信道參數(shù)有關(guān)，單位為MB/S。當(dāng)一個(gè)載波信號(hào)攜帶的節(jié)目數(shù)越多時(shí)，此值越大。</p><p>　　4.2 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)接口的關(guān)鍵技術(shù)與研究方法</p><p>　　要提高機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)接口性能，最主要是解決兩個(gè)問題：</p><p>　?。?）機(jī)頂盒在全頻點(diǎn)范圍內(nèi)的一致性</p><p>　

63、?。?）提高機(jī)頂盒高頻頭的抗干擾能力</p><p>　　之所以要解決全頻點(diǎn)范圍內(nèi)的一致性，是因?yàn)楦哳l頭是一個(gè)高頻敏感器件，在機(jī)頂盒的源解碼板上極易受到各種高頻信號(hào)的干擾。電磁干擾（EMC)、電磁癌射(EMI) 等問題比較明顯。容易在要求正常工作的頻點(diǎn)范圍內(nèi)產(chǎn)生不穩(wěn)定或工作不正常的畸點(diǎn)，這樣將直接導(dǎo)致用戶無法正常觀看數(shù)字電視業(yè)務(wù)。其次，提高機(jī)頂盒高頻頭抗干擾能力，也就是提升機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)接口的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，例如降低機(jī)

64、頂盒的最低接收電 平值、提升最高接收電平值、擴(kuò)大高頻頭頻率捕捉范圍、擴(kuò)大高頻頭符號(hào)率支持范圍等，使之不受外界信號(hào)的干擾，更可靠更穩(wěn)定的工作。</p><p>　　為達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)接口的目的，我將從硬件和軟件兩方面入手，通過對(duì)比驗(yàn)證，歸納總結(jié)的方法來進(jìn)行研究。</p><p>　　硬件方面從數(shù)字電視機(jī)頂盒主板布線入手，重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)接口的電磁干擾、電磁輻射等問題，通過理論研究和對(duì)比驗(yàn)證提出提高機(jī)

65、頂盒抗干擾能力的優(yōu)化方法。其次, 研究高頻信號(hào)的完整性、高頻電子設(shè)備的合理化布局、電源質(zhì)量以及數(shù)字模擬地線的 分割等問題，對(duì)高頻頭硬件電路進(jìn)行修改，并做出對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　軟件方面對(duì)高頻頭性能的優(yōu)化，主要是優(yōu)化高頻頭驅(qū)動(dòng)程序的各個(gè)模塊。其中的Demod驅(qū)動(dòng)模塊和Tuner驅(qū)動(dòng)模塊將是研究重點(diǎn)。首先，優(yōu)化Demod驅(qū)動(dòng)的初始化參數(shù)。因?yàn)楦哳l頭資料文檔中對(duì)于高頻頭的初始化參數(shù)和默認(rèn)的工作狀態(tài)并不是適合

66、所有硬件平臺(tái)。通過合理的初始化配置，可以直接提高高頻頭的頻率捕捉范圍和符號(hào)率支持范圍，并提高高頻頭的工作效率和穩(wěn)定性。其次，在Demod驅(qū)動(dòng)模塊和Tuner 驅(qū)動(dòng)模塊中，通過合理的分配I2C總線資源，可以有效提高CPU對(duì)高頻頭控制的可靠性和穩(wěn)定性，從而提升高頻頭的工作性能。最后，可以在嵌入式操作系統(tǒng)中，改進(jìn)任務(wù)的調(diào)度機(jī)制和通訊機(jī)制，優(yōu)化高頻頭鎖頻任務(wù)的鎖頻時(shí)間和任務(wù)堆棧大小，提高鎖頻速度和穩(wěn)定性。</p><p>

67、;　　第五章 高清數(shù)字電視機(jī)頂盒解決方案的對(duì)比</p><p>　　5.1 幾種高清方案比較</p><p>　　目前，市面上有多種高清數(shù)字電視解碼方案，如博通（BROADCOM)公司的 BCM7401、BCM7402;卓然 Zuran 公司的R391055，ZR39640，ZR39660，ZR39680高清系列；ATI公司的XILLEON22系列；美國西格瑪設(shè)計(jì)公司（Sigma Desi

68、gns) 的SMP8630、SMP8634; ST公司（意法半導(dǎo)體公司）的STi7710、STi5514、STi7020 等。</p><p>　　5.1.1 BCM7401解決方案</p><p>　　BCM7401是博通的一款單芯片 AVC/MPEG-2/V(M(H,264/MPEG4 Part 10) 高清視頻解碼Soc,面向有線電視、衛(wèi)星、寬帶線路機(jī)頂盒與目前電視廣播領(lǐng)域普遍釆用的

69、影像解碼方式MPEG-2相比，Broadcom的AVCNC-1芯片解決方案所需的帶寬僅為其1/2-1/3。</p><p>　　BCM7401單芯片解決方案是原來獲得廣泛應(yīng)用的BCM7038和BCM7411雙芯片方案的改進(jìn)型，是面向機(jī)頂盒和客戶端網(wǎng)關(guān)設(shè)備應(yīng)用的高清晰度芯片級(jí)系統(tǒng) Soc解決方案。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：功能強(qiáng)大，擴(kuò)展接口豐富，而且兼容性強(qiáng)，除在數(shù)字電視領(lǐng)域廣泛應(yīng) 用外，

70、還可應(yīng)用于DVD、電視電話等系統(tǒng)中。采用這種方案的好處在于靈活性髙，能夠支持多種視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，而且相對(duì)節(jié)省帶寬資源。</p><p>　　缺點(diǎn)：和其他兩款芯片相比成本太高，主要用于設(shè)計(jì)中、高檔的高清機(jī)頂盒。</p><p>　　5.1.2 STi5514+STi7020解決方案</p><p>　　STi5514是一個(gè)高集成度的單片標(biāo)清機(jī)頂盒信源解碼器芯片，同時(shí)具

71、有強(qiáng)大的控制功能，可以配合STi7020實(shí)現(xiàn)高清晰度音視頻解碼。它集成了一個(gè)高性能的32位CPU、三個(gè)專用的DVB傳輸流解復(fù)用和解擾模塊、一個(gè)MPEG MP@ML 視頻解碼模塊，一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)音頻解碼模塊、一個(gè)數(shù)字視頻編碼器。另外，它內(nèi)置了 ATAPI接口，可以和硬盤驅(qū)動(dòng)器無縫連接，實(shí)現(xiàn)錄放像和時(shí)移播放等功能。它還集成了多種外設(shè)，如SSC，ASC,紅外等，可以實(shí)現(xiàn)條件接收，軟件升級(jí)，遙控接收等功能。</p><p>

72、　　5.1.3 ZR39680解決方案</p><p>　　ZR39680為卓然公司的單芯片解決方案。它繼承了 5個(gè)獨(dú)立部件的功能，如視頻解碼、HDMI接口、EEE-1394及LVDS驅(qū)動(dòng)和先進(jìn)的視頻處理引擎，以控制和驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏LCD、背投和等離子。ZR39680包括數(shù)字地面接收器、ATSC兼容的高清電視解碼器，以及對(duì)單向數(shù)字電纜(UDC)的更多支持及一個(gè)Cable Card 接口。</p>&

73、lt;p>　　卓然的ZR39680設(shè)計(jì)方案具有成本較低的特點(diǎn)，但是這款芯片的功能相對(duì) 較弱，集成度也不高，擴(kuò)展功能不如STi5514強(qiáng)，在一定程度上增加了成本。</p><p>　　5.2 本論文選擇的方案</p><p>　　綜上考慮各解決方案的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，本系統(tǒng)采用了STi5514芯片。雖然相對(duì) 于BCM7401,速度、功能和兼容性都略遜一籌，但是，它仍然具備了高清接收機(jī)的所有功

74、能,能夠滿足目前市場(chǎng)上大多數(shù)用戶的需求,并且具有較高的性價(jià)比。</p><p>　　第六章 高清數(shù)字電視機(jī)頂盒信源解碼板的設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 信源解碼板的組成</p><p>　　信源解碼板主要由以下幾部分組成：</p><p>　　1.STi5514—一機(jī)頂盒后端解碼器主控芯片</p><p>　　2.

75、STi7020—一機(jī)頂盒后端解碼器高清解碼芯片</p><p>　　3.32MBit Flash</p><p>　　4.64MBit SMI SDRAM</p><p>　　5.128MBit EMI SDRAM (可選）</p><p>　　6.512MBit LMIDDR-SDRAM</p><p><b&

76、gt;　　7.40G硬盤</b></p><p>　　8.SMARTCARD接口</p><p>　　9.E2PROM用于節(jié)目數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)</p><p>　　10.前面板接口：負(fù)責(zé)接受前面板輸入的信息，如：手動(dòng)控制鍵盤、紅外接收等。</p><p>　　11.RS232接口：接PC機(jī)進(jìn)行軟件升級(jí)。</p><p

77、>　　信源解碼板的主控芯片是STi5514，它負(fù)責(zé)：</p><p>　?。?）系統(tǒng)初始化和系統(tǒng)控制；</p><p>　?。?）將來自前端或LVDS板的TS流解復(fù)用，并將PES流傳給STi7020；</p><p>　?。?）標(biāo)清視頻解碼，數(shù)/模轉(zhuǎn)換；</p><p>　　（4）標(biāo)清音頻解碼。</p><p>

78、　　為了配合STi5514的運(yùn)行，需要配備一定數(shù)量的外部存儲(chǔ)器，用來緩存碼流 流、解碼幀、顯示幀等，本系統(tǒng)使用了三片SDRAM。信源解碼板啟動(dòng)時(shí)，需要從ROM中讀取程序，加載到SDRAM中運(yùn)行。 考慮到將來的軟件升級(jí)，我們采用了可現(xiàn)場(chǎng)擦除與改寫的FLASH ROM來固化系統(tǒng)軟件。</p><p>　　ST15514輸出的視頻信號(hào)是己經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)，經(jīng)過放大濾 波后可以直接輸出。本系統(tǒng)可以輸出CVBS

79、、S-Video兩種視頻信號(hào)。</p><p>　　音頻解碼后的數(shù)字信號(hào)通過外部DAC轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，再經(jīng)過放大濾波處 理就可以輸出。此系統(tǒng)可以提供杜比AC3或MPEG-2音頻輸出。</p><p>　　另外，本系統(tǒng)還配備了EEPROM，用于存儲(chǔ)節(jié)目和頻道信息。提供了 RS232 接口，用于軟件升級(jí)。</p><p>　　信源解碼板的另一核心芯片是STi7020，它

80、主要負(fù)責(zé)：</p><p>　?。?）多路視頻（包括HD、SD)的解碼；</p><p>　　（2）—路音頻的解碼及后處理；</p><p>　?。?）視頻后處理及數(shù)/模轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖6-1-1 STi5514系統(tǒng)功能框圖</p><p>　　6.2 STi5514芯片</p><p

81、><b>　　6.2.1 概述</b></p><p>　　STi5514本身是一個(gè)高度集成的單片標(biāo)清機(jī)頂盒信源解碼器芯片，是STi55 12和STi5518的升級(jí)版本，同時(shí)它具有強(qiáng)大的控制功能，本系統(tǒng)中就用來控制STi7020進(jìn)行高清解碼。它集成了一個(gè)高性能的32位CPU,三個(gè)專用的DVB傳輸流解復(fù)用和解擾模塊，一個(gè)具有先進(jìn)的顯示和圖形性能的MPEG-2視頻解碼模塊，一個(gè)支持杜比和M

82、PEG的音頻解碼模塊，還有數(shù)字視頻編碼器和所有的典型低成本交互式接收機(jī)所需的系統(tǒng)外設(shè)。</p><p>　　內(nèi)置ATAPI接口可和標(biāo)準(zhǔn)硬盤驅(qū)動(dòng)器無縫連接。這樣STi5514就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電視錄像、暫停和時(shí)移（time-shifting)等功能。通過智能卡接口可以實(shí)現(xiàn)條件接牧。</p><p>　　ST15514與己經(jīng)廣泛使用的STi5518機(jī)頂盒解碼器芯片軟件兼容，軟件可以很容易地在它們之

83、間移植。</p><p>　　6.2.2 STi5514的特點(diǎn)</p><p>　　集成有32位的主控CPU,頻率可達(dá)166MHz</p><p>　?。?）8 Kbytes 指令Cache，8 Kbytes 數(shù)據(jù)Cache,和8 Kbytes SRAM。</p><p><b>　　2.音頻解碼器</b></p&

84、gt;<p>　　（1）5.1聲道杜比/MPEG-2多聲道解碼，3 X 2通道PCM輸出</p><p>　?。?）IEC60958-IEC61937數(shù)字輸出</p><p>　?。?）MPEG-1層1、層2、MP3解碼 </p><p><b>　　3.視頻解碼器</b></p><p>　?。?）支持M

85、PEG-2 MP@ML,超過兩個(gè)標(biāo)清視頻解碼的速度 </p><p>　?。?）可編程的水平和垂直的放大和縮小功能 </p><p>　?。?）平滑的快進(jìn)和回放等特技模式 </p><p>　　4.高性能的OSD (On Screen Display)</p><p>　?。?）每像素2到8bits可選 </p><p&g

86、t;　?。?）防閃爍、防跳動(dòng)和防混淆濾波器</p><p>　　5.PAL/NTSC/SECAM編碼器</p><p>　?。?）lObitsDAC支持CVBS，Y/C, RGB或YUV輸出 </p><p>　　6.共享SDRAM存儲(chǔ)器接口（SMI)</p><p>　?。?）1個(gè)或2個(gè)16Mbit，或一個(gè)64Mbit或一個(gè)128Mbit

87、120MHz 16bit寬SDRAM</p><p><b>　　接口</b></p><p>　　可編程的外部存儲(chǔ)器接口（EMI)</p><p>　　（1）可接SDRAM、SRAM、FLASH、MPX設(shè)備、外設(shè)等</p><p>　?。?）6個(gè)獨(dú)立可配置的組，支持8、16、32bit帶寬 </p>&l

88、t;p>　?。?）支持總線主模式和從模式</p><p><b>　　8.三個(gè)前端接口</b></p><p>　?。?）一個(gè)串行，兩個(gè)并行傳輸流接口（TSIn)</p><p>　?。?）輸入TS流可配置輸入到任意PTI</p><p>　　9.三個(gè)可編程傳輸接口PTI</p><p>　

89、?。?）并行、串行TS流解復(fù)用</p><p>　　（2）DES和DVB解擾器</p><p>　?。?）硬件section濾波</p><p>　　10.遵循ATA-5的HDD (硬盤驅(qū)動(dòng)器）接口</p><p>　?。?）支持高達(dá)UltTa DMA模式5的所有傳輸方式，最大burst方式數(shù)據(jù)速率為 66M字節(jié)/秒 </p>

90、<p>　　（2）輸入硬盤和由硬盤輸出的DES加/解擾</p><p>　　11.五通道通用DMA控制器</p><p><b>　　12.集成的外設(shè)有</b></p><p>　?。?）5個(gè)帶有TX和RX FIFO的UART</p><p>　?。?）2個(gè)SmartCard接口和時(shí)鐘產(chǎn)生器</p>

91、<p>　　（3）2個(gè)I2C總線控制器</p><p>　?。?）4個(gè)PWM模塊</p><p>　?。?）支持Modem (此功能本項(xiàng)目沒有開發(fā)）</p><p>　?。?）48bit可編程I/O接口 </p><p>　?。?）紅外發(fā)射器和接收器</p><p>　　13.支持專業(yè)的工具集</p

92、><p>　?。?）ANSI C編譯器和函數(shù)庫</p><p>　　14.388Pin (35*35) PBGA封裝</p><p><b>　　6.3 前端接口</b></p><p>　　為了兼容信道解碼板和LVDS板輸入，本系統(tǒng)把前端接口分為兩個(gè)接口，一個(gè)為信道解碼板和LVDS板公用的TS流輸入接口； 一個(gè)為I2C總線

93、接口，用于完成信源解碼板對(duì)信道解碼板的控制。</p><p>　　I2C總線是Philips公司推出的一種芯片之間的雙向通信協(xié)議。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線數(shù)少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線器件同時(shí)接到I2C總線上，通過地址來識(shí)別通信對(duì)象。</p><p>　　該協(xié)議規(guī)定了兩個(gè)信號(hào)：串行時(shí)鐘SCI.和串行數(shù)據(jù)/地址SDA。

94、時(shí)鐘信號(hào)始終由主器件發(fā)出，通過SCL發(fā)往從器件。地址和數(shù)據(jù)則在SDA上傳送。每一個(gè)時(shí)鐘脈沖傳送一比特?cái)?shù)據(jù)，SDA在時(shí)鐘脈沖為高電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，因此在時(shí)鐘脈沖為高電平時(shí)SDA上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)線的狀態(tài)只能在時(shí)鐘線為低電平時(shí)改變。當(dāng)總線空閑時(shí)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線均為高。當(dāng)時(shí)鐘為高時(shí)，數(shù)據(jù)由高到低的變化定義為起始狀態(tài)（S),反之為停止?fàn)顟B(tài)（P)。在I2C通信中，產(chǎn)生信息的器件為“發(fā)方”，接收信息的器件為“收方”；發(fā)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骷椤爸鳌?，?/p>

95、產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和停止?fàn)顟B(tài)，被“主”訪問的器件為“從”。I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下為lOOKbit/s,在快速模式下可達(dá)到400Kbit/s，在高速模式下可達(dá)到3.4Mbit/s。</p><p>　　在S和P狀態(tài)之間由發(fā)方至收方的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不受限制。每一字節(jié)后跟一個(gè) 應(yīng)答（acknowledge)位。和應(yīng)答位對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖是由主器件發(fā)出。發(fā)方在應(yīng)答對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘期間釋放SDA (高電平)，接收方在此期間將SD

96、A線拉低，即產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答位。如果傳輸中有一個(gè)主收器件，它通過在收到最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后不產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)來通知從發(fā)器件釋放SDA線，這樣主收器件就可以產(chǎn)生停止?fàn)顟B(tài)或重復(fù)開始狀態(tài)。傳輸中有主發(fā)器件的情況比較簡(jiǎn)單，它在發(fā)完數(shù)據(jù)之后，直接產(chǎn)生停止?fàn)顟B(tài)。數(shù)據(jù)發(fā)送方向由從器件地址的最后一位來表示：“0”為寫地 址，“1”為讀地址。</p><p>　　I2C接口用來向前端相關(guān)器件寫入控制信息并從中讀出低速的診斷信息。本系統(tǒng)中有3

97、個(gè)設(shè)備使用了I2C總線，它們是STV0700、EEPROM和前端。</p><p>　　6.4 STi5514前端接口信號(hào)</p><p>　　STi5514為機(jī)頂盒應(yīng)用提供了串行和并行兩種前端接口。本系統(tǒng)釆用了兩路 并行接口，可接兩個(gè)前端實(shí)現(xiàn)畫中畫功能。</p><p>　　該并行接口由8位數(shù)據(jù)線(TSINnDATA[0:7])和字節(jié)時(shí)鐘(TSINnBYTECLK

98、)、包起始(TSINnPACKETCLK)、數(shù)據(jù)有效(TSINnBYTECLKVALID)、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤 CTSINnERROR)組成。本系統(tǒng)釆用此接口接收由前端輸入的并行傳輸流，信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：</p><p>　　表6-4-1 傳輸流輸入接口信號(hào)對(duì)應(yīng)表</p><p>　　TSINnD [7:0]在TSINnBCLK的下降沿由前端輸出，STi5514在MICLK的上升沿釆樣這些數(shù)據(jù)。

99、這是為了滿足DVB-CI標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)建立和保持時(shí)間的要求。TSINnSTART只在傳輸包的第一個(gè)字節(jié)有效，就是當(dāng)TSINnD [7:0] = 0x47時(shí)。 TSINnBVLD標(biāo)示TSINnD [7:0]中的有效數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　6.5 存儲(chǔ)器映像</b></p><p>　　STi5514有一個(gè)32位帶符號(hào)的二的補(bǔ)碼的尋址空間。由于按32位地址來尋 址，

100、因此總的地址空間大小為4G字節(jié)。所謂“帶符號(hào)的二的補(bǔ)碼的尋址空間”是指該空間地址排列是由底部Mixlnt(0x8000 0000)向上增長(zhǎng)至OxFFFF FFFF接 著是Ox 0000 0000然后增長(zhǎng)到Maxlnt (0x7FFFF FFFF)。整個(gè)尋址空間分為四個(gè)區(qū)(Region),每個(gè)區(qū)1G字節(jié)，由地址A31、A30選擇，即A31A30=10時(shí)為0區(qū)；A31人30=11時(shí)為1區(qū)；A31A3000時(shí)為2區(qū)；A31A30=01時(shí)為3區(qū)

101、。尋址空間中的一個(gè)字節(jié)由30位字地址加上兩個(gè)字節(jié)選擇標(biāo)示位尋址。尋址空間中的一個(gè)字由30位字地址尋址，同時(shí)字節(jié)選擇位設(shè)為0。</p><p>　　尋址空間根據(jù)功能的不同分成幾個(gè)區(qū)域，如下圖的存儲(chǔ)器映象所示：</p><p>　　0x7FFF FFFF</p><p>　　圖6-5-1 STi5514存儲(chǔ)器映像 0x8000 0000</p>&l

102、t;p>　　地址空間分成以下區(qū)域：</p><p>　?。?）0區(qū)：數(shù)據(jù)Cadie或SRAM,底部的8K字節(jié)被在片SRAM占用；</p><p>　　（2）1區(qū)：共享 SDRAM，從 OxCOOO 0000到 OxCFFF FFFF的16M字節(jié)區(qū)域用于共享SDRAM；</p><p>　?。?）2區(qū)：外設(shè)配置寄存器，從0x2000 0000到0x3000 5F

103、FF的區(qū)域分給存儲(chǔ)器映像或命令映像的在片外設(shè)；</p><p>　?。?）3區(qū)：EMI組0到組5,從0x4000 0000到0x7FFF FFFF分配給接到EMI端口的外部存儲(chǔ)器。</p><p>　　6.6 可編程外部存儲(chǔ)器接口（EMI）</p><p>　　6.6.1 STi5514可編程外部存儲(chǔ)器接口（EMI）</p><p>　　可編

104、程外部存儲(chǔ)器接U (EMI)用來控制STi5514和除共享SDRAM之外的片外存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)移動(dòng)，共享SDRAM接在SMI接口。EMI只需要很少的外部邏輯就可以和存儲(chǔ)器子系統(tǒng)連接。</p><p>　　EMI可尋址lGbytes的物理地址空間。EMI地址空間分成6個(gè)組（bank),每個(gè)組可以是8、16或32位寬，有24根地址線，同時(shí)提供了字節(jié)選擇位。</p><p>　　EMI接口可接多

105、種類型的存儲(chǔ)器，例如：SDRAM, SRAM, FLASH ROM、 外設(shè)、MPX設(shè)備。</p><p>　　通過設(shè)置EMI的配置寄存器，EMI接口可配置為多種時(shí)序，以適應(yīng)不同的存 儲(chǔ)器。EMI接口的6個(gè)組的時(shí)序可以分別設(shè)置，每個(gè)組可以接不同的存儲(chǔ)器，并 且不需要任何額外的硬件支持。每個(gè)組通過配置可接8位、16位或32位寬的存儲(chǔ)器。</p><p>　　EMI的組0和組1支持各種類型的存儲(chǔ)

106、器，而組2—組5支持除SDRAM外的其他存儲(chǔ)器和外設(shè)。</p><p>　　本系統(tǒng)EMI各組的配置情況：</p><p>　　組0 —兩片64Mbit SDRAM,用作系統(tǒng)存儲(chǔ)器；</p><p><b>　　組1 —組3保留；</b></p><p>　　組4 一 STi7020；</p><p&g

107、t;　　組5 -兩片16Mbit Flash ROM,用來存儲(chǔ)程序和非易失性數(shù)據(jù)。</p><p>　　6.6.2 STi7020介紹</p><p>　　STi7020是一個(gè)高集成度的音視頻解碼器，用于高淸晰度數(shù)字電視、數(shù)字機(jī) 頂盒等應(yīng)用。它適用于 ATSC/Grand Alliance、DVB、DirecTV, OpenCable 和 ARIB-BS4等標(biāo)準(zhǔn)。</p>&