（通信与信息系统专业论文）数字电视地面广播接收机的系统研究与软件设计.pdf

摘要 随着数字技术日新月异的发展，从模拟向数字转换已成为广播电视的必由 之路。数字电视地面广播d t y b ( d i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n g ) 是数 字电视三大传播方式之一，具有移动、便携和覆盖面广等独特优势，给人们的生 活带来了深远的影响。地面数字电视接收机作为广播系统的终端设备，直接接收 地面数字电视信号，经过解码处理后进行显示。结合我国国情，对数字电视地面 广播接收机的开发研究具有较高的经济效益和社会效益。 2 0 0 6 年8 月，我国出台了具有自主知识产权的国家数字电视地面广播标准 地面数字多媒体电视手持广播d m b t h 传输标准，此标准将于2 0 0 7 年8 月强制执行。基于该标准，本文率先开展了采用s t x 5 1 0 5 信源解码方案的地面 数字电视接收机系统的开发研究，并已成功研制出功能样机。该样机是业界最先 研制成功的符合d m b t h 标准的数字电视接收终端之一。系统的射频前端选用 凌讯公司生产的新一代高性能解调芯片l g s 8 9 1 3 ，负责接收d m b t h 数字电视 信号，完成信道解调与解码，并输出m p e g - 2 传输流；信源部分采用基于信源解 码芯片s t x 51 0 5 的单芯片解决方案，仅用一片s t x 51 0 5 即可完成对m p e g 2 传 输流的解复用，音频和视频信号解码，图像缩放，数模转换等功能，有效降低产 品的成本，提高系统性能。同现有的地面广播电视接收机的解决方案相比，本方 案性能价格比高，具有巨大的社会效应和市场价值，为符合国家标准的地面传输 数字电视终端产品的开发研究进行了有益的尝试。 本文介绍了接收机系统的硬件及软件设计方案，实时操作系统o s 2 0 ，系统 软件的层次化、模块化结构，整机软件工作流程以及前端搜台与节目数据库存储 等模块的软件实现。重点介绍了信道接收模块和f l a s h 存储器控制功能的软件 设计以及系统的调试方法，并给出了系统的测试结果。 关键字：数字电视接收机地面数字电视广播 地面数字多媒体电视手持广播标准 s t x 510 5 芯片 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ed i g i t a lt e c h n o l o g y , t h et r a n s i t i o nf r o ma n a l o g t od i g i t a lb e c o m e st h eo n l yw a yf o rb r o a d c a s ta n dt v b e i n go n eo ft h ed i g i t a lt v b r o a d c a s t i n g ，d i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n g ( d t t b ) h a sa d v a n t a g e ss u c h a sm o b i l i n ga n d p o r t a b i l i t y , a n da f f e c t st h ep e o p l e sl i f ed e e p l y a st h et e r m i n a lu n i to f d t t bs y s t e m , d i g i t a lt vr e c e i v e ri so n ek i n do fd e v i c et h a tc a nr e c e i v ed i 百t a lt v s i g n a la n dd e c o d ei tf o ro u t p u t i nv i e wo ft h es i t u a t i o no fo u rc o u n t r y , i th a sh u g e s o c i a lr e q u i r e m e n ta n dc o m m e r c i a lc h a n c et od e v e l o pt h ed t t br e c e i v e r i n2 0 0 6a u g u s t , c h i n e s es t a n d a r do fd i g i t a lt e r r e s t r i a lt vb r o a d c a s t i n gr e l e a s e d ， w h i c hi sn a m e dd m b - t h i tw i l lb ef o r c e dt oi m p l e m e n tt h es t a n d a r di n2 0 0 7a u g u s t b a s e d0 1 3t h es t a n d a r d , t h i sp a p e ri se n g a g e di nr e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gr e c e i v e r , w h i c hi sb a s e d - o ns t x 510 5p l a t f o r m , a n dk e e p sa h e a d n o ww eh a v ed e v e l o p e dt h e f u n c t i o n a ls p e c i m e n ，a n di tb e c o m e so n eo ft h ee a r l i e s tr e c e i v e r sw h i c ha r ed e v e l o p e d b a s e d0 1 1t h es t a n d a r d t h er e c e i v e ri nt h ep a p e ru s e sl g s 8 9 1 3a sd m b - t h d e m o d u l a t i o nc h i p ，w h i c hi sm a d eb yl e g e n ds i l i c o nc o r p a st h en e w e s tc h i pw i t h h i g hp e r f o r m a n c e l g s 8 913r e c e i v e st h es i g n a l ，d e m o d u l a t e sa n dd e c o d e sl a t e r , t h e n c o n v e r t st h es i g n a lt om p e g - 2t r a n s p o r ts t r e a m s s o u r c ed e c o d i n gp a r tu s e ss i n g l e c h i ps o l u t i o nw h i c hi sb a s e d0 1 1s t x 5 10 5 s t x 510 5c a nr e c e i v et h em p e g - 2t r a n s p o r t s t r e a m sa n di m p l e m e n tt h ed e m u l t i p l e x i n g ，d e c o d i n ga n ds oo i l t h es i n g l ec h i p s o l u t i o nh a sl o wc o s ta n dh i 曲p e r f o r m a n c e c o m p a r e dw i t ht h ec u r r e n tt vt e r r e s t r i a l b r o a d c a s t i n gr e c e i v e r s ，t h es y s t e mh a sh i g hp e r f o r m a n c ea n dl o wc o s t ，h a v i n gg r e a t s o c i a lr e q u i r e m e n ta n dm a r k e tv a l u e s ，a n db e n e f i t st or e s e a r c h0 1 1d t t br e c e i v e r s b a s e do nd m b i i - 1s t a n d a r d t h ep a p e ri n t r o d u c e sr e c e i v e r sh a r d w a r ea n ds o f t w a r es y s t e md e s i g n ，0 s 2 0 e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m , t h el a y e ra n dm o d u l eo ft h es o f t w a r es y s t e m ，t h es o f t w a r e f l o wo f n o r m a lw o r k i n ga n dd e s i g no fs o f t w a r em o d u l es u c ha sp r o g r a ms e a r c h i n ga n d s t o r i n g s p e c i a l l y , t h ep a p e rp r e s e n t st h ed e s i g no fc h a n n e lr e c e i v i n gm o d u l ea n d b u r n i n gf i l e st of l a s hm e m o r ya n da l s oi n t r o d u c e st h ed e b u gm e t h o d so ft h es y s t e m i tg i v e st h et e s t i n gr e s u l ta sw e l l k e yw o r d s ：d i g i t a lt vr e c e i v e r d t t b d m b - t h s t x 51 0 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞叁堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 舷签字日期：劬7年歹月哗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫壅基茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 础虫 导师签名彰1 曩绊 签字日期：勘口7 年易月f 争e t 签字日期：沙p 7 年月。笋日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着数字技术的突飞猛进，其影响已经波及到我们生活的方方面面，从“数 字城市到“数字家庭”，直到“个人数字生活”数字技术已全面融入人类 社会生活之中。在这股数字化大潮中，当前最贴近大众的传播媒体广播电 视的数字化进程越来越受到人们的关注。从2 0 世纪4 0 年代起的黑白电视到后 来的彩色电视，模拟电视经过了四五十年的辉煌历程。随着科学技术的进步， 对电视信号进行模拟处理和传输已越来越不能满足观众对电视信号高质量、高 清晰度及多功能的要求。这导致人们将希冀的目光转向数字技术，开始探求利 用数字技术对传统模拟技术的改造，从而引发了广播电视的一次根本变革，即 从模拟电视向数字电视的转换1 1 】。 1 2 数字电视技术及其发展 1 2 1 数字电视技术的优点 数字电视d t v ( d i g i t a lt e l e v i s i o n ) 是继黑白电视、彩色电视之后的第三 代电视，是电视发展史上一个新的里程碑( 2 】，它是从节目采集、编辑制作到信 号的发送、传输和接收全部采用数字处理的全新电视系统【3 】。 与模拟电视技术相比，数字电视技术具有如下优点： 1 、图像传输质量高，抗干扰能力强，不受传输距离的影响，是数字电视 技术和模拟电视技术的最大区别。数字电视信号在传输中保持图像信号的信噪 比基本不变，接收端图像质量与发送端保持一致，模拟电视中常有的模糊、重 影、闪烁、雪花点、网状干扰、色调畸变等现象在数字电视中几乎没有，大大 提高了信号在传输中的抗干扰能力，使图像质量不受传输距离的影响【4 】。 2 、采用数字环绕立体声伴音，音频效果好。数字电视伴音采用数字环绕 立体声包括左、右、中、左环绕、右环绕五个全频带声道和一个限制带宽的超 低音声道，使声音表现力更强【3 】o 3 、频谱资源利用率高。频谱资源是重要的国家资源，模拟电视的频谱资 源有限，一套模拟电视节目要占用8 m h z 的地面电视广播或有线电视频带。而 数字电视采用数据压缩编码技术，在一个8 m h z 频道可同时传输4 套以上的数 第一章绪论 字电视节卧川。 4 、节省发送功率，覆盖范围广。数字电视发射设备在相同覆盖服务区所 需的平均功率比模拟电视发射设备的峰值功率低一个数量级，因此数字电视发 射设备的覆盖范围比模拟电视相同功率发射设备的覆盖范围要大几倍p j 。 5 、多信息、多功能。在数字电视通信中允许不同媒体( 文字、数据、声 音、图像) 、不同等级( 高清晰度数字电视、标准清晰度数字电视、低清晰度数 字电视) 、不同制式的信号在同一信道中传输，用同一台接收机接收1 6 1 ，不仅信 息源更为丰富，还可以增加用户与各种信息源之间的交互性。 1 2 2 数字电视技术的发展概况 从2 0 世纪8 0 年代末开发数字电视以来，数字电视技术的发展速度之快令 人惊异。数字电视技术的不断成熟与诱人的发展前景，驱使各国政府和地区加 大了发展数字电视业务的力度，世界广播影视数字化进程大大加快。有关资料 显示：美国卫星、有线、地面数字电视用户已经超过家庭总用户的5 0 ，地面 数字电视覆盖率超过9 9 ；英国的数字电视用户已超过5 0 ；日本的地面数字 电视自2 0 0 3 年1 2 月开播以来，已有超过2 0 0 多万的用户【3 】。 我国的数字电视技术的发展与世界先进国家基本同步，在2 0 世纪8 0 年代 末进行了高清晰度电视课题的研究，“八五期间实施了高清晰度电视攻关项目， 国家计委、原电子工业部、原广电部和国家自然科学基金会都曾立项进行了高 清晰度电视的攻关。在“九五”期间开发了高清晰度数字电视功能样机系统。 1 9 9 8 年1 0 月经朱总理批准成立了由国家计委牵头并有6 个部委参加的数字电 视领导小组。1 9 9 8 年1 1 月由1 5 个以上的企业、研究所参加成立了数字电视产 业联盟，为迎接国庆5 0 周年研制了高清晰度数字电视发射机、机顶盒和显示器， 1 9 9 9 年国庆5 0 周年时成功地进行了高清晰度数字电视转播。2 0 0 1 年3 月，国 家计委在深圳召开了国家数字电视专项工作会议，通过交流和探讨，认为中国 已掌握数字电视的关键技术，并决定开展了数字电视地面传输方案的征集及功 能样机的测试工作。在2 0 0 6 年8 月3 0 日，我国数字电视地面传输标准出台， 国家标准委在“2 0 0 6 年第8 号( 总第9 5 号) 中国国家标准批准发布公告 中发布 了数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制，并规定此标准正式 实施的时间为2 0 0 7 年8 月1 日。 纵观全球，数字电视技术的整体发展形势喜人，新的数字电视体系已经建 立，模拟制式电视体系逐步向数字电视体系过渡。卫星、有线、地面三种不同 数字电视传输体系的技术发展进程各有区别。卫星和有线电视广播的基本传输 体制已经确定，世界上，数字电视技术先进国家在系统设计和芯片开发上已有 第一章绪论 相当不错的技术积累，其相关市场的应用和产品也极为丰富，数字摄录设备、 数字传输设备和各种类型的机项盒等数字电视技术设备基本成熟，已基本确定 在世界各地的市场范围嘲。 数字电视地面广播方式以其移动接收、便携接收和快速恢复广播电视覆盖 的特点，成为基础数字电视广播方式【l 】，但到目前为止尚未确定统一的基本传 输体制。目前国际上较成熟的数字电视地面广播d t t b 系统的传输标准主要有 3 种：美国的高级电视系统委员会a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m s c o m m i t t e e ) 标准、欧洲的地面数字视频广播d v b t ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ) 标准以及日本的陆地综合服务数字广播i s d b t ( t e r r e s t r i a li n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 标准【7 】。在2 0 0 6 年8 月，我 国的数字电视地面传输标准也已出台，国家标准委在“2 0 0 6 年第8 号( 总第9 5 号) 中国国家标准批准发布公告 中发布数字电视地面广播传输系统帧结构、 信道编码和调制文件，此标准将于2 0 0 7 年0 8 月0 1 日正式实施。此标准就是 清华大学的地面数字多媒体电视广播d m b t ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i a t v b r o a d c a s t i n g ) 和上海交大的a d t b - t 方案的融合标准，目前被业界称为 d m b t h 标准，即地面数字多媒体电视手持广播传输系统。此外，由于地面广 播的传输环境恶劣，频谱资源有限，在提高固定接收的稳定性及移动接收的性 能等方面还需要改进【8 】。因此，在未来数字电视技术前进的道路中，地面广播 相关技术的研究将成为重中之重。 1 2 3 我国对数字电视发展的规划 根据我国的基本国情和广电行业的实际情况，我国实施广播电视数字化推 进“三步走战略【9 】： 第一步是大力发展有线数字电视。 第二步是在2 0 0 6 年我国发射直播卫星后，开展直播卫星电视业务。 第三步是从2 0 0 8 年起大力发展地面数字广播电视和高清数字电视。到 2 0 1 5 年，停止模拟广播电视播出。 目前，我国数字电视卫星广播和有线广播已确定采用欧洲的卫星数字视频 广播d v b s ( d i g i m lv i d e ob r o a d c a t i n g - s a t e l l i t e ) 和有线数字视频广播d v b c ( d i g i m lv i d e ob r o a d c a t i n g c a b l e ) 标准，其电视业务基本形成产业规模，技术 相对成熟【l q ；而我国地面数字电视标准刚刚确定，形成产业规模还需要一段时 间，各项技术研究也正在进行之中。另一方面，我国将很快开始播出地面数字 电视和高清晰度电视，并利用2 0 0 8 年奥运会电视转播的契机全面推广地面数字 电视和高清晰度电视。未来几年将是我国大力发展地面数字电视技术的时期。 第一章绪论 1 3 数字电视接收机概述 1 3 1 概念及分类 数字电视接收机是指能够接收数字电视信号，将接收的信号进行转换并用 于显示的设备，它主要有接收和显示两个功能。电视接收与显示是电视系统的 终端环节和下游技术，是电视节目制作、发送与传输的归宿【l 】。 就接收功能而言，根据传输媒体的不同，数字电视接收机可分为卫星数字 电视接收机、地面数字电视接收机和有线数字电视接收机。 就显示功能而言，根据图象质量和图像格式的不同，数字电视接收机可分 为数字低清晰度电视l d t v ( l o wd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 、标准清晰度电视 s d t v ( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 和高清晰度电视h d t v ( h i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 三种级别。 典型的数字电视接收机有数字电视一体机、数字电视机项盒、车载移动数 字电视等。其中，数字电视一体机将接收和显示功能集成在一个接收机中，它 是可以接收数字电视信号并能够最终显示出图像的数字电视接收设备；数字电 视机项盒是将数字电视信号转换成模拟电视信号，使模拟电视接收机能收看高 质量数字电视节目的数字电视接收设备，它能接收数字电视信号并进行相关处 理，但不具备最终显示的功能；车载移动数字电视是可以移动接收数字电视地 面广播信号并能够显示图像的数字电视接收机，它可以采用一体机的形式，也 可以采用地面数字机顶盒外接一个模拟液晶电视显示屏的形式。 1 3 2 数字电视接收机的功能 数字电视接收机能够接收卫星电视台、地面电视台、有线电视网等传送来 的数字电视广播节目。同时还具有所有广播和交互式多媒体应用功能，如能给 用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种消息；支持交互电 视( i t v ) 、点播电视( v o d ) 、互联网浏览、d v d 播放、可视电话等多媒体业 务：对信号进行放大、加扰、解扰等处理【3 】o 1 3 3 数字电视接收机的关键技术 数字电视接收机集中反映了多媒体、计算机、数据压缩编码、加解扰算法、 加解密算法、通信技术和网络等技术的发展水平，因此技术含量非常高，其关 键技术主要有吐 ( 1 ) 解复用和解压缩。数字电视的视频数据压缩基本都采用m p e g - 2 标 第一章绪论 准；音频数据压缩采用的是杜比a c 3 或m p e g 2 标准，传输时这两种数据是 复用的。音视频数据的复用与压缩是由电视台的音视频设备完成，用户的数字 电视接收机须对此数据进行解复用和解压缩。 ( 2 ) 信号解调与信道解码。接收机接收到的信号并不是信源码流，而是 这些码流经过信道编码及调制后的输出，而调制方式又随传输媒质的不同而不 同。不同调制方式的信号就需要不同的解调电路。信道解码主要是对数据进行 前向纠错编码的解码工作，以形成基带m p e g 2 信号( 即传输码流) 。 ( 3 ) 实时软件系统的设计。数字电视接收机要对所接收的信号进行选择、 混频、解复用、解压缩等一系列数据处理，因此对接收机而言实时软件系统是 非常重要的。接收机中的操作系统采用实时操作系统r t o s ( r e a l - t i m eo p e r a t i n g s y s t e m ) ，可在实时环境中工作，并占用较小的内存空间。它负责管理本地资源 和网络资源，提供基本的操作功能以及设备的访问控制。 ( 4 ) 上行数据的编码与调制。在有线数字电视系统中，接收机应是一交 互服务设备，能将用户请求服务的信息送至传输系统，上行至电视台或相关服 务公司。 ( 5 ) 多网合一。随着科学技术的发展，电信网、有线电视广播网、互联 网等将走向多网合一，以优化通信系统、降低设备成本、减少重复建设，使信 息高速公路尽快进入寻常百姓家。 1 4 本论文的工作内容 综上所述，无论是国际还是在国内，未来几年正是发展地面数字电视系统 的大好时机。我国数字电视地面传输标准刚刚出台，针对符合这一标准的接收 设备的研发工作刚刚起步，此时研制基于这一标准的接收机不仅对我国数字电 视地面传输标准的普及和其相关产品的研发具有积极的意义，而且还具有广阔 的市场应用前景。 本课题中研究开发的接收机是基于d m b t h 标准的地面传输数字电视接 收设备，属于地面数字电视机顶盒，它也可通过附加一个模拟液晶显示屏组成 车载移动电视。本论文的工作是整个课题工作的一部分，主要任务是接收机软 件部分的设计，内容如下： 1 、全面了解接收机的基本工作原理和硬件结构，学习d m b t h 标准和 m p e g - 2 的系统层标准； 2 、研究s t x 5 1 0 5 软件平台的整体架构，掌握其编译流程和运行方法； 3 、参与机顶盒系统设计和软、硬件调试； 4 、掌握信道接收模块的工作原理，设计信道接收模块的软件程序，实现 第一章绪论 对d m b t h 数字电视地面广播信号的接收； 5 、研究节目搜索和存储的工作原理，实现前端模块的调谐搜索功能及节 目数据库的存储； 6 、学习在f l a s h 中写入存储器映像文件的原理和f l a s h 驱动模块的软件结 构，在原有的驱动模块中加入m 2 9 w 3 2 0 e t 的驱动程序，并实现将十六进制和 二进制两种映像文件写入f l a s h 的功能。 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 2 1 接收机功能概述 数字电视接收机，顾名思义是用来接收数字电视信号的设备，其主要功能 就是通过高频头和信道解码芯片对信道传输过来的已调信号进行信道解调和信 道解码工作，并输出符合m p e g 协议的传输流t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) ：然后通过 信源解码芯片对传输流进行解复用、信源解码等处理后，最终输出视频和音频信 号，从而完成对数字电视信号的接收工作。 2 2 接收机的硬件系统 本文讨论的接收机硬件系统从功能上看主要分为两大功能模块：信道接收 模块和信源处理模块。接收机的硬件系统框图如图2 - 1 。 j 信源处理模块 图2 - 1 接收机硬件系统框图 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 信道模块也称前端，负责对输入的射频d m b t h 信号进行解调接收和信道 解码，主要包括数字地面调谐器( t u n e r ) 和信道解调( d e m o d u l a t o r ) 两个部分， 其具体功能结构将在第四章中介绍。 信源模块也称后端，主要完成t s 流的解复用、音频解码和视频解码等功能。 信源处理模块的功能主要由信源解码芯片来完成。本课题中，信源处理模块采用 基于s t x 5 1 0 5 芯片的解决方案。 i s 流通过s t x 5 1 0 5 内部的解复用功能模块分出 音频和视频基本数据流，并分别送往音频解码器和视频解码器或解码器的缓存 区。其中，音频数据流在音频解码器内进行解码，解码输出的音频信号经过 s t x 5 1 0 5 片外的音频数模变换和音频后处理电路，最终获得模拟音频信号；视频 数据流经过视频解码器的处理之后输出亮度和色差数字信号，然后通过s t x 5 1 0 5 片内的数模变换模块和片外的视频后处理电路的处理，输出模拟视频信号。 图中的f l a s h 和d d r 是s t x 5 1 0 5 系统的外部存储器。其中f l a s h 用于存放 用户应用程序，系统、用户配置信息以及所有的节目信息；d d r 是系统和应用 程序运行的缓存空间。 此外，系统中还有一些外围接口及控制电路，用来实现系统与外界的连接。 这些外围接口电路包括r s 2 3 2 接口、前面板和红外遥控接口及 t a g 接口等。 其中，r s 2 3 2 接口可用于系统和主机的数据传输，也可用于系统软件升级和接 收机故障诊断。前面板和红外遥控接口用于接收前面板和遥控器的输入。j t a g 接口用于软件调试和下载。 2 3 信道接收模块 2 3 1 数字地面调谐器( t u n e r ) t u n e r 采用的是润东公司的d t t 2 0 0 4 p u h ，接收的射频信号频率范围为 1 6 2 m h z 8 5 8 m h z ，对信号下变频至中频信号，输出频率为3 6 1 2 5 m h z 。其优点 是：体积小，本地相位噪声低，外部只需单一的5 v 电源供电，并可通过1 2 c 总 线设置内部寄存器从而完成频带选择和控制l l 。 t u n e r 包括i 江低噪声放大器( l n a ) 、低相位噪声锁相环( p l l ) 芯片、声表面 波滤波器( s a w ) 、i f 放大器等电路，其核心为p l l 芯片。本课题中，p l l 芯片 采用p h i l i p s 公司推出的t d a 6 6 5 1 t t ，其内部集成了低、中、高三个波段的混频 振荡器，支持模拟和数字信号的输入，广泛应用于地面广播信号的接收系统。其 主要特性为【1 2 】： 输入信号频率范围：4 4 2 5 8 6 3 2 5 m h z ； 可变分频比：适用于不同数字地面电视和模拟电视标准； 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 电荷泵电流：4 0 6 0 0 u a 之间共8 种模式可选； a l b c 功能：自动环路带宽控制可自动优化相位噪声特性： t 2 c 总线接口：支持2 5 v 、3 3 v 、5 v 微控制器： 自动增益控制a g c ：6 级a g c 转折点，2 种可编程时间常数。 2 3 2 解调芯片( d e m o d u i a t o r ) 2 0 0 6 年出台的我国数字电视地面广播标准( d m b t h 标准) 是在清华大学 d m b t 方案的基础上，吸收了上海交大方案的一个融合标准，其中清华方案占 据9 5 以上1 1 3 j 。 凌讯科技公司( l e g e n ds i l i c o nc o r p ) 一直与清华合作，是d m b t 方案的解 调器产品供应商，在长期开发研究中，已形成其技术上的领先地位并在市场方面 取得了巨大成功。国家标准出台后，凌讯公司成为第一家与中国数字电视标准兼 容的解调器产品供应商t 1 4 1 。l g s 8 9 1 3 是凌讯公司新近推出的为接收d m b t h 信 号而提供的市场领先的第二代芯片，可以应用于如电视接收机、移动电视、机顶 盒等产品应用设计中。 l g s 8 9 1 3 支持中频i f 数字信号或双基带同相与正交分量i q 信号输入；对 于固定或移动接收应用，支持6 4 q a m 、1 6 q a m 、q p s k 子载波，0 。4 、0 ，6 、0 8 的前向纠错编码速率，4 2 0 ( 1 9 ) 或9 4 5 ( 1 4 ) 符号的保护间隔以及两种模式 的时域解交织；能够自动获取和更新参数；并行或串行输出m p e g 2 传输流；同 时还支持快速1 2 c 总线f 1 5 】。 在本课题中，选用l g s 8 9 1 3 作为接收机的信道解调芯片，主要是由于以下 原因： ( 1 ) 技术相对成熟。l g s 8 9 1 3 是在凌讯公司的第一代支持d m b t 信号产 品l g s 8 8 1 3 的基础上研发成功的，具有相对成熟的技术基础。 ( 2 ) 功耗更低，性能更好。与l g s 8 8 1 3 相比，此芯片除了支持正数字信 号输入外还支持双基带i q 信号输入，有利于系统扩展。l g s 8 9 1 3 还采用了更先 进的技术，以更小的功耗实现信号的快速解调【l 5 1 。 2 3 3 其它芯片简介 信道模块还包括以下芯片：模数转换芯片a d 9 2 0 3 和s d r a m 存储器芯片 k 4 s 6 4 1 6 3 2 。 a d 9 2 0 3 负责对t u n e r 输出的模拟中频信号进行a d 采样，并将输出的数字 信号传送到解调芯片中。它是一款低功耗，1 0 b i t 的模数转换器，使用多级微分 传输结构，保证在运行过程中不会因温度变换而产生错误，输入电压峰峰值的范 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 围可以在1 v 到2 v 间调节。 l g s 8 9 1 3 需要较大的存储空间来存储进行时域解交织时的中间参数，因此 在l g s 8 9 1 3 外部附加一个存储芯片来保证时域解交织的正常进行。当进行时域 解交织时，所需的最大存储量为2 2 9 1 3 2 8 0 b i t ，因此选用2 m x1 6 b i t 的s d r a m 存储器k 4 s 6 4 1 6 3 2 。 2 4 信源处理模块 2 4 1s t x 5 10 5 接收方案 一直以来，意法半导体( s t ) 公司推出的系列接收方案在国内外数字电视 接收机市场上占有相当的份额，软硬件平台十分成熟 1 6 1 。s t x 5 1 0 5 平台正是s t 公司于2 0 0 5 年推出的新款数字电视接收机软硬件平台，此平台利用了s t 公司 以往系列接收方案的成熟技术，主要由单片集成电路( s t x 5 1 0 5 芯片) 及相应软 件开发包组成，为数字电视接收机制造商提供了一个性能好、成本低、集成度高 的接收机开发平台，将成为未来几年内数字电视接收设备的主流解决方案【1 6 1 。该 平台具有如下特点： ( 1 ) 集成度高，这也是此方案的最大特点。方案采用单片处理，将解扰、 解复用、音视频解码都集于核心芯片s t x 5 1 0 5 中，降低了开发成本，而且有利 于数字电路板的设计，使接收机的设计更为简单、可靠。 ( 2 ) 软硬件技术相对成熟，产品性能好。平台的核心芯片s t x 5 1 0 5 是在 s t i 5 5 0 0 、s t i 5 5 1 8 等芯片的基础上研制成功的，其内核s t 2 0 与s t i 5 5 0 0 、s t i 5 5 1 8 的c p u 核相同，得到了长时间的考验。此外s t x 5 1 0 5 除了支持s t i 5 5 1 8 的所有 功能，新解码器还增加了很多新功能，提高了产品性能。 ( 3 ) 系统稳定，移植性好，便于开发。平台采用嵌入式操作系统o s 2 0 ， 对用户透明，且使用方便，运行稳定，在不同的s t 2 0 系列硬件平台上具有良好 的可移植性。系统还提供了软件开发包s t a p i ，缩短了开发周期。 ( 4 ) 成本低。这一点在今天日益激烈的市场竞争中，显得尤为重要。 总之，在本课题中采用s t x 5 1 0 5 平台进行接收机的开发研究，可以降低产 品的成本，提高系统的性能，使产品在数字电视地面接收机市场中具有强大的竞 争力。同时，此平台的成功开发可为d m b t h 国家传输标准的普及开发提供良 好的技术参考，还可为今后的d t v 开发打下基础。 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 2 4 2s t x 5 10 5 芯片简介 s t x 5 1 0 5 是s t x 5 1 0 5 接收方案的核心部件，用于标准清晰度数字电视的 m p e g 解码。此芯片采用嵌入设计，将3 2 位微处理器、t s 流解复用器、m p e g 2 音频、视频解码器、中央d m a 控制器、诊断控制器、外部存储接口等集成在一 起。 图2 - 2s t x 5 1 0 5 的功能模块组成框图 图2 2 是s t x 51 0 5 的功能模块组成框图，主要包括以下几个部分【1 7 】： ( 1 ) 总线结构 在s t x 5 1 0 5 片内采用的是一种称为o m e g a 2 的总线，在模块间进行访问时， 它具有带宽高，延迟小的优点，并且它采用分级操作，对延迟敏感的模块被放在 最高的等级上。同时多路径的路由访问允许对不同模块同时进行访问，这使可用 带宽的利用率最大化。 ( 2 ) 处理器内核 s t 2 0 c 1 0 6 处理器内核包括了一个2 0 0 m h z 的s t 2 0 c i + c p u ，一个用于实 时调试的诊断控制单元d c u ( d i a g n o s t i cc o n t r o l ，u n i t ) ，内存( 4 k b y t e 的指令缓 存，4 k b y t e 的数据缓存和2 k b y t e 的s r a m ) 和一个包括1 6 个优先级的中断控 制器。 ( 3 ) 存储器子系统 s t x 5 1 0 5 具有一个内存接口和一个外围存储器f l a s h 接口。它的本地接口 l m i ( l o c a lm e m o r yi n t e r f a c e ) 用于通用功能内存应用，如图像、视频和音频缓 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 存，它支持1 6 比特的s d r a m ( d d r 或s d r ) 。其外围存储器f l a s h 接口f m i ( f l a s hm e m o r yi n t e r f a c e ) 支持1 6 比特的外围存储器，f l a s h 或同步n a s h 。可以 在f l a s h 中运行程序，也可以将程序先拷贝到s d r a m 中再运行。 l m i 是一个1 6 比特的s d r a m 接口，具有5 3 2 m b y t e s 的峰值带宽( 1 3 3m h z d d r ) 。它支持6 4 m b i t ，1 2 8 m b i t ，2 5 6 m b i t ，或者5 1 2 m b i t 的s d r a m ( d d r 或 s d r ) 。f m i 为s r a m ，f l a s h ，s f l a s h 和外设提供1 6 比特的接口，它有多达4 个 可配置的寄存器组，并可编程适应不同速度的外设。 ( 4 ) t s 流解复用器 利用片内硬件模块来完成t s 流解复用的功能，这个模块称为可编程传输接 口p t i ( p r o g r a m m a b l et r a n s p o r ti n t e r f a c e ) 。 p r n 用于对传输流进行解扰、解复用和数据过滤。它将打包基本流p e s ( p a c k e t i z e de l e m e n t a r ys t r e a m ) 经由d m a 送往音视频解码器，将段数据经由d m a 送往缓存做进一步处理，并可对包标识符p i d ( p a c k e ti d ) 进行过滤以选择处理 音视频及数据包。p t l 支持4 8 路p i d 解复用。 ( 5 ) 视频解码器 基于o m e g a 2 ，并提供以内存到内存的方式将码流解码为y c4 - 2 - 0 的宏 块格式，同时还提供简单的2 和0 5 的尺寸变换。 ( 6 ) 数字编码器 处理来自位图引擎的y c b c r4 ：4 ：4 4 ：2 ：2 信号，并产生标准的模拟基带 p a l s e c a m ，n t s c 信号。其集成四通道数模转换d a c 可以输出模拟电视信号： c v b s + r g b 或c v b s + y u v 或s - v h s ( y c ) + c v b s1 + c v b s 2 信号。 ( 7 ) 音频子系统 包括a u d i od e c o d e r 、s p d i fp l a y e r 、p c mp l a y e r 等模块，支持m p e g l 层 一、层二的解码，能够在解码的同时在s p d i f 输出压缩的杜比音频流。音频采 样率有3 2 k h z ，4 4 i k h z 以及4 8 k h z 。 ( 8 ) 中央d m a 控制器 多通道直接存储器存取d m a ( d i r e c tm e m o r ya c c e s s ) 控制器，支持2 d 图形 加速及实时流传输，另外还有一些片内专用设备如u a r t 接口、智能卡控制器等 以及时钟生成器。 ( 9 ) 并行i o 模块 3 个8 位和1 个7 位的并行i o 端口( p i o o 、p 1 0 1 、p 1 0 2 、p 1 0 3 ) ，i o 双 向端口可构成开漏输出，并实现b i t 控制。输入比较逻辑在输入有电位变化时产 生一个中断，并行i o 口有可选择的功能，能连接到外部外围信号。 ( 1 0 ) 片上外围设备 a 、2 + a s c s ( u 6 帕s ) ，支持f i f o 结构的t x 和r x ； 第二章数字电视接收机的硬件系统及功能结构 b 、2 个支持s s c 标准的1 2 c s p i 总线主从接口： c 、红外收发器； d 、集成v c x o ； c 、支持j t a g t a p 调试接口。 2 4 3 其他芯片介绍 除核心芯片s t x 5 1 0 5 外，信源模块中比较重要的芯片还有：d d rs d r a m ， 采用现代公司的h y 5 d u 5 6 1 6 2 2 d ( l ) t ；f l a s h ，采用s t 公司的m 2 9 w 3 2 0 e t ；音 频功放芯片，采用l m 3 5 8 d 。 d d rs d r a m 是存储器，也叫双数据速率s d r a m ( d u a ld a t ar a t e s d r 气m ) 。可以这样理解，在时钟的上升沿和下降沿，d d r 都读取或者写入数 据，也就是说d d r 采用双数据传输模式。因此，其真正的数据传输速度比普通 s d r a m 要快得多，传输效能明显优于传统的s d r a m 存储器。 f l a s h 用于存储应用程序及数据库，包括节目列表、节目名称及其他应用中 需要保存的信息。在开机时，系统先将f l a s h 中的程序导入d d rs d r a m 中然后 运行，并将运行过程中产生的重要信息保存到f l a s h 中。在正常关机或者掉电的 情况下，f l a s h 能够存储关机或者掉电之前的信息，以便开机的时候重新调入。 有关f l a s h 存储器的内容将在第六章中具体介绍。 第三章数字电视接收机的软件系统 第三章数字电视接收机的软件系统 本课题中，接收机软件系统的开发设计是基于s t x 5 1 0 5 开发平台的软件系 统架构的，使用高效率的实时多任务