ATSC制数字电视机顶盒研究

数据随机化，码率仍然是19．39Mbps。随机化后数据送入t＝10（207，187）的RS编码器，每个TS包增加20校验字节，包长度为208字节，码率上升为21．52Mbps。然后又通过（208

，52）的卷积交织器，可以抵御长度相当于4ms的突发干扰。在格状编码之前还通过一个12符号交织器。格状编码采用2／3模式，即每两个比特输入形成3比特输出，此时码率升为

35．28Mbps。映射处理将每3比特数据映射到一个8电位符号，每个符号相当于映射前的3比特，格状编码前的2比特。插入段同步、场同步后，便组装成为数据帧。每一数据帧包括

两个数据场；每一数据场由313个数据段组成，其中第一个数据段作为该场的同步；每个数据段又由832个8电位符号组成，其中开始4个符号作为该段的同步。于是形成了符号率为

10．76Msym／s的数据流，由于一个符号表示2bit，所以比特率相当于21．52Mbps，除去同步开销和检错冗余，净比特率为19．28Mbps。
3　机顶盒系统设计
3．1　数字电视机顶盒系统构成
　　ATSC制机顶盒系统可分为两个相对独立的模块：前端信道解调和后端信源解码。前端和后端接口的数据格式是TS码流。前端部分主要完成高频下变换和8VSB信道解调，并输出

TS流；后端部分实现TS流的解复用，并将视频和音频的ES／PES流分别送入相应的音视频解码器，最终输出视频和音频信号。系统的整体控制部分由后端的主控CPU负责，包括I2C总

线、前端的信道解调、TS流解复用、音频解码和视频解码、以及遥控器和键盘等流程控制。图3表示了ATSC制机顶盒的系统设计框图。

3．2　前端解调模块设计
（1）调谐器（Tuner）
　　调谐器通过I2C总线来控制，完成高频调谐并输出中频信号。有些调谐器没有I2C总线，而是由3根控制线来设置调谐参数，此时，要求机顶盒的主控芯片带有一定数量的编程端

口。另外，信道解调器根据中频信号幅度，通过AGC信号来调节调谐器输出的中频信号幅度，使其稳定在一定的范围之内。中频信号输出幅度通常较小，需要经过中频放大器，然后

送入8VSB解调器。
（2）信道解调器
　　8VSB解调器收到中频信号后，对其进行模数转换，然后逐级进行解调。信道解调器可以直接对输入44MHz中频信号进行A／D采样，提供AGC信号调节中频信号增益。正常工作状

态下，解调芯片先通过非相关AGC模式使中频信号幅度在A／D采样范围之内，接着进行载波锁定和同步信号恢复，实现同步后，相关AGC模式进一步细调中频信号幅度，然后依次进

行NTSC（National Television System Committee）同频干扰滤波、信号均衡、9相位跟踪锁定以及FEC处理（包括格状解码、去卷积交织、RS解码和去随机）等步骤，最后输出TS

码流。实际解调的每一步都可以通过内部寄存器来跟踪。解调过程中各阶段信号的实际性能，如锁定状态、信噪比、误码率等可以由解调芯片内部的寄存器指示。
3．3　后端解码模块设计
（1）主控CPU
　　主控CPU实现操作系统的各种控制功能，同时完成TS流解复接。一方面，主控CPU解析来自前端送入的TS流，提取相关的PSI（Program Specific Information）表，并利用PID

（Packet Identifier）过滤器来分离音视频ES或PES流，实现TS流解复用。另一方面，主控CPU管理多个进程，如视频解码、音频解码、红外遥控、键盘响应、前端解调和TS解复用

等，控制着接收机的解码全过程。
（2）视频解码器
　　视频解码器完成符合MPEG－2压缩标准的视频实时解码，包括MP＠HL格式。解码器外接128Mbits的SDRAM，用于解码过程中的数据存储。视频解码时，主控CPU解析ES流或PES流

帧以上高层语法，提取图片尺寸、比特率、量化矩阵等控制参数，然后将参数写入解码器的控制寄存器。而帧以下的，涉及大运算量的视频解码，主要通过视频解码器的硬件解码

单元实现。视频解码器支持ATSC制中的所有18种格式及其中的某些格式转换，它既可以输出8bit的标准清晰度视频信号，也可以输出24bit高清晰度视频信号。它还支持OSD（On－

Screen Display），通过节目信息和频道选择的显示，使用户具有本地信息交互功能。
（3）音频解码器
　　音频解码由单片兼容MPEG－2和AC－3的音频解码器完成，不需要外部存储器。解码过程中，主控CPU可以通过8bit数据接口或者通过I2C接口来控制音频解码器。音频解码器可

接收MPEG－1，MPEG－2，AC－3和PCM多种音频数据输入，具有3路双声道PCM数据串行输出接口和一个S／PDIF数字音频输入口。
3．4　机顶盒解码流程分析
　　数字电视机顶盒的源程序装载于FLASH ROM内。加电启动后，各芯片进行上电复位，主控CPU从FLASHROM内加载并运行程序。程序首先完成软硬件初始化，包括时钟初始化、系

统内存初始化、前端解调初始化以及音视频解码寄存器初始化等，并建立多个工作进程。多进程模式使主控CPU能同时处理多个工作流程，还可以进行进程间的通讯控制。
　　系统完成初始化后，用户通过遥控器选择频道，频道选择界面通过OSD显示。主控CPU响应遥控器指令，通过I2C总线设置调谐器，使调谐器输出中频信号。中频信号经信道解调

器处理后，输出TS流。主控CPU内PID过滤器实现TS流解复接，将相关的ES或PES流分别送入音视频解码器，最终输出音频和视频信号。TS流中的节目信息经过解析并存储，用户通过

OSD查询菜单，了解相关的节目信息。对于多节目复合的TS流，用户还可以通过节目指南EPG指定收看TS流中的某个具体节目。
3．5　机顶盒接收性能
　　ATSC制频道带宽为6MHz，可以传送固定比特率19．39Mbps的数字电视节目，节目可以是单个高清晰度电视，也可以由4～5个标准清晰度电视节目复用而成，符号率为固定的10