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DVB-C有线电视数字综合解码接收机(上)

作者:时间:2017-06-08来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201706/352250.htm

【提要】本文从数字有线电视的系统构成、应用、市场潜力等方面分别进行了阐述,结合我国的国情,提出了一些观点和看法,并且以ST公司的系统方案为例,对其做了更加深入的探讨。

【关键词】数字有线电视 QAM调制 DVB-C MPEG-2 SmartCard

1 引言

在信息技术迅猛发展的推动下,电视数字化步伐加快了。从模拟电视到,大大提高了电视节目的质量。原来传输一套模拟电视节目的频带,可以传输4~10套数字节目,增加了节目数量,降低了传送成本。就容量来说,如果采用64QAM,8MHz带宽的信道可容纳 38.5Mbit/s的净荷容量,不会外溢到邻频道。这也为广电网发展成为宽带多媒体综合业务网打下了坚实的基础,促进了信息技术的更大发展。所以说,取代模拟电视是大势所趋。早在1998年3月美国政府联邦通信委员会FCC就通过了采用数字化电视的决议,它要求美国四大电视网必须在1999年5月1目前,在全美最大的10个有线电视收视地区播送节目;2000年5月1日,所有商用电视台都应数字化;2003年 5月1日所有非商用电视台也要实现数字化。欧洲、日本、东南亚、中东等地区都先后开展了相关业务。 在中国,有线电视已进入千家万户,从模拟电视到高清晰度数字电视,估计过渡期为15年左右。在此期间,模拟电视与数字电视将共存。目前,全国模拟彩电的社会拥有量2亿台以上,对用户来说,用收看数字电视是最经济、最有效的过渡方案。机顶盒将数字信号处理并转换成模拟信号输出,用现有模拟彩电收看,使用户同样能看到图像较清晰、音质较优美的数字节目。我国各地有线电视台都在规划,积极准备开播数字电视节目。我国有8000万有线电视用户,而且每年以近10%的速度增长。如果有2%的用户希望接收数字电视节目,则需要150万台数字机顶盒(set toPbox)。如果每年以 5%的速度增长,对机顶盒的需求量为 400万台。可见推广数字电视后,将会形成家用数字有线机顶盒的广阔市场。本文正是立足于此,探讨一下数字有线机顶盒的系统构成及在我国的发展概况、展望。

2 数字有线电视机顶盒的系统构成

当前,国外数字有线电视的机顶盒类型十分广泛,各自都有自己的特点和优点。但是,其系统构成大同小异。 我们大体上可把机顶盒分为四个主要单元。

2.1 网络接口单元

该单元主要完成信号接收、变频和信号的解调。它主要包括CATV TUNER(调谐器)、 QAM解调芯片、一级A/D转换及声表面波滤波等相关组件。 调谐器可选的种类很多,如ALPS公司的TDBE1、TDBE 2;MITSUMI公司的CATV19; THOMSON公司的 CIP55015;PHILIPS公司的CD1516等等。此器件的作用是将从信道来的射频信号下变频到一个固定的中频上去,使配套器件能够准确采样。 A/D转换器件是通用的,在市场上很多,但是其采样率必须要满足具体的要求,例如ST公司的STV0197就推荐采用10bit,40M采样率的HI5746或ADC9050;也有些器件将 A/D部分集成人QAM器件中,例如LSILOGIC的L94768、L9A5004QAM解调芯片,这种方式是比较好的方式,因为A/D转换部分往往是指标很难调的部分,放在电路板上远不如集成在芯片中稳定,成本也降低很多。 QAM解调芯片许多大公司都有各自成型的产品,到国内推广比较多的主要就是上述两家公司的芯片,这两家公司都有一整套的DVB-C机顶盒的参考设计,QAM解调的芯片也包括其中。

2.2 MPEG-2传输流解复用、音视频解码及系统控制单元

它包括中心处理器芯片(CPU),外围存储器及相关电路。 它主要完成: (1)中心处理器:用于系统控制和机顶盒与外界的通信控制; (2)解复用部分:这个模块的功能实现,有些系统是用软件来完成的,这种方式对CPU的资源占用较大,系统灵活性不好;有些使用固定的硬件解复用,占用CPU的资源较少,仅仅是用来识别MPEG的各种表并设置寄存器而已,这种方式系统灵活性较大,解复用后,生成 MPEG的PES流,传给专用的解码芯片。 (3)解扰部分:这个模块运算量较大,几乎所有的 DVB专用的解复用芯片都将解扰的硬件模块集成进去,此模块控制相应的一块内存,一旦解复用时发现了加扰的MPEG 数据包,则使用DMA方式将数据包传入解忧模块对应的内存中去,解忧后再传回来,继续以后的解码过程。这个过程,所要占用的系统资源较多,而且时间上也很紧张,所以,针对有加密系统的机顶盒,其软件往往要经过优化。不同的CA系统有不同加抗方式,一般的DVB专用的解复用芯片中的解忧模块都是针对DVB的通用解忧算法的,也有的将一些专用CA系统的解扰算法集成过去。 (4)MPEG解码:此部分对MPEG-2码流进行音视频解码,它需要有自己的相应外部存储器(如SDRAM)来完成运算。它的重要性不言而喻,其算法是否优秀决定了整个系统的运行速度。 代表芯片有ST公司的STI3520, LSI公司的 L64005,IBM公司的 MPEGCD1, NEC的 HPD61020等。

2.3 模拟视音频电视信号编码单元

包括一级D/A转换器、音视频放大器等相关电路用于音视频的输出,具体的就是将解码芯片输出的数字音频信号进行D/A转换,输出模拟声,同时将解码芯片输出的视频信号进行PAL或NTSC编码,输出基频或射频的PAL/ NTSC信号,也可同时输出 Y/C、 YUV、RGB格式的视频信号。

2.4 外围数据接口单元

包括SmartCard读写器、高速数据传输口和低速数据传输口等外围接口。Smartcard 读写器主要是协助完成解密的工作,它是为各种加密数据广播等业务服务的,其CA软件必须和发端设备相匹配。解密系统解开接收机收到的已加密的密钥,它是解扰模块工作所必须的;解扰器则是让收到的图像和声音恢复正常。 高速数据接口指IEEE1284或IEEE1394等数据接口,主要完成MPEG码流的输入或输出。 低速数据接口是指RS232,USB的接口,主要是完成机顶盒与外界的低速数据通讯。 为了更加直观地说明,下面我们就以目前在国内比较流行的ST公司的一套解决方案为例,进行详细阐述。 该方案的系统和解复用芯片为 ST20-TPx,其常用的为ST20-TP2。它的性能为: (1)集成了32位可变长精简指令集的CPU,主频速度为0~50Hz,有8K的在片SRAM,支持最大200MB/s的数据宽度; (2)具有可编程的存储器接口,支持SRAM和DRAM混用的形式,数据宽度可为8, 16,32bit,支持PCMCIA模式; (3)支持异步和同步两种串行通讯方式; (4)有内部集成的解忧模块,支持DVB的通用加扰方式的解扰。本模块具有多种接口:包括两个MPEG解码的DMA接口、两个SmartCard的接口、码流输入的DMA接口、块移动的DMA接口、图文接口和IEEE1284接口等; (5)其开发工具中包括标准C的编译器和库,可利用软件实现以下功能:①MPEG系统层的解复用;②对其它设备(模块)的驱动和同步;③电子节目表的过滤和显示;④ 条件接收的实现。 解复用过程是一个软件和硬件混合的方式,ST20-TP2用DMA方式将接口芯片输入的码流直接放人存储器中,用软件来判断码流的类型并解复用。若判断出码流是用DVB标准加扰的码流,则通过存储器到存储器的DMA传输方式传到解扰模块中去,进行解扰后再利用软件解复用。 解复用后的码流经DMA方式传到外存储器的缓冲段中或作为消息传给另一个进程,当解码模块发出DMA申请时,ST20从内存中读出数据并将数据写入解码模块,输入码流中提取的视频和音频压缩数据通过两个独立的DMA控制器来传给解码模块。 ST20-TP2 系列有独特的结构,因在典型应用中,解复用操作占不到一半的CPU运行周期。 ST20系列CPU有两个异步串行接口(ASC2),用于与调制解调器或其它外围设备相连,使机顶盒可以和收费电视系统相连。这两个异步串行接口可支持多种波特率和数据格式的传输,也可将码流中的图文或私有数据通过串行口传给计算机等设备。

ST20系列同时提供两个同步串行接口,一般使用I2C总线协议进行通信,可用于外围芯片的控制,例如前端的调谐器、STV0197(QAM解调)、STV0199(QPSK解调)、后瑞的PAL/NTSC编码芯片STV0118等。 ST20系列也提供高速的数据接口,TP2提供一个IEEE1284接口,这是一个7bit宽度的并行接口,支持高速数据的输入输出操作,数据的输入输出通过一个专用的DMA控制器在接口和存储器中进行。 ST20系列提供智能卡接口,使机顶盒适应CA系统的需要,智能卡接口符合ISO7816 - 3的规范,使用异步协议。 在新一代的ST20-TP3中,传送流解复用改为硬件实现,通过可编程控制的解复用接口进行控制, CPU被占用的资源更少,同时其解忧模块也进行了改进,可很方便地应用于很多的CA系统中。 ST方案的解码芯片使用STI 3520,它包括视频解码部分、音频解码部分和一个锁柏环。视频解码部分可实时解码符合MPEG-1和MPEG-2标准的,视频分辨率为720× 480×60Hz或720×576×50Hz的码流,通过垂直和水平方向的过滤器来实现显示图像格式的转换。音频解码部分可解符合MPEG标准的音频码流,采样率可为32、44.1、48kHz。音视频数据通过8bit的数据接口输入,3520能自动抽出时码进行音视频同步。有在屏显示的功能,用户定义的位图可以叠加在显示图像上,要显示的位图由ST20百接写入内存中。




关键词: 数字电视 机顶盒

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