數字機頂盒的設計與研究-畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 4 X24 的小字，問題就變得復雜了。電視機的CRT 顯像管是大節距的低分辨 率管，只適合顯示 720 X576 或 640 x480 的圖像，它的偏轉系統是固定不變的，是為 525行 60Hz 或 625行 50Hz 設計的，而數字電視的顯示格式有 18種以上。上網則要符合 VESA 格式，顯然， 電視機的顯示系統無法適應這么多格式。另外，電視采用低幀頻的隔行掃描方式，當顯示圖形和 文字時，亮度信號存在背景閃爍，水平掃描線存在行間閃爍。如果把逐行掃描的計算機圖文轉換 到電視機上，水平邊沿就會僅出現在奇場或偶場，屏顯時間接近人眼的視覺暫留，會產生嚴重的 邊緣閃爍現象，因而要用電視機上網，必須要補救電視機顯示的缺陷。 根據技術難度和成本，目前用兩種方法進行改進，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，使僅出現在奇場的圖像重現在每場中，這種方式叫三行濾波法。三行濾波法 簡單易實現，但降低了圖像的清晰度，適用于隔行掃描方式的電視機。另一種方法是把隔行掃描變成逐行掃描，并適當提高幀頻，這種方式要成倍地增加掃描的行數和場數，為了使增加的像素不是無中生有，保證活動畫面的連續性，必須要做行、場內插運算和運動補償，必須用專用的芯片和復雜的技術才能實現，這種方式在電視機上顯示計算機圖文的質量非常好，但必須在有逐行和倍掃描功能的電視機上才能實現。 （ 9） 軟件無線電技術 軟件無線電技術是最近幾年提出的一種 實現無線通信的新體系結構，其基本思想是以硬件作 為通用的基本平臺，硬件基礎是可編程的高速數字信號處理器（ 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芯片上進行物理層、數據鏈路層、網絡層及應用層的軟件開發，將盡可能多的應用功能用軟件來實現，從而將新系統、新產品的開發轉換到軟件上來。 第四章 數字電視機頂盒 NIM（ 網絡接口 ）的 研究 數字電視機頂盒網絡接口的重要參數和測量方法 數字電視機頂盒網絡接口性能的好壞，直接影響著用戶對數字電視的接受程度。為此很多國家和地區都對機頂 盒的必備功能提出了明確的要求。武漢廣播電視總局對 數字電視機頂盒的接收質量也有明確的要求。這些參數也直接反應了機頂盒網絡接口性能的優劣。主要參數包括 ： 在有線電視系統中，選擇正確的信號電平是保證系統正常工作的基本條件，由于 DVBC 采用的是抑制載波的正交幅度調制（ QAM),在通道帶寬內調制信號非常類似于噪聲，所以電平定義為所選信號的均方根。在有線數字電視系統中，要求機頂盒收到的電平在 55? 85dBuV。其中 55 為最低電平，表示機頂盒能正常鎖頻并播放節目的最小接收電平。 85 為最高電平，表示 機頂盒能正常鎖頻并播放節目的最高接收電平。 （ C/N) 在 DVBC中將已調的射頻 /中頻信號的總功率對有效帶寬內噪聲的比，定義為載噪比 C/N。 X寸于 64QAM 調制方式，當誤碼率為 KT4 時，載噪比為 。也就是說釆用 64QAM 調制方式的機頂盒所能正常鎖頻并播放節目的載噪比應當不低于 。 高頻頭頻率捕捉范圍指的是高頻頭在鎖頻狀態時能經受的頻率抖動誤差范圍。例如，高頻頭 在 435MHZ 正常鎖住節目頻點，則要求高頻頭在頻點出現抖動時 ? 的頻率范圍內都能鎖住中心頻率為 435MHZ 的電視信號。它反應了高頻頭的抗干擾能力。 符號率（ Symbol Rate)：指數據傳輸的速率，與信號的比特率及信道參數有關，單位為 MB/S。 當一個載波信號攜帶的節目數越多時，此值越大。 優化網絡接口的關鍵技術與研究方法 要提高機頂盒網絡接口性能，最主要是解決兩個問題： （ 1） 機頂盒在全頻點范圍內的一致性 （ 2） 提高機頂盒高頻頭的抗干擾能力 之所以要解決全頻點范圍內的一致性，是因為高頻頭是一個高頻敏 感器件，在機頂盒的源解碼板上極易受到各種高頻信號的干擾。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范圍內產生不穩定或工作不正常的畸點，這樣將直接導致用戶無法正常觀看數字電視業務。其次，提高機頂盒高頻頭抗干擾能力，也就是提升機頂盒網絡接口的各項參數指標，例如降低機頂盒的最低接收電 平值、提升最高接收電平值、擴大高頻頭頻率捕捉范圍、擴大高頻頭符號率支持范圍等，使之不受外界信號的干擾，更可靠更穩定的工作。 為 達到優化網絡接口的 目的， 我 將從硬件和軟件兩方面入手，通過對比驗證 ，歸納總結的方法來進行研究。 硬件方面從數字電視機頂盒主板布線入手，重點考慮網絡接口的電磁干擾、電磁輻射等問題，通過理論研究和對比驗證提出提高機頂盒抗干擾能力的優化方法。其次 , 研究高頻信號的完整性、高頻電子設備的合理化布局、電源質量以及數字模擬地線的 分割等問題，對高頻頭硬件電路進行修改，并做出對比性實驗。 軟件方面對高頻頭性能的優化，主要是優化高頻頭驅動程序的各個模塊。其中 的 Demod 驅動模塊和 Tuner 驅動模塊將是研究重點。首先，優化 Demod 驅動的初始化參數。因為高頻頭資料文檔中對于高頻頭的初始 化參數和默認的工作狀態并不是適合所有硬件平臺。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率支持范圍，并提高高頻頭的工作效率和穩定性。其次，在 Demod驅動模塊和 Tuner 驅動模塊中，通過合理的分配 I2C 總線資源，可以有效提高CPU 對高頻頭控制的可靠性和穩定性，從而提升高頻頭的工作性能。最后，可以在嵌入式操作系統中，改進任務的調度機制和通訊機制，優化高頻頭鎖頻任務的鎖頻時間和任務堆棧大小，提高鎖頻速度和穩定性。 第五章 高清數字電視機頂盒解決方案的對比 幾種高清方案比較 目前，市面上有多種高清數字電視解碼方案，如博通（ BROADCOM)公司的 BCM740 BCM7402。卓然 Zuran 公司的 R391055， ZR39640， ZR39660， ZR39680高清系列； ATI 公司的 XILLEON22 系列；美國西格瑪設計公司（ Sigma Designs) 的 SMP86 SMP8634。 ST 公司（意法半導體公司）的 STi77 STi551 STi7020 等。 BCM7401 解決方案 BCM7401 是博通的一款單芯片 AVC/MPEG2/V(M(H,264/MPEG4 Part 10) 高清視頻解碼 Soc,面向有線電視、衛星、寬帶線路機頂盒與目前電視廣播領域普遍釆用的影像解碼方式 MPEG2相比， Broad 的 AVCNC1芯片解決方案所需的帶寬僅為其 1/21/3。 BCM7401單芯片解決方案是原來獲得廣泛應用的 BCM7038 和 BCM7411雙芯片方案的改進型，是面向機頂盒和客戶端網關設備應用的高清晰度芯片級系統 Soc解決方案。 優點：功能強大，擴展接口豐富，而且兼容性強，除在數字電視領域廣泛應 用外，還可應用于 DVD、電視電話 等系統中 。 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準，而且相對節省帶寬資源。 缺點：和其他兩款芯片相比成本太高，主要用于設計中、高檔的高清機頂盒。 STi5514+STi7020 解決方案 STi5514 是一個高集成度的單片標清機頂盒信源解碼器芯片，同時具有強大的控制功能，可以配合 STi7020 實現高清晰度音視頻解碼。它集成了一個高性能的 32 位 CPU、三個專用的 DVB 傳輸流解復用和解擾模塊、一個 MPEG MP@ML 視頻解碼模塊，一個多標準音頻解碼模塊、一個數字視頻編碼器。 另外，它內置了 ATAPI 接口，可以和硬盤驅動器無縫連接，實現錄放像和時移播放等功能。它還集成了多種外設，如 SSC， ASC,紅外等，可以實現條件接收，軟件升級，遙控接收等功能。 ZR39680 解決方案 ZR39680 為卓然公司的單芯片解決方案。它繼承了 5個獨立部件的功能，如視頻解碼、 HDMI接口、 EEE1394 及 LVDS 驅動和先進的視頻處理引擎，以控制和驅動液晶顯示屏 LCD、背投和等離子。 ZR39680 包括數字地面接收器、 ATSC 兼容的高清電視解碼器，以及對單向數字電纜 (UDC)的更多 支持及一個 Cable Card 接口 。 卓然的 ZR39680 設計方案具有成本較低的特點，但是這款芯片的功能相對 較弱，集成度也不高，擴展功能不如 STi5514 強，在一定程度上增加了成本。 本論文選擇的方案 綜上考慮各解決方案的優勢與劣勢，本系統采用了 STi5514 芯片。雖然相對 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的所有功能 ,能夠滿足目前市場上大多數用戶的需求 ,并且具有較高的性價比。 第六章 高清數字電視機頂盒信源解碼板的設計 信源解碼板的組成 信源解 碼板主要由以下幾部分組成： — 一機頂盒后端解碼器主控芯片 — 一機頂盒后端解碼器高清解碼芯片 Flash SMI SDRAM EMI SDRAM (可選） LMIDDRSDRAM 硬盤 接口 用于節目數據庫存儲 ：負責接受前面板輸入的信息，如：手動控制鍵盤、紅外接收等。 接口：接 PC 機進行軟件升級。 信源解碼板的主 控芯片是 STi5514，它負責： （ 1） 系統初始化和系統控制 ； （ 2） 將來自前端或 LVDS 板的 TS 流解復用，并將 PES 流傳給 STi7020； （ 3） 標清視頻解碼，數 /模轉換 ； （ 4） 標清音頻解碼。 為了配合 STi5514 的運行，需要配備一定數量的外部存儲器，用來緩存碼流 流、解碼幀、顯示幀等，本系統使用了三片 SDRAM。信源解碼板啟動時，需要從ROM 中讀取程序，加載到 SDRAM 中運行。 考慮到將來的軟件升級，我們采用了可現場擦除與改寫的 FLASH ROM 來固化系統軟件。 ST15514 輸出的視頻信號 是己經過數 /模轉換轉換的模擬信號，經過放大濾 波后可以直接輸出。本系統可以輸出 CVBS、 SVideo 兩種視頻信號。 音頻解碼后的數字信號通過外部 DAC 轉變為模擬信號，再經過放大濾波處 理就可以輸出。此系統可以提供杜比 AC3 或 MPEG2 音頻輸出。 另外，本系統還配備了 EEPROM，用于存儲節目和頻道信息。提供了 RS232 接口，用于軟件升級。 信 源解碼板的另一核心芯片是 STi7020，它主要負責： （ 1） 多路視頻（包括 HD、 SD)的解碼 ； （ 2） — 路音頻的解碼及后處理； （ 3） 視 頻后處理及數 /模轉換。 圖 611 STi5514系統功能框圖 STi5514 芯片 概述 STi5514 本身是一個高度集成的單片標清機頂盒信源解碼器芯片，是 STi55 12和 STi5518 的升級版本，同時它具有強大的控制功能，本系統中就用來控制STi7020 進行高清解碼。它集成了一個高性能的 32 位 CPU,三個專用的 DVB 傳輸流 解 復用和解擾模塊，一個具有先進的顯示和圖形性能的 MPEG2 視頻解碼模塊，一個支持杜比和 MPEG 的 音頻解碼模塊，還有數字視頻編碼器和所有的典型低成本交互式接收機所需的系統外設。 內置 ATAPI接口可和標準硬盤驅動器無縫連接。這樣 STi5514 就可以實現實時電視錄像、暫停和時移（ timeshifting)等功能。通過智能卡接口可以實現條件接牧。 ST15514 與己經廣泛使用的 STi5518 機頂盒解碼器芯片軟件兼容，軟件可以很容易地在它們之間移植。 STi5514 的特點 32位的主控 CPU,頻率可達 166MHz （ 1） 8 Kbytes 指令 Cache， 8 Kbytes 數據 Cache,和 8 Kbytes SRAM。 （ 1） 聲道杜比 /MPEG2 多聲道解碼， 3 X 2 通道 PCM 輸出 （ 2） IEC60958IEC61937 數字輸出 （ 3） MPEG1 層 層 MP3 解碼 （ 1） 支持 MPEG2 MP@ML,超過兩個標清視頻解碼的速度 （ 2） 可編程的水平和垂直的放大和縮小功能 （ 3） 平滑的快進和回放等特技模式 OSD (On Screen Display) （ 1） 每像素 2到 8bits 可選 （ 2） 防閃爍、防跳動和防混淆濾波器 （ 1） lObitsDAC 支持 CVBS， Y/C, RGB 或 YUV 輸出 SDRAM 存儲器接口（ SMI) （ 1） 1個或 2 個 16Mbit，或一個 64Mbit 或一個 128Mbit 120MHz 16bit 寬 SDRAM 接口 （ EMI) （ 1） 可接 SDRAM、 SRAM、 FLASH、 MPX 設備、外設等 （ 2） 6 個獨立可配置的組 ， 支持 1 32bit 帶寬 （ 3） 支持總線主模式和