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1、第9章 数字电视的接收,9.1 概述 9.2 卫星数字调谐器 9.3 有线电视数字调谐器 9.4 单芯片解复用和信源解码 9.5 接收机软件系统 9.6 接收机测试,9.1 概 述,1.三种信道接收 数字电视接收为适用于不同的传输信道而分为卫星、有线和地面广播三种不同的类型。它们在系统的视频、音频和数据的解复用和信源解码方面都是相同的，都遵循MPEG-2系统标准(ISOIEC 13818-1)、MPEG-2视频标准(ISOIEC 13818-2)和MPEG-2音频标准(ISOIEC 13818-3)（ATSC的音频为杜比ACCD*23多声道环绕声方案）。三种数字电视信号接收机的主要区别是在调谐
2、、解调和信道解码方面。目前流行的做法是将调谐器、频率合成器以及数字解调和信道解码器等做在一起，成为一体化调谐解调解码器，并用金属壳屏蔽起来，形成独立的通用组件，常称为数字调谐器、DTV调谐器或数模一体机。,2.数字电视机顶盒 机顶盒STB(Set Top Box)是指电视机顶端或内部的一种终端装置。在当前模拟电视与数字电视共存的阶段，千家万户已经拥有的模拟电视机不能直接用来接收数字电视节目，机顶盒就是用来充当数字电视与模拟电视机之间桥梁的一种接收转换装置。数字卫星机顶盒也称为综合接收解码器IRD(Integrated Receiver Decoder)。它接收从卫星发送的数字电视信号，经过信道
3、解码和信源解码，将接收的数字码流转化为压缩前的分量数字视频信号，再经DA转换和视频编码转换为模拟全电视信号，送到普通的模拟电视接收机。而根据使用场合的不同，IRD又可分为家用(Consumer)和商用(Commercial)两大类。前者适用于家庭，有遥控、屏幕菜单显示等功能；后者常用于有线电视前端的集体接收，要求有更高的质量、可靠性和更多的接口。,3.机顶盒的三种类型 数字电视机顶盒从功能上可分为基本型、增强型和交互式三种。(1)基本型机顶盒：由数字调谐器、主芯片、Flash、SDRAM、开关电源、标准接口、AV接口、S-Video接口、IC卡座、嵌入式软件、CA系统组成。它能接收数字电视信号
4、到模拟电视机并实现付费收看。(2)增强型机顶盒：除采用基本型的所有部件外，还增加了中间件和其它应用软件。它能接收数字电视信号到模拟电视机、实现付费收看、多种有线电视增值业务及简单交互式应用。,(3)交互式机顶盒：由于机顶盒的模块化设计而在功能选择上更加灵活。如要增加Internet浏览功能，只需要在机顶盒硬件上增加CPU及相关应用软件即可。根据交互方式的不同类型，机顶盒采用不同的回传方式和接口。其功能可在增强型有线数字机顶盒的基础上按需要添加。我国在2005年以后才开播HDTV，从2008年起大力发展HDTV。目前，我国的接收机以SDTV为主，因为HDTV接收机的基本原理与SDTV接收机是一样
5、的，所以本章只介绍SDTV接收机。,4.机顶盒输出接口端子(1)RF射频端子。RF射频端子连接的电视机的图像效果最差。在将机顶盒、录像机、LD机与电视机连接时，尽量不要用RF接口，要用A/V接口或其它更高档的接口。(2)AV端子。它是由3个独立的RCA插头(RCA jack，又叫莲花插头)组成的。其中的V接口连接复合视频信号CVBS（Composite Video Burst Sync）,为黄色插口；L接口连接左声道声音信号，为白色插口；R接口连接右声道声音信号，为红色插口。,(3)S端子。S端子又称为超级视频端子(Super Video)、S Video、S-VHS。S端子使用专用的五芯连接
6、线及结构独特的4针插头MINI DIN。由于S端子传输的视频信号保真度比V端子的更高，因此用S端子连接到的视频设备，其水平清晰度最高可达400480线。(4)分量色差端子V。分量色差端子使用三条电缆，连接亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y。通过分量色差端子还原的图像水平清晰度比S端子更高。,(5)三基色RGB端子。三基色RGB端子比分量色差端子效果更好。在视频播放机中将图像信号转化为独立的RGB三种基色，直接通过RGB端子输入电视机或显示器中作为显像管的激励信号。由于省去了许多转换、处理电路而直接连接，因此可以得到比分量色差端子更高的保真度。(6)VGA端子、SVGA端子。VGA是计算机系统中
7、显示器的一种常用显示类型，其分辨率为640480；SVGA端子的分辨率可以达到1024768。二者都使用标准的15针专用插口d-Sub-15，只是传输的信号规格不一样。具有VGA端子的机顶盒，可以使用计算机的显示器。,前面介绍的接口都是模拟接口。机顶盒内部生成的数字图像信号在机内经过DA转换，以模拟的形式传输到电视机或其它显示设备。一般机顶盒只有A/V端子和S端子等两、三种输出接口。当显示设备是数字设备时，应采用数字接口，以免数字显示设备又将模拟信号重新转换为数字信号，如此“数字模拟数字”转换会造成细节的损失和信号的畸变。数字接口可以省去两次不必要的转换，能使画面质量提高，同时也节约了两台机器
8、的硬件配备。高档机顶盒有可能配置下列数字接口：(1)数字视频接口DVI（Digital Video Interface）。它使用标准的D型24针连接器。,(2)高分辨率多媒体接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）。它除了视频信号外，还有多声道音频信号。(3)串行数字接口SDI（Serial Digital Interface）。它对数据流进行扰码并变换为NRZI(Non Return to Zero Invert，倒相的不归零码，原码为1时输出数据周期的中央有电平跳变)码，以确保接收端可靠恢复。以上三种数字接口传送未压缩数字图像信号。(4)IE
9、EE1394接口。它也称为火线接口（Fire Wire），连接器体积较小，有4线和6线两种结构，即插即用，支持DTCP（Digital Transmission Content Protection，数字传输内容保护），可用串行方式连接多台设备。,9.2 卫星数字调谐器,9.2.1 卫星数字电视,1.卫星数字电视传送的优点(1)用数字方式传输节目的质量高，图像质量比较稳定。(2)传输一路模拟电视节目的卫星通道可传输48路数字电视节目，传输节目数量多，可满足观众日益增长的需求，也降低了每套电视节目传送的成本。(3)传输方式灵活，有单路单载波SCPC(Single Channel Per Carr
10、ier)方式和多路单载波MCPC(Multiple Channel Per Carrier)方式。(4)可实现多种业务传输，能进行电视广播传输，也能进行声音和数据广播传输。(5)容易进行加扰、加密，实现条件接收和对用户的授权管理。,2.卫星数字电视传送方式 1)多路单载波(MCPC)方式 MCPC方式适合于多套节目共用一个卫星电视上行站的情况。它先将多套节目的数据流合成为一个数据流，然后调制载波发至卫星，这种方式能使转发器的功率得到最大限度的发挥。中央电视台、中央教育卫视、内蒙古卫视、新疆卫视等都采用这种方式。,2)单路单载波(SCPC)方式 SCPC方式适合于多套节目共用一个转发器而不共用上
11、行站的情况。每套节目各自调制一个载波后发至卫星，每个载波只传输一套电视节目，这样在一个转发器内同时存在多个载波。该方式的缺点是转发器的功率得不到充分发挥，多个载波的存在就有可能产生交调、互调干扰，要求放大器尽可能工作在线性状态。青海、河南、福建、江西、辽宁五省采用SCPC方式共用一个转发器。,3)卫星直播 利用卫星进行点对点(或多点)的节目传输，把电视节目传送给地面广播电视台或有线电视台转播，属于固定卫星业务FSS(Fixed Satellite Service)。通信使用频段为C频段和Ku频段。人们常将使用Ku频段的FSS提供卫星直接到户DTH(Direct To Home)的广播电视服务称
12、为卫星直播。我国的CBTV卫星直播试验平台不属于DBS，因为卫星直播系统使用的是鑫诺一号通信卫星的4个Ku频段。,4)直播卫星 直播卫星(Direct Broadcasting Satellite，简称DBS)通过卫星将图像、声音和图文等节目进行点对面的广播，直接供广大用户接收(个体接收或集体接收)。按照国际电信联盟(ITU)的规定，直播卫星一般属于卫星广播业务(Broadcast Satellite Services BSS)范围，采用的频段是广播专用的Ku和Ka频段，覆盖范围受到国际公约的保护，在本覆盖区内不受其它通信卫星溢出电波的干扰。,5)SINOSAT-2直播卫星 SINOSAT-2
13、直播卫星由中国空间技术研究院研制，计划于2005年发射，定点在134E赤道上空，是我国第一颗直播卫星。卫星按照国际电信联盟(ITU)APS30文件所规范的各项要求进行设计和制造。卫星包含有由150 W行波管放大器构成的24个广播转发器，卫星天线波束覆盖整个中国(包括港、澳、台地区)，同时按照中国人口密度的分布和雨衰的分布对波束覆盖进行了优化设计，覆盖区内卫星EIRP(有效全向辐射功率，是天线发射功率和天线增益的乘积)最大可达到57 dBW以上。在满足99.9可用度、采用0.45 m 小口径天线接收的条件下，每个转发器可传输10套电视节目，整个卫星可以传输240套电视节目。,SINOSAT-2卫
14、星采用了东方红四号(DFH-4)卫星平台。DFH-4卫星平台继承了DFH-3卫星平台的设计方法和技术，解决了大型中心承力筒技术、大容量储箱技术、卫星电源控制技术、星上综合数据管理技术、大型静止轨道卫星公用平台机械太阳翼及二次展开机构的研制等项关键技术。卫星总重可达5000 kg，由于采用了高效率的砷化镓电池片，星可提供10 kW的直流功率。卫星的寿命大于15年，可满足目前各种通信、广播和数据跟踪卫星的要求。卫星有效载荷由24路大功率Ku频段转发器和2副发射天线、1副接收天线组成。,3.卫星数字调谐器 图9-1是卫星数字调谐和信道解码方框图。从卫星转发器下行的Ku波段(11.712.75 GHz
15、)数字信号经卫星电视天线接收后，在接收机室外单元LNB(Low Noise Block Down Converter，低噪声下变频器)中被转换为9502050 MHz的第一中频信号，馈送给接收机室内单元。调谐器将选定频道的数字信号转换为零中频的基带信号送到QPSK解调器，这就是零中频方案。即在混频时本机振荡频率与输入信号频率相同，输出信号为零中频的基带信号，它可直接送到数字解调和解码电路进行处理，省去了中频处理电路和声表面波滤波器等元器件，简化了电路，降低了成本。,图9-1 卫星数字调谐和信道解码方框图,在QPSK解调器中解调出I和Q两路信号，经基带滤波和AD转换后送到解收缩器和维特比译码器，
16、经软判决译码形成单路比特序列。该序列在同步字节检测器中检出同步字节，从而实现8比特字节划分。然后进行去交织、RS译码和解能量扩散，完成基带数字信号的信道解码，经基带物理接口输出TS。将上述电路做在一起，用金属壳屏蔽起来，就形成了卫星数字调谐器。,9.2.2 303211MT型卫星数字调谐器,图9-2 三星公司的303211MT型卫星数字调谐器方框图,1.卫星零中频QPSK调谐解调芯片SL1925 ZARLINK公司(原MITEL公司)的调谐解调芯片SL1925的工作频率范围达到9502150 MHz，其内部集成了压控振荡器VCOV和VCOS。VCOS的工作频率范围为19003000 MHz，该
17、频率经过2分频后输出9501450 MHz的本振信号。VCOV的工作频率范围为14502150 MHz。引脚Losel用于选择两个压控振荡器中的一个。当输入频率低于1450 MHz时，设置Losel脚为高电平，选择VCOS输出，此时工作频率范围为9501450 MHz；当输入频率高于1450 MHz时，设置Losel脚为低电平，选择VCOV输出，此时工作频率范围为14502150 MHz。两个压控振荡器产生的本振信号可从Psout和Psoutb引出,作为外部频率合成的输入信号。,SL1925的内部AGC电路使得该模块的增益随着输入射频电平的大小而变化，保证输出电平的大小恒定。根据SL1925输
18、出信号电平的大小，信道解调解码模块STV0299输出脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)形式的AGC控制电压，先经过一个低通滤波器进行D/A转换后，接到SL1925的AGC引脚上。该AGC放大电路的调节电压范围为05 V，0 V时有最大增益。5 V时是最小增益，AGC控制范围可达30 dB。零中频正交解调输出后，要经过外接的低通滤波器滤除带外的噪声。由于信号的符号率最高可达45 MSs 以上，考虑到发射端还采用了奈奎斯特滤波器，因而选用的低通滤波器带宽为56 MHz。正交解调后的I、Q两路信号分别由OPFI、OPFQ输出，先通过外接的两个低通滤波器滤波后，再将信号分别
19、由IPFI、IPFQ输入到内部基带放大器再一次放大，最后分别由Iout和Qout输出。,2.频率合成器电路SP5769 SP5769是ZARLINK公司生产的一种频率合成器电路，图9-3是其内部结构框图。通过I2C总线接口，可以对芯片内部的寄存器进行读写操作，从而达到对其进行控制的目的。SP5769将来自于调谐解调器SL1925的压控振荡器的输入信号fL进行n分频后与其内部的高稳定参考频率（晶体振荡器频率经m分频）进行相位比较，所产生的调谐电压经外接三极管驱动后再送回到调谐解调器中的压控振荡器，以调整载频频率，并保证其稳定性。CPU根据本振频率计算出所需的分频系数值，设置SP5769的内部可编
20、程分频系数寄存器，就可得到所需的本振频率。对于零中频方案，所需的本振频率与解调的输入信号频率相同。,图9-3 ZARLINK公司的SP5769型频率合成方框图,图9-4是SL1925和SP5769的接线图。ZARLINK公司已经将这两片芯片集成为单片合成零中频调谐器SL1935，三星公司新的一体化调谐解调解码器TBMU24311IMB就采用了该芯片，其体积缩小为85 mm45 mm13 mm。,图9-4 SL1925和SP5769的接线图,3.数字解调和信道解码器STV0299 STV0299是ST公司的TQFP（Thin Quad Flat Package，方形扁平封装）64脚封装的信道解码
21、IC，其内部组成框图如图9-5所示，它包括一个双路6 b AD变换器、QPSKBPSK数字解调器(时钟恢复、载频恢复、AGC控制、内插器等)和信道解码器(卷积解码、去交织、RS解码、能量去扩散)，支持DVB、DBS等多种标准。,1)STV0299的主要性能 数字解调模块(1)双路6位模/数转换器。(2)可完成QPSK和BPSK解调。(3)数码率为90 Mb/s，符号率为150 MSs。(4)数字奈奎斯特(Nyquist)滤波器，滚降系数为0.20或0.35。(5)带锁相检测的数字载波环：包括宽范围解相位旋转器(Derotator)和跟踪环路。,(6)带锁相检测的数字时间恢复：内设全集成定时环路
22、、内插滤波器和时钟基准。(7)双路数字AGC：采用脉冲宽度调制(PWM)实施调谐器增益控制；在设定信号带宽下实施功率优化的内部AGC，有利于时钟、载波的恢复。(8)具有调谐器和高频头(LNB)控制(HV、22 kHz等)的外部辅助端口。,图9-5 STGV0299型数字解调和信道解码电路方框图,前向纠错模块(1)软判决Viterbi解码器：约束长度为7、码率为12的收缩卷积码；自动识别或手动设置识别收缩率，可以是12、23、34、56和78。(2)解交织：同步字提取和解卷积交织。(3)RS解码器能纠正达8个字节的错误。(4)能量解扩散。(5)芯片内设有误差监视功能。(6)可编程并行或串行输出格
23、式。,2）STV0299的主要电路功能(1)时钟产生电路。利用外部晶振产生的4 MHz时钟，通过其内部的压控振荡器(VCO)和分频器产生主时钟(MCLK)，用于对信号的取样；产生辅助时钟(AUXCLK)的频率可在50800 Hz范围内变化，用于对LNB中的某些功能进行控制；所产生的22 kHz时钟，用于LNB的高低本振的切换和DiSEqC(Digital Satellite Equipment Control，数字卫星电视天线切换控制)接口功能。,(2)AGC电路。主控AGC1将I、Q输入信号与内部一个可编程的阀值进行比较，其差值经积分后形成一个脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Mo
24、dulation)信号，经外部简单的低通滤波器滤波后，可用于控制前端调谐解调器的放大器增益，从而根据输入信号的强弱改变前端放大器的增益。辅控AGC2把I、Q输入信号的有效值与一个可编程阀值进行对比，获得误差信号，再分别加到I和Q通道的复用器上，对I、Q两路的信号进行增益控制。,(3)定时控制电路。由于AD转换采用的取样时钟不是从输入信号中提取出来的，难以保证最佳的取样时间，使得取样判决后的误码串增大，因此要采用定时恢复环路从输入数据信号中提取出正确的时钟，用以校正固定取样所造成的样点误差，保证抽样判决后输出端的信号有最低误码率。与STV0299定时环路有关的寄存器有：符号率寄存器、计时常数寄存
25、器和计时频率寄存器。其中，符号率寄存器与所需的符号率相对应；计时常数寄存器用来控制定时二阶环的自然频率和阻尼因子；计时频率寄存器在定时锁定时，其所存的数值即为频率偏移的对应值。,(4)载频定时电路。由于前端的模拟正交解调器中所采用的是非相干本振信号，基带输入信号存在频差和相位抖动，因此采用载波定时电路可以纠正标称频率与实际频率的差别，校正LNB的随机频率偏移，使有用信号的频谱集中于解调频率两侧。与载频定时环有关的寄存器有：载频环控制寄存器和载频频率寄存器。前者寄存控制载频环的自然频率和阻尼因子的值；后者在搜索时用来寄存载频的偏移量值。(5)载噪比(C/N)指示器。用于指示接收信号的质量，包括天
26、线是否正确对准、前端电路(天线、高频头、电缆、调谐器等)性能是否良好，还可以指示RF信号质量是否符合接收要求。,(6)Viterbi解码与同步。Viterbi解码器计算出4种可能路径中的每个符号，它们以接收到的I、Q输入信号的欧几里德(Euclidian)距离的平方值为度量，在误差率的基础上测定出收缩率(Puncture Rate)和相位。DVB-S的收缩率有5种，当选择自动识别收缩率时，对于每一个可能的收缩率，将其当前的误差率与一个可编程阈值比较，若误差较大，则要尝试其它收缩率或相位，直到获得最小误差为止。Viterbi解码器也可以根据已知的收缩率进行设定，这样，整个同步的时间会短一些。(7
27、)去交织、RS解码器、能量去扩散。这些操作在STV0299内部自动完成，用户只要对相应的寄存器进行使能和某些初始设置即可。,(8)输出接口。STV0299输出的信号端子共有4组：数据线(D0D7)；数据时钟信号(CLKOUT)；数据奇偶校验时钟(DP)；错误指示信号(ERROR)。数据线可定义成并行输出方式或串行输出方式。若是并行输出方式，则D0D7为8 b并行数据输出线，相应的BCLK为比特时钟；若是串行输出方式，数据从D7端输出，相应的CLKOUT为时钟。ST公司的芯片STv0399将低噪放大、模拟调谐、零中频解调、数字调制解调、信道解码等集成在一块芯片上。,9.2.3 L64733C、L
28、64734芯片组 L64733C、L64734调谐器和卫星接收芯片组是LSI Logic公司新一代的调谐和通道接收芯片组，芯片组内部结构如图9-6所示。,图9-6 L64733C、L64734调谐器和卫星接收芯片组,图9-7 频率控制回路原理图,9.2.4 MB86A15APMT-M-BND单芯片 德国富士通公司的MB86A15APMT-M-BND是单芯片数字卫星广播的调谐器和QPSK解调器，能实现接收DVB-S信号的全部功能，包括AGC、AD、PLL、QPSK解调和FEC，甚至高频振荡电路中的电感和变容二极管也包含在内，这意味着在生产中不需要进行调整了。图9-8是该芯片的典型接线图。,图9-
29、8 MB86A15APMT-M-BND典型接线图,电路的主要性能有：(1)和DVB-S（SCPC）兼容。(2)电源电压有5 V、3.3 V、2.5 V（不需要30 V调谐电压）。(3)输入频率范围：9502150 MHz。(4)输入信号电平：-75-10 dBm。(5)符号率：145 Mbaud。(6)载波捕获范围：5 MHz。(7)自动检测IQ和Viterbi码率（DVB：12、23、34、56、78）。,(8)有载频和载噪比监视功能（通过I2C总线接口）。(9)功耗小于1.5 W（45 Mbaud时，低波特率时降低）。(10)120脚塑封LQFP(Low Profile Quad Flat
30、 Pack，厚1.4 mm，引脚长2 mm)包装。(11)富士通将提供应用编程接口软件（API）源码。(12)包括PC监视软件的开发板，提供图形BER显示软件，有信号增强质量条状图和发送管理。,9.3 有线电视数字调谐器,卫星数字电视的接收比较简单，因为卫星电视广播系统的上行站、卫星和遥测遥控跟踪站等都已由国家建成，用户只要有卫星接收天线和带智能卡的CBTV专用卫星解码器IRD(Integrated Receiver Decoder)就能接收到CBTV平台的节目。数字有线电视的建设是一个复杂的系统工程，需要较多的投资，要建设数字电视前端设备，要建设或拓宽传输网络，用户要购置数字有线电视接收机或
31、机顶盒。,图9-9 有线数字调谐器的方框图,9.3.1 TCMU30311PJJ型数字调谐器 三星公司的TCMU30311PJJ型有线数字调谐器将高频调谐解调器、频率合成器、数字解调和信道解码器等做在一起，用金属壳屏蔽起来，形成独立的通用组件。组件中包含图9-9中的全部功能，可完成调谐、QAM解调和信道解码，可以进行16、32、64、128、256QAM解调，FEC纠错符合ITU-T J83附录A、B、C。所有电路装在一个104 mm47 m14 mm的屏蔽盒内，图9-10是其内部结构方框图。有线数字调谐器由调谐选台、MOPLL和信道解码器三部分电路组成。,图9-10 TCMU30311PJJ
32、的内部结构方框图,1.调谐选台 数字有线电视网通过同轴电缆把数字电视信号送入一体化调谐器中，调谐器的第一级是一个场效应管宽带低噪声放大器(频率覆盖范围为48.25855.25 MHz)。放大后的信号再经波段开关送入低(48.25168.25 MHz)、中(175.25447.25 MHz)、高(455.25855.25 MHz)三个波段放大器进行放大。波段放大器前后各有两个调谐带通滤波器进行波段滤波。经波段放大后，信号送入MOPLL。,2.MOPLL MOPLL（Mixer，Oscillator Phase Lock Loop）是混频器、振荡器锁相环，常用电路有INFINEON公司的TUA60
33、34和TI公司的SN761672A。INFINEON公司还有类似的卫星接收芯片、DVB-T和ATSC地面广播接收芯片。图9-11是TUA6034的内部结构和外部接线图。,图9-11 INFINEON公司的TUA6034内部结构和外部接线图,2)PLL模块 将4 MHz晶振频率进行128、80、64、32、28或24分频得到31.25、50、62.5、125、142.86或166.67 kHz的参考频率fref。本振的差分信号直流耦合到可编程分频器，进行25632 767分频后（fdiv）送到数字频率相位检测器与参考频率进行比较。相位检测器有两个输出，驱动4个电荷泵电流源。当分频后的本振信号后沿
34、超前于参考信号的后沿时，输出正比于相位差的正电流源脉冲；反之，输出负电流源脉冲。如果两信号同相，电荷泵输出CP进入高阻状态，PLL锁定。一个有源低通滤波器用电流脉冲产生本振的调谐电压，有源滤波包括片内的放大器、外部VT端电阻和外部的RC电路。,CPU设置TUA6034内部的可编程位T2、T1、RSA、RSB，可以指定参考频率fref。CPU根据本振频率计算出所需的分频系数值，设置TUA6034的内部可编程分频系数寄存器N0N14，就可得到所需的本振频率。通过OS控制位，可以关掉VT，允许外部调整本振频率。通过控制CP、T2、T1、T0，电荷泵能在4个值之间被切换，这样可以改变PLL在锁定状态时
35、的控制响应，取得不同的本振增益。软件控制口P0P4是集电极开路输出，当控制位T2、T1、T0100时，fdiv和fref在P0、P1输出。,3)AGC 宽带AGC级检测中频输出信号的电平，产生一个AGC电压作为输入场效应管的增益控制。AGC的接管和时间常数设定是通过I2C总线接口操作的。,3.信道解码器 MOPLL输出的中频信号送到信道解码器芯片STV0297J进行信道解码。STV0297J是ST公司的有线电视信道解码芯片，其内部结构如图9-12所示。,图9-12 STV0297J的内部结构方框图,输入的中频差分信号由AD转换模块转换成数字信号。AGC模块分析AD转换后的数字信号，产生PWM调
36、制，控制RF和IF放大器的增益。数字信号同时经正交解调输出I、Q基带信号，经过滚降系数为0.130.15的平方根升余弦奈奎斯特滤波，并恢复出符号时钟。数字AGC调节解调后的符号以补偿经过奈奎斯特滤波后的能量损失。载波恢复环路消除初始化解调后的相位和频率偏移。均衡器能够抵消回音和通道引起的线性失真，它开始先采用盲均衡算法，一旦锁定后就转换到判决导向的LMS算法。信道解码器在对每个符号的最高两位进行差分解码后，将长度单位为6 b(64QAM调制)的符号流映射为字节流，STV0297J中的信号质量评估器能从此字节流中得到载噪比等信号质量参数。,信道解码进行FEC解码，包括网格解码、解交织、RS解码、
37、去随机化和同步字节翻转。BER(Bit ERROR Rate，误码率)测试器可得到经过上面这些处理过程后的误码率情况。STV0297J的最后是输出格式化模块，它可以将最终的数据按照DVB特定的“通用接口”格式输出，也可以按照特定的并行格式或串行格式输出，以满足不同的应用需求。主机通过I2C总线向STV0297J发送控制命令。STV0297J的I2C中继器将外部I2C总线命令传送到MOPLL的I2C总线上。STV0297提供两路模拟增益控制信号：AGC1和AGC2，分别控制RF放大器和IF放大器。在RF信号电平较低时，AGC1控制信号占主导地位；而在RF信号电平较高时，AGC2控制信号占主导地位
38、；在此之间，AGC1和AGC2共同起作用。这种双模拟增益控制机制在输入的RF信号存在几十分贝变化时能获得最佳的性能。,9.3.2 TDA8274HN和TDA10023HT芯片组 1.TDA8274HN单片调谐器 飞利浦半导体公司的TDA8274芯片在射频集成方面取得了较大进展：嵌入了宽带低噪声射频AGC放大器、射频滤波器和镜频干扰抑制混频器，集成了不需要高调谐电压和外部调谐器件的压控振荡器VCO、16 MHz晶体振荡器和缓冲电路；射频分裂器把射频信号分成-2 dB和6 dB两路信号，并嵌入了RSSI信号指示器；集成了声表面波滤波器和中频放大器，信号在中频滤波后送到信道解码芯片。这使整个调谐器的
39、器件清单只有30个SMD元件，功耗很低，为40脚HVQFN（Heatsink Verythin Quad Flatpack No-leads，66）封装。,2.TDA10023HT单片有线通道接收器 图9-13是TDA10023HT的结构方框图。TDA10023HT能直接与TDA8274送来的中频信号连接，进行10位A/D变换；能对4、16、32、64、128和256QAM信号进行解调；具有载波和时钟恢复功能，载波恢复捕获范围为15%符号率，时钟恢复捕获范围为12%；有可编程的数字环路滤波器，可以按照具体的应用目的对其进行设置，使性能最佳；接着进行基带转换，26抽头自适应均衡滤波可减少重影，按
40、照网络类型提供最佳性能；一种与载波偏置无关的专利均衡算法可帮助载波恢复，而直接判定算法可保证最后均衡收敛。,图9-13 TDA10023HT的内部结构方框图,该芯片包含两个FEC解码器。DVB-C方式时，帧同步算法利用MPEG-2同步字节自动同步深度为12的卷积交织，RS解码能纠错8个字节。MCNS方式时，FEC解码包括网格解码、解卷积交织、RS解码和去随机化电路。其中，网格解码采用Viterbi软判决来纠正随机信道误码，解交织和RS解码是利用帧同步尾部自动同步的。RS解码能纠正3个错误符号。该芯片还具有JTAG接口。JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）是
41、欧洲电子公司组织，它提出的边界扫描接口被采纳为IEEE1149，是一种PCB和IC互连测试术。该芯片使用16 MHz低晶振频率，输出并行和串行TS流。为TQFP（Thin Quad Flat Package，方形扁平封装）64脚封装（1010），与TDA10021完全兼容。,9.4 单芯片解复用和信源解码,图9-14 数字电视接收机的解复用和信源解码部分的方框图,9.4.1 SC20002005系列 1.SC2000简介 LSILogic公司的SC2000主要包括CPU子系统、解复用子系统、信源解码子系统、混合和编码子系统、接口子系统五部分。图9-15是SC2000组成方框图。SC2005比S
42、C2000增加了NDS的条件接收模块。,图9-15 SC2000组成方框图,1)CPU子系统 SC2000集成了LSILogic公司高性能的108 MHz、32位RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)MIPS(Microprocessor without Interlocked PipelineStages，没有互锁流水线阶段的微处理器，一种CPU结构体系)微处理器核心，支持32位和16位指令。MIPS精简指令集除了保留与已经存在的32位二进制代码的完全兼容外，还提供高达40代码大小的精简比率。频繁出现的指令被编码进入16位指令域，以减少
43、机顶盒中所需要的Flash容量的大小。,2)解复用子系统 解复用子系统通过信道解码接口接收传输层格式的TS流；通过PID处理器解析所收到的数据，提取所选择的节目流，音、视频PES数据，PSI、SI和专用数据；再通过高频解码接口输出音频、视频流。PSI、SI和专用数据被存进外围SDRAM中，从而能直接被内嵌CPU读取。解复用子系统支持DVB、Multi2和外部解扰。,3)信源解码子系统 信源解码子系统接收从解复用子系统发过来的信道数据，通过硬件进行MPEG-2的音、视频解码，输出解码后的视频给混合、编码子系统，输出解码后的数字音频给DAC模块。音、视频解码子系统通过内部存储接口访问一个专有的SD
44、RAM，用来存储音、视频数据和PES头信息。4)混合和编码子系统 该子系统混合来自OSD子系统的图形和来自信源解码子系统的视频，输出RGB格式和NTSCPALSECAM制式的编码模拟视频。,5)接口子系统 接口子系统提供CPU访问外围设备的接口，包括并行口、串行口、SHI(Serial Host Interface)、红外遥控接口、智能卡接口和通用输入/输出接口等。并行口用来读取前面板键盘的数据；串行口用于调试和将用户点播的信息通过调制解调器送入PSTN网；红外遥控接口用于接收用户红外遥控器的命令；智能卡接口用于用户身份认证和资格审查；通用输入/输出接口用于进行一般的输入/输出处理。,2.机顶
45、盒 图9-16是以SC2000为主芯片的数字卫星接收方案，加上L6473334调谐接收芯片组，可提供三块集成电路的数字卫星机顶盒解决方案。,图9-16 SC2000数字卫星接收方案,用COFDM接收芯片L64782取代L64734可以组成数字地面广播接收机。L64782是L64780和L64781的改进型，由直接中频（36.167 MHz）取样或低中频（4.57 MHz）取样的COFDM解调器、与DVB兼容的（2 k和8 k）FEC解码器、10 b A/D转换器和集成微控制器组成，芯片的数字通道滤波可以减少对SAW滤波器的要求，对近似最佳回声和SFN预先回音性能有新的时间算法，且有优良的移动接
46、收能力。,3.SDP20002005开发平台 LSILogic公司提供的SDP20002005开发平台的实时操作系统pSOS是一个模块化的高性能实时操作系统，它提供了一个完全的多任务环境。pSOS采用了模块化体系结构，它围绕 pSOS实时多任务内核实现了一系列功能组件。软件系统的结构如图9-17所示。,图9-17 软件系统的结构方框图,应用程序层是控制整个机顶盒运行的高层代码，主要实现与业务相关的一些高层软件。应用层直接调用设备驱动程序提供的应用程序接口来访问和控制相关的硬件。另外，应用层也可调用操作系统移植层来访问RTOS操作系统。设备驱动程序层驱动所有的硬件模块，这些硬件模块包括定时器，解
47、调，解复用，音、视频解码，音、视频编码，视频混合，图文，OSD，I2C，UART，SmartCard等。每一个硬件驱动模块向上层提供一定的应用程序接口。,硬件抽象层实际上是设备驱动程序层的一个子层，它直接访问硬件，主要的工作是对硬件寄存器进行操作。设备驱动层向应用层提供一些低级的函数，而硬件抽象层就在硬件平台上实现这些函数。作为对设备驱动层的响应，硬件抽象层执行一些芯片级的子函数，这些子函数对芯片的特定寄存器进行编程，以完成某个特定的任务。由于硬件抽象层是和硬件直接打交道的，因此，当移植应用程序到一个新的硬件平台时，只需要改动相关的硬件抽象层即可。应用程序和设备驱动程序都需要通过操作系统移植层
48、来访问RTOS操作系统的功能。操作系统移植层将应用程序和设备驱动代码与特定的操作系统(这里是pSOS)隔离开来，这样，只要修改此移植层，应用程序和设备驱动程序代码就可以移植到一个新的RTOS操作系统环境中。,pNA+组件本来是pSOS操作系统的一部分，将其作为一个独立的模块是因为该组件实现了以太网接口模块的完整TCPIP协议族，因而在功能上显得比较独立。中间件模块是一种将应用程序和操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，通常它都是由一些虚拟机器构成的，如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、MHEG-5虚拟机、Java虚拟机等。这些都是网络应用的基础。BSP是板级支持包，包括初始化和最基本
49、的硬件驱动部分。其中，初始化包括对CPU、BOARD和SYSTEM的初始化；硬件驱动包括串口等一些跟踪、调试所需设备的驱动。以太网络接口是在这一层次上实现的。,9.4.2 STi5500 5518系列 1.STi5500简介 ST公司的STi5500采用嵌入设计，将32位微处理器、TS流解复用器、MPEG-2音频、视频解码器、PALNTSC模拟编码器、块运动DMA控制器、MPEG DMA控制器、判断控制器以及串行IEEE1394接口、外部存储器接口EMI、图文信号接口、SDAV接口等一系列接口集成在一起。图9-18是STi5500的功能模块组成方框图。,图9-18 STi5500的功能模块组成
50、方框图,1)ST20和周边电路(1)CPU：芯片内部的CPU是一个ST20-C2的32位可变长度精简指令（VL-RISC）微处理器内核，它含有指令处理逻辑单元、指令和数据指示器、运算寄存器等，能直接进入片内的SRAM存储器。CPU能经通用外部存储器接口EMI进入外部DRAM和EPROM存储器,也可经与MPEG解码器共享的SDRAM EMI接口进入外部100 MHz SDRAM存储器，支持MPEG解码和OSD显示，时钟信号频率为50 MHz。,(2)存储器子系统：芯片内部含有2 KB SRAM存储器、2 KB指令高速缓存器和2 KB数据高速缓存器，支持最大200 MBs的数据率，可从高速存储器中
