ATSC制数字电视机顶盒研究(2)

来源:互联网
更新时间:2016/12/13 1:18:05
责任编辑:李志喜
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ATSC制数字电视机顶盒研究(2)

   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。

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图3

   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PIO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表,并利用PID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,量化距阵等控制参数,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制中的所有十八种格式及其中的某些格式转换,它既可以输出8-bit的标准清晰度视频信号,也可以输出24-bit高清晰度视频信号。它还支持OSD,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,具有三路双声道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FLASH ROM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19.39Mbps固定比特率的数字电视节目,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10.76Msym/s,因此ATSC制广播电视的频道搜索比DVB简单,只要设定频道参数。如果全频道范围内接收,也只需从频道2到频道69逐个搜索。

   限于条件,实验过程中采用闭路接收的方式,由码流发生器输出8VSB调制信号,载波频率为473MHz(14频道),信号直接通过一段电缆送到机顶盒的RF输入端。主控CPU通过设定频道参数,可在2秒内实现频道锁定和8VSB解调,在4-5秒内(包括8VSB解调和信源解码)完成节目的解析和音视频解码,对于无节目的频道0.5秒内可判定。实际接收信号的信噪比要求高于16dB,否则接收机无法解调或解码时存在一定的误码。

   4、结束语

   数字化进程使广播电视,计算机网络和通信之间的行业界线变得越来越模糊,三者既渗透又融合的特点将持续一段时间。在此背景下,数字电视也将随着业务和技术的进一步发展逐渐走向成熟。未来的数字电视机顶盒不但会在已知的领域功能更趋完善,也将在未知的领域里开拓更广阔的空间。(完)  

www.xue163.com true /3/35467.html report 3560 ATSC制数字电视机顶盒研究(2),ATSC制数字电视机顶盒研究(2)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;...
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