数字机顶盒的设计与研究-毕业设计论文(编辑修改稿)

数字机顶盒的设计与研究-毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

4 X24 的小字，问题就变得复杂了。 电视机的CRT显像管是大节距的低分辨 率管，只适合显示 720 X576 或 640 x480 的图像，它的偏转系统是固定不变的，是为 525 行 60Hz 或 625 行 50Hz 设计的，而数字电视的显示格式有 18种以上。 上网则要符合 VESA 格式，显然， 电视机的显示系统无法适应这么多格式。 另外，电视采用低帧频的隔行扫描方式，当显示图形和 文字时，亮度信号存在背景闪烁，水平扫描线存在行间闪烁。 如果把逐行扫描的计算机图文转换 到电视机上，水平边沿就会仅出现在奇场或偶场，屏显时间接近人眼的视觉暂留，会产生严重的 边缘闪烁现象，因而要用电视机上网，必须要补救电视机显示的缺陷。 根据技术难度和成本，目前用两种方法进行改进，一种是抗闪烁滤波器，把相邻三行的图像 按比例相加成一行，使仅出现在奇场的图像重现在每场中，这种方式叫三行滤波法。 三行滤波法 简单易实现，但降低了图像的清晰度，适用于隔行扫描方式的电视机。 另一种方法是把隔行扫描变成逐行扫描，并适当提高帧频，这种方式要成倍地增加扫描的行数和场数，为了使增加的像素不是无中生有，保证活动画面的连续性，必须要做行、场内插运算和运动补偿，必须用专用的芯片和复杂的技术才能实现，这种方式在电视机上显示计算机图文的质量非常好，但必须在有逐行和倍扫描功能的电视机上才能实现。 （ 9） 软件无线电技术 软件无线电技术是最近几年提出的一种 实现无线通信的新体系结构，其基本思想是以硬件作 为通用的基本平台，硬件基础是可编程的高速数字信号处理器（ DSP )，其余部分则是基本的射频处理单元和输人 /输出接口。 在高速的 DSP芯片上进行物理层、数据链路层、网络层及应用层的软件开发，将尽可能多的应用功能用软件来实现，从而将新系统、新产品的开发转换到软件上来。 第四章 数字电视机顶盒 NIM（ 网络接口 ）的 研究 数字电视机顶盒网络接口的重要参数和测量方法 数字电视机顶盒网络接口性能的好坏，直接影响着用户对数字电视的接受程度。 为此很多国家和地区都对机顶 盒的必备功能提出了明确的要求。 武汉广播电视总局对 数字电视机顶盒的接收质量也有明确的要求。 这些参数也直接反应了机顶盒网络接口性能的优劣。 主要参数包括 ： 在有线电视系统中，选择正确的信号电平是保证系统正常工作的基本条件，由于 DVBC 采用的是抑制载波的正交幅度调制（ QAM),在通道带宽内调制信号非常类似于噪声，所以电平定义为所选信号的均方根。 在有线数字电视系统中，要求机顶盒收到的电平在 55〜 85dBuV。 其中 55为最低电平，表示机顶盒能正常锁频并播放节目的最小接收电平。 85为最高电平，表示 机顶盒能正常锁频并播放节目的最高接收电平。 （ C/N) 在 DVBC中将已调的射频 /中频信号的总功率对有效带宽内噪声的比，定义为载噪比 C/N。 X 寸于 64QAM 调制方式，当误码率为 KT4 时，载噪比为。 也就是说釆用 64QAM 调制方式的机顶盒所能正常锁频并播放节目的载噪比应当不低于。 高频头频率捕捉范围指的是高频头在锁频状态时能经受的频率抖动误差范围。 例如，高频头 在 435MHZ 正常锁住节目频点，则要求高频头在频点出现抖动时 〜 的频率范围内都能锁住中心频率为 435MHZ 的电视信号。 它反应了高频头的抗干扰能力。 符号率（ Symbol Rate)：指数据传输的速率，与信号的比特率及信道参数有关，单位为 MB/S。 当一个载波信号携带的节目数越多时，此值越大。 优化网络接口的关键技术与研究方法 要提高机顶盒网络接口性能，最主要是解决两个问题： （ 1） 机顶盒在全频点范围内的一致性 （ 2） 提高机顶盒高频头的抗干扰能力 之所以要解决全频点范围内的一致性，是因为高频头是一个高频敏 感器件，在机顶盒的源解码板上极易受到各种高频信号的干扰。 电磁干扰（ EMC)、电磁癌射 (EMI) 等问题比较明显。 容易在要求正常工作的频点范围内产生不稳定或工作不正常的畸点，这样将直接导致用户无法正常观看数字电视业务。 其次，提高机顶盒高频头抗干扰能力，也就是提升机顶盒网络接口的各项参数指标，例如降低机顶盒的最低接收电 平值、提升最高接收电平值、扩大高频头频率捕捉范围、扩大高频头符号率支持范围等，使之不受外界信号的干扰，更可靠更稳定的工作。 为 达到优化网络接口的 目的， 我 将从硬件和软件两方面入手，通过对比验证 ，归纳总结的方法来进行研究。 硬件方面从数字电视机顶盒主板布线入手，重点考虑网络接口的电磁干扰、电磁辐射等问题，通过理论研究和对比验证提出提高机顶盒抗干扰能力的优化方法。 其次 , 研究高频信号的完整性、高频电子设备的合理化布局、电源质量以及数字模拟地线的 分割等问题，对高频头硬件电路进行修改，并做出对比性实验。 软件方面对高频头性能的优化，主要是优化高频头驱动程序的各个模块。 其中 的 Demod 驱动模块和 Tuner 驱动模块将是研究重点。 首先，优化 Demod 驱动的初始化参数。 因为高频头资料文档中对于高频头的初始 化参数和默认的工作状态并不是适合所有硬件平台。 通过合理的初始化配置，可以直接提高高频头的频率捕捉范围和符号率支持范围，并提高高频头的工作效率和稳定性。 其次，在 Demod驱动模块和 Tuner 驱动模块中，通过合理的分配 I2C 总线资源，可以有效提高CPU对高频头控制的可靠性和稳定性，从而提升高频头的工作性能。 最后，可以在嵌入式操作系统中，改进任务的调度机制和通讯机制，优化高频头锁频任务的锁频时间和任务堆栈大小，提高锁频速度和稳定性。 第五章 高清数字电视机顶盒解决方案的对比 几种高清方案比较 目前，市面上有多种高清数字电视解码方案，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；美国西格玛设计公司（ Sigma Designs) 的 SMP86 SMP8634。 ST 公司（意法半导体公司）的 STi77 STi551 STi7020 等。 BCM7401 解决方案 BCM7401 是博通的一款单芯片 AVC/MPEG2/V(M(H,264/MPEG4 Part 10) 高清视频解码 Soc,面向有线电视、卫星、宽带线路机顶盒与目前电视广播领域普遍釆用的影像解码方式 MPEG2相比， Broad 的 AVCNC1 芯片解决方案所需的带宽仅为其 1/21/3。 BCM7401单芯片解决方案是原来获得广泛应用的 BCM7038 和 BCM7411双芯片方案的改进型，是面向机顶盒和客户端网关设备应用的高清晰度芯片级系统 Soc解决方案。 优点：功能强大，扩展接口丰富，而且兼容性强，除在数字电视领域广泛应 用外，还可应用于 DVD、电视电话 等系统中。 采用这种方案的好处在于灵活性髙，能够支持多种视频编解码标准，而且相对节省带宽资源。 缺点：和其他两款芯片相比成本太高，主要用于设计中、高档的高清机顶盒。 STi5514+STi7020 解决方案 STi5514 是一个高集成度的单片标清机顶盒信源解码器芯片，同时具有强大的控制功能，可以配合 STi7020 实现高清晰度音视频解码。 它集成了一个高性能的 32 位 CPU、三个专用的 DVB 传输流解复用和解扰模块、一个 MPEG MP@ML 视频解码模块，一个多标准音频解码模块、一个数字视频编码器。 另外，它内置了 ATAPI 接口，可以和硬盘驱动器无缝连接，实现录放像和时移播放等功能。 它还集成了多种外设，如 SSC， ASC,红外等，可以实现条件接收，软件升级，遥控接收等功能。 ZR39680 解决方案 ZR39680 为卓然公司的单芯片解决方案。 它继承了 5个独立部件的功能，如视频解码、 HDMI接口、 EEE1394 及 LVDS 驱动和先进的视频处理引擎，以控制和驱动液晶显示屏 LCD、背投和等离子。 ZR39680 包括数字地面接收器、 ATSC 兼容的高清电视解码器，以及对单向数字电缆 (UDC)的更多 支持及一个 Cable Card 接口。 卓然的 ZR39680 设计方案具有成本较低的特点，但是这款芯片的功能相对 较弱，集成度也不高，扩展功能不如 STi5514 强，在一定程度上增加了成本。 本论文选择的方案 综上考虑各解决方案的优势与劣势，本系统采用了 STi5514 芯片。 虽然相对 于 BCM7401,速度、功能和兼容性都略逊一筹，但是，它仍然具备了高清接收机的所有功能 ,能够满足目前市场上大多数用户的需求 ,并且具有较高的性价比。 第六章 高清数字电视机顶盒信源解码板的设计 信源解码板的组成 信源解 码板主要由以下几部分组成： — 一机顶盒后端解码器主控芯片 — 一机顶盒后端解码器高清解码芯片 Flash SMI SDRAM EMI SDRAM (可选） LMIDDRSDRAM 硬盘 接口 用于节目数据库存储 ：负责接受前面板输入的信息，如：手动控制键盘、红外接收等。 接口：接 PC机进行软件升级。 信源解码板的主 控芯片是 STi5514，它负责： （ 1） 系统初始化和系统控制 ； （ 2） 将来自前端或 LVDS 板的 TS流解复用，并将 PES 流传给 STi7020； （ 3） 标清视频解码，数 /模转换 ； （ 4） 标清音频解码。 为了配合 STi5514 的运行，需要配备一定数量的外部存储器，用来缓存码流 流、解码帧、显示帧等，本系统使用了三片 SDRAM。 信源解码板启动时，需要从ROM中读取程序，加载到 SDRAM 中运行。 考虑到将来的软件升级，我们采用了可现场擦除与改写的 FLASH ROM 来固化系统软件。 ST15514 输出的视频信号 是己经过数 /模转换转换的模拟信号，经过放大滤 波后可以直接输出。 本系统可以输出 CVBS、 SVideo 两种视频信号。 音频解码后的数字信号通过外部 DAC 转变为模拟信号，再经过放大滤波处 理就可以输出。 此系统可以提供杜比 AC3 或 MPEG2音频输出。 另外，本系统还配备了 EEPROM，用于存储节目和频道信息。 提供了 RS232 接口，用于软件升级。 信 源解码板的另一核心芯片是 STi7020，它主要负责： （ 1） 多路视频（包括 HD、 SD)的解码 ； （ 2） — 路音频的解码及后处理； （ 3） 视 频后处理及数 /模转换。 图 611 STi5514系统功能框图 STi5514 芯片 概述 STi5514 本身是一个高度集成的单片标清机顶盒信源解码器芯片，是 STi55 12和 STi5518 的升级版本，同时它具有强大的控制功能，本系统中就用来控制STi7020 进行高清解码。 它集成了一个高性能的 32位 CPU,三个专用的 DVB 传输流 解 复用和解扰模块，一个具有先进的显示和图形性能的 MPEG2视频解码模块，一个支持杜比和 MPEG 的 音频解码模块，还有数字视频编码器和所有的典型低成本交互式接收机所需的系统外设。 内置 ATAPI接口可和标准硬盘驱动器无缝连接。 这样 STi5514 就可以实现实时电视录像、暂停和时移（ timeshifting)等功能。 通过智能卡接口可以实现条件接牧。 ST15514 与己经广泛使用的 STi5518 机顶盒解码器芯片软件兼容，软件可以很容易地在它们之间移植。 STi5514 的特点 32位的主控 CPU,频率可达 166MHz （ 1） 8 Kbytes 指令 Cache， 8 Kbytes 数据 Cache,和 8 Kbytes SRAM。 （ 1） 声道杜比 /MPEG2多声道解码， 3 X 2 通道 PCM输出 （ 2） IEC60958IEC61937 数字输出 （ 3） MPEG1层 层 MP3 解码 （ 1） 支持 MPEG2 MP@ML,超过两个标清视频解码的速度 （ 2） 可编程的水平和垂直的放大和缩小功能 （ 3） 平滑的快进和回放等特技模式 OSD (On Screen Display) （ 1） 每像素 2 到 8bits 可选 （ 2） 防闪烁、防跳动和防混淆滤波器 （ 1） lObitsDAC 支持 CVBS， Y/C, RGB 或 YUV 输出 SDRAM 存储器接口（ SMI) （ 1） 1个或 2 个 16Mbit，或一个 64Mbit 或一个 128Mbit 120MHz 16bit 宽 SDRAM 接口 （ EMI) （ 1） 可接 SDRAM、 SRAM、 FLASH、 MPX设备、外设等 （ 2） 6 个独立可配置的组 ， 支持 1 32bit 带宽 （ 3） 支持总线主模式和从模式。