基于中國數(shù)字地面廣播標準的數(shù)字電視一體機設(shè)計

硬件組成和功能
（一）主控芯片
HiDTVPRO-QX是泰鼎公司的最新一代SOC數(shù)字電視處理芯片。專門為 高清平板電視定制。HiDTVPRO-QX包含32位嵌入式CPU，2D圖形引擎 ，支持AC3，AAC，MP3的可編程聲音解碼器。包含UART，IR，USB2.0 ，SMARTCARD等標準I/O接口。有三路10位高速ADC，可接受VGA，色 差信號。并支持HDMI1.3協(xié)議?？芍С?00HZ倍頻輸出。
（二）聲音處理器
聲音處理器采用意法半導(dǎo)體公司的STV8357。STV8357是專門為主流 平板電視機而設(shè)計，采用單片解決方案，配備了檢測、解碼和處理 模擬音頻傳輸或含有多聲道內(nèi)容的數(shù)字音源進而驅(qū)動從增強型立體 聲到全5.1環(huán)繞聲的所有聲道所需的全部資源。
STV8357內(nèi)置一個高達100ms的音頻延時電路，無需外存就可以補償 平板電視機視頻處理延時。如果需100ms以上的延時，該系統(tǒng)產(chǎn)品還 支持使用外部延時電路。隨著平板電視機設(shè)計變得越來越薄，揚聲 器變得越來越小，機箱的聲學(xué)特性變得越來越差，基于這個原因， 新系列產(chǎn)品內(nèi)置一個高端數(shù)字信號處理器（DSP），為平板電視機提 供了非常出色的音頻補償功能。STV8357的數(shù)字輸出可以連接到數(shù)字 音頻放大器，組建一個純數(shù)字的音頻處理通道，為用戶提供音質(zhì)更 加出色的音頻體驗。因為支持最多5個模擬輸入，以及多達5.1個可 連接到模擬A/B類放大器或D類數(shù)字音頻放大器的模擬輸出，多功能 連接特性讓它成為模擬和數(shù)字平板電視機最理想的聲音處理器。
（三）高頻頭和信道解調(diào)芯片
1．高頻頭
高頻頭采用阿爾卑斯公司的TDQD3。該高頻頭可對應(yīng)地上數(shù)字廣播與 模擬廣播二種頻道。通過I2C總線，可以更改RF-AGC起始點。帶有節(jié) 省能源模式。通過采用特制集成電路，實現(xiàn)了寬廣的動態(tài)范圍和低 相位噪聲。
2．信道解調(diào)芯片
信道解調(diào)芯片采用凌訊科技的LGS-8913。它是一款采用了TDS-OFDM （時域同步正交頻復(fù)分用）調(diào)制技術(shù)的DMB-TH信道解調(diào)芯片，TDS- OFDM是中國數(shù)字電視地面廣播傳輸標準（GB20600-2006）的核心技 術(shù)。此芯片設(shè)計用于地面數(shù)字電視接收，支持高清及標清電視和其 它多媒體服務(wù)的廣播傳輸，適用于戶內(nèi)、戶外、固定及移動接收的 電視終端。LGS-8913芯片輸入由地面高頻頭和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）處 理后的數(shù)字信號，進行信道解調(diào)后輸出并行或串行的MPEG-2TS流。 完全支持中國數(shù)字電視地面廣播傳輸標準（GB20600-2006），支持 4QAM-NR、4QAM、16QAM、32QAM、64QAM調(diào)制方式，內(nèi)置10-bit模數(shù) 轉(zhuǎn)換器（ADC）。無需外部程序操作便可重獲丟失的信號，抑制脈沖 噪聲帶來的信號失鎖，快速捕獲時間，卓越的抗多徑干擾性能，最 大限度優(yōu)化各種狀態(tài)下的信號性能，如脈沖噪聲、多徑、衰落等。
3．HDMI切換芯片
HDMI切換芯片采用ParadeTechnologies的PS421。它支持四路 HDMI/DVI輸入至一路HDMI輸出?？梢院喕到y(tǒng)設(shè)計并降低成本。兼 容HDMI1.3a，速度可達2.25Gbps。支持UXGA，WUXGA和1080p， 8/10/12位deepcolor。支持CEC接口。
軟件設(shè)計實現(xiàn)
（一）操作系統(tǒng)選型
不同于以往的傳統(tǒng)電視，具有數(shù)字電視接收功能的一體機的軟件復(fù) 雜程度非常大。除了提供便捷的操作界面和對相關(guān)器件進行控制的 功能外，數(shù)字電視的TS傳送流的解復(fù)用、數(shù)據(jù)包的解析與重構(gòu)、節(jié) 目搜索、電子節(jié)目指南（EPG）的生成、音頻/視頻解碼處理、圖像 處理、GUI處理等，都需要由若干個軟件任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。同時，復(fù)雜 的軟件系統(tǒng)對內(nèi)存管理也提出了較高的要求。因此，傳統(tǒng)的由一個 主控程序來實現(xiàn)的電視控制軟件已經(jīng)遠遠不能滿足需求，需要引入 高性能的嵌入式操作系統(tǒng)。多任務(wù)和實時性是對一體機操作系統(tǒng)的 基本要求。同時考慮到軟件成本對整機成本的影響，Linux系統(tǒng)成為 首選對象。
HardhatLinux是MontaVista公司發(fā)布的一款面向各種嵌入式應(yīng)用的 Linux發(fā)布版本。HardhatLinux最大的優(yōu)勢在于:它解決了Linux在內(nèi) 核態(tài)不可被搶占的問題，開發(fā)了一種搶占式（Preemptible）的內(nèi)核 。MontaVista的解決方案是：
（1）MontaVista利用Linux自身所支持的實時能力，在Linux基礎(chǔ)上 僅對內(nèi)核做了一些很基本的改動，生成一個新的內(nèi)核包，成為一個 支持搶占式調(diào)度的內(nèi)核。在標準的2.6內(nèi)核（MontaVista2.4/2.6內(nèi) 核）中，采用了調(diào)度算法替換了標準2.4內(nèi)核中基于固定插入隊列的 算法，進程級應(yīng)答速度無論從平均水平還是最壞情況下都得到顯著 改善，實現(xiàn)了軟實時的調(diào)度效果。由于該方式是利用Linux自身所支 持的實時能力而沒有插入新的實時內(nèi)核，所以該內(nèi)核不會對原來的 API產(chǎn)生任何不良影響。
（2）MontaVista的調(diào)度模塊是完全“開放”的，并且符合GPL規(guī)定 的Linux模塊，該模塊能很好地進行進程選擇，從而消除前面所提到 的過于冗長的阻塞時間。
（3）MontaVista采用了比標準Linux更短的時間片，從而滿足了實 時性要求。
總之，通過上述解決方案，MontaVista的嵌入式Linux具有以下特點 ：
（1）提高了Linux系統(tǒng)響應(yīng)速度。
（2）無須采用“第二層內(nèi)核”，保留了標準Linux的API（應(yīng)用程序 接口）和基于線程的用戶編程模塊。
（3）可以自由設(shè)置實時進程的優(yōu)先權(quán)值。
（4）將時間片即調(diào)度間隔從原來的亞毫秒級減少到150微秒。
（二）軟件系統(tǒng)架構(gòu)
構(gòu)建于TridentHiDTVSOC平臺和MontaVistaLinux之上的數(shù)字電視一 體機的軟件構(gòu)架由應(yīng)用層，中間層，底層API和操作系統(tǒng)及驅(qū)動層四 部分構(gòu)成。
1．應(yīng)用層
應(yīng)用層主要實現(xiàn)人機交互菜單界面（OSD）和基本的電視設(shè)置接口。 電子節(jié)目指南（EPG）是數(shù)字電視功能中非常重要的應(yīng)用功能。臺標 （ChannelBanner）是在用戶切換節(jié)目頻道時向用戶顯示當前節(jié)目的 相關(guān)信息以及下一頻道的相關(guān)信息。CA界面則給用戶提供條件接收 服務(wù)的操作接口。
2．中間層
該層包含兩個基本的開發(fā)包，即提供電視基本控制功能的TVToolkit 和提供圖形用戶界面的GUIToolkit。應(yīng)用層軟件正是基于該層軟件 提供的統(tǒng)一接口進行開發(fā)的。該層的作用是給上層軟件提供一個透 明的驅(qū)動層接口，如果外圍器件發(fā)生改變，則僅需要更新相應(yīng)器件 的驅(qū)動程序，而無須改動上層軟件。
3．低層API
提供基本的音視頻接口，基本的通信協(xié)議棧接口，基本的外圍器件 接口和基本的圖形引擎接口等。
4．操作系統(tǒng)及驅(qū)動層
該層提供嵌入式Linux核、HiDTV片上器件以及片外器件的驅(qū)動程序 。同時該層實現(xiàn)用于系統(tǒng)自啟動和程序裝載的Bootloader程序。
結(jié)束語
符合中國數(shù)字地面廣播標準的數(shù)字電視一體機是一個新生的產(chǎn)品技 術(shù)，處于研究開發(fā)和初步推廣階段。各主要芯片廠商和整機設(shè)計廠 商都在積極規(guī)劃自己的產(chǎn)品路線，并推出配套開發(fā)方案。本文采用 基于泰鼎公司SOC的一體機設(shè)計方案，相對而言BOM成本是比較低的 ，因而具有較高的性價比。