引言

在我國(guó),，數(shù)字電視節(jié)目在許多省市已經(jīng)開始試播,，由于用戶端使用的基本都是模擬電視機(jī),，無法接收數(shù)字信號(hào)，因此需要一種接收裝置來?yè)?dān)當(dāng)二者之間的橋梁,，這就是機(jī)頂盒（Set Top Box,，簡(jiǎn)稱STB）。它是一種擴(kuò)展電視機(jī)功能的一種新的家用電器,。它可以把衛(wèi)星直播數(shù)字電視信號(hào),、地面數(shù)字電視信號(hào)、有線電視網(wǎng)數(shù)字信號(hào)甚至互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電視機(jī)可以接收的信號(hào),，使現(xiàn)有的模擬電視機(jī)用戶也能分享數(shù)字化革命帶來的科技成果,。文中主要介紹筆者開發(fā)的基于DVB-C的有線數(shù)字電視機(jī)頂盒。

DVB-C 數(shù)字機(jī)頂盒" title="數(shù)字機(jī)頂盒">數(shù)字機(jī)頂盒的硬件設(shè)計(jì)

LSI 2005 主芯片介紹

DVB-C 數(shù)字機(jī)頂盒采用LSI Logic 公司的SC2005 作為主芯片,。SC2005 采用最新的1.27mmPBGA 封裝,，將LSIL641x8 傳輸譯碼器和L64105MPEG-2 音視頻解碼器集成在一塊芯片里，集成度高,，內(nèi)置工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Tiny RISC108MHz MIPS CPU,，5 層圖形引擎，DMA 控制器,，以及統(tǒng)一的OSG 存儲(chǔ)器和A／V 存儲(chǔ)器,；集成有多標(biāo)準(zhǔn)的編碼器、可獨(dú)立編程的視頻DAC,，音頻DAC,。

SC2005 接收來自信道解碼器的TS 流后，送到內(nèi)部的L641x8 模塊中,，由L641x8 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解復(fù)用,，形成音頻和視頻PES 分組數(shù)據(jù)，通過A／V 接口輸出給L64105MPEG-2 解碼器進(jìn)行解碼,。L64105 將PES 分組進(jìn)行解碼,，輸出數(shù)字視頻和數(shù)字音頻信號(hào)各兩組。一組數(shù)字視頻和一組數(shù)字音頻信號(hào)直接輸出,。另外一組數(shù)字視頻信號(hào)送到視頻編碼器中，被轉(zhuǎn)換成全電視信號(hào)(CVBS)或S 端子信號(hào)(Y／C),，經(jīng)過外部低通濾波后,，便可直接送到電視機(jī)中。另一路數(shù)字音頻信號(hào)送到音頻DAC 中,，轉(zhuǎn)換成立體聲模擬信號(hào),，經(jīng)外部低通濾波后輸出。

SC2005 提供了多種外圍設(shè)備接口,，包括兩個(gè)UART 接口,、兩個(gè)智能卡接口,、I2C 接口、IEEEl284接口,、紅外接口,、圖文電視接口、通用I／O 控制以及調(diào)制解調(diào)器接口,。通過這些接口,，SC2005 可以和多種外圍設(shè)備相連，其功能更加強(qiáng)大,。另外,，SC2005 還有一個(gè)硬盤接口，可以將節(jié)目下載到硬盤中,，以后再看,。

DVB-C 機(jī)頂盒的硬件總體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)有線數(shù)字機(jī)頂盒的功能，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上要達(dá)到以下要求：

（1）接收CATV 網(wǎng)絡(luò)上110MHz～855MHz頻率范圍內(nèi)的射頻信號(hào),，并轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào),。

（2）實(shí)現(xiàn)QAM 解調(diào)制功能，將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)為數(shù)字基帶信號(hào),。

（3）完成信道解碼處理,，實(shí)現(xiàn)前向糾錯(cuò)功能。

（4）完成TS 傳送流解復(fù)用,、MPEG-2 解碼功能,，并且能夠?qū)崿F(xiàn)電視信號(hào)解碼和音頻DAC 功能，輸出符合要求的模擬音視頻信號(hào),。

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以上所有功能,，設(shè)計(jì)總框圖如圖1 所示。


圖1 SC2005 機(jī)頂盒系統(tǒng)總框圖

系統(tǒng)組成部分功能介紹

1,、數(shù)字高頻頭：接收CATV電纜上的射頻信號(hào),，由高頻頭電路將射頻信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)，并將中頻信號(hào)送到內(nèi)部得解調(diào)制芯片,，由解解調(diào)制芯片完成QAM解調(diào)制及FEC前向糾錯(cuò)芯片,，而后以并行或串行方式送出TS(傳送流信號(hào))。

2,、SC2005：LSI logic公司的傳送流處理芯片,。

3、CPU_SDRAM：提供SC2005內(nèi)嵌CPU運(yùn)行時(shí)所需要的存儲(chǔ)空間,。

4,、AV_SDRAM：提供SC2005內(nèi)部MPEG解碼器對(duì)PES流進(jìn)行處理時(shí)所需的存儲(chǔ)空間。

5,、BOOT_FLASH:存放系統(tǒng)BOOT程序,、引導(dǎo)系統(tǒng)正常啟動(dòng),。

6、SYS_FLASH:存放系統(tǒng)工作軟件,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,。

7、串口：串口模塊電路對(duì)SC2005的串行I/O口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,，提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口,，提供RS232調(diào)測(cè)接口。

8,、SMARTCARD:實(shí)現(xiàn)授權(quán),、加密、收費(fèi)等功能,。

9,、用戶接口：提供給用戶簡(jiǎn)單得輸出、輸入接口,，如系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示接口,、按鍵接口、遙控接口等,。

10,、USB：提供給用戶一個(gè)USB 1.1兼容的接口，最高數(shù)據(jù)率12Mb/s,；可以用于支持U盤,，保存節(jié)目或者播放U盤上的節(jié)目。

11,、IDE：提供給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IDE 接口,。掛接硬盤后可以用來實(shí)現(xiàn)保存節(jié)目或者播放硬盤上的節(jié)目。

DVB-C 數(shù)字機(jī)頂盒的軟件設(shè)計(jì)

DVB-C 機(jī)頂盒的軟件總體設(shè)計(jì)

DVB-C 機(jī)頂盒軟件實(shí)現(xiàn)方案基于穩(wěn)定性,、可靠性和可擴(kuò)展性的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),，所有軟件系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到功能完備，使用簡(jiǎn)便和便于擴(kuò)充幾個(gè)特性,。跟據(jù)上述分析,，機(jī)頂盒軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

 
圖2 機(jī)頂盒軟件模塊層次圖

整個(gè)機(jī)頂盒軟件的結(jié)構(gòu)采取開放式的模塊化結(jié)構(gòu),。其中硬件抽象層可以增加軟件的硬件無關(guān)性,；操作系統(tǒng)抽象層用于實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)層的可移植性，以支持多種RTOS,；中間件移植層用于各種商業(yè)化的中間件軟件的移植,。從底下往上看,，整個(gè)體系從硬件層到應(yīng)用層分為以下幾個(gè)層次：

1,、硬件抽象層：通過提煉一些硬件操作的特性,，將一些與硬件相關(guān)緊密的操作抽象出來，從而將操作系統(tǒng)和硬件層分開,，這使得BSP 和Driver的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔,，有利于提高軟件的可重用性和易移植性。

2,、BSP 層：用于將引導(dǎo)操作系統(tǒng),，對(duì)操作系統(tǒng)提供板級(jí)支持。同時(shí)提供一些近設(shè)備的驅(qū)動(dòng),。

3,、操作系統(tǒng)及硬件驅(qū)動(dòng)層：提供操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件驅(qū)動(dòng)。操作系統(tǒng)主要提供內(nèi)存管理,、任務(wù)調(diào)度,、時(shí)鐘管理、資源共享和互斥等功能,。硬件驅(qū)動(dòng)層在操作系統(tǒng)和硬件抽象層的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng),。

4、中間件：是一種將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng),、硬件細(xì)節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境,，通常它都是由一些虛擬機(jī)器構(gòu)成的，如HTML 虛擬機(jī),、JavaScript 虛擬機(jī),、MHEG-5 虛擬機(jī)、Java 虛擬機(jī)等,。這使得應(yīng)用不依賴于特定的硬件平臺(tái),。著名的中間件提供商有：OpenTV 和Canal+。

5,、DVB引擎：實(shí)現(xiàn)DVB/DAVIC 協(xié)議的解析,。包括MPEG2 解碼器、SI 引擎和DSM-CC 數(shù)據(jù)接口,。

6,、應(yīng)用層。建立在上述各個(gè)模塊的基礎(chǔ)上的應(yīng)用程序片,。包括：頻道管理,、系統(tǒng)自檢、電子節(jié)目導(dǎo)航,、軟件下載與升級(jí)管理和家長(zhǎng)控制等模塊,。

操作系統(tǒng)的選型

機(jī)頂盒作為一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)，對(duì)其操作系統(tǒng)有更高的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性要求,，一般選用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng),，這里我們選用uCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)：一個(gè)源碼公開,、可移植、可固化,、可裁剪,、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。由于uCOS-Ⅱ?qū)儆陂_放源碼操作系統(tǒng),，所以開發(fā)包投入可以免除,，而且去了版稅。同時(shí)該操作系統(tǒng)在工業(yè)控制,，消費(fèi)電子和國(guó)防等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,，實(shí)踐證明該操作系統(tǒng)在穩(wěn)定性和可用性上是完全適合在本方案中是選用的。

uCOS-Ⅱ內(nèi)核精簡(jiǎn),，效率高,，對(duì)存儲(chǔ)器和內(nèi)存的需求低，對(duì)于降低系統(tǒng)成本有利,。此外,，uCOS-Ⅱ所有源代碼都公開，而且很多著名科研機(jī)構(gòu)包括大學(xué),、研究所都對(duì)該操作系統(tǒng)進(jìn)行了支持,，提供了大量的已經(jīng)經(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證的軟件包，這對(duì)于開發(fā)人員來說很便利,，有利于加快開發(fā)進(jìn)度,。

結(jié)束語

數(shù)字電視機(jī)頂盒是模擬電視機(jī)向數(shù)字電視機(jī)過渡的最佳解決方案。數(shù)字電視機(jī)頂盒是未來家庭必備的多媒體信息終端,，使用數(shù)字電視機(jī)頂盒的有線電視用戶,，可以享受電視、數(shù)據(jù),、話音等全方位的信息服務(wù),。隨著數(shù)字技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,，數(shù)字電視機(jī)頂盒的功能將逐步得到完善,。