基于STi5518的單片數(shù)字電視接收系統(tǒng)

王忠誠(chéng)

（湖南懷化商業(yè)學(xué)校 電子教研室，湖南 懷化 418000）

1 數(shù)字電視的編碼與解碼

1.1 數(shù)字電視的編碼

數(shù)字電視節(jié)目是由圖像信號(hào)、伴音信號(hào)及輔助信號(hào)（如圖文信號(hào)和其他業(yè)務(wù)信號(hào)等）構(gòu)成的。為了將這些信號(hào)傳送出去，必須對(duì)它們進(jìn)行編碼處理，整個(gè)編碼過(guò)程分為信源編碼和信道編碼。信源編碼是對(duì)原始的數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行編碼，其主要目的是壓縮數(shù)據(jù)[1-2]。信源編碼包含3個(gè)過(guò)程，即數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)打包和復(fù)用處理，最終形成傳輸流（又稱(chēng)TS流）信號(hào)，信源編碼模型如圖1所示。信道編碼是對(duì)TS流信號(hào)進(jìn)行編碼，使其符合傳輸要求，其主要目的是提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴Ｐ诺谰幋a也包含3個(gè)過(guò)程，即糾錯(cuò)編碼、基帶形成和調(diào)制處理，信道編碼模型如圖2所示。當(dāng)采用有線(xiàn)傳輸時(shí)，調(diào)制方式為正交幅度調(diào)制（即QAM方式）；采用衛(wèi)星傳輸時(shí)，調(diào)制方式為相移鍵控調(diào)制（即QPSK方式）。

1.2 數(shù)字電視的解碼

在接收端，為了還原出原始的數(shù)字電視信號(hào)，就必須對(duì)編碼后的信號(hào)進(jìn)行解碼處理，解碼時(shí)先進(jìn)行信道解碼，再進(jìn)行信源解碼。信道解碼的任務(wù)是解調(diào)出TS流信號(hào)，信源解碼的任務(wù)是將TS流信號(hào)還原成壓縮前的數(shù)字信號(hào)。

在數(shù)字電視接收系統(tǒng)中，信源解碼要比信道解碼復(fù)雜得多。信道解碼常由一塊大規(guī)模芯片擔(dān)任，該芯片與調(diào)諧電路組裝在一起，再用金屬盒屏蔽起來(lái)，形成一個(gè)封閉式的組件，稱(chēng)為調(diào)諧解調(diào)器[3]。信源解碼常由一塊超大規(guī)模芯片來(lái)完成，這個(gè)芯片是系統(tǒng)的核心電路，常稱(chēng)它為主芯片。完整的數(shù)字電視接收系統(tǒng)必須包含調(diào)諧解調(diào)器、主芯片、控制電路（即CPU）和電源模塊，如圖3所示。

隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了帶CPU的主芯片，用這種芯片可以構(gòu)成單片數(shù)字電視接收系統(tǒng)，從而使數(shù)字電視接收系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)單，更加經(jīng)濟(jì)。目前，帶CPU的數(shù)字電視主芯片很多，如STi5518，STB01001，MB87L2250等，本文以STi5518為例來(lái)分析單片有線(xiàn)數(shù)字電視接收系統(tǒng)，這種系統(tǒng)廣泛用于有線(xiàn)數(shù)字電視機(jī)頂盒。

2 STi5518介紹

STi5518是意法半導(dǎo)體（ST）公司推出的數(shù)字電視信源解碼器，主要任務(wù)是完成信源解碼和系統(tǒng)控制。該芯片共208個(gè)引腳，采用PQFP封裝方式，它內(nèi)部集成了MPEG-2音視頻解碼器和1個(gè)嵌入式CPU。STi5518芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.1 內(nèi)部硬件環(huán)境

內(nèi)置速度達(dá)81 MHz的32位嵌入式CPU（ST20C2+）。內(nèi)置存儲(chǔ)器子系統(tǒng)，包含2 kbyte的高速緩沖存儲(chǔ)器、2 kbyte的動(dòng)態(tài)緩沖存儲(chǔ)器和4 kbyte的SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）。內(nèi)置外設(shè)接口，具有2個(gè)UART（通用異步收發(fā)器）接口、2個(gè)Smart卡（智能卡）接口、1路I2C總線(xiàn)控制器。設(shè)有44位可編程I/O端口；具有遙控功能。前端電路中設(shè)有TS流解復(fù)用器，支持并行/串行輸入方式。內(nèi)置音視頻解碼器，支持MPEG-2多聲道解碼和MP3解碼；視頻解碼器支持MPEG-1和MPEG-2圖像解碼。內(nèi)置視頻編碼器，兼容PAL/NTSC/SECAM編碼方式，支持RGB（三基色信號(hào)）、CVBS（全電視信號(hào)）、Y/C（亮度/色度分離信號(hào)）和YUV（亮度色差信號(hào)）輸出方式。

2.2 軟件功能

STi5518具有很強(qiáng)的軟件編程能力，其上所有的I/O端口的功能都能通過(guò)編程進(jìn)行設(shè)定。它還具有很強(qiáng)的軟件管理和軟件運(yùn)行能力，在外部Flash存儲(chǔ)器（快閃存儲(chǔ)器）的配合下，可預(yù)置操作系統(tǒng)、控制選單、開(kāi)機(jī)廣告、短信平臺(tái)等。運(yùn)營(yíng)商還可通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)，新程序?qū)懭朐贔lash存儲(chǔ)器中，通過(guò)升級(jí)，可使系統(tǒng)功能與時(shí)俱進(jìn)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于STi5518的單片有線(xiàn)數(shù)字電視接收系統(tǒng)如圖5所示。開(kāi)機(jī)后，外部Flash存儲(chǔ)器中的程序被調(diào)入到主芯片內(nèi)部的動(dòng)態(tài)緩沖存儲(chǔ)器中，操作系統(tǒng)開(kāi)始工作，進(jìn)行各種系統(tǒng)初始化。接著，根據(jù)E2PROM內(nèi)的控制信息對(duì)調(diào)諧解調(diào)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使調(diào)諧解調(diào)器工作于上次關(guān)機(jī)前的頻道上。同時(shí)，主芯片中的嵌入式CPU對(duì)節(jié)目數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，若有TS流，則進(jìn)行解復(fù)用、MPEG-2解碼等處理。若是加密節(jié)目，則首先從Smart卡中讀出個(gè)人分配密鑰（PDK），利用PDK來(lái)完成解密任務(wù)。

3.1 調(diào)諧解調(diào)器

調(diào)諧解調(diào)器主要完成選臺(tái)、高頻放大、混頻、中頻放大、QAM解調(diào)、信道解碼等任務(wù)。RF（射頻）信號(hào)進(jìn)入調(diào)諧解調(diào)器后，先由RF分路器處理，將RF信號(hào)平均分成兩路，一路送出機(jī)外，另一路經(jīng)高放、混頻、中放處理后送到QAM解調(diào)及信道解碼電路，最后獲得TS流信號(hào)。調(diào)諧解調(diào)器上設(shè)有I2C總線(xiàn)接口，CPU通過(guò)I2C總線(xiàn)來(lái)控制調(diào)諧過(guò)程及解調(diào)過(guò)程。

3.2 信源解碼

TS流進(jìn)入STi5518后，先進(jìn)行解復(fù)用和解密處理，再進(jìn)行MPEG-2視頻解碼和音頻解碼，將視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)恢復(fù)成壓縮前的模樣。解碼后的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)存儲(chǔ)器接口存入到外部SDRAM（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）中，再按實(shí)際播放順序讀出，然后經(jīng)PAL/NTSC編碼器進(jìn)行編碼處理和D/A變換處理，獲得模擬視頻信號(hào)，經(jīng)視頻放大后輸出。視頻信號(hào)共有4種輸出方式，即RGB方式、CVBS方式、Y/C方式及YUV方式，實(shí)際應(yīng)用中一般采用CVBS方式和Y/C方式。解碼后的音頻信號(hào)以DATA（數(shù)據(jù)）、LRCK（左右時(shí)鐘）及BCK（位時(shí)鐘）形式輸出，送到外部音頻D/A變換器，轉(zhuǎn)化為R和L兩路模擬音頻信號(hào)，再經(jīng)放大后輸出。

3.3 外部存儲(chǔ)器子系統(tǒng)

STi5518外部一般須配三種存儲(chǔ)器。第一種是SDRAM，它用作緩沖存儲(chǔ)器和幀存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量一般為64 Mbyte以上，數(shù)據(jù)寬度一般為16 bit。存入時(shí)，按照解碼順序存入；讀出時(shí)，按照實(shí)際播放順序讀出。第二種是Flash存儲(chǔ)器，它用作程序存儲(chǔ)器，提供軟件的存儲(chǔ)空間、運(yùn)行空間和解復(fù)用所需的空間。Flash存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度一般為32 bit，容量一般為16 Mbyte。第三種是E2PROM（電可改寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器），它用來(lái)存儲(chǔ)頻道信息（如波段碼、分頻碼等）和節(jié)目控制信息等。E2PROM的數(shù)據(jù)寬度一般為8 bit或16 bit，容量一般在4 kbyte以上。

3.4 授權(quán)管理子系統(tǒng)

目前，有線(xiàn)電視皆為收費(fèi)電視，只有受權(quán)用戶(hù)才能收看，未經(jīng)受權(quán)的用戶(hù)無(wú)法收看，這一管理是依靠主芯片內(nèi)部Smart卡接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在Smart卡接口電路外部設(shè)有Smart卡讀卡電路，Smart卡是電視運(yùn)營(yíng)商發(fā)放的，其上存有授權(quán)管理信息（授權(quán)密鑰）。每次開(kāi)機(jī)后，CPU都要讀取Smart卡上的授權(quán)管理信息，并以此對(duì)節(jié)目進(jìn)行解密，使付費(fèi)用戶(hù)能夠正常收看。

3.5 控制子系統(tǒng)

由于STi5518內(nèi)含嵌入式CPU，依靠這個(gè)CPU可以完成整機(jī)控制。嵌入式CPU通過(guò)1個(gè)接口電路與控制面板相連?？刂泼姘迳铣ＴO(shè)置有鍵盤(pán)、顯示電路及紅外接收器。鍵盤(pán)一般由數(shù)個(gè)按鍵組成，如“選單”鍵、“節(jié)目增”鍵、“節(jié)目減”鍵、“音量增”鍵、“音量減”鍵等。顯示電路由顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，顯示屏用來(lái)顯示節(jié)目序號(hào)等信息。顯示屏一般由“8”字型7段數(shù)碼管構(gòu)成。

3.6 供電系統(tǒng)

STi5518采用+3.3 V，+2.5 V電壓供電，其他電路采用+5.0 V電壓供電，因此電源模塊必須輸出這3種電壓。為了提高電源效率和性能，電源模塊必須采用開(kāi)關(guān)電源，且安裝在另一獨(dú)立的電路板上。

4 小結(jié)

STi5518功能強(qiáng)大、集成度高、性能穩(wěn)定可靠，用它來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字電視接收系統(tǒng)能極大地提高產(chǎn)品的性能。STi5518還具有非常靈活的應(yīng)用特性，若將它與QAM調(diào)諧解調(diào)器配合使用，就能構(gòu)成有線(xiàn)數(shù)字電視接收系統(tǒng)；若將它與QPSK調(diào)諧解調(diào)器配合使用，就能構(gòu)成衛(wèi)星數(shù)字電視接收系統(tǒng)，因而STi5518具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 魯業(yè)頻，袁宗文，任玲芝.有線(xiàn)與衛(wèi)星數(shù)字電視接收實(shí)踐與思考[J].電視技術(shù)，2008，32（8）：93-94.

[2] 王勁濤，長(zhǎng)勇，楊抒文.中國(guó)地面數(shù)字電視廣播信道編碼調(diào)制芯片介紹[J].電視技術(shù)，2009，33（7）：22-23.

[3] 王忠誠(chéng).彩色/數(shù)字電視機(jī)輕松入門(mén)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.