DVB—C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

【摘 "要】本文介紹了一個(gè)DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)的完整設(shè)計(jì)過(guò)程，包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和教學(xué)設(shè)計(jì)，可以作為電子聲像技術(shù)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電視和機(jī)頂盒相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐教學(xué)設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】DVB-C "機(jī)頂盒 "教學(xué)平臺(tái)

【中圖分類號(hào)】G642 " " " "【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A " " " " 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）30-0033-02

一 概述

隨著數(shù)字處理、計(jì)算機(jī)及圖像壓縮等科技技術(shù)的飛速發(fā)展，廣播電視走入了數(shù)字電視發(fā)展的新時(shí)代。國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)（CCIR）對(duì)數(shù)字分量演播室編碼參數(shù)規(guī)范Rec.601和數(shù)字分量演播室視頻信號(hào)接口規(guī)范Rec.605標(biāo)準(zhǔn)的提出，極大地推動(dòng)了數(shù)字電視的發(fā)展。

我國(guó)的電視以有線電視為主，近年大力發(fā)展了數(shù)字有線電視。我國(guó)數(shù)字電視廣播采用歐洲的DVB標(biāo)準(zhǔn)，在廣電局的極力推廣下，目前已在全國(guó)各省市級(jí)電視臺(tái)全面施行，各種付費(fèi)影視頻道、有線數(shù)字廣播節(jié)目以及多種增值業(yè)務(wù)已是鋪天蓋地。

在這樣一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景下，需要一大批數(shù)字電視機(jī)頂盒的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)的專業(yè)技術(shù)人才，電子信息類高職高專需要培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)要求的高級(jí)技術(shù)型人才，很多院校都設(shè)置了電子聲像技術(shù)專業(yè)。電子聲像技術(shù)專業(yè)通常開(kāi)設(shè)諸如數(shù)字視頻廣播技術(shù)、數(shù)字電視實(shí)訓(xùn)、數(shù)字電視機(jī)頂盒測(cè)試與維修等專業(yè)課程，課程的學(xué)習(xí)中必須具備一定的教學(xué)環(huán)境，擁有相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)設(shè)備，數(shù)字電視機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)成為其中必備的教學(xué)設(shè)備。由于我國(guó)采用的是歐洲的DVB-C標(biāo)準(zhǔn)，本文就設(shè)計(jì)了一個(gè)DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)。

二 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)分為信道部分和信源部分兩大部分電路，如圖1所示。機(jī)頂盒嵌入式芯片設(shè)計(jì)公司主要有ST、Philips、LSI Logic、富士通等，它們的芯片和方案各有所長(zhǎng)。這里我們選用ST公司的方案，CPU采用Sti5119芯片，ST公司的Sti5119采用OS20實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，CPU為ST 20C2+32位處理器，具有支持多任務(wù)、內(nèi)核管理、進(jìn)程調(diào)度和任務(wù)優(yōu)先級(jí)等實(shí)時(shí)特性。

圖1 "教學(xué)平臺(tái)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

信道部分電路的主要功能是將有線電視網(wǎng)絡(luò)傳送過(guò)來(lái)的高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)諧器降為中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大后將信號(hào)送給QAM解調(diào)芯片完成解調(diào)。信道部分通常都用一體化高頻頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如Thomson、LG、Philip等品牌的高頻頭。國(guó)內(nèi)也有幾家高頻頭廠商的產(chǎn)品在市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用，如旭光、塔能等。

高頻頭可以接收48～860MHz的高頻信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換到用戶所需的中頻頻帶上，經(jīng)過(guò)一個(gè)表面聲波濾波器（SAW Filter）和中頻放大器，將降頻后的中頻信號(hào)傳送給QAM解調(diào)芯片進(jìn)行解調(diào)。QAM解調(diào)芯片內(nèi)集成了A/D轉(zhuǎn)換、賴奎斯特濾波處理、載波恢復(fù)、均衡、解交織和R-S、FEC解碼等功能。

信源部分電路的主要功能是將高頻頭解調(diào)出來(lái)的TS流進(jìn)行解復(fù)用、MPEG-2解碼、視頻編碼、音頻D/A轉(zhuǎn)換。QAM解調(diào)器完成信道解碼，從載波中分離出包含音、視頻和其他數(shù)據(jù)信息的傳輸流（TS）。傳輸流中一般包含多個(gè)音、視頻流和數(shù)據(jù)信息。解復(fù)用器用來(lái)區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的音頻流、視頻流和數(shù)據(jù)流。解復(fù)用模塊中包含一個(gè)解擾引擎，可在傳輸流層和PES層對(duì)加擾的數(shù)據(jù)進(jìn)行解擾，其輸出的是已解擾的PES。視頻PES流送入視頻解碼模塊，取出MPEG視頻數(shù)據(jù)，并對(duì)MPEG視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，輸出到PAL/ NTSC視頻編碼器，編碼成模擬信號(hào)經(jīng)視頻輸出電路輸出。音頻PES流送入音頻解碼模塊，取出MPEG音頻數(shù)據(jù)，并對(duì)MPEG音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到PCM解碼器，PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號(hào)，經(jīng)音頻輸出電路輸出。經(jīng)Sti5119處理后的視頻信號(hào)和音頻信號(hào)分別進(jìn)行放大和濾波后送入電視機(jī)的AV接口呈現(xiàn)圖像和聲音。

在教學(xué)平臺(tái)的硬件電路設(shè)計(jì)中要特別注意各部分教學(xué)測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置，比如RF信號(hào)、TS流信號(hào)、復(fù)合視頻信號(hào)、音頻PCM信號(hào)、音頻信號(hào)、CPU的時(shí)鐘與復(fù)位、SDRAM的時(shí)鐘、Flash的復(fù)位信號(hào)、智能卡（SMART）板信號(hào)、紅外遙控、網(wǎng)絡(luò)接口等等，以方便學(xué)習(xí)時(shí)測(cè)量使用。

三 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)的功能要求能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作，因此其嵌入式軟件系統(tǒng)必須具備操作系統(tǒng)。機(jī)頂盒的操作系統(tǒng)主要有LSI Logic公司的pSOSystem實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和ST公司的OS20實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。我們采用的是ST公司的方案，所以采用OS20操作系統(tǒng)。

OS20是一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，專門(mén)用來(lái)設(shè)計(jì)嵌入式微處理器。它提供了一個(gè)基于開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的、徹底的多任務(wù)環(huán)境。OS20系統(tǒng)采用的是模塊化的結(jié)構(gòu)，圍繞著OS20實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，集成了基于標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的、絕對(duì)編碼獨(dú)立的各種功能軟件模塊。標(biāo)準(zhǔn)的模塊結(jié)構(gòu)使它們一方面可以不用進(jìn)行絲毫改變就可被不同的程序所調(diào)用，另一方面也減少了用戶的維護(hù)工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

圖2 "DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)圖

DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個(gè)軟件系統(tǒng)分為三層：應(yīng)用層、DVB數(shù)據(jù)廣播規(guī)范層和系統(tǒng)層。其中系統(tǒng)層包括MPEG-2解碼芯片、網(wǎng)絡(luò)接口、內(nèi)存等硬件資源及管理這些硬件的嵌入式操作系統(tǒng)（RTOS），OS向上為DVB數(shù)據(jù)廣播規(guī)范層提供一些底層的系統(tǒng)服務(wù)，如碼流過(guò)濾、設(shè)置中斷處理函數(shù)等。對(duì)于每種具體應(yīng)用，都利用DVB數(shù)據(jù)廣播規(guī)范層提供的通用API，選擇合適的數(shù)據(jù)組織和傳輸方式。

在設(shè)計(jì)好DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)硬件平臺(tái)后，需要設(shè)計(jì)嵌入式軟件才能使機(jī)頂盒正常工作。軟件設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用層軟件的設(shè)計(jì)，其中要注意應(yīng)用層與系統(tǒng)層的關(guān)系。

在軟件設(shè)計(jì)中我們要注意將應(yīng)用層開(kāi)放，以便于設(shè)置軟件教學(xué)點(diǎn)，比如開(kāi)機(jī)畫(huà)面、OSD菜單類型和控制、搜索節(jié)目、頻道編輯、音量控制等。

四 教學(xué)方案設(shè)計(jì)

我們?cè)O(shè)計(jì)的DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)配置于數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)室中，可以用于多門(mén)與數(shù)字電視技術(shù)有關(guān)的課程教學(xué)，比如數(shù)字視頻廣播技術(shù)、數(shù)字電視技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以及數(shù)字電視實(shí)訓(xùn)課程、數(shù)字電視機(jī)頂盒測(cè)試與維修課程等。

運(yùn)用DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)各門(mén)課程的需要，我們可以按照學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和認(rèn)知習(xí)慣由淺入深地設(shè)計(jì)如下的一些實(shí)驗(yàn)方案：機(jī)頂盒的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、使用遙控器或鍵盤(pán)配置調(diào)整機(jī)頂盒的實(shí)驗(yàn)、射頻信號(hào)強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用機(jī)頂盒的開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用軟件下載實(shí)驗(yàn)、數(shù)字信號(hào)的認(rèn)識(shí)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)、機(jī)頂盒的OSD及一些播放功能軟件開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)、音視頻模擬信號(hào)及接口認(rèn)識(shí)與處理實(shí)驗(yàn)、機(jī)頂盒的電磁兼容性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)、機(jī)頂盒的節(jié)目搜索和頻道編輯軟件開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、機(jī)頂盒的維修等。

五 結(jié)論

本設(shè)計(jì)研制了一個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)，采用ST公司生產(chǎn)的基于OS20實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的32位VL-RISC CPU（Sti5119）機(jī)頂盒芯片，完成數(shù)字電視信號(hào)的解復(fù)用、解碼以及視頻的編碼和音頻的D/A轉(zhuǎn)換。

設(shè)計(jì)的DVB-C機(jī)頂盒教學(xué)平臺(tái)除了能完成普通機(jī)頂盒對(duì)數(shù)字電視節(jié)目、電子節(jié)目指南、數(shù)據(jù)廣播的接收功能以外，還能方便設(shè)置各種教學(xué)方案。

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕、汪二款〕