ATSC制數(shù)字電視機(jī)頂盒研究

數(shù)據(jù)隨機(jī)化，碼率仍然是19．39Mbps。隨機(jī)化后數(shù)據(jù)送入t＝10（207，187）的RS編碼器，每個(gè)TS包增加20校驗(yàn)字節(jié)，包長(zhǎng)度為208字節(jié)，碼率上升為21．52Mbps。然后又通過(guò)（208

，52）的卷積交織器，可以抵御長(zhǎng)度相當(dāng)于4ms的突發(fā)干擾。在格狀編碼之前還通過(guò)一個(gè)12符號(hào)交織器。格狀編碼采用2／3模式，即每?jī)蓚€(gè)比特輸入形成3比特輸出，此時(shí)碼率升為

35．28Mbps。映射處理將每3比特?cái)?shù)據(jù)映射到一個(gè)8電位符號(hào)，每個(gè)符號(hào)相當(dāng)于映射前的3比特，格狀編碼前的2比特。插入段同步、場(chǎng)同步后，便組裝成為數(shù)據(jù)幀。每一數(shù)據(jù)幀包括

兩個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)；每一數(shù)據(jù)場(chǎng)由313個(gè)數(shù)據(jù)段組成，其中第一個(gè)數(shù)據(jù)段作為該場(chǎng)的同步；每個(gè)數(shù)據(jù)段又由832個(gè)8電位符號(hào)組成，其中開(kāi)始4個(gè)符號(hào)作為該段的同步。于是形成了符號(hào)率為

10．76Msym／s的數(shù)據(jù)流，由于一個(gè)符號(hào)表示2bit，所以比特率相當(dāng)于21．52Mbps，除去同步開(kāi)銷(xiāo)和檢錯(cuò)冗余，凈比特率為19．28Mbps。
3　機(jī)頂盒系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1　數(shù)字電視機(jī)頂盒系統(tǒng)構(gòu)成
　　ATSC制機(jī)頂盒系統(tǒng)可分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊：前端信道解調(diào)和后端信源解碼。前端和后端接口的數(shù)據(jù)格式是TS碼流。前端部分主要完成高頻下變換和8VSB信道解調(diào)，并輸出

TS流；后端部分實(shí)現(xiàn)TS流的解復(fù)用，并將視頻和音頻的ES／PES流分別送入相應(yīng)的音視頻解碼器，最終輸出視頻和音頻信號(hào)。系統(tǒng)的整體控制部分由后端的主控CPU負(fù)責(zé)，包括I2C總

線(xiàn)、前端的信道解調(diào)、TS流解復(fù)用、音頻解碼和視頻解碼、以及遙控器和鍵盤(pán)等流程控制。圖3表示了ATSC制機(jī)頂盒的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。

3．2　前端解調(diào)模塊設(shè)計(jì)
（1）調(diào)諧器（Tuner）
　　調(diào)諧器通過(guò)I2C總線(xiàn)來(lái)控制，完成高頻調(diào)諧并輸出中頻信號(hào)。有些調(diào)諧器沒(méi)有I2C總線(xiàn)，而是由3根控制線(xiàn)來(lái)設(shè)置調(diào)諧參數(shù)，此時(shí)，要求機(jī)頂盒的主控芯片帶有一定數(shù)量的編程端

口。另外，信道解調(diào)器根據(jù)中頻信號(hào)幅度，通過(guò)AGC信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)諧器輸出的中頻信號(hào)幅度，使其穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)。中頻信號(hào)輸出幅度通常較小，需要經(jīng)過(guò)中頻放大器，然后

送入8VSB解調(diào)器。
（2）信道解調(diào)器
　　8VSB解調(diào)器收到中頻信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后逐級(jí)進(jìn)行解調(diào)。信道解調(diào)器可以直接對(duì)輸入44MHz中頻信號(hào)進(jìn)行A／D采樣，提供AGC信號(hào)調(diào)節(jié)中頻信號(hào)增益。正常工作狀

態(tài)下，解調(diào)芯片先通過(guò)非相關(guān)AGC模式使中頻信號(hào)幅度在A(yíng)／D采樣范圍之內(nèi)，接著進(jìn)行載波鎖定和同步信號(hào)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)同步后，相關(guān)AGC模式進(jìn)一步細(xì)調(diào)中頻信號(hào)幅度，然后依次進(jìn)

行NTSC（National Television System Committee）同頻干擾濾波、信號(hào)均衡、9相位跟蹤鎖定以及FEC處理（包括格狀解碼、去卷積交織、RS解碼和去隨機(jī)）等步驟，最后輸出TS

碼流。實(shí)際解調(diào)的每一步都可以通過(guò)內(nèi)部寄存器來(lái)跟蹤。解調(diào)過(guò)程中各階段信號(hào)的實(shí)際性能，如鎖定狀態(tài)、信噪比、誤碼率等可以由解調(diào)芯片內(nèi)部的寄存器指示。
3．3　后端解碼模塊設(shè)計(jì)
（1）主控CPU
　　主控CPU實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的各種控制功能，同時(shí)完成TS流解復(fù)接。一方面，主控CPU解析來(lái)自前端送入的TS流，提取相關(guān)的PSI（Program Specific Information）表，并利用PID

（Packet Identifier）過(guò)濾器來(lái)分離音視頻ES或PES流，實(shí)現(xiàn)TS流解復(fù)用。另一方面，主控CPU管理多個(gè)進(jìn)程，如視頻解碼、音頻解碼、紅外遙控、鍵盤(pán)響應(yīng)、前端解調(diào)和TS解復(fù)用

等，控制著接收機(jī)的解碼全過(guò)程。
（2）視頻解碼器
　　視頻解碼器完成符合MPEG－2壓縮標(biāo)準(zhǔn)的視頻實(shí)時(shí)解碼，包括MP＠HL格式。解碼器外接128Mbits的SDRAM，用于解碼過(guò)程中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。視頻解碼時(shí)，主控CPU解析ES流或PES流

幀以上高層語(yǔ)法，提取圖片尺寸、比特率、量化矩陣等控制參數(shù)，然后將參數(shù)寫(xiě)入解碼器的控制寄存器。而幀以下的，涉及大運(yùn)算量的視頻解碼，主要通過(guò)視頻解碼器的硬件解碼

單元實(shí)現(xiàn)。視頻解碼器支持ATSC制中的所有18種格式及其中的某些格式轉(zhuǎn)換，它既可以輸出8bit的標(biāo)準(zhǔn)清晰度視頻信號(hào)，也可以輸出24bit高清晰度視頻信號(hào)。它還支持OSD（On－

Screen Display），通過(guò)節(jié)目信息和頻道選擇的顯示，使用戶(hù)具有本地信息交互功能。
（3）音頻解碼器
　　音頻解碼由單片兼容MPEG－2和AC－3的音頻解碼器完成，不需要外部存儲(chǔ)器。解碼過(guò)程中，主控CPU可以通過(guò)8bit數(shù)據(jù)接口或者通過(guò)I2C接口來(lái)控制音頻解碼器。音頻解碼器可

接收MPEG－1，MPEG－2，AC－3和PCM多種音頻數(shù)據(jù)輸入，具有3路雙聲道PCM數(shù)據(jù)串行輸出接口和一個(gè)S／PDIF數(shù)字音頻輸入口。
3．4　機(jī)頂盒解碼流程分析
　　數(shù)字電視機(jī)頂盒的源程序裝載于FLASH ROM內(nèi)。加電啟動(dòng)后，各芯片進(jìn)行上電復(fù)位，主控CPU從FLASHROM內(nèi)加載并運(yùn)行程序。程序首先完成軟硬件初始化，包括時(shí)鐘初始化、系

統(tǒng)內(nèi)存初始化、前端解調(diào)初始化以及音視頻解碼寄存器初始化等，并建立多個(gè)工作進(jìn)程。多進(jìn)程模式使主控CPU能同時(shí)處理多個(gè)工作流程，還可以進(jìn)行進(jìn)程間的通訊控制。
　　系統(tǒng)完成初始化后，用戶(hù)通過(guò)遙控器選擇頻道，頻道選擇界面通過(guò)OSD顯示。主控CPU響應(yīng)遙控器指令，通過(guò)I2C總線(xiàn)設(shè)置調(diào)諧器，使調(diào)諧器輸出中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)信道解調(diào)

器處理后，輸出TS流。主控CPU內(nèi)PID過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)TS流解復(fù)接，將相關(guān)的ES或PES流分別送入音視頻解碼器，最終輸出音頻和視頻信號(hào)。TS流中的節(jié)目信息經(jīng)過(guò)解析并存儲(chǔ)，用戶(hù)通過(guò)

OSD查詢(xún)菜單，了解相關(guān)的節(jié)目信息。對(duì)于多節(jié)目復(fù)合的TS流，用戶(hù)還可以通過(guò)節(jié)目指南EPG指定收看TS流中的某個(gè)具體節(jié)目。
3．5　機(jī)頂盒接收性能
　　ATSC制頻道帶寬為6MHz，可以傳送固定比特率19．39Mbps的數(shù)字電視節(jié)目，節(jié)目可以是單個(gè)高清晰度電視，也可以由4～5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目復(fù)用而成，符號(hào)率為固定的10