數(shù)模一體電視機(jī)通用處理方案

摘要： 數(shù)模一體電視機(jī)是電視廣播由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)換到數(shù)字技術(shù)的過渡時(shí)期的最佳選擇，數(shù)字電視信號(hào)質(zhì)量好，比傳統(tǒng)的模擬電視信號(hào)有明顯的優(yōu)點(diǎn)。而且數(shù)模一體電視機(jī)比用機(jī)頂盒的方式效果好、簡(jiǎn)單、方便。本文介紹一種數(shù)模一體電視機(jī)通用處理方案。

關(guān)鍵詞： 數(shù)模一體電視機(jī)；數(shù)字電視中間件；高清HDTV；標(biāo)清SDTV； Deinterlace(去隔行 )；Scaler(縮放)；HDMI；MPEG；PCMCIA

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電視廣播由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)換到數(shù)字技術(shù)的趨勢(shì)已經(jīng)成為必然。目前很多地方有數(shù)字電視的信號(hào)播出，而且大部分城市在數(shù)字電視轉(zhuǎn)換過程中采取了機(jī)頂盒方式，機(jī)頂盒方式雖然可以接收數(shù)字電視信號(hào)，但是在機(jī)頂盒把接收來的數(shù)字電視信號(hào)輸出給電視機(jī)時(shí)，又將其轉(zhuǎn)換成了模擬信號(hào)，這樣無形中損失了圖像質(zhì)量。而且用戶在操作時(shí)不是很方便：需要用連接線連接機(jī)頂盒和電視機(jī)、同時(shí)需要兩個(gè)遙控器等。數(shù)模一體電視機(jī)很好的解決了這個(gè)問題，一臺(tái)電視機(jī)既可以接收傳統(tǒng)的模擬電視信號(hào)，也可以接收最新播出的數(shù)字電視信號(hào)。但是早期的數(shù)模一體電視機(jī)是把接收數(shù)字電視的模塊放在普通的逐行電視中，此種實(shí)現(xiàn)方式幾乎和機(jī)頂盒方式效果一樣，只是外表看起來是一個(gè)整體。而現(xiàn)在的方案基本上是單芯片方案，即數(shù)字電視解碼處理和模擬通道信號(hào)處理在同一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電視信號(hào)被解碼后直接在芯片內(nèi)部進(jìn)行Scaler(縮放)等處理后輸出，最大限度地保證了圖像質(zhì)量不受損失，真正滿足了用戶的需求，將成為市場(chǎng)的最佳選擇。

數(shù)字電視與模擬電視不同之處還在于數(shù)字電視可以加密，這樣運(yùn)營(yíng)商就可以很方便的控制著用戶，而不擔(dān)心欠費(fèi)現(xiàn)象。用戶要想接收數(shù)字電視需得到運(yùn)營(yíng)商的許可，即CA(條件接收)，這也是運(yùn)營(yíng)商想大力推廣數(shù)字電視的根本原因。運(yùn)營(yíng)商給每個(gè)電視或機(jī)頂盒分配一個(gè)CA卡(俗稱小卡)，里面有用戶識(shí)別等信息，小卡是裝在大卡里面的，大卡里面有數(shù)字電視信號(hào)加密的有關(guān)信息，負(fù)責(zé)和電視機(jī)里面相關(guān)的接口芯片通訊把數(shù)字電視信號(hào)解出來。大卡和電視機(jī)相連的接口有PCMCIA、UTI等。

PCMCIA接口已經(jīng)成熟并且頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也是國(guó)際上通用的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。一般的機(jī)頂盒上并沒有看到大卡，這是因?yàn)闄C(jī)頂盒生產(chǎn)商是和運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合推廣市場(chǎng)的，數(shù)字電視的加密算法已經(jīng)確定，機(jī)頂盒生產(chǎn)商就可以把大卡做在機(jī)頂盒里面了。而電視機(jī)生產(chǎn)商是把電視機(jī)直接賣給用戶的，不同于機(jī)頂盒的操作模式，為了適應(yīng)不同的CA要求，本方案采取了機(jī)卡分離方式，即把CA大卡和整機(jī)分離開來，電視機(jī)上留有PCMCIA接口，對(duì)于不同CA的運(yùn)營(yíng)商配置相應(yīng)的大卡即可，非常靈活方便，機(jī)卡分離也是數(shù)字電視的發(fā)展趨勢(shì)。

數(shù)模一體機(jī)的系統(tǒng)

TI公司發(fā)布的最新一款集成HDTV解碼和視頻處理的一體化SoC芯片TVP9000，主要針對(duì)的就是數(shù)模一體電視機(jī)的市場(chǎng)。與其他芯片廠家提供的方案相比，其集成度較高，成熟度較佳，圖像解碼模塊成熟，成本較低，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本方案就是以TVP9000為核心的數(shù)模一體電視機(jī)的解決方案，可廣泛應(yīng)用于CRT電視、平板電視、背投電視等。TVP9000集成了162MHZ的ARM926EJ CPU，HDTV-MPEG2解碼，圖像處理，Scaler(縮放)等模塊，功能強(qiáng)大。

本方案能夠接收數(shù)字的電視信號(hào)(支持高清HDTV及標(biāo)清SDTV)和模擬電視信號(hào)，數(shù)字電視部分符合DVB-C標(biāo)準(zhǔn),接收16-256QAM制式信號(hào)；多路輸入接口：其中三路AV輸入、一路S端子輸入、一路AV輸出、一路分量(YPbPr/YCbCr)輸入、一路RGB輸入、一路HDMI輸入；支持多種信號(hào)格式如：480I、480P、576I、576P、720P、1080I、1080P及VGA、SVGA、XGA等信號(hào)格式；能夠通過RGB接口實(shí)現(xiàn)本地軟件升級(jí)和更新，方便售后服務(wù)；滿足MPEG1/MPEG2 layers1、2 音頻解碼；SPDIF光纖和左右聲道音頻同時(shí)輸出；標(biāo)準(zhǔn)電子節(jié)目單(EPG)功能；支持NVOD(準(zhǔn)視頻點(diǎn)播)；支持基于DVB-C-CI 接口標(biāo)準(zhǔn)的付費(fèi)電視節(jié)目服務(wù)。

如圖1所示，模擬電視信號(hào)由模擬高頻頭輸入經(jīng)過LA75520中頻解調(diào)輸出視頻和音頻，視頻信號(hào)送到TVP5147進(jìn)行處理；音頻信號(hào)送到NJW1185 進(jìn)行處理。各路AV輸入的視頻和YCbCr信號(hào)一起送到TVP5147和電視視頻信號(hào)作切換后進(jìn)行A/D變換、彩色解碼后轉(zhuǎn)換成ITU.656格式的信號(hào)送給TVP9000，如果當(dāng)前輸入是模擬電視信號(hào)和AV時(shí)，TVP5147同時(shí)輸出一個(gè)復(fù)合視頻信號(hào)作為監(jiān)視用。
HDMI信號(hào)送到TDA9970A變換成數(shù)字的RGB信號(hào)；模擬RGB信號(hào)、YpbPr信號(hào)送到TDA9970A作切換、A/D轉(zhuǎn)換處理和HDMI信號(hào)再切換一次后進(jìn)行格式變換，以雙ITU.656的信號(hào)格式送到TVP9000和TVP5147送來的信號(hào)作切換。當(dāng)選擇TVP5147送來的信號(hào)時(shí)，要對(duì)信號(hào)進(jìn)行去隔行(Deinterlace)、圖象增強(qiáng)、縮放(Scaler)等處理；當(dāng)選擇TDA9970A輸入的信號(hào)時(shí)，要對(duì)信號(hào)進(jìn)行圖象增強(qiáng)、縮放等處理。YCbCr和YpbPr共用一個(gè)輸入端子，自動(dòng)識(shí)別格式后選擇正確的輸入通道。

圖1 整機(jī)硬件系統(tǒng)框圖

數(shù)字電視信號(hào)由數(shù)字高頻頭輸入，經(jīng)過信道解調(diào)后輸出加密的TS流信號(hào)送給T90FJR，T90FJR把加密的TS流信號(hào)通過PCMCIA接口送到大卡，大卡對(duì)加密的TS流信號(hào)解密后再進(jìn)行二次加密通過PCMCIA接口和T90FJR再送到TVP9000，TVP9000對(duì)二次加密的TS流信號(hào)進(jìn)行解密，然后進(jìn)行數(shù)字解碼、縮放處理后輸出視頻信號(hào)，其中第二次解密的算法由大卡向TVP9000提供。為什么要進(jìn)行二次加密的原因是防止出現(xiàn)透明的TS流而被非法拷貝，從而有效的保證了節(jié)目的版權(quán)。

HDMI聲音由HDMI接口芯片TDA9970A輸出到TVP9000 和數(shù)字電視的聲音切換后輸出到CS4344，同時(shí)輸出一路數(shù)字音頻信號(hào)SPDIF供外接的聲音功放使用。CS4344把輸入的數(shù)字聲音信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換后送給NJW1185 和送來的模擬電視聲音、各路AV的聲音信號(hào)切換、經(jīng)過高音、低音、平衡、環(huán)繞聲效果處理后送給功率放大器。如果當(dāng)前輸入是模擬電視信號(hào)和AV、RGB、YCbCr/YpbPr時(shí)，NJM1185 同時(shí)輸出聲音信號(hào)作為監(jiān)視用。

軟件架構(gòu)

隨著軟件在整個(gè)電視產(chǎn)品中扮演著越來越重的角色，數(shù)字電視的發(fā)展趨勢(shì)導(dǎo)致編寫電視軟件的復(fù)雜程度和工作量都比以往有了相當(dāng)大的提高，已經(jīng)不是個(gè)人能編寫和完成的了?，F(xiàn)階段電視生產(chǎn)廠商的電視軟件開發(fā)，無論是平臺(tái)還是系統(tǒng)架構(gòu)都是基于方案提供商提供，芯片供應(yīng)商的千差萬別導(dǎo)致開發(fā)的平臺(tái)的不可重用性。每個(gè)供應(yīng)商都有自己的一套系統(tǒng)架構(gòu)，這就造成在每遇到一個(gè)新的平臺(tái)情況下，以前平臺(tái)的功能和相關(guān)代碼基本上沒有可以重復(fù)利用的地方，都需要重新學(xué)習(xí)和編寫新平臺(tái)下的各種電視功能和功能邏輯，這種無法重利用以前的勞動(dòng)成果是一種對(duì)開發(fā)的浪費(fèi)，尤其在數(shù)字電視軟件工作量急劇提升的情況下。

本方案的軟件的特點(diǎn)是基于方案提供商提供的軟件基礎(chǔ)上再開發(fā)一個(gè)中間層軟件，本中間層通過封裝和重新架構(gòu)底層電視功能函數(shù)和操作系統(tǒng)函數(shù)形成一個(gè)完整的數(shù)字電視上層框架。在盡可能的情況下，能夠最快的移植到相關(guān)的電視環(huán)境中，并使模塊能夠最大化的復(fù)用到其他電視方案。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)OSD庫(kù)以及和底層的相關(guān)接口，模塊化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的定義以及和底層的相關(guān)接口,編寫電視的聲音，圖像，搜臺(tái),信道切換等各種基本功能模塊以及和底層驅(qū)動(dòng)的中間層封裝。軟件代碼具有獨(dú)立性，耦合度低，具有通用性，經(jīng)簡(jiǎn)單修改接口函數(shù)即可移植到其他的數(shù)模一體機(jī)平臺(tái)上。具有自己獨(dú)立的GUI庫(kù)和行為架構(gòu)將大大節(jié)省GUI的開發(fā)周期和開發(fā)復(fù)雜度，軟件工程師在技術(shù)積累的基礎(chǔ)上可以重復(fù)利用以前GUI的資源，兼容性和穩(wěn)定性都將有很大的提高。電視行為控制的上層封裝相當(dāng)于擁有自己的SDK平臺(tái)，基于此SDK平臺(tái)的修改和擴(kuò)展可以逐步形成自己的平臺(tái)技術(shù)積累。模塊用C語言開發(fā)，使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSI C語言庫(kù),GUI庫(kù)使用C++語言開發(fā),中間層是在底層庫(kù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)圖像，聲音，搜臺(tái)，功能，節(jié)目管理等電視基本功能和邏輯。

該方案的軟件是基于LINUX UC0S的平臺(tái)，是具有多線程，多任務(wù)管理的操作系統(tǒng)。平臺(tái)基本可以分為三層：固件，API層，應(yīng)用軟件層。固件和API層由TI公司提供，用于底層的驅(qū)動(dòng)和TVP9000解復(fù)用。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用軟件層的開發(fā)，主要是提供一些和用戶接口的功能部分，用戶菜單主要分為以下5個(gè)部分，分別是圖像，聲音，搜臺(tái)，頻道管理和服務(wù)菜單，其中服務(wù)菜單是在數(shù)字電視下才有的，TVP9000的軟件框架如圖2。

圖2 TVP9000的軟件構(gòu)架

圖3 軟件結(jié)構(gòu)

本方案的軟件結(jié)構(gòu)如圖3示，中間層包含了以下幾個(gè)層:

*模塊管理層,模塊可以控制一個(gè)菜單，或者多個(gè)菜單,比如圖像模塊，聲音模塊。理論上模塊管理器可以管理的模塊是無限多的，不過基于鏈表的效率而言，推薦的模塊數(shù)目不要超過50個(gè)，一般電視機(jī)而言不會(huì)有超過50個(gè)模塊的。每個(gè)模塊都有自己特定的功能，比如圖像，聲音，搜臺(tái)等模塊。

*事件轉(zhuǎn)換層,將底層的不同的事件都經(jīng)過事件轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換為中間層可識(shí)別的事件，比如將遙控碼事件轉(zhuǎn)化為中間層的key事件。

*功能抽象層,將底層基于硬件功能的部分都抽象為中間層標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)，客戶按照相應(yīng)的功能填寫這些函數(shù)。

*存儲(chǔ)、公共變量層，存儲(chǔ)(如E2PROM，F(xiàn)LASH)和公共變量的管理和接口層。

*主動(dòng)任務(wù)層，用于作為實(shí)時(shí)檢測(cè),和定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)的模塊。