在我國(guó)，數(shù)字電視節(jié)目在許多省市已經(jīng)開(kāi)始試播，由于用戶(hù)端使用的基本都是模擬電視機(jī)，無(wú)法接收數(shù)字信號(hào)，因此需要一種接收裝置來(lái)?yè)?dān)當(dāng)二者之間的橋梁，這就是機(jī)頂盒（SetTopBox,簡(jiǎn)稱(chēng)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(xiàn)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(hù)也能分享數(shù)字化革命帶來(lái)的科技成果。數(shù)字電視機(jī)頂盒是未來(lái)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(xiàn)電視用戶(hù)，可以享受電視、數(shù)據(jù)、話(huà)音等全方位的信息服務(wù)。

　　目前，DVB-C除了完成基本的音視頻解碼還必須增加以下幾個(gè)功能才能真正被市場(chǎng)接受。，提供對(duì)CA（條件接收）系統(tǒng)的支持。CA系統(tǒng)要求在接收端，機(jī)頂盒應(yīng)該支持IC-Card接口與SmartCard進(jìn)行通訊，并且提供標(biāo)準(zhǔn)的DVB數(shù)據(jù)流解擾模塊。第二，實(shí)現(xiàn)對(duì)TS流的存儲(chǔ)。第三，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口。這樣機(jī)頂盒可以接收從局域網(wǎng)傳來(lái)的TS流，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)上的視頻播放。第四，實(shí)現(xiàn)Web瀏覽功能。用戶(hù)可以通過(guò)機(jī)頂盒瀏覽網(wǎng)頁(yè)，當(dāng)然這需要現(xiàn)有電視分辨率的適當(dāng)提高和專(zhuān)門(mén)網(wǎng)站的提供。

　　針對(duì)DVB-C機(jī)頂盒的這些要求，選擇了Fujitsu公司的單片MPEG-2解碼方案，這套方案較好地支持了各種接口和功能模塊，且成本較低，以下是芯片的簡(jiǎn)單，然后介紹整套方案的軟件和硬件。

　　1 芯片介紹

　　MB87L2250是由Fujitsu公司出口的單片機(jī)MPEG音頻和視頻解碼器，它同時(shí)還有解傳輸復(fù)用功能并且集成了一片32位的RISC處理器。它為數(shù)字電視機(jī)頂盒提供了一種高性?xún)r(jià)比、高集成度的解決方案。在芯片設(shè)計(jì)中，MPEG解碼和解復(fù)用都由硬件完成，而片內(nèi)集成的工作頻率為54MHz的處理器則主要用于運(yùn)行客戶(hù)應(yīng)用程序，例如實(shí)現(xiàn)圖形界面。由于MB87L2250采用了2.5幀體系結(jié)構(gòu)，因此僅需要16M位SDRAM用于MPEG解碼、OSD菜單以及數(shù)據(jù)緩存。整個(gè)芯片個(gè)有發(fā)下特點(diǎn)：

　　圖1是MB87L2250的芯片結(jié)構(gòu)圖。

　　MPEG-2制定于1994年，設(shè)計(jì)目標(biāo)是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率。MPEG-2所能提供的傳輸率在3-10Mbits/sec間，其在NTSC制式下的分辨率可達(dá)720X486,MPEG-2也可提供并能夠提供廣播級(jí)的視像和CD級(jí)的音質(zhì)。MPEG-2的音頻編碼可提供左右中及兩個(gè)環(huán)繞聲道，以及一個(gè)加重低音聲道，和多達(dá)7個(gè)伴音聲道（DVD可有8種語(yǔ)言配音的原因）。由于MPEG-2在設(shè)計(jì)時(shí)的巧妙處理，使得大多數(shù)MPEG-2解碼器也可播放MPEG-1格式的數(shù)據(jù)，如VCD.   同時(shí)，由于MPEG-2的出色性能表現(xiàn)，已能適用于HDTV,使得原打算為HDTV設(shè)計(jì)的MPEG-3,還沒(méi)出世就被拋棄了。（MPEG-3要求傳輸速率在20Mbits/sec-40Mbits/sec間，但這將使畫(huà)面有輕度扭曲）。除了做為DVD的指定標(biāo)準(zhǔn)外，MPEG-2還可用于為廣播，有線(xiàn)電視網(wǎng)，電纜網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星直播（DirectBroadcastSatellite）提供廣播級(jí)的數(shù)字視頻。

　　1.1 32位RISC處理器

　　這個(gè)片內(nèi)集成的ARC處理器是采有了4層流水線(xiàn)技術(shù)的RISC微處理器，它的工作頻率為54MHz.ARC內(nèi)部集成了一個(gè)256×32位的指令cache.ARC的存儲(chǔ)控制器包括了SRAM和SDRAM控制器。而MPEG解碼器位于輔助地址空間，通過(guò)一個(gè)主機(jī)接口可以訪(fǎng)問(wèn)所有的ARC寄存器和處理器的整個(gè)地址空間。這個(gè)特性主要用于調(diào)試，但是也可以用于基于FLASH系統(tǒng)的次啟動(dòng)。芯片還有一種休眠狀態(tài)，此時(shí)ARC的工作頻率為13.5MHz.

　　1.2 傳輸流解復(fù)用和系統(tǒng)解碼

　　完成這部分功能的是傳輸系統(tǒng)解碼器（TSD）。通過(guò)TSD,主芯片可以接收8位的并行或串行數(shù)據(jù)流。TSD提供基本的同步和錯(cuò)誤檢測(cè)功能，但它的主要功能是作為PID分析器把的一路PES流從TS流里32路PES流中鑒別出來(lái)。TSD選出相應(yīng)的有效數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息并把它們送給解碼緩存。另外，TSD還提供分段（Section）類(lèi)型數(shù)據(jù)的分析比較。

　　TSD中主要包括頻道解碼器（Channel Decoder）、PCR存儲(chǔ)（Program Clock Reference Store）、PID分析器（PID parsing engine）、分段數(shù)據(jù)過(guò)濾器（Section Filter）等。為了支持有線(xiàn)廣播的CA系統(tǒng)，TSD還包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DVB解擾器。解擾器可以自動(dòng)找到相應(yīng)的控制字。傳輸流解復(fù)用和系統(tǒng)解碼的流程圖如圖2所示。

　　1.3 視頻解碼及輸出

　　整個(gè)視頻解碼和視頻顯示過(guò)程由VD_VUM（Video Unit Management）管理和監(jiān)控。在它以下主要分為三個(gè)部分。其中，視頻解碼和參考圖像的內(nèi)存分配由VUM_VDM（Video Decoder Manager）管理；圖像顯示由VUM_VOM（Video Output Manager）控制；B幀圖像的緩存管理則由VUM_MIM（Memory Interface Management）負(fù)責(zé)。

　　視頻輸出主要由視頻輸出接口來(lái)完成。視頻輸出接口從本地SDRAM中讀入解壓后的視頻數(shù)據(jù)，然后以Y、Cb、Cr格式輸出。它同時(shí)還提供數(shù)字視頻輸出，數(shù)字視頻輸出的設(shè)計(jì)是用于直接和視頻DAC連接的。這個(gè)模塊還包括專(zhuān)門(mén)的硬件模塊來(lái)支持OSD（OnScreenDisplay）和以VBI方式插入teletext.視頻輸出接口中還包括行場(chǎng)同步過(guò)濾器，用來(lái)支持一些視頻格式轉(zhuǎn)換，包括色度信號(hào)變換和高清格式轉(zhuǎn)換。

　　1.4 各種接口

　　MB87L2250支持的接口較多，除了一般性的Debug口、串口，還支持IC-Card接口和一個(gè)Host接口。IC-Card接口提供了兩個(gè)獨(dú)立的支持ISO 7816 IC-Card的接口。它們只支持異步的IC-Card.這個(gè)接品直接由CPU的主接口控制，所以不會(huì)影響音視頻解碼。這個(gè)接口主要包括一個(gè)串行轉(zhuǎn)并行和并行轉(zhuǎn)串行的轉(zhuǎn)換器，它需要時(shí)鐘和邏輯控制的支持。CPU提供需要傳輸?shù)耐暾麛?shù)據(jù)幀給IC-Card,并從IC-Card接收所有的數(shù)據(jù)幀。IC-Card接口監(jiān)控接口時(shí)鐘并支持?jǐn)?shù)據(jù)幀、數(shù)據(jù)時(shí)鐘和錯(cuò)誤處理，而CPU負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議和幀的打包。Host接口是用來(lái)外接其他CPU而不使用集成的ARC處理器，也可用來(lái)擴(kuò)展RAM或外接硬盤(pán)等。它支持的CPU有三種：FR30（25MHz），Motorola68xxx（33MHz），SPARClite系列（40MHz）。

　　2 方案介紹

　　2.1 系統(tǒng)原理圖及外圍芯片簡(jiǎn)介

　　整個(gè)系統(tǒng)由射頻、主芯片、存儲(chǔ)器、輸出共四個(gè)部分組成。以下將介紹除主芯片部分以外的其他三個(gè)部分。圖3是系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖。

　?。?）射頻部分

　　射頻部分主要包括高頻頭和解調(diào)芯片，分別進(jìn)行射頻的變頻和信道解碼。在本系統(tǒng)中選骼的高頻頭是THOMSON公司的DCF8910,解調(diào)芯片是ST公司的STV0297.系統(tǒng)工作時(shí)，先由高頻頭將RF頻段的數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行下變頻，再進(jìn)行正交解調(diào)變成兩路IQ信號(hào)。然后將數(shù)字基帶信號(hào)輸入STV0297,進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和信道解碼，形成數(shù)字信號(hào)給后級(jí)，其中包括DaM[07]、出錯(cuò)信號(hào)DerM、數(shù)據(jù)有效DvLM、幀同步PsyM、時(shí)鐘信號(hào)ClkM.對(duì)高頻頭和STV0297的讀寫(xiě)操作均通過(guò)IIC總線(xiàn)完成。

　?。?）存儲(chǔ)器部分

　　存儲(chǔ)器部分包括兩睡512K×16Bit的FLASH,一片2512K×16Bit的SDRAM,一片64Kbit的EEPROM和一塊掛在Host接口上的IDE硬盤(pán)。SDRAM作為應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存空間，其地址線(xiàn)包括行選地址線(xiàn)a0…a11、列選地址線(xiàn)a0…a7及Bank選擇線(xiàn)a11,總的地址空間為2M字節(jié)。FLASH與SDRAM共用數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)，為不發(fā)生沖突，需要使用74LS138譯碼器來(lái)進(jìn)行片選。EEPROM選用24C64,通過(guò)串行IIC總線(xiàn)對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)。

　?。?）輸出部分

　　輸出部分由音頻輸出、視頻輸出和串口輸出組成。視頻部分選用視頻編碼芯片SAA7128/29,它將送出來(lái)的數(shù)字視頻格式進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)視頻矩陣編碼成模擬的視頻信號(hào)。它可輸出cvbs,y、c和R、G、B三種信號(hào)。該芯片工作在Slave模式下，即數(shù)據(jù)時(shí)鐘由主芯片供給，SAA7128/29利用此時(shí)鐘對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行鎖存。控制信號(hào)有Hs行同步、Vs場(chǎng)同步，主芯片通過(guò)IIC總線(xiàn)對(duì)它進(jìn)行控制。

　　2.2 軟件模塊和功能介紹

　　為了豐富DVB-C機(jī)頂盒的功能，除了實(shí)現(xiàn)音視頻解碼及控制和基本的DVB-C功能外，還編寫(xiě)了以下幾個(gè)軟件模塊：

　?。?）基于嵌入式系統(tǒng)的GUI（Graphic User Interface）。

　　美觀(guān)、簡(jiǎn)潔、功能強(qiáng)大的圖形界面對(duì)于DVB-C機(jī)頂盒是十分重要的，因此編寫(xiě)了一個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的GUI.在本系統(tǒng)中，GUI主要完成了三部分的功能：，封裝圖形設(shè)計(jì)API.在OSD的驅(qū)動(dòng)程序中基本的圖形原語(yǔ)均已實(shí)現(xiàn)，其中包括點(diǎn)、線(xiàn)、矩形、填充等基本操作和漢字字庫(kù)的存儲(chǔ)、顯示；第二，提供圖形控件（Control）機(jī)制。Wimodws9x中圖形控件的概念符合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想，使用起來(lái)簡(jiǎn)單靈活，維護(hù)和修改也十分方便。在GUI的設(shè)計(jì)中，仿照Windows9x實(shí)現(xiàn)了控件機(jī)制；第三，進(jìn)程間通信及消息傳遞的管理。在一個(gè)多進(jìn)程實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，GUI也必然包含一個(gè)進(jìn)程來(lái)接收其它進(jìn)程發(fā)給用戶(hù)界面的消息。

　?。?）EEPROM上的文件系統(tǒng)

　　EEPROM中主要存儲(chǔ)的用戶(hù)信息。隨著功能的不斷豐富，用戶(hù)會(huì)有越來(lái)越多的信息需要存儲(chǔ)，因此就需要一套簡(jiǎn)單有效的文件系統(tǒng)來(lái)組織各種不同的信息。同時(shí)，文件系統(tǒng)還要盡量克服EEPROM讀寫(xiě)時(shí)間較長(zhǎng)、不允許讀寫(xiě)時(shí)斷電等缺點(diǎn)。在對(duì)EEPROM操作寫(xiě)操作前，先將需要進(jìn)行的操作過(guò)程記錄下來(lái)，并清空操作完成標(biāo)志；如果在操作過(guò)程中斷電，下次開(kāi)機(jī)時(shí)根據(jù)操作完成標(biāo)志可知EEPROM在操作過(guò)程中發(fā)生了斷電，按照記錄下來(lái)的操作過(guò)程恢復(fù)操作。

　　（3）CA系統(tǒng)接收端的實(shí)現(xiàn)

　　CPU復(fù)位后，首先輪詢(xún)讀SmartCard,以檢查SmartCard是否存在。如果SmartCard存在，則根據(jù)讀出的控制字判斷其是否是對(duì)本機(jī)頂盒合法的SmartCard.進(jìn)行這樣的讀機(jī)制主要是為了防止一卡多機(jī)（一張SmartCard驅(qū)動(dòng)多個(gè)機(jī)頂盒）的非法情況出現(xiàn)。當(dāng)SmartCard合法后，機(jī)頂盒從TS流中提取ECM段和EMM域，其中EMM域的PID在CAT的ca description中，ECM段的PID在PMT的ca description中。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的么有加密算法加密后，這些信息被送往SmartCard.然后，CPU再次輪詢(xún)讀SmartCard,以檢查是否控有控制字輸出。以上過(guò)程中CPU和SmartCard的交互均通過(guò)IC-Card接口實(shí)現(xiàn)。機(jī)頂盒不斷重復(fù)以上過(guò)程，若ECM或EMM版本號(hào)已更新，則將新版本送往SmartCard解密。獲取到正確的控制字后，機(jī)頂盒就可以利用硬件解擾模塊進(jìn)行解擾。

　　3 實(shí)現(xiàn)結(jié)果

　　目前已經(jīng)按照這套方案做出了DVB-C樣機(jī)。根據(jù)這套方案實(shí)現(xiàn)的DVB-C機(jī)頂盒具有功能多、主板面積小、成本較低、可擴(kuò)充性好等特點(diǎn)。在樣機(jī)的基礎(chǔ)上還可以在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的技術(shù)下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口和Web瀏覽等功能。