基于中国数字地面广播标准的数字电视一体机设计

硬件组成和功能
（一）主控芯片
HiDTVPRO-QX是泰鼎公司的最新一代SOC数字电视处理芯片。专门为 高清平板电视定制。HiDTVPRO-QX包含32位嵌入式CPU，2D图形引擎 ，支持AC3，AAC，MP3的可编程声音解码器。包含UART，IR，USB2.0 ，SMARTCARD等标准I/O接口。有三路10位高速ADC，可接受VGA，色 差信号。并支持HDMI1.3协议。可支持100HZ倍频输出。
（二）声音处理器
声音处理器采用意法半导体公司的STV8357。STV8357是专门为主流 平板电视机而设计，采用单片解决方案，配备了检测、解码和处理 模拟音频传输或含有多声道内容的数字音源进而驱动从增强型立体 声到全5.1环绕声的所有声道所需的全部资源。
STV8357内置一个高达100ms的音频延时电路，无需外存就可以补偿 平板电视机视频处理延时。如果需100ms以上的延时，该系统产品还 支持使用外部延时电路。随着平板电视机设计变得越来越薄，扬声 器变得越来越小，机箱的声学特性变得越来越差，基于这个原因， 新系列产品内置一个高端数字信号处理器（DSP），为平板电视机提 供了非常出色的音频补偿功能。STV8357的数字输出可以连接到数字 音频放大器，组建一个纯数字的音频处理通道，为用户提供音质更 加出色的音频体验。因为支持最多5个模拟输入，以及多达5.1个可 连接到模拟A/B类放大器或D类数字音频放大器的模拟输出，多功能 连接特性让它成为模拟和数字平板电视机最理想的声音处理器。
（三）高频头和信道解调芯片
1．高频头
高频头采用阿尔卑斯公司的TDQD3。该高频头可对应地上数字广播与 模拟广播二种频道。通过I2C总线，可以更改RF-AGC起始点。带有节 省能源模式。通过采用特制集成电路，实现了宽广的动态范围和低 相位噪声。
2．信道解调芯片
信道解调芯片采用凌讯科技的LGS-8913。它是一款采用了TDS-OFDM （时域同步正交频复分用）调制技术的DMB-TH信道解调芯片，TDS- OFDM是中国数字电视地面广播传输标准（GB20600-2006）的核心技 术。此芯片设计用于地面数字电视接收，支持高清及标清电视和其 它多媒体服务的广播传输，适用于户内、户外、固定及移动接收的 电视终端。LGS-8913芯片输入由地面高频头和模数转换器（ADC）处 理后的数字信号，进行信道解调后输出并行或串行的MPEG-2TS流。 完全支持中国数字电视地面广播传输标准（GB20600-2006），支持 4QAM-NR、4QAM、16QAM、32QAM、64QAM调制方式，内置10-bit模数 转换器（ADC）。无需外部程序操作便可重获丢失的信号，抑制脉冲 噪声带来的信号失锁，快速捕获时间，卓越的抗多径干扰性能，最 大限度优化各种状态下的信号性能，如脉冲噪声、多径、衰落等。
3．HDMI切换芯片
HDMI切换芯片采用ParadeTechnologies的PS421。它支持四路 HDMI/DVI输入至一路HDMI输出。可以简化系统设计并降低成本。兼 容HDMI1.3a，速度可达2.25Gbps。支持UXGA，WUXGA和1080p， 8/10/12位deepcolor。支持CEC接口。
软件设计实现
（一）操作系统选型
不同于以往的传统电视，具有数字电视接收功能的一体机的软件复 杂程度非常大。除了提供便捷的操作界面和对相关器件进行控制的 功能外，数字电视的TS传送流的解复用、数据包的解析与重构、节 目搜索、电子节目指南（EPG）的生成、音频/视频解码处理、图像 处理、GUI处理等，都需要由若干个软件任务并发执行。同时，复杂 的软件系统对内存管理也提出了较高的要求。因此，传统的由一个 主控程序来实现的电视控制软件已经远远不能满足需求，需要引入 高性能的嵌入式操作系统。多任务和实时性是对一体机操作系统的 基本要求。同时考虑到软件成本对整机成本的影响，Linux系统成为 首选对象。
HardhatLinux是MontaVista公司发布的一款面向各种嵌入式应用的 Linux发布版本。HardhatLinux最大的优势在于:它解决了Linux在内 核态不可被抢占的问题，开发了一种抢占式（Preemptible）的内核 。MontaVista的解决方案是：
（1）MontaVista利用Linux自身所支持的实时能力，在Linux基础上 仅对内核做了一些很基本的改动，生成一个新的内核包，成为一个 支持抢占式调度的内核。在标准的2.6内核（MontaVista2.4/2.6内 核）中，采用了调度算法替换了标准2.4内核中基于固定插入队列的 算法，进程级应答速度无论从平均水平还是最坏情况下都得到显著 改善，实现了软实时的调度效果。由于该方式是利用Linux自身所支 持的实时能力而没有插入新的实时内核，所以该内核不会对原来的 API产生任何不良影响。
（2）MontaVista的调度模块是完全“开放”的，并且符合GPL规定 的Linux模块，该模块能很好地进行进程选择，从而消除前面所提到 的过于冗长的阻塞时间。
（3）MontaVista采用了比标准Linux更短的时间片，从而满足了实 时性要求。
总之，通过上述解决方案，MontaVista的嵌入式Linux具有以下特点 ：
（1）提高了Linux系统响应速度。
（2）无须采用“第二层内核”，保留了标准Linux的API（应用程序 接口）和基于线程的用户编程模块。
（3）可以自由设置实时进程的优先权值。
（4）将时间片即调度间隔从原来的亚毫秒级减少到150微秒。
（二）软件系统架构
构建于TridentHiDTVSOC平台和MontaVistaLinux之上的数字电视一 体机的软件构架由应用层，中间层，底层API和操作系统及驱动层四 部分构成。
1．应用层
应用层主要实现人机交互菜单界面（OSD）和基本的电视设置接口。 电子节目指南（EPG）是数字电视功能中非常重要的应用功能。台标 （ChannelBanner）是在用户切换节目频道时向用户显示当前节目的 相关信息以及下一频道的相关信息。CA界面则给用户提供条件接收 服务的操作接口。
2．中间层
该层包含两个基本的开发包，即提供电视基本控制功能的TVToolkit 和提供图形用户界面的GUIToolkit。应用层软件正是基于该层软件 提供的统一接口进行开发的。该层的作用是给上层软件提供一个透 明的驱动层接口，如果外围器件发生改变，则仅需要更新相应器件 的驱动程序，而无须改动上层软件。
3．低层API
提供基本的音视频接口，基本的通信协议栈接口，基本的外围器件 接口和基本的图形引擎接口等。
4．操作系统及驱动层
该层提供嵌入式Linux核、HiDTV片上器件以及片外器件的驱动程序 。同时该层实现用于系统自启动和程序装载的Bootloader程序。
结束语
符合中国数字地面广播标准的数字电视一体机是一个新生的产品技 术，处于研究开发和初步推广阶段。各主要芯片厂商和整机设计厂 商都在积极规划自己的产品路线，并推出配套开发方案。本文采用 基于泰鼎公司SOC的一体机设计方案，相对而言BOM成本是比较低的 ，因而具有较高的性价比。