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TS包增加20校驗字節(jié)，包長度為208字節(jié)，碼率上升為21．52Mbps。然后又通過（208

，52）的卷積交織器，可以抵御長度相當(dāng)于4ms的突發(fā)干擾。在格狀編碼之前還通過一個12符號交織器。格狀編碼采用2／3模式，即每兩個比特輸入形成3比特輸出，此時碼率升為

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

兩個數(shù)據(jù)場；每一數(shù)據(jù)場由313個數(shù)據(jù)段組成，其中第一個數(shù)據(jù)段作為該場的同步；每個數(shù)據(jù)段又由832個8電位符號組成，其中開始4個符號作為該段的同步。于是形成了符號率為

10．76Msym／s的數(shù)據(jù)流，由于一個符號表示2bit，所以比特率相當(dāng)于21．52Mbps，除去同步開銷和檢錯冗余，凈比特率為19．28Mbps。
3　機(jī)頂盒系統(tǒng)設(shè)計
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)可分為兩個相對獨立的模塊：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。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、前端的信道解調(diào)、TS流解復(fù)用、音頻解碼和視頻解碼、以及遙控器和鍵盤等流程控制。圖3表示了ATSC制機(jī)頂盒的系統(tǒng)設(shè)計框圖。

3．2　前端解調(diào)模塊設(shè)計
（1）調(diào)諧器（Tuner）
　　調(diào)諧器通過I2C總線來控制，完成高頻調(diào)諧并輸出中頻信號。有些調(diào)諧器沒有I2C總線，而是由3根控制線來設(shè)置調(diào)諧參數(shù)，此時，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)中頻信號幅度，通過AGC信號來調(diào)節(jié)調(diào)諧器輸出的中頻信號幅度，使其穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)。中頻信號輸出幅度通常較小，需要經(jīng)過中頻放大器，然后

送入8VSB解調(diào)器。
（2）信道解調(diào)器
　　8VSB解調(diào)器收到中頻信號后，對其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后逐級進(jìn)行解調(diào)。信道解調(diào)器可以直接對輸入44MHz中頻信號進(jìn)行A／D采樣，提供AGC信號調(diào)節(jié)中頻信號增益。正常工作狀

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

行NTSC（National Television System Committee）同頻干擾濾波、信號均衡、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。實際解調(diào)的每一步都可以通過內(nèi)部寄存器來跟蹤。解調(diào)過程中各階段信號的實際性能，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
（1）主控CPU
　　主控CPU實現(xiàn)操作系統(tǒng)的各種控制功能，同時完成TS流解復(fù)接。一方面，主控CPU解析來自前端送入的TS流，提取相關(guān)的PSI（Program Specific Information）表，并利用PID

（Packet Identifier）過濾器來分離音視頻ES或PES流，實現(xiàn)TS流解復(fù)用。另一方面，主控CPU管理多個進(jìn)程，如視頻解碼、音頻解碼、紅外遙控、鍵盤響應(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)的視頻實時解碼，包括MP＠HL格式。解碼器外接128Mbits的SDRAM，用于解碼過程中的數(shù)據(jù)存儲。視頻解碼時，主控CPU解析ES流或PES流

幀以上高層語法，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)寫入解碼器的控制寄存器。而幀以下的，涉及大運算量的視頻解碼，主要通過視頻解碼器的硬件解碼

單元實現(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，也可以輸出24bit高清晰度視頻信號。它還支持OSD（On－

Screen Display），通過節(jié)目信息和頻道選擇的顯示，使用戶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，不需要外部存儲器。解碼過程中，主控CPU可以通過8bit數(shù)據(jù)接口或者通過I2C接口來控制音頻解碼器。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)。加電啟動后，各芯片進(jìn)行上電復(fù)位，主控CPU從FLASHROM內(nèi)加載并運行程序。程序首先完成軟硬件初始化，包括時鐘初始化、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，并建立多個工作進(jìn)程。多進(jìn)程模式使主控CPU能同時處理多個工作流程，還可以進(jìn)行進(jìn)程間的通訊控制。
　　系統(tǒng)完成初始化后，用戶通過遙控器選擇頻道，頻道選擇界面通過OSD顯示。主控CPU響應(yīng)遙控器指令，通過I2C總線設(shè)置調(diào)諧器，使調(diào)諧器輸出中頻信號。中頻信號經(jīng)信道解調(diào)

器處理后，輸出TS流。主控CPU內(nèi)PID過濾器實現(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。TS流中的節(jié)目信息經(jīng)過解析并存儲，用戶通過

OSD查詢菜單，了解相關(guān)的節(jié)目信息。對于多節(jié)目復(fù)合的TS流，用戶還可以通過節(jié)目指南EPG指定收看TS流中的某個具體節(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)目可以是單個高清晰度電視，也可以由4～5個標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目復(fù)用而成，符號率為固定的10