基于CX2443x解碼內(nèi)核的數(shù)字電視機(jī)頂盒設(shè)計(jì)

當(dāng)前，廣播電視正處于模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)，單向廣播向雙向交互式傳輸，基本業(yè)務(wù)向擴(kuò)展和增值業(yè)務(wù)的過渡和發(fā)展階段。數(shù)字有線電視機(jī)頂盒正是這一發(fā)展階段的產(chǎn)物。借助機(jī)頂盒，人們不僅可以用原有的模擬電視收看數(shù)字電視節(jié)目，還可利用數(shù)字機(jī)頂盒交互式功能獲得電子節(jié)目指南（EPG）、視頻點(diǎn)播（VOD）、收發(fā)電子郵件、數(shù)據(jù)廣播、遠(yuǎn)程教育等增值服務(wù)。具體操作上，需要在用戶終端的模擬電視機(jī)上加裝機(jī)頂盒以完成數(shù)字電視信號和數(shù)據(jù)的接入，并完成視音頻信號的解碼輸出。本文介紹了機(jī)頂盒系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

器件的選型

選擇芯片時(shí)除了要滿足基本的接收數(shù)字電視功能，還要能夠使用戶通過有線電視網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)Internet的高速接入，即要具備STB和Cable Modem兩種基本的應(yīng)用模塊。根據(jù)這一需求，本設(shè)計(jì)選擇了CONEXANT（科勝訊）公司的交互數(shù)字電視機(jī)頂盒單芯片CX24430為核心來設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。

系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)以CX24430芯片為核心，還包括電纜調(diào)諧器（Tuner）、上行功率放大器、作為固化程序和儲(chǔ)節(jié)目參數(shù)用的閃存、配合CPU處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)使用的SDRAM、EEPROM、音頻DAC及音視頻輸出電路和電源單元等，此外，還有用于軟件調(diào)試的Multi-ICE接口和用于終端監(jiān)控的RS23接口以及USB接口、1394接口和以太物理層RJ45接口等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1  機(jī)頂盒終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于系統(tǒng)采用雙CPU架構(gòu)，各自獨(dú)立地支持Cable Modem和系統(tǒng)的應(yīng)用程序運(yùn)行?；竟ぷ髁鞒淌牵簲?shù)字電視信號從電視臺(tái)經(jīng)過有線電纜傳輸?shù)接脩艉?，若要恢?fù)出原始的圖像和聲音，需要經(jīng)過多個(gè)過程。首先進(jìn)行信道解調(diào)和解碼，然后對輸出的傳輸流進(jìn)行信源解碼，包括解復(fù)用、音視頻解碼、圖形處理、視頻編碼和音頻DAC等。

主要模塊的硬件設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)前端接入部分的設(shè)計(jì)

綜合業(yè)務(wù)數(shù)字有線電視雙模機(jī)頂盒的前端射頻接入信號主要包含下行帶內(nèi)的數(shù)據(jù)流（包括音視頻和IP網(wǎng)絡(luò)）、下行帶外的數(shù)據(jù)流和上行數(shù)據(jù)流（包括帶內(nèi)和帶外）；其中帶內(nèi)頻率的通道用來傳輸音視頻和IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，帶外頻率的通道主要用來傳輸CATV網(wǎng)絡(luò)頭端的電纜調(diào)制解調(diào)終端系統(tǒng)（CMTS）和用戶端的機(jī)頂盒的控制參數(shù)和交互信息，而且各種信息和數(shù)據(jù)在HFC網(wǎng)絡(luò)上通過頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用得到并行的處理。

前端接入部分的設(shè)計(jì)如圖2所示。其中，PMX1338C為集成模塊，接收射頻信號，包括LNA低噪放大器、同向雙工器（將發(fā)射和接收的射頻信號隔離）和信號分離器（將下行信號分發(fā)到相應(yīng)的端口）；MT1530包含反混頻濾波和上行信號功率放大；CX2443x用做數(shù)字解碼和編碼以及輸出到外部接口。

圖2  系統(tǒng)前端接入電路圖

圖3  機(jī)頂盒接受系統(tǒng)后端電路圖

音視頻輸出部分電路設(shè)計(jì)

在機(jī)頂盒接收系統(tǒng)中，CX2443x后端子系統(tǒng)的視頻和音頻解碼器構(gòu)成了系統(tǒng)音視頻輸出接口；解碼后的音視頻信號從半導(dǎo)體晶振輸送到立體聲DAC CS4335，或者從雙重的音/視頻信號開關(guān)輸送到CX2161R。音視頻信號輸出部分的電路如圖3所示。

音視頻解碼的原理和電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1 音視頻信號解碼處理的流程

數(shù)字電視技術(shù)的首要目標(biāo)是提高傳送圖像的質(zhì)量，完成對數(shù)字有線電視的相關(guān)改造后，不僅傳送圖像的質(zhì)量而且傳送圖像的數(shù)量均要得到提高。CX2443x是高度集成的單片IC，它在一塊芯片上包含了完整的STB后端子系統(tǒng)和CM子系統(tǒng)。其后端子系統(tǒng)包含有一個(gè)視頻解碼器、一個(gè)音頻解碼器、三個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)傳輸流解復(fù)用器和高性能的嵌入式32位ARM920T RISC處理器以及集成的外設(shè)I/O接口等。CX2443x片上的數(shù)字電視解碼內(nèi)核能夠?qū)σ粢曨l流信號進(jìn)行完全的解碼并最終輸出數(shù)字的視頻和音頻信號到編碼模塊。

信號流的處理過程如圖4所示。完成了解調(diào)和信道解碼的MPEGⅡ格式或其他格式的音視頻信號傳輸流在解復(fù)用模塊進(jìn)入DTDC子系統(tǒng)，它包含了音視頻的基本碼流、同步信息、程序?qū)Ш胶徒饷苄畔?。解?fù)用分析器標(biāo)識(shí)這些不同格式的數(shù)據(jù)并輸送每一格式的數(shù)據(jù)到相應(yīng)的內(nèi)存緩沖器。程序?qū)Ш胶徒饷苄畔t被輸送到DTDC外部主機(jī)；音視頻的基本碼流被輸送到專用的SDRAM中，并通過存儲(chǔ)橋傳送到相應(yīng)的解碼器以輸出音視頻的解碼數(shù)字信號；同步信息則被輸送到一個(gè)音視頻同步機(jī)。

圖4  數(shù)字電視數(shù)字解碼子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 音視頻解碼模塊的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

CX2443x和其他子芯片以及晶振電路協(xié)同完成信號的解碼處理，如圖5所示，這部分設(shè)計(jì)主要包含音頻視頻信號模塊、系統(tǒng)調(diào)試用的JTAG口的電路連接，以及一些外圍電路。CX2443x芯片輸出完成數(shù)字解碼的音頻和視頻到相應(yīng)的編碼模塊。JTAG口用來連接外部的調(diào)試設(shè)備，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中要注意外部晶振電路的配合。

圖5  音視頻解碼模塊的電路

機(jī)頂盒音視頻解碼測試

經(jīng)過初步的測試，本樣機(jī)設(shè)計(jì)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：信道解碼遵循DVB-C EN300 429；視頻解碼遵循MPEG-2 Video（MP@ML）和MPEG-1 Video；音頻解碼遵循MPEG-2、MPEG-1和線性PCM。數(shù)字電視信號解碼處理后的圖像如圖6所示。

圖6  解碼圖像的顯示