ＤＴＭＢ車(chē)載數(shù)字電視終端與實(shí)現(xiàn)

摘要：本文介紹了一個(gè)用凌訊科技國(guó)標(biāo)解調(diào)芯片和海爾“愛(ài)國(guó)者Ⅱ號(hào)”解碼芯片實(shí)現(xiàn)的地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視車(chē)載終端的解決方案。該方案符合地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB20600-2006，并結(jié)合車(chē)載電視的特點(diǎn)，對(duì)軟硬件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試表明，該方案具有良好的人機(jī)交互功能和優(yōu)越的接收性能。

關(guān)鍵詞：DTMB車(chē)載數(shù)字電視；調(diào)制解調(diào)；MPEG-2解碼

引言

中國(guó)的地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(《GB20600-2006數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》，以下簡(jiǎn)稱(chēng)DTMB)自從2006年8月公布以來(lái)，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)許多城市開(kāi)始了試驗(yàn)播出。地面數(shù)字電視能夠很好地支持移動(dòng)接收，車(chē)載電視的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮蟆Ｓ捎贒TMB融合了多載波與單載波兩種模式，為了更大范圍地適用于國(guó)內(nèi)用戶(hù)的需求，市場(chǎng)迫切需要能夠支持上述兩種載波模式的車(chē)載數(shù)字電視終端方案。 本文介紹了一個(gè)基于DTMB的車(chē)載數(shù)字電視解決方案。為滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)全國(guó)標(biāo)支持及低成本的需求，信源解碼部分使用了北京海爾集成電路設(shè)計(jì)有限公司開(kāi)發(fā)的“愛(ài)國(guó)者Ⅱ號(hào)”Hi2016解碼芯片，信源解調(diào)部分使用了北京凌訊華業(yè)科技有限公司研制的LGS-8G42解調(diào)芯片。該方案具有很強(qiáng)的適用性和很高的性?xún)r(jià)比，相信會(huì)對(duì)加快中國(guó)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到很好的推動(dòng)作用。

DTMB簡(jiǎn)介

TMB是一種具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地面數(shù)字多媒體電視廣播的服務(wù)需求、傳輸條件和信道特征，DTMB傳輸系統(tǒng)采用了創(chuàng)新的TDS-OFDM(時(shí)域同步正交頻分復(fù)用)調(diào)制方式。使用特殊設(shè)計(jì)的PN序列作為同步信號(hào)填充OFDM保護(hù)間隔，實(shí)現(xiàn)了快速穩(wěn)健的同步和高效的信道估計(jì)，提高了頻譜效率。在抗多信道噪聲、多徑、多普勒衰落、時(shí)鐘恢復(fù)、傳輸效率等方面優(yōu)于其它地面數(shù)字電視傳輸國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的性能。DTMB高度靈活的操作模式，使其具有很強(qiáng)的移動(dòng)接受能力。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件電路主要由MPEG-2解碼模塊、解調(diào)模塊、視頻顯示模塊和音頻處理模塊等四部分組成。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。

DTMB使用的高頻頭與DVB-T系統(tǒng)的高頻頭有很大程度的兼容性，許多支持DVB-T的高頻頭可以在DTMB的接收終端中使用。本方案選用高頻頭的是深圳伯利恒電子科技有限公司的BLH-DBT-702，其接收頻率范圍為V段(162MHz～444MHz)和HU段(448MHz～862MHz)，輸出中頻信號(hào)36.167MHz，其優(yōu)點(diǎn)是：體積小，較低的本地相位和噪聲，內(nèi)置的DC/DC模塊使得外部只需單一5V供電；通過(guò)12C總線(xiàn)設(shè)置內(nèi)部寄存器可完成頻帶選擇和控制。高頻頭將天線(xiàn)接收的廣播信號(hào)通過(guò)內(nèi)部增益等電路變換，輸出IF模擬信號(hào)，經(jīng)外圍A/D變換電路轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號(hào)，送入信道解調(diào)芯片。

信道解調(diào)芯片選用的是凌汛科技的LGS-8G42。該芯片支持單載波和多載波兩種模式，通過(guò)對(duì)相關(guān)寄存器狀態(tài)的偵測(cè)，完成單載波和多載波模式的判斷及控制，全面支持DTMB標(biāo)準(zhǔn)，適用于戶(hù)內(nèi)、戶(hù)外、固定及移動(dòng)接收的電視終端，是適用于車(chē)載電視的理想芯片。LGS-8G42芯片接收數(shù)字IF信號(hào)，然后將其轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的信道解調(diào)及前向糾錯(cuò)解碼等處理以后，輸出并行或串行的TS流(Transport Stream)數(shù)據(jù)，同時(shí)利用芯片內(nèi)部自動(dòng)增益控制模塊輸出的信號(hào)來(lái)控制高頻頭內(nèi)部中頻放大器的增益，使輸出中頻信號(hào)的功率處在某一特定的范圍內(nèi)。

信源解碼芯片選用的是海爾Hi2016，該芯片內(nèi)部集成了高性能的CPU和音視頻解碼器，完成TS流的解擾、解復(fù)用及MPEG一2音視頻解碼，同時(shí)負(fù)責(zé)控制上層應(yīng)用軟件。Hi2016的視頻輸出支持CVBS、S-VIDEO、YPbPr、YCbCr等多種模式，設(shè)計(jì)中采用了YCbCr、4:2:2模式，YUV輸出8bit精度，符合ITU-656標(biāo)準(zhǔn)，可連接液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的ITU-656接口。Hi2016的音頻解碼器支持音頻PCM數(shù)據(jù)輸出，通過(guò)外加音頻A/D轉(zhuǎn)換芯片HT82V731將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大電路驅(qū)動(dòng)車(chē)載電視自帶的小音箱。為了便于能夠利用車(chē)內(nèi)音響設(shè)備得到更好的音響效果，在本方案中內(nèi)置了立體聲FM射頻輸出電路，用戶(hù)可選擇啟動(dòng)該功能，通過(guò)車(chē)載FM收音機(jī)接收電視伴音。

LCD驅(qū)動(dòng)電路中采用了芯片MST720，它內(nèi)置有MCU、TCON、Scaling Engine、ITU-656接口，實(shí)現(xiàn)了與解碼芯片視頻輸出的對(duì)接。考慮到車(chē)載電視的尺寸與合適的性能價(jià)格比，液晶屏選用了7英寸模擬屏。

面板操作與紅外遙控采用了液晶驅(qū)動(dòng)芯片主控的方式。MST720接收的紅外信號(hào)分為兩類(lèi)，一類(lèi)是對(duì)LCD的控制信號(hào)，另一類(lèi)是對(duì)Hi2016的控制信號(hào)。當(dāng)紅外信號(hào)為后者時(shí)，則采用MST720的GPIO端口進(jìn)行模擬，然后送入Hi2016的紅外數(shù)據(jù)采集接口，完成數(shù)字電視相關(guān)操作。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

依照軟件工程的思想，本系統(tǒng)采用自上向下的分層設(shè)計(jì)方法，保證了系統(tǒng)架構(gòu)清晰、可移植性強(qiáng)，同時(shí)，又采用了功能模塊化設(shè)計(jì)，使得程序模塊有較強(qiáng)的獨(dú)立性，有利于代碼的編寫(xiě)、閱讀和維護(hù)。基于硬件平臺(tái)之上的五個(gè)軟件層通過(guò)編程接口逐級(jí)調(diào)用，完成相應(yīng)的功能。其中硬件平臺(tái)只向操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)程序提供編程接口，同樣操作系統(tǒng)只向設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用服務(wù)程序和應(yīng)用程序提供編程接口，應(yīng)用服務(wù)程序只有應(yīng)用程序才能調(diào)用。

操作系統(tǒng)層

本方案的系統(tǒng)軟件采用了μC/OS-Ⅱ，這是一個(gè)源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式內(nèi)核，它提供了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信與同步等功能，能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的基本要求。絕大部分μC/OS-Ⅱ的源碼是用移植性很強(qiáng)的ANSI C寫(xiě)的，和微處理器硬件相關(guān)的部分使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，并且壓到了最低限度，使得μC/OS-Ⅱ便于移植到其它微處理器上。μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的目標(biāo)模塊組成，并提供了清晰的接口，用戶(hù)可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)模塊來(lái)裁剪和配置系統(tǒng)，從而減少產(chǎn)品中的μC/OS-Ⅱ所需的存儲(chǔ)空間。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)?/p>

設(shè)備驅(qū)動(dòng)層位于操作系統(tǒng)層之上，完成對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行通訊和控制的功能，Hi2016的軟件包中提供了一套驅(qū)動(dòng)程序集，包括解復(fù)用驅(qū)動(dòng)、音視頻驅(qū)動(dòng)、圖形界面驅(qū)動(dòng)、FLASH驅(qū)動(dòng)、DMA驅(qū)動(dòng)等，本課題重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了12C驅(qū)動(dòng)、信道解調(diào)驅(qū)動(dòng)、高頻頭驅(qū)動(dòng)、SPI驅(qū)動(dòng)、FM(調(diào)頻)驅(qū)動(dòng)和液晶驅(qū)動(dòng)模塊。

本方案中采用的信道解調(diào)芯片LGS-8G42和高頻頭BLH-702均為12C器件，可以利用Hi2016的兩個(gè)GPIO端口來(lái)模擬FC總線(xiàn)，用軟件控制I/O口，構(gòu)建虛擬12C總線(xiàn)操作平臺(tái)，從而完成對(duì)解調(diào)芯片和高頻頭的寄存器設(shè)置及流程控制。

調(diào)頻發(fā)射芯片BH1418是一個(gè)帶有SPI串行數(shù)據(jù)接口的芯片，由于它只需實(shí)現(xiàn)單向傳輸，可以利用Hi2016的三個(gè)GPIO端口模擬SPI總線(xiàn)，進(jìn)行發(fā)射頻率的設(shè)置。

液晶驅(qū)動(dòng)芯片的需要設(shè)置的寄存器比較多，芯片供應(yīng)商提供了功能完善的軟件包及調(diào)試工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控芯片工作狀態(tài)，修改寄存器的數(shù)值，方便了驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。

應(yīng)用服務(wù)程序?qū)?/p>

應(yīng)用服務(wù)程序?qū)樱〝?shù)據(jù)庫(kù)管理、FLASH管理和Tuner管理等模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊負(fù)責(zé)管理軟件系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)庫(kù)，例如頻點(diǎn)信息、節(jié)目信息和系統(tǒng)信息等等，它向上層軟件提供通用的接口函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除以及查找和排序等操作。FLASH管理模塊直接服務(wù)于數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，它的任務(wù)是將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按照一定的格式先存儲(chǔ)在緩存區(qū)，然后再存儲(chǔ)到主存儲(chǔ)區(qū)。Tuner管理模塊根據(jù)應(yīng)用程序?qū)影l(fā)送來(lái)的消息，完成對(duì)Tuner的相關(guān)操作，確保Tuner能夠穩(wěn)定工作，并反饋執(zhí)行的狀態(tài)和結(jié)果。

應(yīng)用程序?qū)?/p>

應(yīng)用程序?qū)樱ü?jié)目搜索、節(jié)目播放、以及條件接收(擴(kuò)展)、電子節(jié)目指南(擴(kuò)展)等應(yīng)用模塊，響應(yīng)于最上層的用戶(hù)接口層，由用戶(hù)接口層發(fā)送消息來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也通過(guò)消息將命令傳送至下層Tuner管理層，調(diào)用Tuner的驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)Tuner，Tuner管理層根據(jù)管理機(jī)制決定是否向Tuner發(fā)送鎖定命令，當(dāng)成功鎖定頻點(diǎn)后，Tuner管理層將鎖定狀態(tài)通過(guò)事件回調(diào)機(jī)制同樣是由消息傳至解復(fù)用模塊，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)通道和過(guò)濾器的申請(qǐng)，完成音視頻流的分離和播放，并調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊存儲(chǔ)節(jié)目信息。

人機(jī)交互程序?qū)?/p>

人機(jī)交互層，簡(jiǎn)稱(chēng)USIF，是用戶(hù)與接收終端進(jìn)行交互的通道，主要完成消息和事件的受理，與操作系統(tǒng)的消息不同，這里提到的消息指USIF內(nèi)部根據(jù)系統(tǒng)消息產(chǎn)生的內(nèi)部消息。USIF任務(wù)接收到其它任務(wù)通過(guò)操作系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的消息后，將其內(nèi)容按照一定格式打包，通過(guò)消息傳遞路徑發(fā)送給窗口和控件，然后由消息處理函數(shù)分析收到的消息，產(chǎn)生特定的事件類(lèi)型，交給事件處理函數(shù)處理。

基于μC/OS-Ⅱ的分層軟件平臺(tái)，各模塊之間采用消息隊(duì)列進(jìn)行通訊，能夠很好滿(mǎn)足車(chē)載數(shù)字電視的基本功能，同時(shí)還提供了條件接受、電子節(jié)目指南等接口，便于擴(kuò)展功能的應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

本方案采用LGS-8G42和Hi2016構(gòu)建的標(biāo)清車(chē)載接收終端，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電視地面多媒體廣播DTMB在車(chē)載環(huán)境下的應(yīng)用，目前已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和車(chē)載環(huán)境的測(cè)試，移動(dòng)狀態(tài)下的接收性能穩(wěn)定良好，其低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)有助于車(chē)載數(shù)字電視的普及。展望未來(lái)，為了適應(yīng)更高的客戶(hù)需求，以車(chē)載數(shù)字電視平臺(tái)為核心，集無(wú)線(xiàn)通信、導(dǎo)航、視聽(tīng)娛樂(lè)等服務(wù)于一體，將是汽車(chē)數(shù)碼產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。