基于STi5518的單片數字電視接收系統

王忠誠

（湖南懷化商業學校 電子教研室，湖南 懷化 418000）

1 數字電視的編碼與解碼

1.1 數字電視的編碼

數字電視節目是由圖像信號、伴音信號及輔助信號（如圖文信號和其他業務信號等）構成的。為了將這些信號傳送出去，必須對它們進行編碼處理，整個編碼過程分為信源編碼和信道編碼。信源編碼是對原始的數字電視信號進行編碼，其主要目的是壓縮數據[1-2]。信源編碼包含3個過程，即數據壓縮、數據打包和復用處理，最終形成傳輸流（又稱TS流）信號，信源編碼模型如圖1所示。信道編碼是對TS流信號進行編碼，使其符合傳輸要求，其主要目的是提高信號傳輸的可靠性。信道編碼也包含3個過程，即糾錯編碼、基帶形成和調制處理，信道編碼模型如圖2所示。當采用有線傳輸時，調制方式為正交幅度調制（即QAM方式）；采用衛星傳輸時，調制方式為相移鍵控調制（即QPSK方式）。

1.2 數字電視的解碼

在接收端，為了還原出原始的數字電視信號，就必須對編碼后的信號進行解碼處理，解碼時先進行信道解碼，再進行信源解碼。信道解碼的任務是解調出TS流信號，信源解碼的任務是將TS流信號還原成壓縮前的數字信號。

在數字電視接收系統中，信源解碼要比信道解碼復雜得多。信道解碼常由一塊大規模芯片擔任，該芯片與調諧電路組裝在一起，再用金屬盒屏蔽起來，形成一個封閉式的組件，稱為調諧解調器[3]。信源解碼常由一塊超大規模芯片來完成，這個芯片是系統的核心電路，常稱它為主芯片。完整的數字電視接收系統必須包含調諧解調器、主芯片、控制電路（即CPU）和電源模塊，如圖3所示。

隨著集成技術的不斷發展，現在已經開發出了帶CPU的主芯片，用這種芯片可以構成單片數字電視接收系統，從而使數字電視接收系統變得更加簡單，更加經濟。目前，帶CPU的數字電視主芯片很多，如STi5518，STB01001，MB87L2250等，本文以STi5518為例來分析單片有線數字電視接收系統，這種系統廣泛用于有線數字電視機頂盒。

2 STi5518介紹

STi5518是意法半導體（ST）公司推出的數字電視信源解碼器，主要任務是完成信源解碼和系統控制。該芯片共208個引腳，采用PQFP封裝方式，它內部集成了MPEG-2音視頻解碼器和1個嵌入式CPU。STi5518芯片內部結構如圖4所示。

2.1 內部硬件環境

內置速度達81 MHz的32位嵌入式CPU（ST20C2+）。內置存儲器子系統，包含2 kbyte的高速緩沖存儲器、2 kbyte的動態緩沖存儲器和4 kbyte的SRAM（靜態隨機存儲器）。內置外設接口，具有2個UART（通用異步收發器）接口、2個Smart卡（智能卡）接口、1路I2C總線控制器。設有44位可編程I/O端口；具有遙控功能。前端電路中設有TS流解復用器，支持并行/串行輸入方式。內置音視頻解碼器，支持MPEG-2多聲道解碼和MP3解碼；視頻解碼器支持MPEG-1和MPEG-2圖像解碼。內置視頻編碼器，兼容PAL/NTSC/SECAM編碼方式，支持RGB（三基色信號）、CVBS（全電視信號）、Y/C（亮度/色度分離信號）和YUV（亮度色差信號）輸出方式。

2.2 軟件功能

STi5518具有很強的軟件編程能力，其上所有的I/O端口的功能都能通過編程進行設定。它還具有很強的軟件管理和軟件運行能力，在外部Flash存儲器（快閃存儲器）的配合下，可預置操作系統、控制選單、開機廣告、短信平臺等。運營商還可通過傳輸網絡來對軟件進行升級，新程序寫入在Flash存儲器中，通過升級，可使系統功能與時俱進。

3 系統結構

基于STi5518的單片有線數字電視接收系統如圖5所示。開機后，外部Flash存儲器中的程序被調入到主芯片內部的動態緩沖存儲器中，操作系統開始工作，進行各種系統初始化。接著，根據E2PROM內的控制信息對調諧解調器進行參數設置，使調諧解調器工作于上次關機前的頻道上。同時，主芯片中的嵌入式CPU對節目數據進行檢測，若有TS流，則進行解復用、MPEG-2解碼等處理。若是加密節目，則首先從Smart卡中讀出個人分配密鑰（PDK），利用PDK來完成解密任務。

3.1 調諧解調器

調諧解調器主要完成選臺、高頻放大、混頻、中頻放大、QAM解調、信道解碼等任務。RF（射頻）信號進入調諧解調器后，先由RF分路器處理，將RF信號平均分成兩路，一路送出機外，另一路經高放、混頻、中放處理后送到QAM解調及信道解碼電路，最后獲得TS流信號。調諧解調器上設有I2C總線接口，CPU通過I2C總線來控制調諧過程及解調過程。

3.2 信源解碼

TS流進入STi5518后，先進行解復用和解密處理，再進行MPEG-2視頻解碼和音頻解碼，將視頻數據和音頻數據恢復成壓縮前的模樣。解碼后的視頻數據經存儲器接口存入到外部SDRAM（同步動態隨機存儲器）中，再按實際播放順序讀出，然后經PAL/NTSC編碼器進行編碼處理和D/A變換處理，獲得模擬視頻信號，經視頻放大后輸出。視頻信號共有4種輸出方式，即RGB方式、CVBS方式、Y/C方式及YUV方式，實際應用中一般采用CVBS方式和Y/C方式。解碼后的音頻信號以DATA（數據）、LRCK（左右時鐘）及BCK（位時鐘）形式輸出，送到外部音頻D/A變換器，轉化為R和L兩路模擬音頻信號，再經放大后輸出。

3.3 外部存儲器子系統

STi5518外部一般須配三種存儲器。第一種是SDRAM，它用作緩沖存儲器和幀存儲器，存儲容量一般為64 Mbyte以上，數據寬度一般為16 bit。存入時，按照解碼順序存入；讀出時，按照實際播放順序讀出。第二種是Flash存儲器，它用作程序存儲器，提供軟件的存儲空間、運行空間和解復用所需的空間。Flash存儲器的數據寬度一般為32 bit，容量一般為16 Mbyte。第三種是E2PROM（電可改寫可編程只讀存儲器），它用來存儲頻道信息（如波段碼、分頻碼等）和節目控制信息等。E2PROM的數據寬度一般為8 bit或16 bit，容量一般在4 kbyte以上。

3.4 授權管理子系統

目前，有線電視皆為收費電視，只有受權用戶才能收看，未經受權的用戶無法收看，這一管理是依靠主芯片內部Smart卡接口電路來實現的。在Smart卡接口電路外部設有Smart卡讀卡電路，Smart卡是電視運營商發放的，其上存有授權管理信息（授權密鑰）。每次開機后，CPU都要讀取Smart卡上的授權管理信息，并以此對節目進行解密，使付費用戶能夠正常收看。

3.5 控制子系統

由于STi5518內含嵌入式CPU，依靠這個CPU可以完成整機控制。嵌入式CPU通過1個接口電路與控制面板相連。控制面板上常設置有鍵盤、顯示電路及紅外接收器。鍵盤一般由數個按鍵組成，如“選單”鍵、“節目增”鍵、“節目減”鍵、“音量增”鍵、“音量減”鍵等。顯示電路由顯示屏及其驅動電路構成，顯示屏用來顯示節目序號等信息。顯示屏一般由“8”字型7段數碼管構成。

3.6 供電系統

STi5518采用+3.3 V，+2.5 V電壓供電，其他電路采用+5.0 V電壓供電，因此電源模塊必須輸出這3種電壓。為了提高電源效率和性能，電源模塊必須采用開關電源，且安裝在另一獨立的電路板上。

4 小結

STi5518功能強大、集成度高、性能穩定可靠，用它來設計數字電視接收系統能極大地提高產品的性能。STi5518還具有非常靈活的應用特性，若將它與QAM調諧解調器配合使用，就能構成有線數字電視接收系統；若將它與QPSK調諧解調器配合使用，就能構成衛星數字電視接收系統，因而STi5518具有廣闊的應用前景。

[1] 魯業頻，袁宗文，任玲芝.有線與衛星數字電視接收實踐與思考[J].電視技術，2008，32（8）：93-94.

[2] 王勁濤，長勇，楊抒文.中國地面數字電視廣播信道編碼調制芯片介紹[J].電視技術，2009，33（7）：22-23.

[3] 王忠誠.彩色/數字電視機輕松入門教程[M].北京：電子工業出版社，2009.