电子公司数字电视论文

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一、硬件系统的组成

在数字电视系统中，经过压缩编码器的处理后，各种电视信号（或者音频广播信号）成为很多数据码流。在复用器中，其他数据流和这些数据流按照统一的协议进行时分复用。同时为了便于接收端选择节目，在码流中插入业务信息，可以用于提供关于节目业务的辅助信息。催数字电视节目的码流进行加密处理，以便于实现电视广播业务的付费收视。由于广播系统采用了不同的传输信道，需对基带码流信号进行不同的信道调制或者编码处理，然后再发射到信号通道中。用户的终端系统有数字电视接收机、数字卫星接收机、家用计算机、数字机顶盒等设备。数字电视在本质上和数字通信是一样的，只是一个技术上的变化，她们都是以数据的形式传递着信息。所以，通信业务和计算机多媒体业务可以进入电视领域，多种计算机协议和通信方式在数字电视系统中能够得到应用。数字电视硬件系统由许多独立的板块构成。各板块具有相对独立的功能，通常无需软件来管理其间的通信。这些模块大致分为信道解调器、主机编程接口（主控制器）、高频头、音频解码器、解复用器、OSD显示控制、视频解码器、视频编码器等。另外还有一些较为简单的模块。如，LCD显示、串行通讯端口、面板按键控制、红外遥控等。之所以称这些模块为“简单模块”，因为他们不直接参与MPEG-2码流的解码处理和射频调制信号，所以主控制器可以单独对它们进行编程，相对来说比较简单。比如，红外遥控模块接收外界传来的红外控制信号，并利用硬件系统对信号进行译码，得到的按键码会被送到主机的编程接口。主机的编程接口处理这个信息，然后控制系统的其他组成部分（如让解复用器切换频道以及控制LCD显示按键符号）。解复用器和音频解码器这些功能相对比较复杂的板块，通常被设计成硬件上的单独的RISCDSP处理器。这些单独的RISCDSP处理器，硬件采用了DSP架构，软件采用了微码驱动，软硬件结合，其中，系统启动后，微码由主机编程接口加载。硬件模块要抽象出一些寄存器来给软件使用，除非其不想接受上次软件的控制。但并不是所有的硬件在设计的时候都要做出来一些寄存器，像FPGA开发工具设计出来的数字系统，就是比较纯粹的硬件驱动。需要注意的是，如果想要硬件具有灵活的功能，寄存器的存在是必不可少的。因此，FPGA的设计方法被许多数字电视解码器芯片内部设计时采用。但当融入到一个较为复杂的系统中的时候，为了各部分模块被软件进行比较统一的管理，在外部做一些寄存器给软件使用还是必要的。硬件至少需要提供给软件一个状态寄存器供其读取，这样软件就可以知道它是不是在正常的工作。实际上，软件可以控制硬件的唯一的借口便是硬件寄存器，硬件提供了大量的寄存器供软件来使用。

二、硬件编程模型

在系统启动后，应用程序通过调用设备驱动程序，首先对硬件进行了初始化处理，此时，硬件寄存器被应用程序直接进行了写操作，这种方式被称为阻塞式通信方式或者称之为同步通信方式，它的特点是：软件在硬件寄存器被正确写入后返回。但这不是应用程序控制硬件的唯一的方式，另一种方式为异步通信方式，或者称之为缓冲式通信方式，这种方式是通过寄存器操作后通过回调函数来通知应用程序。系统正常启动运行后，通过异步通信方式，应用程序对硬件进行操作，比如，通过驱动任务，来完成关于EPROM2的读写操作触发硬件中断的原因可能是硬件产生异常，或者是上层软件需要处理时，此时需要调用中断处理函数。硬件终端函数需要找出中断产生的原因，即先判断中断源，然后再进行一些较为简单的处理。随后，它把信息发送到了驱动程序任务的信息队列中，或通过调用回调函数交给应用程序处理。几乎所有的中断处理函数都需要通过直接或者间接地向应用程序发送信息。通过采用单独的嵌入式处理器，主机编程接口对系统作整体控制，在Conexant数字电视解决方案中采用了ARM7架构的CPU核。系统启动时，系统中的各个模块被主编程接口进行了初始化，在启动完成后，系统便进入了工作状态，主机编程接口收到了来自各个模块的消息，然后进行处理，对相应的模块进行处理。图1图片为数字电视的简单的硬件编程模型。图中每个版块都是编程得来的。应用程序对主机编程接口进行了控制，而驱动程序控制其他的硬件模块。此外，像音频解码器、视频解码器、解复用器等专门的DSP固件来控制。信道解调器是在数字状态下工作的，但是由高频头输出的查分信号为模拟信号，所以在信道解调器的内部要对差分信号进行变换，根据信号不同的调制方式，卫星信号采用QPSK方式进行解调，有线信号则采用QAM方式进行解调。这个功能是通过一个数字匹配滤波器实现的，接下来解调器还要进行信号的纠错解码。此后，解调器输出便是基带的MPEG-2传输流，可通过并行或串行的方式输出到解复用器当中。数字电视解码器的OSD模块事实上是一个比较强大的图形处理器。软件对它进行编程操作时，可直接控制硬件，比如，控制调色板和显示控制器内存等。软件在写显示控制器内存时，由于程序指令速度过慢出现图形显示不流畅现象，因此，有些图形处理器常借助图形加速协处理器，使用硬件直接写显存，此操作成为硬件blitter。目前为止，在大多数场合下，数字电视还是通过使用模拟电视的AV输入来收看，所以数字电视解码器必须将音频、视频等图文信息，在模拟电视制式的基础上进行视频编码。视频编码器接受现实控制器模块所输出的视频图像信息，并进行视频编码根据具体的电视制式，最终输出特殊接收终端所需要的分量视频信号或复合视频信号。音频输出可直接从音频解码器中获得。

三、数字机顶盒硬件系统分析

数字电视机顶盒能够接收MPEG-2数字电视传输流和各种数据信息，通过解调、解复用、解码和视音频编码，在模拟彩色电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。目前，数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能。数字电视机顶盒硬件组成有很多。一是网络接口模块（NIM）：网络接口模块完成信道解调和信道解码功能，送出包含视音频和其他数据信息的传输流（TS）。二是信源数据传输流解复用器：传送流中一般包含多个音视频流及一些数据信息，传输流解复用器用来区分不同的节目，提取相应的音视频流和数据流，送入视音频解码器和相应的解析软件。三是条件接收模块：对于付费电视，条件接收模块还对音视频流实施解扰，并采用含有识别用户和记忆功能的智能卡，保证合法用户正常收看。四是视音频解码器和后处理：MPEG-2解码器完成对音视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音视频信号，在模拟电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。五是嵌入式CPU与存储器模块和接口电路：嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏，它与存储器模块用来存储和运行软件系统，并对各个硬件模块进行控制。接口电路提供丰富的外部接口，包括通用串行接口USB，以太网接口及RS232，模拟、数字视音频接口，数据接口等。随着网络技术和数字电视的发展，数字电视机顶盒的各项功能将更加完善，尤其是单片PC技术的发展将会在物理结构上促进电视机顶盒各部分硬件的高度集成，形成STB核心芯片,从而降低成本，减小体积，提高性能。外部接口更加丰富，可以通过USB接口与数码相机连接，也可以通过IDE接口挂接硬盘实现节目存储。交互式机顶盒将会成为数字电视机机顶盒的主流，用户在模拟彩色电视机上不仅能够收看数字电视，还能实现娱乐和上网等功能。

四、结束语

对于数字电视硬件平台未来的发展，硬件系统的发展应该朝着灵活性、高集成性、更加强大的数据路由和备份功能的方向不断发展，能够具有更简单、方便、高效的功能。数字化的道路上，我们要做的还有很多，在这条道路上，发展硬件系统，相信中国广电的发展一定会越来越好。

作者:赵伟单位:天津三星电子有限公司