数字电视技术第9章143.ppt

第9章 数字电视的接收 第9章 数字电视的接收 9.1 概述概述 9.2 卫星数字调谐器卫星数字调谐器 9.3 有线电视数字调谐器有线电视数字调谐器 9.4 单芯片解复用和信源解码单芯片解复用和信源解码 9.5 接收机软件系统接收机软件系统 9.6 接收机测试接收机测试 第9章 数字电视的接收 9.1 概概 述述 1. 三种信道接收三种信道接收 数字电视接收为适用于不同的传输信道而分为卫星、有线和地面广播三种不同的类型它们在系统的视频、音频和数据的解复用和信源解码方面都是相同的，都遵循MPEG-2系统标准(ISO／IEC 13818-1)、MPEG-2视频标准(ISO／IEC 13818-2)和MPEG-2音频标准(ISO／IEC 13818-3)（ATSC的音频为杜比AC[CD*2]3多声道环绕声方案）三种数字电视信号接收机的主要区别是在调谐、解调和信道解码方面 目前流行的做法是将调谐器、频率合成器以及数字解调和信道解码器等做在一起， 成为一体化调谐解调解码器，并用金属壳屏蔽起来，形成独立的通用组件，常称为数字调谐器、DTV调谐器或数模一体机。

第9章 数字电视的接收 2. 数字电视机顶盒数字电视机顶盒 机顶盒STB(Set Top Box)是指电视机顶端或内部的一种终端装置在当前模拟电视与数字电视共存的阶段，千家万户已经拥有的模拟电视机不能直接用来接收数字电视节目，机顶盒就是用来充当数字电视与模拟电视机之间桥梁的一种接收转换装置 数字卫星机顶盒也称为综合接收解码器IRD(Integrated Receiver Decoder)它接收从卫星发送的数字电视信号，经过信道解码和信源解码，将接收的数字码流转化为压缩前的分量数字视频信号，再经D／A转换和视频编码转换为模拟全电视信号，送到普通的模拟电视接收机 而根据使用场合的不同， IRD又可分为家用(Consumer)和商用(Commercial)两大类前者适用于家庭，有遥控、屏幕菜单显示等功能；后者常用于有线电视前端的集体接收，要求有更高的质量、可靠性和更多的接口 第9章 数字电视的接收 3. 机顶盒的三种类型机顶盒的三种类型 数字电视机顶盒从功能上可分为基本型、 增强型和交互式三种  (1) 基本型机顶盒： 由数字调谐器、主芯片、Flash、 SDRAM、开关电源、标准接口、AV接口、S-Video接口、IC卡座、嵌入式软件、 CA系统组成。

它能接收数字电视信号到模拟电视机并实现付费收看  (2) 增强型机顶盒：除采用基本型的所有部件外，还增加了中间件和其它应用软件它能接收数字电视信号到模拟电视机、 实现付费收看、 多种有线电视增值业务及简单交互式应用 第9章 数字电视的接收 (3) 交互式机顶盒：由于机顶盒的模块化设计而在功能选择上更加灵活如要增加Internet浏览功能，只需要在机顶盒硬件上增加CPU及相关应用软件即可根据交互方式的不同类型，机顶盒采用不同的回传方式和接口其功能可在增强型有线数字机顶盒的基础上按需要添加 我国在2005年以后才开播HDTV， 从2008年起大力发展HDTV 目前， 我国的接收机以SDTV为主，因为HDTV接收机的基本原理与SDTV接收机是一样的， 所以本章只介绍SDTV接收机 第9章 数字电视的接收 4. 机顶盒输出接口端子机顶盒输出接口端子 (1) RF射频端子RF射频端子连接的电视机的图像效果最差在将机顶盒、录像机、LD机与电视机连接时，尽量不要用RF接口， 要用A/V接口或其它更高档的接口  (2) A／V端子。

它是由3个独立的RCA插头(RCA jack，又叫莲 花 插 头 )组 成 的 其 中 的 V接 口 连 接 复 合 视 频 信 号CVBS（Composite Video Burst Sync）, 为黄色插口；L接口连接左声道声音信号，为白色插口； R接口连接右声道声音信号，为红色插口 第9章 数字电视的接收 (3) S端子S端子又称为超级视频端子(Super Video)、 S Video、S-VHSS端子使用专用的五芯连接线及结构独特的4针插头MINI DIN 由于S端子传输的视频信号保真度比V端子的更高，因此用S端子连接到的视频设备， 其水平清晰度最高可达400～480线  (4) 分量色差端子V分量色差端子使用三条电缆， 连接亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y通过分量色差端子还原的图像水平清晰度比S端子更高 第9章 数字电视的接收 (5) 三基色RGB端子三基色RGB端子比分量色差端子效果更好在视频播放机中将图像信号转化为独立的RGB三种基色， 直接通过RGB端子输入电视机或显示器中作为显像管的激励信号由于省去了许多转换、处理电路而直接连接，因此可以得到比分量色差端子更高的保真度。

 (6) VGA端子、SVGA端子VGA是计算机系统中显示器的一种常用显示类型，其分辨率为640×480；SVGA端子的分辨率可以达到1024×768二者都使用标准的15针专用插口d-Sub-15，只是传输的信号规格不一样具有VGA端子的机顶盒，可以使用计算机的显示器 第9章 数字电视的接收 前面介绍的接口都是模拟接口机顶盒内部生成的数字图像信号在机内经过D／A转换，以模拟的形式传输到电视机或其它显示设备 一般机顶盒只有A/V端子和S端子等两、三种输出接口当显示设备是数字设备时，应采用数字接口，以免数字显示设备又将模拟信号重新转换为数字信号，如此“数字—模拟—数字”转换会造成细节的损失和信号的畸变数字接口可以省去两次不必要的转换，能使画面质量提高， 同时也节约了两台机器的硬件配备高档机顶盒有可能配置下列数字接口：  (1) 数字视频接口DVI（Digital Video Interface） 它使用标准的D型24针连接器 第9章 数字电视的接收 (2) 高分辨率多媒体接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）。

它除了视频信号外，还有多声道音频信号  (3) 串行数字接口SDI（Serial Digital Interface）它对数据流进行扰码并变换为NRZI(Non Return to Zero Invert，倒相的不归零码，原码为1时输出数据周期的中央有电平跳变)码， 以确保接收端可靠恢复  以上三种数字接口传送未压缩数字图像信号 (4) IEEE1394接口它也称为火线接口（Fire Wire），连接器体积较小，有4线和6线两种结构， 即插即用，支持DTCP（Digital Transmission Content Protection， 数字传输内容保护）， 可用串行方式连接多台设备 第9章 数字电视的接收 9.2 卫星数字调谐器卫星数字调谐器 9.2.1 卫星数字电视卫星数字电视 1. 卫星数字电视传送的优点卫星数字电视传送的优点 (1) 用数字方式传输节目的质量高，图像质量比较稳定  (2) 传输一路模拟电视节目的卫星通道可传输4～8路数字电视节目，传输节目数量多，可满足观众日益增长的需求， 也降低了每套电视节目传送的成本。

 (3) 传输方式灵活，有单路单载波SCPC(Single Channel Per Carrier)方式和多路单载波MCPC(Multiple Channel Per Carrier)方式  (4) 可实现多种业务传输， 能进行电视广播传输， 也能进行声音和数据广播传输  (5) 容易进行加扰、 加密， 实现条件接收和对用户的授权管理 第9章 数字电视的接收 2. 卫星数字电视传送方式卫星数字电视传送方式 1) 多路单载波(MCPC)方式 MCPC方式适合于多套节目共用一个卫星电视上行站的情况它先将多套节目的数据流合成为一个数据流， 然后调制载波发至卫星，这种方式能使转发器的功率得到最大限度的发挥中央电视台、中央教育卫视、 内蒙古卫视、 新疆卫视等都采用这种方式 第9章 数字电视的接收 2) 单路单载波(SCPC)方式 SCPC方式适合于多套节目共用一个转发器而不共用上行站的情况每套节目各自调制一个载波后发至卫星，每个载波只传输一套电视节目，这样在一个转发器内同时存在多个载波。

该方式的缺点是转发器的功率得不到充分发挥，多个载波的存在就有可能产生交调、 互调干扰， 要求放大器尽可能工作性状态 青海、 河南、 福建、 江西、 辽宁五省采用SCPC方式共用一个转发器 第9章 数字电视的接收 3) 卫星直播 利用卫星进行点对点(或多点)的节目传输，把电视节目传送给地面广播电视台或有线电视台转播，属于固定卫星业务FSS(Fixed Satellite Service) 通信使用频段为C频段和Ku频段 人 们 常 将 使 用 Ku频 段 的 FSS提 供 卫 星 直 接 到 户DTH(Direct To Home)的广播电视服务称为卫星直播 我国的CBTV卫星直播试验平台不属于DBS， 因为卫星直播系统使用的是鑫诺一号通信卫星的4个Ku频段 第9章 数字电视的接收 4) 直播卫星 直播卫星(Direct Broadcasting Satellite， 简称DBS)通过卫星将图像、声音和图文等节目进行点对面的广播， 直接供广大用户接收(个体接收或集体接收) 按照国际电信联盟(ITU)的规定，直播卫星一般属于卫星广播业务(Broadcast Satellite Services BSS)范围，采用的频段是广播专用的Ku和Ka频段， 覆盖范围受到国际公约的保护， 在本覆盖区内不受其它通信卫星溢出电波的干扰。

第9章 数字电视的接收 5) SINOSAT-2直播卫星 SINOSAT-2直播卫星由中国空间技术研究院研制，计划于2005年发射， 定点在134°E赤道上空，是我国第一颗直播卫星 卫星按照国际电信联盟(ITU)APS30文件所规范的各项要求进行设计和制造卫星包含有由150 W行波管放大器构成的24个广播转发器，卫星天线波束覆盖整个中国(包括港、 澳、 台地区)， 同时按照中国人口密度的分布和雨衰的分布对波束覆盖进行了优化设计，覆盖区内卫星EIRP(有效全向辐射功率，是天线发射功率和天线增益的乘积)最大可达到57 dBW以上在满足99.9％可用度、采用0.45 m 小口径天线接收的条件下，每个转发器可传输10套电视节目， 整个卫星可以传输240套电视节目 第9章 数字电视的接收 SINOSAT-2卫星采用了东方红四号(DFH-4)卫星平台 DFH-4卫星平台继承了DFH-3卫星平台的设计方法和技术， 解决了大型中心承力筒技术、大容量储箱技术、卫星电源控制技术、星上综合数据管理技术、大型静止轨道卫星公用平台机械太阳翼及二次展开机构的研制等项关键技术。

卫星总重可达5000 kg，由于采用了高效率的砷化镓电池片， 星可提供10 kW的直流功率卫星的寿命大于15年，可满足目前各种通信、 广播和数据跟踪卫星的要求卫星有效载荷由24路大功率Ku频段转发器和2副发射天线、 1副接收天线组成 第9章 数字电视的接收 3. 卫星数字调谐器卫星数字调谐器 图9-1是卫星数字调谐和信道解码方框图从卫星转发器下行的Ku波段(11.7～12.75 GHz)数字信号经卫星电视天线接收后，在接收机室外单元LNB(Low Noise Block Down Converter，低噪声下变频器)中被转换为950～2050 MHz的第一中频信号，馈送给接收机室内单元 调谐器将选定频道的数字信号转换为零中频的基带信号送到QPSK解调器， 这就是零中频方案即在混频时本机振荡频率与输入信号频率相同，输出信号为零中频的基带信号， 它可直接送到数字解调和解码电路进行处理，省去了中频处理电路和声表面波滤波器等元器件， 简化了电路， 降低了成本 第9章 数字电视的接收 图9-1 卫星数字调谐和信道解码方框图 第9章 数字电视的接收 在QPSK解调器中解调出I和Q两路信号，经基带滤波和A／D转换后送到解收缩器和维特比译码器，经软判决译码形成单路比特序列。

该序列在同步字节检测器中检出同步字节，从而实现8比特字节划分然后进行去交织、RS译码和解能量扩散， 完成基带数字信号的信道解码，经基带物理接口输出TS 将上述电路做在一起， 用金属壳屏蔽起来，就形成了卫星数字调谐器 第9章 数字电视的接收 9.2.2 303211MT型卫星数字调谐器型卫星数字调谐器 图9-2 三星公司的303211MT型卫星数字调谐器方框图 第9章 数字电视的接收 1. 卫星零中频卫星零中频QPSK调谐解调芯片调谐解调芯片SL1925 ZARLINK公司(原MITEL公司)的调谐解调芯片SL1925的工作频率范围达到950～2150 MHz，其内部集成了压控振荡器VCOV和VCOSVCOS的工作频率范围为1900～3000 MHz， 该频率经过2分频后输出950～1450 MHz的本振信号VCOV的工作频率范围为1450～2150 MHz引脚Losel用于选择两个压控振荡器中的一个当输入频率低于1450 MHz时， 设置Losel脚为高电平，选择VCOS输出，此时工作频率范围为950～1450 MHz；当输入频率高于1450 MHz时，设置Losel脚为低电平， 选择VCOV输出，此时工作频率范围为1450～2150 MHz。

两个压控振荡器产生的本振信号可从Psout和Psoutb引出, 作为外部频率合成的输入信号 第9章 数字电视的接收 SL1925的内部AGC电路使得该模块的增益随着输入射频电平的大小而变化，保证输出电平的大小恒定 根据SL1925输出信号电平的大小，信道解调解码模块STV0299输出脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)形式的AGC控制电压， 先经过一个低通滤波器进行D/A转换后，接到SL1925的AGC引脚上该AGC放大电路的调节电压范围为0～5 V，0 V时有最大增益5 V时是最小增益，AGC控制范围可达30 dB 零中频正交解调输出后，要经过外接的低通滤波器滤除带外的噪声由于信号的符号率最高可达45 MS／s 以上，考虑到发射端还采用了奈奎斯特滤波器，因而选用的低通滤波器带宽为56 MHz正交解调后的I、Q两路信号分别由OPFI、OPFQ输出，先通过外接的两个低通滤波器滤波后，再将信号分别由IPFI、IPFQ输入到内部基带放大器再一次放大，最后分别由Iout和Qout输出 第9章 数字电视的接收 2. 频率合成器电路频率合成器电路SP5769 SP5769是ZARLINK公司生产的一种频率合成器电路，图9-3是其内部结构框图。

通过I2C总线接口，可以对芯片内部的寄存器进行读写操作，从而达到对其进行控制的目的SP5769将来自于调谐解调器SL1925的压控振荡器的输入信号fL进行n分频后与其内部的高稳定参考频率（晶体振荡器频率经m分频）进行相位比较，所产生的调谐电压经外接三极管驱动后再送回到调谐解调器中的压控振荡器，以调整载频频率，并保证其稳定性CPU根据本振频率计算出所需的分频系数值，设置SP5769的内部可编程分频系数寄存器， 就可得到所需的本振频率 对于零中频方案，所需的本振频率与解调的输入信号频率相同 第9章 数字电视的接收 图9-3 ZARLINK公司的SP5769型频率合成方框图 第9章 数字电视的接收 图9-4是SL1925和SP5769的接线图ZARLINK公司已经将这两片芯片集成为单片合成零中频调谐器SL1935， 三星公司新的一体化调谐解调解码器TBMU24311IMB就采用了该芯片， 其体积缩小为85 mm×45 mm×13 mm 第9章 数字电视的接收 图9-4 SL1925和SP5769的接线图 第9章 数字电视的接收 3. 数字解调和信道解码器数字解调和信道解码器STV0299 STV0299是ST公司的TQFP（Thin Quad Flat Package， 方形扁平封装）64脚封装的信道解码IC，其内部组成框图如图9-5所示， 它包括一个双路6 b A／D变换器、 QPSK／BPSK数字解调器(时钟恢复、 载频恢复、 AGC控制、 内插器等)和信道解码器(卷积解码、 去交织、 RS解码、 能量去扩散)， 支持DVB、 DBS等多种标准。

第9章 数字电视的接收 1) STV0299的主要性能 · 数字解调模块 (1) 双路6位模/数转换器  (2) 可完成QPSK和BPSK解调  (3) 数码率为90 Mb/s， 符号率为1～50 MS／s  (4) 数字奈奎斯特(Nyquist)滤波器， 滚降系数为0.20或0.35 (5) 带锁相检测的数字载波环： 包括宽范围解相位旋转器(Derotator)和跟踪环路 第9章 数字电视的接收 (6) 带锁相检测的数字时间恢复： 内设全集成定时环路、 内插滤波器和时钟基准  (7) 双路数字AGC： 采用脉冲宽度调制(PWM)实施调谐器增益控制； 在设定信号带宽下实施功率优化的内部AGC， 有利于时钟、 载波的恢复  (8) 具有调谐器和高频头(LNB)控制(H／V、 22 kHz等)的外部辅助端口 第9章 数字电视的接收 图9-5 STGV0299型数字解调和信道解码电路方框图 第9章 数字电视的接收 · 前向纠错模块 (1) 软判决Viterbi解码器： 约束长度为7、 码率为1／2的收缩卷积码； 自动识别或手动设置识别收缩率， 可以是1／2、 2／3、 3／4、 5／6和7／8。

 (2) 解交织： 同步字提取和解卷积交织 (3) RS解码器能纠正达8个字节的错误 (4) 能量解扩散 (5) 芯片内设有误差监视功能 (6) 可编程并行或串行输出格式 第9章 数字电视的接收 2） STV0299的主要电路功能 (1) 时钟产生电路利用外部晶振产生的4 MHz时钟， 通过其内部的压控振荡器(VCO)和分频器产生主时钟(MCLK)，用于对信号的取样； 产生辅助时钟(AUXCLK)的频率可在50～800 Hz范围内变化，用于对LNB中的某些功能进行控制； 所产生的22 kHz时 钟 ， 用 于 LNB的 高 低 本 振 的 切 换 和 DiSEqC(Digital Satellite Equipment Control，数字卫星电视天线切换控制)接口功能 第9章 数字电视的接收 (2) AGC电路主控AGC1将I、Q输入信号与内部一个可编程的阀值进行比较，其差值经积分后形成一个脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)信号，经外部简单的低通滤波器滤波后，可用于控制前端调谐解调器的放大器增益，从而根据输入信号的强弱改变前端放大器的增益。

 辅控AGC2把I、Q输入信号的有效值与一个可编程阀值进行对比，获得误差信号，再分别加到I和Q通道的复用器上， 对I、Q两路的信号进行增益控制 第9章 数字电视的接收 (3) 定时控制电路由于A／D转换采用的取样时钟不是从输入信号中提取出来的，难以保证最佳的取样时间，使得取样判决后的误码串增大，因此要采用定时恢复环路从输入数据信号中提取出正确的时钟，用以校正固定取样所造成的样点误差， 保证抽样判决后输出端的信号有最低误码率与STV0299定时环路有关的寄存器有： 符号率寄存器、 计时常数寄存器和计时频率寄存器 其中，符号率寄存器与所需的符号率相对应； 计时常数寄存器用来控制定时二阶环的自然频率和阻尼因子； 计时频率寄存器在定时锁定时，其所存的数值即为频率偏移的对应值 第9章 数字电视的接收 (4) 载频定时电路由于前端的模拟正交解调器中所采用的是非相干本振信号，基带输入信号存在频差和相位抖动，因此采用载波定时电路可以纠正标称频率与实际频率的差别，校正LNB的随机频率偏移，使有用信号的频谱集中于解调频率两侧 与载频定时环有关的寄存器有：载频环控制寄存器和载频频率寄存器。

前者寄存控制载频环的自然频率和阻尼因子的值； 后者在搜索时用来寄存载频的偏移量值  (5) 载噪比(C/N)指示器用于指示接收信号的质量， 包括天线是否正确对准、前端电路(天线、高频头、电缆、调谐器等)性能是否良好， 还可以指示RF信号质量是否符合接收要求 第9章 数字电视的接收 (6) Viterbi解码与同步Viterbi解码器计算出4种可能路径中的每个符号，它们以接收到的I、Q输入信号的欧几里德(Euclidian)距离的平方值为度量， 在误差率的基础上测定出收缩率(Puncture Rate)和相位 DVB-S的收缩率有5种， 当选择自动识别收缩率时，对于每一个可能的收缩率，将其当前的误差率与一个可编程阈值比较，若误差较大，则要尝试其它收缩率或相位， 直到获得最小误差为止  Viterbi解码器也可以根据已知的收缩率进行设定， 这样， 整个同步的时间会短一些  (7) 去交织、RS解码器、能量去扩散这些操作在STV0299内部自动完成，用户只要对相应的寄存器进行使能和某些初始设置即可 第9章 数字电视的接收 (8) 输出接口。

STV0299输出的信号端子共有4组：数据线(D0～D7)； 数据时钟信号(CLKOUT)； 数据／奇偶校验时钟(D／P)； 错误指示信号(ERROR) 数据线可定义成并行输出方式或串行输出方式 若是并行输出方式， 则D0～D7为8 b并行数据输出线， 相应的BCLK为比特时钟； 若是串行输出方式， 数据从D7端输出， 相应的CLKOUT为时钟  ST公司的芯片STv0399将低噪放大、模拟调谐、零中频解调、 数字调制解调、 信道解码等集成在一块芯片上 第9章 数字电视的接收 9.2.3 L64733C、、 L64734芯片组芯片组 L64733C、L64734调谐器和卫星接收芯片组是LSI Logic公司新一代的调谐和通道接收芯片组，芯片组内部结构如图9-6所示 第9章 数字电视的接收 图9-6 L64733C、L64734调谐器和卫星接收芯片组 第9章 数字电视的接收 图9-7 频率控制回路原理图 第9章 数字电视的接收 9.2.4 MB86A15APMT-M-BND单芯片单芯片 德国富士通公司的MB86A15APMT-M-BND是单芯片数字卫星广播的调谐器和QPSK解调器，能实现接收DVB-S信号的全部功能，包括AGC、A／D、PLL、QPSK解调和FEC，甚至高频振荡电路中的电感和变容二极管也包含在内，这意味着在生产中不需要进行调整了。

图9-8是该芯片的典型接线图 第9章 数字电视的接收 图9-8 MB86A15APMT-M-BND典型接线图 第9章 数字电视的接收 电路的主要性能有： (1) 和DVB-S（SCPC）兼容(2) 电源电压有5 V、 3.3 V、 2.5 V（不需要30 V调谐电压） (3) 输入频率范围： 950～2150 MHz (4) 输入信号电平： -75～-10 dBm (5) 符号率： 1～45 Mbaud(6) 载波捕获范围： ±5 MHz (7) 自动检测IQ和Viterbi码率（DVB： 1／2、 2／3、 3／4、 5／6、 7／8） 第9章 数字电视的接收 (8) 有载频和载噪比监视功能（通过I2C总线接口） (9) 功耗小于1.5 W（45 Mbaud时， 低波特率时降低） (10) 120脚塑封LQFP(Low Profile Quad Flat Pack， 厚1.4 mm， 引脚长2 mm)包装  (11) 富士通将提供应用编程接口软件（API）源码 (12) 包括PC监视软件的开发板，提供图形BER显示软件， 有信号增强／质量条状图和发送管理。

第9章 数字电视的接收 9.3 有线电视数字调谐器有线电视数字调谐器 卫星数字电视的接收比较简单，因为卫星电视广播系统的上行站、卫星和遥测遥控跟踪站等都已由国家建成，用户只要有 卫 星 接 收 天 线 和 带 智 能 卡 的 CBTV专 用 卫 星 解 码 器IRD(Integrated Receiver Decoder)就能接收到CBTV平台的节目 数字有线电视的建设是一个复杂的系统工程，需要较多的投资， 要建设数字电视前端设备，要建设或拓宽传输网络，用户要购置数字有线电视接收机或机顶盒 第9章 数字电视的接收 图9-9 有线数字调谐器的方框图 第9章 数字电视的接收 9.3.1 TCMU30311PJJ型数字调谐器型数字调谐器 三星公司的TCMU30311PJJ型有线数字调谐器将高频调谐解调器、频率合成器、 数字解调和信道解码器等做在一起，用金属壳屏蔽起来， 形成独立的通用组件 组件中包含图9-9中的全部功能，可完成调谐、QAM解调和信道解码，可以进行16、 32、64、128、256QAM解调， FEC纠错符合ITU-T J83附录A、 B、 C。

所有电路装在一个104 mm×47 m×14 mm的屏蔽盒内，图9-10是其内部结构方框图  有线数字调谐器由调谐选台、 MOPLL和信道解码器三部分电路组成 第9章 数字电视的接收 图9-10 TCMU30311PJJ的内部结构方框图 第9章 数字电视的接收 1. 调谐选台调谐选台 数字有线电视网通过同轴电缆把数字电视信号送入一体化调谐器中，调谐器的第一级是一个场效应管宽带低噪声放大器(频率覆盖范围为48.25～855.25 MHz) 放大后的信号再经波段开关送入低(48.25～168.25 MHz)、 中(175.25～447.25 MHz)、 高(455.25～855.25 MHz)三个波段放大器进行放大波段放大器前后各有两个调谐带通滤波器进行波段滤波 经波段放大后， 信号送入MOPLL 第9章 数字电视的接收 2. MOPLL MOPLL（Mixer， Oscillator Phase Lock Loop）是混频器、 振荡器锁相环，常用电路有INFINEON公司的TUA6034和TI公司的SN761672A。

INFINEON公司还有类似的卫星接收芯片、DVB-T和ATSC地面广播接收芯片图9-11是TUA6034的内部结构和外部接线图 第9章 数字电视的接收 图9-11 INFINEON公司的TUA6034内部结构和外部接线图 第9章 数字电视的接收 1) 混频、 振荡模块 混频、振荡模块包括一个不平衡高输入阻抗的混频器和两个平衡低输入阻抗的混频器，低、中波段本振是两脚不对称振荡器， 高波段本振是4脚对称振荡器，它还包括中频放大、参考电压电路和波段开关  混频器将波段放大信号和本振信号差拍，得到36.125 MHz的中频，混频器输出端Mix out、Mix out和中频放大输入端IF in、 IF in接片外滤波器，经中频滤波后送中频放大器中频放大器是低输出阻抗的可以直接驱动声表面波的滤波器，滤波后经AGC放大输出到STV0297J 第9章 数字电视的接收 2) PLL模块 将4 MHz晶振频率进行128、80、64、32、28或24分频得到31.25、50、62.5、125、142.86或166.67 kHz的参考频率fref。

本振的差分信号直流耦合到可编程分频器，进行256～32 767分频后（fdiv）送到数字频率／相位检测器与参考频率进行比较 相位检测器有两个输出，驱动4个电荷泵电流源当分频后的本振信号后沿超前于参考信号的后沿时，输出正比于相位差的正电流源脉冲；反之，输出负电流源脉冲如果两信号同相， 电荷泵输出CP进入高阻状态，PLL锁定一个有源低通滤波器用电流脉冲产生本振的调谐电压，有源滤波包括片内的放大器、 外部VT端电阻和外部的RC电路 第9章 数字电视的接收 CPU设置TUA6034内部的可编程位T2、T1、RSA、RSB， 可以指定参考频率frefCPU根据本振频率计算出所需的分频系数值，设置TUA6034的内部可编程分频系数寄存器N0～N14， 就可得到所需的本振频率  通过OS控制位，可以关掉VT，允许外部调整本振频率 通过控制CP、T2、T1、T0，电荷泵能在4个值之间被切换，这样可以改变PLL在锁定状态时的控制响应， 取得不同的本振增益软件控制口P0～P4是集电极开路输出， 当控制位T2、 T1、 T0＝100时，fdiv和fref在P0、P1输出 第9章 数字电视的接收 3) AGC 宽带AGC级检测中频输出信号的电平，产生一个AGC电压作为输入场效应管的增益控制。

AGC的接管和时间常数设定是通过I2C总线接口操作的 第9章 数字电视的接收 3. 信道解码器信道解码器 MOPLL输出的中频信号送到信道解码器芯片STV0297J进行信道解码 STV0297J是ST公司的有线电视信道解码芯片， 其内部结构如图9-12所示 图9-12 STV0297J的内部结构方框图 第9章 数字电视的接收 输入的中频差分信号由A／D转换模块转换成数字信号 AGC模块分析A／D转换后的数字信号，产生PWM调制，控制RF和IF放大器的增益 数字信号同时经正交解调输出I、Q基带信号，经过滚降系数为0.13～0.15的平方根升余弦奈奎斯特滤波， 并恢复出符号时钟数字AGC调节解调后的符号以补偿经过奈奎斯特滤波后的能量损失 载波恢复环路消除初始化解调后的相位和频率偏移均衡器能够抵消回音和通道引起的线性失真， 它开始先采用盲均衡算法，一旦锁定后就转换到判决导向的LMS算法 信道解码器在对每个符号的最高两位进行差分解码后，将长度单位为6 b(64QAM调制)的符号流映射为字节流， STV0297J中的信号质量评估器能从此字节流中得到载噪比等信号质量参数。

第9章 数字电视的接收 信道解码进行FEC解码，包括网格解码、解交织、RS解码、 去随机化和同步字节翻转BER(Bit ERROR Rate，误码率)测试器可得到经过上面这些处理过程后的误码率情况STV0297J的最后是输出格式化模块，它可以将最终的数据按照DVB特定的“通用接口”格式输出，也可以按照特定的并行格式或串行格式输出， 以满足不同的应用需求  主机通过I2C总线向STV0297J发送控制命令STV0297J的I2C中继器将外部I2C总线命令传送到MOPLL的I2C总线上 STV0297提供两路模拟增益控制信号：AGC1和AGC2， 分别控制RF放大器和IF放大器 在RF信号电平较低时，AGC1控制信号占主导地位；而在RF信号电平较高时，AGC2控制信号占主导地位；在此之间，AGC1和AGC2共同起作用这种双模拟增益控制机制在输入的RF信号存在几十分贝变化时能获得最佳的性能 第9章 数字电视的接收 9.3.2 TDA8274HN和和TDA10023HT芯片组芯片组 1. TDA8274HN单片调谐器单片调谐器 飞利浦半导体公司的TDA8274芯片在射频集成方面取得了较大进展：嵌入了宽带低噪声射频AGC放大器、射频滤波器和镜频干扰抑制混频器，集成了不需要高调谐电压和外部调谐器件的压控振荡器VCO、16 MHz晶体振荡器和缓冲电路；射频分裂器把射频信号分成-2 dB和6 dB两路信号，并嵌入了RSSI信号指示器； 集成了声表面波滤波器和中频放大器，信号在中频滤波后送到信道解码芯片。

这使整个调谐器的器件清单只有30个SMD元件，功耗很低，为40脚HVQFN（Heatsink Verythin Quad Flatpack No-leads，6×6）封装 第9章 数字电视的接收 2. TDA10023HT单片有线通道接收器单片有线通道接收器 图9-13是TDA10023HT的结构方框图TDA10023HT能直接与TDA8274送来的中频信号连接，进行10位A/D变换；能对4、 16、32、64、128和256QAM信号进行解调；具有载波和时钟恢复功能，载波恢复捕获范围为±15%符号率，时钟恢复捕获范围为12%；有可编程的数字环路滤波器，可以按照具体的应用目的对其进行设置，使性能最佳；接着进行基带转换，26抽头自适应均衡滤波可减少重影，按照网络类型提供最佳性能；一种与载波偏置无关的专利均衡算法可帮助载波恢复，而直接判定算法可保证最后均衡收敛 第9章 数字电视的接收 图9-13 TDA10023HT的内部结构方框图 第9章 数字电视的接收 该芯片包含两个FEC解码器DVB-C方式时，帧同步算法利用MPEG-2同步字节自动同步深度为12的卷积交织，RS解码能纠错8个字节。

MCNS方式时，FEC解码包括网格解码、解卷积交织、RS解码和去随机化电路其中，网格解码采用Viterbi软判决来纠正随机信道误码，解交织和RS解码是利用帧同步尾部自动同步的RS解码能纠正3个错误符号 该芯片还具有JTAG接口JTAG（Joint Test Action Group， 联合测试工作组）是欧洲电子公司组织，它提出的边界扫描接口被采纳为IEEE1149， 是一种PCB和IC互连测试术 该芯片使用16 MHz低晶振频率，输出并行和串行TS流 为TQFP（Thin Quad Flat Package，方形扁平封装）64脚封装（10×10），与TDA10021完全兼容 第9章 数字电视的接收 9.4 单芯片解复用和信源解码单芯片解复用和信源解码 图9-14 数字电视接收机的解复用和信源解码部分的方框图 第9章 数字电视的接收 9.4.1 SC2000／／2005系列系列 1. SC2000简介简介 LSILogic公司的SC2000主要包括CPU子系统、解复用子系统、信源解码子系统、混合和编码子系统、接口子系统五部分。

图9-15是SC2000组成方框图 SC2005比SC2000增加了NDS的条件接收模块 第9章 数字电视的接收 图9-15 SC2000组成方框图 第9章 数字电视的接收 1) CPU子系统 SC2000集成了LSILogic公司高性能的108 MHz、 32位RISC(Reduced Instruction Set Computer， 精简指令集计算机)MIPS(Microprocessor without Interlocked PipelineStages，没有互锁流水线阶段的微处理器，一种CPU结构体系)微处理器核心， 支持32位和16位指令MIPS精简指令集除了保留与已经存在的32位二进制代码的完全兼容外，还提供高达40％代码大小的精简比率频繁出现的指令被编码进入16位指令域， 以减少机顶盒中所需要的Flash容量的大小 第9章 数字电视的接收 2) 解复用子系统 解复用子系统通过信道解码接口接收传输层格式的TS流； 通过PID处理器解析所收到的数据，提取所选择的节目流，音、 视频PES数据，PSI、SI和专用数据；再通过高频解码接口输出音频、视频流。

PSI、SI和专用数据被存进外围SDRAM中， 从而能直接被内嵌CPU读取解复用子系统支持DVB、 Multi2和外部解扰 第9章 数字电视的接收 3) 信源解码子系统 信源解码子系统接收从解复用子系统发过来的信道数据， 通过硬件进行MPEG-2的音、视频解码，输出解码后的视频给混合、 编码子系统， 输出解码后的数字音频给DAC模块音、视频解码子系统通过内部存储接口访问一个专有的SDRAM，用来存储音、视频数据和PES头信息  4) 混合和编码子系统 该子系统混合来自OSD子系统的图形和来自信源解码子系统的视频，输出RGB格式和NTSC／PAL／SECAM制式的编码模拟视频 第9章 数字电视的接收 5) 接口子系统 接口子系统提供CPU访问外围设备的接口，包括并行口、 串行口、 SHI(Serial Host Interface)、 红外遥控接口、智能卡接口和通用输入/输出接口等并行口用来读取前面板键盘的数据； 串行口用于调试和将用户点播的信息通过调制解调器送入PSTN网； 红外遥控接口用于接收用户红外遥控器的命令；智能卡接口用于用户身份认证和资格审查；通用输入/输出接口用于进行一般的输入/输出处理。

第9章 数字电视的接收 2. 机顶盒机顶盒 图9-16是以SC2000为主芯片的数字卫星接收方案，加上L64733／34调谐接收芯片组，可提供三块集成电路的数字卫星机顶盒解决方案 图9-16 SC2000数字卫星接收方案 第9章 数字电视的接收 用COFDM接收芯片L64782取代L64734可以组成数字地面广播接收机 L64782是L64780和L64781的改进型， 由直接中频（36.167 MHz）取样或低中频（4.57 MHz）取样的COFDM解调器、与DVB兼容的（2 k和8 k）FEC解码器、10 b A/D转换器和集成微控制器组成，芯片的数字通道滤波可以减少对SAW滤波器的要求，对近似最佳回声和SFN预先回音性能有新的时间算法，且有优良的移动接收能力 第9章 数字电视的接收 3. SDP2000／／2005开发平台开发平台 LSILogic公司提供的SDP2000／2005开发平台的实时操作系统pSOS是一个模块化的高性能实时操作系统，它提供了一个完全的多任务环境 pSOS采用了模块化体系结构，它围绕 pSOS＋实时多任务内核实现了一系列功能组件。

软件系统的结构如图9-17所示 第9章 数字电视的接收 图9-17 软件系统的结构方框图 第9章 数字电视的接收 应用程序层是控制整个机顶盒运行的高层代码，主要实现与业务相关的一些高层软件应用层直接调用设备驱动程序提供的应用程序接口来访问和控制相关的硬件另外，应用层也可调用操作系统移植层来访问RTOS操作系统  设备驱动程序层驱动所有的硬件模块， 这些硬件模块包括定时器，解调，解复用，音、视频解码，音、视频编码，视频混合，图文，OSD，I2C，UART，SmartCard等每一个硬件驱动模块向上层提供一定的应用程序接口 第9章 数字电视的接收 硬件抽象层实际上是设备驱动程序层的一个子层，它直接访问硬件，主要的工作是对硬件寄存器进行操作设备驱动层向应用层提供一些低级的函数， 而硬件抽象层就在硬件平台上实现这些函数作为对设备驱动层的响应，硬件抽象层执行一些芯片级的子函数，这些子函数对芯片的特定寄存器进行编程， 以完成某个特定的任务由于硬件抽象层是和硬件直接打交道的，因此，当移植应用程序到一个新的硬件平台时， 只需要改动相关的硬件抽象层即可。

 应用程序和设备驱动程序都需要通过操作系统移植层来访问RTOS操作系统的功能操作系统移植层将应用程序和设备驱动代码与特定的操作系统(这里是pSOS)隔离开来，这样，只要修改此移植层，应用程序和设备驱动程序代码就可以移植到一个新的RTOS操作系统环境中 第9章 数字电视的接收 pNA+组件本来是pSOS操作系统的一部分，将其作为一个独立的模块是因为该组件实现了以太网接口模块的完整TCP／IP协议族， 因而在功能上显得比较独立  中间件模块是一种将应用程序和操作系统、 硬件细节隔离开来的软件环境，通常它都是由一些虚拟机器构成的，如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、MHEG-5虚拟机、Java虚拟机等这些都是网络应用的基础  BSP是板级支持包，包括初始化和最基本的硬件驱动部分 其中，初始化包括对CPU、BOARD和SYSTEM的初始化；硬件驱动包括串口等一些跟踪、调试所需设备的驱动以太网络接口是在这一层次上实现的 第9章 数字电视的接收 9.4.2 STi5500／／ 5518系列系列 1. STi5500简介简介 ST公司的STi5500采用嵌入设计，将32位微处理器、TS流解复用器、MPEG-2音频、视频解码器、PAL／NTSC模拟编码器、块运动DMA控制器、MPEG DMA控制器、判断控制器以及串行IEEE1394接口、外部存储器接口EMI、图文信号接口、 SDAV接口等一系列接口集成在一起。

图9-18是STi5500的功能模块组成方框图 第9章 数字电视的接收 图9-18 STi5500的功能模块组成方框图 第9章 数字电视的接收 1) ST20和周边电路 (1) CPU：芯片内部的CPU是一个ST20-C2的32位可变长度精简指令（VL-RISC）微处理器内核，它含有指令处理逻辑单元、指令和数据指示器、 运算寄存器等，能直接进入片内的SRAM存储器CPU能经通用外部存储器接口EMI进入外部DRAM和 EPROM存 储 器 , 也 可 经 与 MPEG解 码 器 共 享 的SDRAM EMI接口进入外部100 MHz SDRAM存储器，支持MPEG解码和OSD显示，时钟信号频率为50 MHz 第9章 数字电视的接收 (2) 存储器子系统：芯片内部含有2 KB SRAM存储器、2 KB指令高速缓存器和2 KB数据高速缓存器，支持最大200 MB／s的数据率， 可从高速存储器中很方便地调用数据  通过EMI接口能进入一个大于或等于16 MB的物理地址空间，并提供高达80 MB／s的持续数据转移率利用SDRAM EMI接口能支持高达200 MB／s的存储器数据率带宽。

 (3)串 行 通 信 ： 芯 片 中 含 有 两 个 通 用 异 步 串 行 接 口UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)，能支持多种波特率和数据格式， 用于与调制解调器或其它外围设备相连； 也能提供一个同步串行接口，通过I2C总线通信，用于控制解调和信道解码集成块等外围芯片 第9章 数字电视的接收 (4) 中断子系统： 支持8个优先中断等级， 由三个外部中断引脚来提供  (5) TS流解复用器：利用片内硬件模块来完成TS流解复用的功能TS流解复用器直接与解调和信道解码集成电路相连， 所以也称为线路接口TS流进行分析和解扰后，数据可转移到外部存储器的缓冲器中，再从缓冲器中用DMA方式进入MPEG解码器； 数据也可直接加到MPEG音频和视频解码器解复用器支持32路PID解复用  (6) 智能卡接口：支持智能卡，与ISO7816-3兼容，使用异步协议，适应CA系统的需要 第9章 数字电视的接收 (7) PWM和计数器模块：含有三个独立的脉宽调制器PWM(Pulse Width Modulation)和一个共享的计数器。

此外，它还有三个定时器以及与其共享的第二计数器，用于比较和捕捉频道PWM计数器是以8位来计数的，还备有8位寄存器；捕捉和比较计数器及其相关的寄存器是采用32位的  (8) 并行I／O模块：它提供34位平行I／O端口，无论是输出还是输入，其每一位均是可编程的显然，STi5500器件中的许多引脚是多功能的，既能按PIO配置，也可连接到内部周边信号 (9) 图文信息：利用一个专门的DMA将图文数据从一个外部存储缓冲器中读出，并按规定格式进行编码，以复合视频信号形式传送 第9章 数字电视的接收 2) MPEG解码子系统 支持MPEG-2 MP@ML视频解码对于MP@ML解压缩， 仅需配置12 MB外部存储器视频解码输出数字YUV数据信号， 送到PAL／NTSC编码器子系统； 音频解码器支持MPEG的第一层和第二层，音频解码输出立体声PCM数据，接口还输出音频码流，以便与外部MPEG解码器或AC-3解码器相连，能支持多声道音频系统还提供OSD图形，能进行编程，并与视频解码器输出的视频数据相混合 第9章 数字电视的接收 3) PAL／NTSC编码器 经过PAL／NTSC编码器可使MPEG视频解码器输出的数字视频信号变换成RGB模拟基色信号，或者CVBS、Y和C的模拟信号。

图文接口输出的信号先进行滤波，再插入到视频信号的场消隐期间 第9章 数字电视的接收 4) STi5500系列其它芯片 STi5500系列芯片还包括STi5518和STi5517 STi5518保留了STi5500的所有功能，添加了对杜比数码和MP3音频解码的支持，还增加了驱动硬盘驱动器的逻辑电路， 能够在录制电视节目后回放  STi5517增加了更高标准的图像单元(RGB16)和增强型的安全性能ST20 CPU的速度提高到了180 MHz；音频选项包括MP3解码、杜比数字及专业定向逻辑解码，并支持虚拟环绕立体声；多声道DMA引擎与RGB16图像单元配合，特别适合图像丰富的应用场合，如DVB-MHP、基于中间件的浏览器等 第9章 数字电视的接收 2. STi5518方案方案 图9-19 STi5518方案组成方框图 第9章 数字电视的接收 进行条件接收时，TS流经过CI接口电路进入DVB-CI模块进行解扰后再经CI接口电路送到STi5518，图9-20是DVB-CI条件接收示意图图中，CI接口电路采用STV701芯片时可在前端电路和后端电路之间插入一个DVB-CI模块；CI接口电路采用STV700芯片时可在前端电路和后端电路之间插入两个DVB-CI模块。

图中的MDI(7, 0)是8位数据，MICLK是数据时钟， MISTRT是输入传送包第一个字节指示当MISTRT有效时， MDI（7，0）＝47H，MIVAL指示MDI数据字节有效； MIVAL为0时， 数据字节被忽略 第9章 数字电视的接收 图9-20 DVB-CI条件接收示意图 第9章 数字电视的接收 3. 开发平台和开发平台和STAPI软件包软件包 5518可分级开发平台包括一块可分级评估板和一套完整的驱动软件, 支持各种信道的解调、解码电路，如STV0399 QPSK解调、解码电路、STV0297 QAM解调、解码电路和STV0360 COFDM解调、解码电路该平台提供了一个连接到硬盘驱动器的接口和一个“Overdrive”接口，可连接到一个外部的ST40微处理器板以实现双处理器系统 第9章 数字电视的接收 图9-21是平台的软件结构示意图平台提供ST20软件工具包，免费提供ST-Lite实时操作系统和一组ST应用编程接口驱动代码STAPI ST公司开发的STAPI应用编程接口是用户建立各种应用的稳定基础STAPI对将来的ST公司的芯片继续有效， 即用户编写的应用程序具有到下一代芯片的可移植性。

适配层可适配流行的中间件，如MediaHighway、 OpenTV、 Liberate等 这种结构的软件系统可以减少产品的设计时间和难度 第9章 数字电视的接收 图9-21 开发平台的软件结构 第9章 数字电视的接收 9.4.3 MB87L2250／／ MB86H21芯片芯片 1. MB87L2250芯片简介芯片简介 MB87L2250是德国富士通公司的一种单片MPEG-2解码器， 它包含32位RISC处理器、 1 KB高速缓冲存储器、32路PID解复用器、MPEG-2视、音频解码电路、OSD合成和DVB解扰器 CPU工作频率为54 MHzMB87L2250的内部结构如图9-22所示它还有红外线接收，备份CPU接口，I2C接口，16MB的SDRAM接口， 两个智能卡接口及视、 音频输出接口等 第9章 数字电视的接收 图9-22 MB87L2250的内部结构方框图 第9章 数字电视的接收 2 . MB86H21芯片简介芯片简介 MB86H21是 MB87L2250的改进型，又称为SmartMPEG， 其内部结构如图9-23所示。

它包含一个130.5 MHz的RISC CPU， 两个传送流的解复用器，一个PAL/NTSC/SECAM编码器和一个能覆盖4层图形数据的显示控制器该芯片有一个CPU和MPEG解码器可以分享的SDRAM接口，可以连接16或32位总线的最大容量为128 MB的SDRAM，还有Flash存储接口、 IDE硬盘接口和两个smart card接口它集成的DPLL(Digital Phase Lock Loop， 数字锁相环)和内部音频DAC减少了外部元件， 降低了产品成本，同时还支持NDS的条件接收系统 该芯片支持宽屏幕信令WSS(Wide Screen Signaling)、 PVR控制用的视频节目系统VPS（Video Program System）、 控制码CC（Control Code）、场消隐期数据VBID（Vertical Blanking Interval Data）和图文电视TXT（Teletext）的插入 第9章 数字电视的接收 图9-23 MB86H21内部结构方框图 第9章 数字电视的接收 3. 开发平台开发平台SmartMPEG-DK 富士通的SmartMPEG-DK开发工具提供一种简单有效的方法来评估SmartMPEG芯片，可以加快接收机的开发。

开发工具的软件是为完成简单的机顶盒而准备的开发工具有两个传送流接口，其中一个适合数字卫星接收用的单片QPSK调谐器评估板MB86A15-DK01，另一个适合MPEG编码评估板 MB86391-E/B 开发工具为单电源12 V 供电，即插即用，复位后的缺省值是可编程的开发工具有一个IDE硬盘驱动器连接器、一个7段数码和键盘连接器、两个智能卡连接器， 还有处理器接口UPI、RS232接口UART、Debug接口和USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）适配器开发工具上有32 MB Flash、64 MB SDRAM、 音频DAC和27 MHz晶体 第9章 数字电视的接收 9.4.4 PNX8310芯片芯片 1. PNX8310芯片简介芯片简介 飞利浦公司的Nexperia PNX8310系列解复用和信源解码芯片采用了120 MHz、32位MIPS RISC CPU和16位高速存储总线UMA（Unified Memory Architecture），提供一种低价格数字机顶盒和交互电视的直接解决方案，同样适用于中档的FTA（Free-To-Air，免费频道）电视和付费电视。

图9-24是其内部结构方框图 第9章 数字电视的接收 图9-24 PNX8310内部结构方框图 第9章 数字电视的接收 其主要特点有: (1) 支持所有符合DVB/MPEG-2标准的传送  (2) 专用的传送RISC的解复用引擎使MIPS处理器可以空余出来执行其它任务； DVB解扰适用于大部分DVB付费电视 (3) 高级的MIPS CPU、 专用硬件、 音频DSP使得组成的数字机顶盒性能优良  (4) 通过USB1.1host接口和两个230kb/s的UART传送外部数据  (5) ISO7816智能卡接口适用于一或两种（非同密）条件接收  (6) 可按NTSC、 PAL或SECAM制式数字编码为模拟视频信号 第9章 数字电视的接收 (7) 符合ITU-R 656的数字视频接口用于平板显示或有数字视频处理的电视机（100 Hz，逐行扫描）  (8) 具有SDRAM接口，可接单一的8、16或32 MB SDRAM存储器，还具有MIU（Memory Interface Unit，存储接口单元）。

 (9) 高压缩的Flash码被解压缩进入SDRAM中具最佳性能的引导程序  (10) 支持MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages, 没有互锁流水线阶段的微处理器，是一种CPU结构体系)：40％是精简指令 第9章 数字电视的接收 2. Nexperia有线机顶盒系统方案有线机顶盒系统方案 图9-25是Nexperia有线机顶盒系统方案飞利浦这一完整的有线电视方案针对低端有线电视机顶盒，能缩短机顶盒的生产准备时间，降低开发费用，从而使生产商的精力集中在产品的差别和附加的品牌特点上，能快速容易地将低价DVB-C机顶盒推向市场 第9章 数字电视的接收 图9-25 Nexperia有线机顶盒系统方案 第9章 数字电视的接收 3. Nexperia软件环境软件环境 图9-26是Nexperia软件环境示意图它是一种模块化树型结构，允许用户从驱动程序、驱动程序＋适配层、 驱动程序＋适配层＋应用层三种方式中选取一种该软件基于pSOS2.5, 提供两组debug工具EjTAG以及Wind River和Ashling′s Opella plus Vitra跟踪软件。

第9章 数字电视的接收 图9-26 Nexperia软件环境示意图 第9章 数字电视的接收 9.5 接收机软件系统接收机软件系统 9.5.1 概述概述 数字电视接收机软件系统分为驱动及系统资源、中间件和应用程序三部分，如图9-27 所示 第9章 数字电视的接收 图9-27 数字电视接收机软件系统示意图 第9章 数字电视的接收 1 . 驱动及系统资源驱动及系统资源 驱动程序主要包括信道参数设定、前端调谐器、解调芯片的驱动；若有回传信道，则驱动程序还应包括回传信道驱动， MPEG解复用接口的设置及监视，若解复用是软件实现，则还包括软件解复用部分；驱动程序还包括SI信息的过滤，电子节目表的过滤与显示、MPEG解码控制寄存器的设置及监视， OSD显示功能的实现，板上数据库的写入及更新， 条件接收和智能卡控制，音、视频流控制，Modem管理，Flash存储管理和其它接口驱动功能  STi5500系 列 提 供 的 STAPI软 件 包 、 MB86H21提 供 的FAPI（Fujitsu Driver Application Programming Interface）软件包都包含驱动程序Drivers和应用编程接口API。

第9章 数字电视的接收 驱动程序之上是实时操作系统RTOS(Real Time Operation System)，其主要作用是控制各种资源，包括对各种硬件的控制、系统资源的分配等， 此部分往往已经提供了简单的API， 用于用户编程实现系统控制和简单的用户界面STi5500系列使用的操作系统为OS20或称STLite；LSI公司的SC2000系列使用的是pSOS操作系统 第9章 数字电视的接收 2. 中间件中间件 数字电视中间件(Middleware)是数字电视接收机软件系统中位于接收设备驱动层软件之上、隔离交互应用与系统资源的一层软件有了中间件， 应用程序可独立于接收机硬件平台， 由不同硬件组成的数字电视接收机能在同一电视系统中使用，不同的软件公司可以基于同一编程接口来开发应用程序，并运行在不同的接收机中 因此中间件技术可以降低接收机和应用软件的成本，增强数字电视市场的推广力度和普及率  中间件的核心模块由一系列子模块组成，包括内存管理、 线程调控、事件管理、安全性控制、数据下载管理及网络协议管理(TCP／IP、 PPP、 HTTP)等。

第9章 数字电视的接收 Java虚拟机符合J2ME标准，用来解译执行Java应用程序， 并提供Java程序调试、 寻错(debug)等功能网页浏览器支持HTML（Hyper Text Markup Language， 超文本标记语言）3.2／4.0、XHTML、 DOM／CSS等， 可显示HTML网页，提供上网功能  图像与多媒体子模块通过与下层平台的系统移植接口，提供高级的函数用于绘图、多视窗管理以及音、视频控制等SI引擎子模块用于管理服务信息(SI)数据库，它负责缓存EPG信息， 提取网络信息表(NIT)、节目映射表(PMT)等常用SI表格数据， 并且具有监测功能它可提供频道搜寻时已储存的数据，如频道名称等 第9章 数字电视的接收 应用程序管理器可完成获取应用列表、定位并下载应用、 控制应用生命周期以及管理应用的资源和安全访问权限的功能， 是协调各种交互式应用程序的管理模块 应用编程接口包含多个Java程序包，用于开发交互式应用软件它包括一些J2ME程序包和一系列用于数字电视的专用程序包，如图形显示、多媒体控制、SI数据装载和存取、回路控制及系统资源管理等，还包括控制Web浏览器和运行Java Applet的程序包及提供系统属性信息、SI数据库的信息、 Message传递等一些功能包。

第9章 数字电视的接收 3. 应用程序应用程序 应用程序建立在中间件系统标准界面之上，用来提供各种各样的交互功能， 如电子节目指南、 游戏、 网上购物、 电子银行等 第9章 数字电视的接收 9.5.2 几种中间件几种中间件 1. MHP 1) MHP参考模型 MHP参考模型分为资源、系统软件和API、应用三层 资源包括硬件资源和软件资源，如机顶盒、操作系统和驱动程序等；系统软件和API包括MHP中间件API、应用管理器等部分；应用是相互作用且共同运行于同一环境下的Java类的集合 第9章 数字电视的接收 2) MHP的层次(Profiles)结构 根据应用的类型，MHP被划分为增强广播(Enhanced Broadcasting)、 交互广播(IntereactiveBroadcasting)和因特网访问(Internet Access)3个主要的层次增强广播层适用于单向广播网络，可在本地接收机内完成交互的接收和应用； 交互广播层适用于有回传信道的双向网络，提供交互服务的接收机和应用；因特网访问层适用于有访问因特网内容和服务的接收机和应用。

第9章 数字电视的接收 3) MHP的基本构成元素  MHP规定了实现交互电视的软件平台的技术集，其基本构成元素有传输协议、内容格式、应用程序管理、DVB-J 平台和安全等  (1) 传输协议(Transport Protocols) 传输协议规定了广播和交互所必须遵从的各种协议广播协议主要是涉及数据广播的DSM-CC Data Carousel 和DSM-CC Object Carousel 协议而交互协议主要是指IP协议  (2) 内容格式(Content Formats)内容格式的支持是保证互操作性的重要方面MHP规定了静态格式（图片）、流格式、 字体以及HTML格式的支持 第9章 数字电视的接收 (3) 应用程序管理(Application Lifecycle) 应用程序管理定义了应用程序的装入、启动和执行的模式 应用程序管理使得运营商能接受多个应用厂商的应用程序  (4) DVB-J 平台交互式应用要使用Java语言进行编程， 同时也倡导使用HTML基于Java的应用程序是实现应用程序的互操作性和与平台无关性的关键。

此Java平台定义了MHP必须支持的功能和所有的API集合，包括基本的Java API, 图形表示API，服务API，数据访问、服务和选择以及条件访问的API等 第9章 数字电视的接收 (5) 安全(Security) MHP定义了保证安全数据访问和应用程序安全性的方法 MHP将使用数字签名来保证应用程序的安全；同时，在返回通道上， MHP也采用安全的加密传输方式 第9章 数字电视的接收 2. OpenTV OpenTV是一个比较成功的中间件产品，它由集成于机项盒的中间件产品、一系列服务开发工具和一组交互电视应用组成， 包括驱动程序、客户软件平台内核、解释层和库程序，如图9-28所示  OpenTV客户软件平台内核是一个自适应层它可支持大量嵌入式实时操作系统，包括pSOS、VxWorks、Nucleus Plus、 microTOS和OS-9它的主要作用是屏蔽上层应用与不同的机顶盒硬件平台这种屏蔽作用是通过给操作系统附加一个解释层来完成的解释层负责将OpenTV描述性语言(o-code)转化为CPU可理解的指令。

OpenTV还开发了丰富的库程序，包括开发多媒体内容的图形构件，实现完全交互的网络通信组件，数字音、视频流控制以及授权和加密技术支持 第9章 数字电视的接收 图9-28 OpenTV中间件示意图 第9章 数字电视的接收 9.6 接接 收收 机机 测测 试试9.6.1 眼图分析法眼图分析法 1. 眼图眼图 串行数字信号波形加在示波器的Y输入端，调整水平扫描周期与码元同步后，示波器显示的图形类似于人的眼睛，故称为“眼图”图9-29(a)、 (b)为二进制信号传输时展示的眼图可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元的时间波形叠加而成的 当波形无失真时，各码元波形在眼图中重合成一条清楚的轮廓线，好像一只完全张开的眼当波形失真时，即有码间干扰时， 各码元波形在眼图中不完全重合，轮廓模糊，“眼睛”部分闭合， 故通过眼图张开的大小与形状可反映码间干扰的强弱和噪声的影响 第9章 数字电视的接收 图9-29 二进制波形对应的眼图(a) 有失真； (b) 无失真第9章 数字电视的接收 2. 眼图与系统性能眼图与系统性能 为了说明眼图与系统性能之间的关系， 我们把眼图简化成图9-30所示的模型。

此模型可以表示系统的如下性能：  (1) 系统性能对定时误差的灵敏度它以“眼睛”两边人字形斜线的斜率来表示，斜率越大，定时误差所引起的取样值减小越严重，性能下降也越严重简言之，眼图斜边越陡，系统对定时误差越敏感 (2) 噪声容限它表示可能引起错误判决的最小噪声值， 即噪声小于此值不会引起错误判决；噪声大于此值，则可能(但不一定)引起错判是否错判要看该时刻信号失真是否达到阴影区的边界，即噪声加失真的影响是否使该时刻的信号值越过门限电平 第9章 数字电视的接收 图9-30 眼图模型第9章 数字电视的接收 (3) 取样失真 它表示在取样时刻信号的最大失真量  (4) 零点偏移范围它代表信号波形零点的最大偏移量， 此值越大，性能越差，尤其对从信号的平均零点位置提取定时信息的接收装置影响最大 零点偏移范围与抖动是相同的概念，在ITU-RBT.1363-1中给抖动下的定义为：抖动是数字信号的跳变沿相对于理想位置在时间上的变化抖动的测量单位为UI(单位间隔)，它代表一个时钟循环的周期对于270 MHz串行数字分量来说，1UI＝1／270 MHz＝3.7 ns。

第9章 数字电视的接收 (5) 最佳取样时刻它是眼睛张开最大的时刻 在此时刻“眼睛”张开得越大， 码间干扰越小由于这一时刻对应于码元信号的最大值和最小值， 因此眼张开越大，差值也越大，抗干扰能力就越强 第9章 数字电视的接收 9.6.2 误码秒检测误码秒检测 1. 误码秒误码秒 误码秒(Errored Seconds)是指一段时间之内发生误码的秒数在数字视频测试中定义了全场误码(Full Field Error)和有效图像误码(Active Picture Error) 全场误码是指误码发生在除了RP165标准规定的场消隐区的图像切换行之外的所有行的数据字中 有效图像误码是指误码发生在有效图像数据字中 第9章 数字电视的接收 2. 误码检测和处理误码检测和处理EDH(Error Detecting and Handling) EDH的基本原理如图9-31所示协处理器对每一场视频信号进行CRC(Cyclic RedundancyCheck，循环冗余校验)码计算，产生一个16 b的误码检验字检验字与其它的串行数字信号辅助数据一起，组合成一个误码检测数据包，插入SMPTE RP165规定的场消隐辅助数据区。

根据RP165规定，对于625（525）系统，EDH信号被插入到奇数场的第5（9）行和偶数场的第317（272）行含有EDH信息的串行数字视频信号通过数字电视通道传送到测试接收机，用于检测的EDH附件不断地对图像进行相同的CRC计算，并把计算结果与传送信号场消隐期中的数据校验字进行比较如果与传送的数值不符， 即判定发生了误码，则屏幕显示出误码报警和误码秒等各种数据 第9章 数字电视的接收 图9-31 EDH的基本原理方框图 第9章 数字电视的接收 9.6.3 SDI检测场检测场 SDI检 测 场 (SDI check field)也 被 称 作 “病 理 信 号”(Pathological Signal)，是一种全场测试信号，需要停播进行测试SDI检测场有两个独立的信号，分别用来测试均衡器和锁相环的性能SMPTE推荐的标准RP178中定义SDI检测场信号由各占半场的两个病理检测信号组成用来测试均衡器的上半场信号以C-Y顺序传输， 色度样点数值为300H，亮度样点数值为198H，上半场图像在图像监视器中呈现浅紫色阴影用来测试锁相环的下半场信号色度样点数值为200H，亮度值为110H， 下半场图像在图像监视器中呈现浅灰色阴影。

第9章 数字电视的接收 用来测试均衡器的病理检测信号有效图像行的取样点数值为300H，198H，300H，198H…转换成二进制串行数据则为“0000 0000 11 0001 1001 10 0000 0000 11 0001 1001 10…” 如果有效图像行的第一个取样点数据的最低位到达扰码器输入端时，扰码器的状态正好全为“00000 0000”，则扰码器的输出端会产生连续18个“0”跟随两个“1”的NRZ周期信号NRZ信号经过倒置变换为NRZI， 变成19个“0”跟随1个“1”，该信号产生高直流分量， 强化（恶化）了均衡器的处理状态 第9章 数字电视的接收 用来测试锁相环的病理检测信号有效图像行的取样点数据为200H，110H，200H，110H…，转换成二进制串行数据则为“0000 0000 01 0000 1000 10 0000 0000 01 0000 1000 10…” 如果有效图像行的第一个样点数据的最低位到达扰码器输入端时， 扰码器的状态正好全为“00000 0000”， 则扰码器的输出端会产生连续19个“0”跟随1个“1”的NRZ周期信号。

NRZ信号经过倒置变换为NRZI ，变成20个“0”跟随20个“1”的周期信号， 该信号提供最小数目的零交叉，最难进行时钟提取，强化（恶化）了锁相环的工作状态 第9章 数字电视的接收 利用SDI检测场进行测试时，将测试信号输入到被测设备的输入端，把被测设备的输出信号接入带有EDH功能的数字波形监视器当输入的测试信号为测试电缆均衡器的信号时， 如果出现误码，则表示电缆均衡器出现问题(通常是由于电缆长度超过了电缆均衡器的校正能力，减短电缆长度可消除此类问题)；当输入的测试信号为检查锁相环的信号时，如果出现误码， 则表明设备内的时钟再生器有问题(锁相环控制的压控振荡器的自由振荡频率偏离了规定的频率) 第9章 数字电视的接收 9.6.4 MPEG分析和监视分析和监视 1. MPEG分析分析 进行MPEG分析的主要用途是: ① 在产品设计时对产品各模块的功能和状态进行分析； ② 在系统运行时快速查找系统故障， 及时采取措施  MPEG分析的主要功能有: (1) TS记录的播放： 记录TS和包的到达时间，以便进行离线定时分析；连续循环播放TS， 自动更新时间标记， 用于测试。

第9章 数字电视的接收 (2) 实时监视： ① 显示各个PID和节目的复用占有率饼图；显示PID号、 节目类型和数据率；0.5 s动态更新  ② 进行节目时钟基准PCR的数据分析，显示精度、重复周期、抖动、频率偏移和移动率  ③ 对各种PSI表、 SI表、 描述符进行显示和测试， 并进行语法检查， 显示句法错误和插入频率 第9章 数字电视的接收 (3) 复用测试：分解现有的节目流；重组存储的节目流， 插入PCR， 改变PSI、 SI表 (4) PES分析：PES分析一般在上述分析完成后进行PES分析包括PES头和控制标记测试， PTS、 DTS定时测试，传送目标解码器T-STD缓冲模块分析， 进行上溢、 下溢测试（6类， 4级）  (5) ES分析：显示和分析图像组、 图像、像条和宏块， 显示均衡器级分布图、 像条大小分布图、 宏块大小频谱图、 运动矢量图 分析的VBI信息包括 WSS、 VPS、 TXT等 第9章 数字电视的接收 2. MPEG监视监视 MPEG系统在日常运行时需要实时连续监视TS， 并对TS中的主要参数进行快速测试和出错显示。

主要参数由ETR101 209标准规定 该标准根据错误对信号的影响程度把错误分为3个优先级： 优先级1: 解码必须的参数1.1 TS流同步丢失；1.2 同步字节错误；1.3a PAT错误2；1.4 连续计数错误；1.5a PMT错误2；1.6 PID错误 第9章 数字电视的接收 优先级2: 推荐监视的参数2.1 传送错误；2.2 CRC错误；2.3 PCR重复周期错误；2.4 PCR不连续指示错误；2.5 PTS（时间表示标记）错误；2.6 CAT（解码时间标记）错误 第9章 数字电视的接收 优先级3: 应用依靠的参数3.1a NIT即时错误；3.1b NIT其它错误3.2 SI重复周期错误3.4a 不能参考的PID3.5a SDT（业务描述表）即时错误；3.5b SDT其它错误；3.6a EIT（事件信息表）即时错误；3.6b EIT其它错误；3.6c EIT PF错误；3.7 RST（运行状态表）错误；3.8 TDT（时间日期表）错误 第9章 数字电视的接收 9.6.5 视频质量度量视频质量度量VQM 图像质量的主观评价测试有时间长、 实验条件难以控制等问题，因而不能对大量的设备进行测试。

视频质量度量VQM(Video Quality Metric)是指一种图像处理算法，它对输入的视频序列进行处理，形成一个表示预测图像质量的评分值 在测试仪器开发阶段, 通过对VQM法测得的评分值和相同图像序列的主观评价得到的结果进行比较，来对VQM法进行校准，然后使用测试仪器进行测量虽然这种测量是在主观评价的基础上建立起来的，但通常被认为是客观图像质量测量 第9章 数字电视的接收 萨诺夫(Sarnoff)实验室的研究人员将从人类视觉系统研究获得的知识应用到图像质量评价中，开发了刚辨差JND(Just Noticed Difference，人眼刚刚能分辨的颜色变化，随颜色种类和变化方向有不同的值)矩阵，用来自动和精确地测试被测序列和参考图像序列之间的可感知差值，从空间分析、暂态分析、 全彩色分析三个方面进行对比测量，最后得到图像质量等级PQR（Picture Quality Rating）0～25  测试仪器既是参考图像序列发生器，又是分析仪，它发出参考图像序列到被测设备，从被测设备输出端获得被测序列 参考图像序列为了方便主观评价测试， 一般长度在5 s以上，而在进行客观图像质量测量时只用2 s。

表9-1是ITU BT802标准定义的11种测试序列  第9章 数字电视的接收 表表9-1 ITU BT802标准定义的标准定义的11种测试序列种测试序列 第9章 数字电视的接收 测试仪器测得的PQR值的范围是从理想传送的0到严重失真的25PQR＝1时不能察觉到损伤或损伤极不明显；PQR＝3时可以观察到损伤但不明显； PQR＝10时能很清楚地观察到损伤 泰克公司的PQA300图像质量分析系统除了能提供PQR值外， 还能提供PSNR（图像信噪比）差值映射  R&S公司的DVQ型数字视频质量分析仪是类似产品，该产品不需要参考图像序列，对照主观评价的双刺激连续质量标度法DSCQS（Double Stimulus Continuous Quality Scale Method）和单刺激连续质量评价法SSCQE（Single Stimulus Continuous Quality Evaluation），分析由图像的瞬态和空间活动产生的视觉掩盖效应， 输出的是用百分制和优、 良、中、 差、劣表示的DVQL-W质量级别。