摘要：為了設計一種具有條件接收功能的DVB_C數字電視，采用Trident SoC SXL為核心的處理芯片，DDR3 SDRAM采用NT5CB64M16DP，SPI FLASH為MX25L4006E，NAND FLASH為NAND512W3A2D。采用內置數字電視高頻頭進行接收和解碼數字電視節(jié)目信號的方法，實現(xiàn)全程數字化，降低數字電視信號在傳輸過程中導致的干擾和損耗，提高了電視接收的信號質量。用戶在使用該電視過程中。只需要使用一個遙控器，把原來機頂盒的遙控器省掉，增強方便使用等優(yōu)點。
關鍵詞：數字電視；條件接收；機頂盒；閃存

0 引言
    數字電視涉及很多領域的標準，其中傳輸標準分為：地面?zhèn)鬏?無線)、有線傳輸、衛(wèi)星傳輸。隨著數字電視廣播的迅猛發(fā)展，數字電視技術的不斷推廣和發(fā)展，人們對電視的需求不僅僅停留在對聲音、視頻節(jié)目的需要，而是需要獲取更多的信息。數據廣播是傳統(tǒng)聲音和視頻以外新的電視服務業(yè)務。數據廣播系統(tǒng)能夠為用戶帶來更多的圖形、文本、游戲、數據下載、在線升級等功能。在中國擁有眾多的電視用戶，因此研究數據廣播技術，發(fā)展符合地區(qū)特色的數據廣播系統(tǒng)對提高我國信息化水平具有深遠意義。未來幾年，中國數字電視市場以有線數字電視為主，有線數字電視將長期保持主要地位，有線數字電視市場規(guī)模占據整體數字電視的主要市場。中國的有線電視網絡一般采用的是歐洲標準DVB-C。本文介紹了一種基于帶有CA功能的DVB-C數模一體數字電視的設計方案。

1 系統(tǒng)組成及硬件設計
    帶有CA功能的DVB-C的數字電視以Trident SoC SXL為核心處理芯片，并以Trident SoC SXL為中心設計視頻解碼、數據流MPEG解碼、條件接收CA控制等功能。系統(tǒng)胡硬件主要有Trident SoC SXL，DDR3 SDRAM NT5CB64M16DP，SPI FLASH MX25L-4006E，NAND FLASH NAND512W3A 2D、電源管理芯片等。該系統(tǒng)的框圖如圖1所示。本文主要介紹了視頻信號輸入部分、外部存儲器部分、視頻信號輸出部分。

    Trident SoC SXL高度集成了眾多組件的單芯片，其中包括符合生產要求的H．264／VCI／MPEG-4／MPEG-2解碼器，集成ATSC／DVBT／C ／Aanalog解調器，支持DVB_CI+，one PCMCIA卡，支持NICAM／BTSC／FM stereo radio，A2聲音解調，支持CVBS／YC分離／HDMI／YPbPr ／RGB信號輸入，集成MCU，F(xiàn)LASH，Memory控制器，可以滿足帶有CA功能的DVB-C數模一體的數字電視的解決方案，可降低系統(tǒng)成本。
    數字電視信號經過編碼調制后進行傳輸，需要對經過數字化壓縮的圖像和聲音信號進行解調解碼還原，產生視頻和聲音信號，通過電視顯示器和音響設備給觀眾提供高質量的電視節(jié)目。需要對DVB調制的數字電視信號進行信道解碼，和MPEG-2的傳輸流分成視頻、音頻，使視頻、音頻和數據分離開。若現(xiàn)有的模擬電視要看數字電視節(jié)目，則需要外置數字電視機頂盒，它是一種將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，再由轉換后的模擬信號輸入到模擬電視顯示。它的信號模式是數字化信號通過機頂盒轉換為模擬信號AV輸出，由AV連接到電視，而在電視內又轉換為數字信號處理，這樣“數-模-數”的多次轉換對信號有損傷。
    數字電視信號通常采用“數字電視機頂盒+模擬電視”的結構，數字電視機頂盒將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它對經過數字化壓縮的圖像和聲音信號進行解碼還原，產生模擬的視頻和聲音信號。它所涉及的模塊有開關電源、遙控器接收、按鍵控制面板、高頻頭Tuner、升級串口RS 232、閃存FLASH、音視頻輸出接口RCA以及條件接收系統(tǒng)CA模塊。“數-數”轉換模型的數字電視實質上是一種內置數字電視機頂盒、并能接收模擬信號的“雙模”電視。它不必將數字電視信號轉換成模擬信號，機頂盒的開關電源可以和電視的電源系統(tǒng)共用，遙控器接收和按鍵控制面板也采用電視的遙控器接收和按鍵控制面板，數字高頻頭Tuner要內置到電視的主板中，閃存FLASH也和電視中的閃存共用，不必對解碼的數字音視頻信號進行重新轉換為模擬信號，通過RCA接口輸出。Trident SoC SXL高度集成芯片可以滿足“數-數”轉換模型并帶有CA功能。DVB-C數模一體的數字電視設計的需要。
1．1 視頻信號輸入設計
    接收調諧器，一般稱之為Tuner，主要作用是對射頻信號進行QAM模擬解調，對信號下變頻至中頻信號。下變頻的中頻信號經過信道解碼器芯片，進行信道處理，可輸出符合DVB接口標準的并行或串行的TS流信號。SXL可以實現(xiàn)對輸入的數據流處理，包括數據流的解復用、解壓、解擾、同步、校驗、緩存等。SXL和TURN BOARD的接口框圖如圖2所示。SXL先對傳輸流解復用，分離出各個獨立的節(jié)目PES流以及SI等服務信息，接著對節(jié)目PES流進行解復用，分離出視頻、音頻、數據的ES流。MPEG-2主要包含視頻的解壓縮和音頻解壓縮兩大部分。它們按照MPEG-2的解碼算法分別對壓縮的視頻碼流和音頻碼流進行解碼，從而得到正常的視頻數據和音頻數據碼流。

    圖2中TS2_D[0．．7]為數據輸入引腳與FE_D[0．．7]相連，實現(xiàn)8位數據信號數據的傳輸。TS2_SYNC和FE_START相連，是一位幀同步信號。TS2_DE和FE_VALID相連，是一位數據有效信號。TS2_CLK和FE_CLK相連，數據流傳輸的時鐘信號。SDAM1和I2C_M1_SDA相連，實現(xiàn)I2C通信的數據傳輸。SCLM1和I2C_M1_SCL相連，實現(xiàn)I2C通信的時鐘信號。RESET#和RESET相連，實現(xiàn)復位控制。幀同步信號對應TS包的同步字節(jié)047H，TS2_DE信號用來區(qū)分TS包的長度為188 B或204 B。當TS包長為188 B時，TS2_DE信號一直為高，同時所有信號都與時鐘信號保持同步。
    條件接收CA系統(tǒng)是一個綜合性的系統(tǒng)，集成了數據加密和解密、加擾和解擾、智能卡等技術，同時也涉及到用戶管理、節(jié)目信息管理、收費管理等信息應用管理技術，能實現(xiàn)各項數字電視廣播業(yè)務的授權管理和接收控制。SXL和CI CARD的接口框圖如圖3所示。圖3中TS2_D[0．．7]數據引腳與CI_INDATA[0．．7]相連，實現(xiàn)加密的數據輸入到CA卡。TS2_SYNC和CI_INSYNC相連，是一位幀同步信號。TS2_DE和CI_ INVALID相連，是一位數據有效信號。TS2_CLK和CI_INCLK相連，數據流傳輸的時鐘信號。TS1_D[0．．7]數據引腳與CI_OUTDATA[0．．7]相連，實現(xiàn)解密的數據輸入到SXL。TS1_SYNC和CI_OUTSYNC相連，是一位幀同步信號。TS1_DE和CI_OUTVALID相連，是一位數據有效信號。TS1 _CLK和CI_OUTCLK相連，數據流傳輸的時鐘信號。

    條件接收的核心是控制字CW傳輸的控制。在采用MPEG-2標準的數字電視系統(tǒng)中，與節(jié)目流條件接收系統(tǒng)相關的有兩個數據流：授權控制信息ECM(Entitle Control Message)和授權管理信息EMM(EntitleManage Message)。由業(yè)務密鑰SK(Service Key)加密處理后的CW在ECM中傳送，ECM中還包括節(jié)目來源、時間、內容分類和節(jié)目價格等節(jié)目信息。對CW加密的SK在EMM中傳送，而SK在傳送前要經過用戶個人分配密鑰PDK(Personal Distribute Key)的加密處理，EMM中還包含地址、用戶授權信息。
1．2 外部存儲器設計
    在該系統(tǒng)中，選用的外部存儲器為兩個DDR3SDRAM芯片，一個SPI FLASH芯片和一個NANDFLASH芯片。在該系統(tǒng)中，采用南亞科技Nanya公司的兩顆1 GB DDR3 SDRAM作為主存儲器，型號為NT5CB64-M16DP。SXL和NT5CB64-M16DP的接口框圖如圖4所示。

    其中，CK和是時鐘引腳，芯片時鐘通過這兩個引腳輸入。為行地址鎖存，為列地址鎖存，為寫使能，這三個引腳可對輸入命令進行規(guī)定。A0～A14為地址總線，芯片中行地址為A0～A12，列地址為A0～A9，其中的A10是自動預充電標志，A12是突發(fā)突變標志。是系統(tǒng)復位信號控制，CKE時鐘使能控制，用于內部時鐘，設備輸入緩存，外部驅動。在復位時，至少保持低電平100 ns；CKE在解除復位前10 ns開始置低電平，CKE保持低電平500μs后active為高電平，DRAM開始做內部狀態(tài)初始化。
    該單元選用1 GB的DDR3 SDRAM，所以選擇BA0和BA2兩個引腳對片內8個組進行選擇。DQL0～DQL7和DQU0～DQU7為雙向數據總線引腳，可支持16為寬度的數據傳輸。當DQS進行寫操作時，數據輸出到芯片中；當DQS進行讀操作時，芯片的數據輸入到SXL中。差分控制信號MMDQS1用于MMDQ8～MMDQ15，差分控制信號MMDQS0用于MMDQ0～MMDQ7。差分控制信號LDQS和MMDQS0相連，LDQS與DQL0～DQL7數據相對應；差分控制信號UDQS和差分控制信號MMDQS1相連，UDQS與DQU0～DQU7數據相對應。LDQS和UDQS分別為低位和高位數據選通。
    SPI(Serial Peripheral Interface)意為串行外圍接口。系統(tǒng)中選用的SPI FLASH為旺宏電子的MX25L4006E，它為一個4 MB的內存，有128個扇區(qū)，每個扇區(qū)4 kB；可分為8個塊，每個塊大小64 kB。閃存的電源為3．3 V。SXL和NAND512-W3A2D的接口框圖如圖5所示。
    圖5中CS#引腳與SF_CES引腳相連，從器件使能信號，實現(xiàn)片選功能。SI／SIO0引腳與SF_SI引腳相連，實現(xiàn)對串行數據主器件數據輸出，從器件數據輸入。SO／SIO1引腳與SF_SO引腳相連，實現(xiàn)對串行數據主器件數據輸入，從器件數據輸出。SCLK引腳與SF_SCK引腳相連，由主器件產生時鐘信號，SPI串行時鐘引腳SCLK用于控制主機與從機之問的數據傳輸。從主機發(fā)出啟動傳輸信號開始，此時要傳送的數據裝入8位移位寄存器，同時產生8個時鐘信號從SF_SCK引腳依次送出，在SF_SCK信號的控制下，主機中8位移位寄存器中的數據依次從SF_SI引腳送出，到從機的SI／SIO0引腳送入它的8位移位寄存器，在此過程中，從機的數據也通過SO／SIO1引腳到主機中。WP#引腳與SF_WPN引腳相連，控制寫保護。HOLD#引腳與SF_HOLDN引腳相連，當低電平時，表示暫停串行通信，不會停止寫操作，程序，擦除過程。
    系統(tǒng)中選用的Micron公司的NAND FLASH為NAND512W3A2D，它為一個512 MB的內存，每頁的大小為528 B(512+16備用)，每個塊的大小為16 KB+512 B備用字節(jié)，它的8個I／O引腳是地址復用的，這樣可以減少引腳數，并方便系統(tǒng)升級，閃存的電源為3．3V。SXL和NAND512W3A2D的接口框圖如圖6所示。

    圖6中I／O0～I／O7為數據輸入／輸出引腳，與FRA0，F(xiàn)RA5～FRA12引腳相連，實現(xiàn)數據的傳輸。I／O引腳用于輸入命令、地址和數據，還用于在讀操作時輸出數據，被鎖在脈沖上升沿。引腳與BOOTCS引腳相連，實現(xiàn)片選功能。引腳與FOE#引腳相連，實現(xiàn)對串行數據輸出進行控制。引腳與FWE#引腳相連，控制對I／O端口的寫操作，命令、地址和數據被鎖在脈沖的上升沿。為輸出引腳，與FRDY引腳相連，表明設備操作的狀態(tài)，當低電平時，它表明一個程序、擦除或隨機讀操作正在進程中，并在結束后返回到高電平狀態(tài)。AL引腳與ALE引腳相連，實現(xiàn)輸入命令的地址鎖，當AL高電平時，地址被鎖在脈沖的上升沿。CL引腳與CLE引腳相連，實現(xiàn)輸入命令的命令鎖，當CL高電平時，地址被鎖在脈沖的上升沿。

2 系統(tǒng)軟件設計
    數字電視是嵌入式系統(tǒng)技術在消費類電子產品中的一個典型應用。嵌入式系統(tǒng)中，硬件在系統(tǒng)的最底層，軟件在其上控制它。數字電視硬件被設計成許多獨立的模塊，各個模塊之間功能相對獨立。這些模塊可以分為高頻頭、條件接收、信道解調器、解復用器、主機編程接口(主控制器)、音頻解碼器、視頻解碼器、OSD顯示控制、圖形處理器等。除此之外，還有一些簡單模塊，如：紅外遙控、面板按鍵控制、LCD顯示、串行通信端口等。音視頻解碼器以及解復用器這些功能相對復雜的模塊，通常在硬件上被設計成一個單獨的RISC DSP處理器。這些單獨的RISC處理器采用軟硬件結合的思想，硬件采用DSP架構，軟件采用微碼驅動，其中微碼在系統(tǒng)啟動后由主機編程接口加載。
    數字電視的軟件工作流程如下：數字電視的源程序裝載于FLASH ROM內。加電啟動后，各芯片進行上電復位，主控CPU從FLASH ROM內加載并運行程序。程序首先完成軟硬件初始化，包括時鐘初始化，系統(tǒng)內存初始化，前端解調初始化以及音視頻解碼寄存器初始化等，并建立多個工作進程。多進程模式使主控CPU能同時處理多個工作流程，并進行進程間的通信控制。系統(tǒng)完成初始化后，用戶通過遙控器選擇頻道，頻道選擇界面通過OSD顯示。主控CPU響應遙控器指令，通過I2C總線設置調諧器，使調諧器將來自天線的高頻信號經過調諧輸出為中頻信號。中頻信號經信道解調器處理后，輸出TS流。主控CPU內PID過濾器實現(xiàn)TS流解復用，將相關的ES或PES流分別送入音視頻解碼器，最終輸出音頻和視頻信號。TS流中的節(jié)目信息經過解析并存儲，用戶通過OSD查詢菜單，了解相關的節(jié)目信息。對于多節(jié)目復合的TS流，用戶還可以通過節(jié)目指南EPG指定收看TS流中的某個具體節(jié)目。

    嵌入式系統(tǒng)都有一個實時操作系統(tǒng)。視頻設備的軟件系統(tǒng)對實時性的要求較高，系統(tǒng)要完成的任務有：受理用戶操作、設定調諧器工作狀態(tài)、搜索PSI、SI表、解復用、條件接收、搜索節(jié)目指南(EPG)等。除實時操作系統(tǒng)外，系統(tǒng)中最復雜的模塊是設備驅動。驅動層是連接軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的紐帶。應用服務程序層主要包括FLASH分區(qū)管理模塊、數據庫管理模塊、TUNER管理模塊。應用服務模塊的運行方式是同時向各種獨立的應用模塊提供調用服務。有時是幾個應用模塊都要調用，而且各個應用模塊之間都是獨立的，而且各應用模塊的性能直接依賴向它提供服務調用模塊的性能。用戶應用程序層是用戶應用軟件的主體部分，也是軟件開發(fā)的主要部分。與數字電視有關的所有上層功能的實現(xiàn)都在這層完成，如關于用戶界面、用戶信息輸入／輸出控制、節(jié)目搜索、節(jié)目播放、節(jié)目信息的分析處理和節(jié)目操作的管理等。人機交互程序層包含用戶API函數，用戶進行頻點設置、搜索節(jié)目、選臺操作的接口等。

3 結語
    該系統(tǒng)根據數字電視信號流程建立“數-數”轉換模型，該模型將作為系統(tǒng)設計的數據轉換模型。它是數字化信號通過數字高頻頭直接解調數字信號輸入到電視內數字處理器處理顯示，不必通過外置的機頂盒進行解調解碼，可以實現(xiàn)全程數字化。同時實現(xiàn)了全內置，避免了雜亂的接線，節(jié)省空間及成本。本文研發(fā)的樣機已經經過實驗運行驗證了其有效性和實用價值，并已投入小批量試生產，具有良好的推廣應用前景。