DVB—C機頂盒教學平臺的設計

【摘 "要】本文介紹了一個DVB-C機頂盒教學平臺的完整設計過程，包括硬件設計、軟件設計和教學設計，可以作為電子聲像技術專業學生學習數字電視和機頂盒相關知識的實踐教學設備。

【關鍵詞】DVB-C "機頂盒 "教學平臺

【中圖分類號】G642 " " " "【文獻標識碼】A " " " " 【文章編號】1674-4810（2015）30-0033-02

一 概述

隨著數字處理、計算機及圖像壓縮等科技技術的飛速發展，廣播電視走入了數字電視發展的新時代。國際無線電咨詢委員會（CCIR）對數字分量演播室編碼參數規范Rec.601和數字分量演播室視頻信號接口規范Rec.605標準的提出，極大地推動了數字電視的發展。

我國的電視以有線電視為主，近年大力發展了數字有線電視。我國數字電視廣播采用歐洲的DVB標準，在廣電局的極力推廣下，目前已在全國各省市級電視臺全面施行，各種付費影視頻道、有線數字廣播節目以及多種增值業務已是鋪天蓋地。

在這樣一個龐大的產業發展背景下，需要一大批數字電視機頂盒的開發、設計、生產、維護的專業技術人才，電子信息類高職高專需要培養符合產業要求的高級技術型人才，很多院校都設置了電子聲像技術專業。電子聲像技術專業通常開設諸如數字視頻廣播技術、數字電視實訓、數字電視機頂盒測試與維修等專業課程，課程的學習中必須具備一定的教學環境，擁有相應的實踐教學設備，數字電視機頂盒教學平臺成為其中必備的教學設備。由于我國采用的是歐洲的DVB-C標準，本文就設計了一個DVB-C機頂盒教學平臺。

二 硬件系統設計

DVB-C機頂盒教學平臺的硬件設計分為信道部分和信源部分兩大部分電路，如圖1所示。機頂盒嵌入式芯片設計公司主要有ST、Philips、LSI Logic、富士通等，它們的芯片和方案各有所長。這里我們選用ST公司的方案，CPU采用Sti5119芯片，ST公司的Sti5119采用OS20實時嵌入式操作系統，CPU為ST 20C2+32位處理器，具有支持多任務、內核管理、進程調度和任務優先級等實時特性。

圖1 "教學平臺硬件系統設計圖

信道部分電路的主要功能是將有線電視網絡傳送過來的高頻信號經過調諧器降為中頻信號，經過濾波、放大后將信號送給QAM解調芯片完成解調。信道部分通常都用一體化高頻頭來實現，比如Thomson、LG、Philip等品牌的高頻頭。國內也有幾家高頻頭廠商的產品在市場上廣泛應用，如旭光、塔能等。

高頻頭可以接收48～860MHz的高頻信號，并將其轉換到用戶所需的中頻頻帶上，經過一個表面聲波濾波器（SAW Filter）和中頻放大器，將降頻后的中頻信號傳送給QAM解調芯片進行解調。QAM解調芯片內集成了A/D轉換、賴奎斯特濾波處理、載波恢復、均衡、解交織和R-S、FEC解碼等功能。

信源部分電路的主要功能是將高頻頭解調出來的TS流進行解復用、MPEG-2解碼、視頻編碼、音頻D/A轉換。QAM解調器完成信道解碼，從載波中分離出包含音、視頻和其他數據信息的傳輸流（TS）。傳輸流中一般包含多個音、視頻流和數據信息。解復用器用來區分不同的節目，提取相應的音頻流、視頻流和數據流。解復用模塊中包含一個解擾引擎，可在傳輸流層和PES層對加擾的數據進行解擾，其輸出的是已解擾的PES。視頻PES流送入視頻解碼模塊，取出MPEG視頻數據，并對MPEG視頻數據進行解碼，輸出到PAL/ NTSC視頻編碼器，編碼成模擬信號經視頻輸出電路輸出。音頻PES流送入音頻解碼模塊，取出MPEG音頻數據，并對MPEG音頻數據進行解碼，輸出PCM音頻數據到PCM解碼器，PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號，經音頻輸出電路輸出。經Sti5119處理后的視頻信號和音頻信號分別進行放大和濾波后送入電視機的AV接口呈現圖像和聲音。

在教學平臺的硬件電路設計中要特別注意各部分教學測試點的設置，比如RF信號、TS流信號、復合視頻信號、音頻PCM信號、音頻信號、CPU的時鐘與復位、SDRAM的時鐘、Flash的復位信號、智能卡（SMART）板信號、紅外遙控、網絡接口等等，以方便學習時測量使用。

三 軟件系統設計

DVB-C機頂盒教學平臺的功能要求能夠實現實時多任務操作，因此其嵌入式軟件系統必須具備操作系統。機頂盒的操作系統主要有LSI Logic公司的pSOSystem實時多任務操作系統和ST公司的OS20實時嵌入式操作系統。我們采用的是ST公司的方案，所以采用OS20操作系統。

OS20是一個模塊化、高性能的實時操作系統，專門用來設計嵌入式微處理器。它提供了一個基于開放系統標準的、徹底的多任務環境。OS20系統采用的是模塊化的結構，圍繞著OS20實時多任務內核，集成了基于標準結構的、絕對編碼獨立的各種功能軟件模塊。標準的模塊結構使它們一方面可以不用進行絲毫改變就可被不同的程序所調用，另一方面也減少了用戶的維護工作，增強了系統的可靠性。

圖2 "DVB-C機頂盒教學平臺軟件結構圖

DVB-C機頂盒教學平臺的軟件結構如圖2所示，整個軟件系統分為三層：應用層、DVB數據廣播規范層和系統層。其中系統層包括MPEG-2解碼芯片、網絡接口、內存等硬件資源及管理這些硬件的嵌入式操作系統（RTOS），OS向上為DVB數據廣播規范層提供一些底層的系統服務，如碼流過濾、設置中斷處理函數等。對于每種具體應用，都利用DVB數據廣播規范層提供的通用API，選擇合適的數據組織和傳輸方式。

在設計好DVB-C機頂盒教學硬件平臺后，需要設計嵌入式軟件才能使機頂盒正常工作。軟件設計主要是應用層軟件的設計，其中要注意應用層與系統層的關系。

在軟件設計中我們要注意將應用層開放，以便于設置軟件教學點，比如開機畫面、OSD菜單類型和控制、搜索節目、頻道編輯、音量控制等。

四 教學方案設計

我們設計的DVB-C機頂盒教學平臺配置于數字電視實驗室中，可以用于多門與數字電視技術有關的課程教學，比如數字視頻廣播技術、數字電視技術課程的實驗環節，以及數字電視實訓課程、數字電視機頂盒測試與維修課程等。

運用DVB-C機頂盒教學平臺，根據各門課程的需要，我們可以按照學生的學習情況和認知習慣由淺入深地設計如下的一些實驗方案：機頂盒的認識實驗、使用遙控器或鍵盤配置調整機頂盒的實驗、射頻信號強度的認識實驗、運用機頂盒的開發平臺進行應用軟件下載實驗、數字信號的認識和測試實驗、機頂盒的OSD及一些播放功能軟件開發實驗、音視頻模擬信號及接口認識與處理實驗、機頂盒的電磁兼容性能測試實驗、機頂盒的節目搜索和頻道編輯軟件開放實驗、機頂盒的維修等。

五 結論

本設計研制了一個基于嵌入式系統的DVB-C機頂盒教學平臺，采用ST公司生產的基于OS20實時嵌入式操作系統的32位VL-RISC CPU（Sti5119）機頂盒芯片，完成數字電視信號的解復用、解碼以及視頻的編碼和音頻的D/A轉換。

設計的DVB-C機頂盒教學平臺除了能完成普通機頂盒對數字電視節目、電子節目指南、數據廣播的接收功能以外，還能方便設置各種教學方案。

參考文獻

[1]余兆明.數字電視原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009

[2]龐然.數字電視機頂盒關鍵技術[J].中國傳媒科技，2013（6）

[3]孫亞楠、鄭南寧、梁峰等.基于DVB-C的數字機頂盒系統及其軟件[J].中國有線電視，2002（17）

〔責任編輯：龐遠燕、汪二款〕