关于ATSC制数字电视机顶盒的研究

　　3．2 前端解调模块设计

　　（1）调谐器（Tuner）

　　调谐器通过I2c总线来控制，完成高频调谐并输出中频信号。有些调谐器没有I2c总线，而是由3根控制线来设置调谐参数，此时要求机顶盒的主控芯片带有一定数量的PIO编程端口。另外，信道解调器根据中频信号幅度，通过AGC信号来调节调谐器输出的中频信号幅度，使其稳定在一定的范围之内。中频信号输出幅度通常较小，需要经过中频放大器，然后送入8VSB解调器。

　　（2）信道解调器

　　8VSB解调器收到中频信号后，对其进行模数转换，然后逐级进行解调。信道解调器可以直接对输入44MHz中频信号进行A/D采样，提供AGC信号调节中频信号增益。正常工作状态下，解调芯片先通过非相关AGC模式使中频信号幅度在A/D采样范围之内；接着进行载波锁定和同步信号恢复；实现同步后，相关AGC模式进一步细调中频信号幅度。然后依次进行NTSC同频干扰滤波、信号均衡、9相位跟踪锁定以及FEC处理（包括格状解码、去卷积交织、RS解码和去随机）等步骤，最后输出TS码流。实际解调的每一步都可以通过内部寄存器来跟踪。解调过程中各阶段信号的实际性能，如锁定状态，信噪比，误码率等可以由解调芯片内部的寄存器指示。

　　3．3 后端解码模块设计

　　（1）主控CPU
　　主控CPU实现操作系统的各种控制功能，同时完成TS流解复接。一方面，主控CPU解析来自前端送入的TS流，提取相关的PSI表，并利用PID过滤器来分离音视频ES或PES流，实现TS流解复用。另一方面，主控CPU管理多个进程，如视频解码、音频解码、红外遥控、键盘响应、前端解调和TS解复用等，控制着接收机的解码全过程。

　　（2）视频解码器
　　视频解码器完成符合 MPEG－2压缩标准的视频实时解码，包括 MP＠HL格式。解码器外接128Mbits的SDRAM，用于解码过程中的数据存储。视频解码时，主控CPU解析ES流或PES流帧以上高层语法，提取图片尺寸，比特率，量化距阵等控制参数，然后将参数写入解码器的控制寄存器。而帧以下的，涉及大运算量的视频解码，主要通过视频解码器的硬件解码单元实现。视频解码器支持ATSC制中的所有十八种格式及其中的某些格式转换，它既可以输出8-bit的标准清晰度视频信号，也可以输出24-bit高清晰度视频信号。它还支持OSD，通过节目信息和频道选择的显示，使用户具有本地信息交互功能。

　　（3）音频解码器
　　音频解码由单片兼容 MPEG－2和 AC－3的音频解码器完成，不需要外部存储器。解码过程中，主控 CPU可以通过 8bit数据接口或者通过I2c接口来控制音频解码器。音频解码器可接收 MPEG－1，MPEG－2，AC-3和PCM多种音频数据输入，具有三路双声道PCM数据串行输出接口和一个S／PDIF数字音频输入口。

　　3．4 机顶盒解码流程分析

　　数字电视机顶盒的源程序装载于FLASH ROM内。加电启动后，各芯片进行上电复位，主控CPU从FLASH ROM内加载并运行程序。程序首先完成软硬件初始化，包括时钟初始化，系统内存初始化，前端解调初始化以及音视频解码寄存器初始化等，并建立多个工作进程。多进程模式使主控CPU能同时处理多个工作流程，还可以进行进程间的通讯控制。

　　系统完成初始化后，用户通过遥控器选择频道，频道选择界面通过OSD显示。主控CPU响应遥控器指令，通过I2C总线设置调谐器，使调谐器输出中频信号。中频信号经信道解调器处理后，输出TS流。主控CPU内PID过滤器实现TS流解复接，将相关的ES或PES流分别送入音视频解码器，最终输出音频和视频信号。TS流中的节目信息经过解析并存储，用户通过OSD查询菜单，了解相关的节目信息。对于多节目复合的TS流，用户还可以通过节目指南EPG指定收看TS流中的某个具体节目。

　　3．5 机顶盒接收性能

　　ATSC制频道带宽为6MHz，可以传送19.39Mbps固定比特率的数字电视节目，节目可以是单个高清晰度电视，也可以由4-5个标准清晰度电视节目复用而成，符号率为固定的10.76Msym/s，因此ATSC制广播电视的频道搜索比DVB简单，只要设定频道参数。如果全频道范围内接收，也只需从频道2到频道69逐个搜索。

　　限于条件，实验过程中采用闭路接收的方式，由码流发生器输出8VSB调制信号，载波频率为473MHz（14频道），信号直接通过一段电缆送到机顶盒的RF输入端。主控CPU通过设定频道参数，可在2秒内实现频道锁定和8VSB解调，在4－5秒内（包括8VSB解调和信源解码）完成节目的解析和音视频解码，对于无节目的频道0．5秒内可判定。实际接收信号的信噪比要求高于16dB，否则接收机无法解调或解码时存在一定的误码。

　　4　结束语

　　数字化进程使广播电视，计算机网络和通信之间的行业界线变得越来越模糊，三者既渗透又融合的特点将持续一段时间。在此背景下，数字电视也将随着业务和技术的进一步发展逐渐走向成熟。未来的数字电视机顶盒不但会在已知的领域功能更趋完善，也将在未知的领域里开拓更广阔的空间。