论文部分内容阅读
摘要：随着互联网技术，人工智能，生物技术，计算机科技，数字技术以及人类社会文化的发展，数字电视将继续飞速发展。本文以ST7109芯片为核心完成高清机顶盒电路的硬件设计，适合目前发展的需求，所以其适用性广，比较符合开发的需求。
关键词：高清机顶盒 ST7109 硬件设计
引言
随着社会的发展和科技的进步，信息化对于社会的影响已经越来越大。但是，电视在人们生活中的地位，却并没有因为信息化而有所改变。现如今，大部分的人还是依靠电视来获取自己所需要的信息，尤其是在家庭生活中，电视起到的作用更加是不容忽视。而由于互联网技术、计算机科技以及数字技术的不断发展，数字电视开始涌现，并且开始逐渐取代传统电视成为了主流。数字电视相较于传统电视具有节目内容更为丰富，电视画面更加清晰，声音更为优美，人机互动更强等显著的优点。因此，数字电视也必然将成为未来的发展主流，广播电视业内部也必然发起由模拟电视向数字电视全面过渡的革命。
1、机顶盒的结构特点
机顶盒首先通过高频头接收来自有线网的高频信号，并通过其内部的QAM解调器信道解码，从信号中分离出音频和视频以及其他的数据信息，然后将其送MPEG-2解码器，通过解码器与相應的软件对其进行数字信息的还原。对于用户已经付费的电视，对其实施解扰，保证用户再付费之后能够合法的观看相应的节目。在MPEG-2解码器完成解码之后，通过音频和视频输出，还原出音频和视频信号，使之能在模拟电视上显示高质量的画质，并且输出高质量的生硬。详情见图1。
图1 机顶盒工作原理
2、高清机顶盒的硬件平台
本文此次研究的数字电视机顶盒的硬件平台主要是由以下几个组成部分构成的：（1）调谐器；（2）QAM解调器；（3）嵌入式CPU；（4）传送流解复用器；（5）MPEG-2音视频解码器；（6）PAL/NTSC视频编码器；（7）音频DAC转换器；（8）存储系统以及外围设备输入输出。详情见图2。
图2 机顶盒硬件平台
该机顶盒的信源解码CPU是ST7109，该芯片主要负责接收传输流数据，并且通过解复用分流处音频和视频基本流，再将其分别送至音频解码与视频解码，与此同时还要提取码流中的PCR信息，以用作信息恢复之需。此外，如果有必要， CPU还能对传送流进行加密操作，只有通过智能卡对其进行解密才能顺利的进行后续的步骤。通过解复用的音频通过音频解码器之后，能够解出音频的基带数字信号，视频也是如此，两者再分别通过音频DAC转换器以及PAL/NTSC视频编码器之后可以得到普通电视就能播放的模拟信号。在信源解码器启动时，必须在ROM中读取有关的程序，并将其加载至DDR RAM上运行。为了方便将来的软件升级，我们选用了可现场擦除和改写的FLASH ROM。而基于调试程序的考虑，还需要设置JTAG接口。
3、各基本单元设计
本次设计的数字高清顶盒清晰程度完全符合欧洲DVB-C的标准。设计的机顶盒除了能够完成所有的音频与视频的输入输出功能之外，还能提供前端接口、前面板、电源、用于软件升级和调试的RS232接口以及智能卡接口。
1）ST7109芯片及其外围接口
ST7109芯片构架于Omega2，使用的位置处于DSL和机顶盒，以及卫星上。是通过后面的端口进行全面处理的形式。属于新的解码机顶盒芯片，可以在H.264和VC-1，以及MPEG-2被取用，并且还可以赞同DVD功能，不仅性能高，而且成本非常低。同时可以容纳DCII和DVB，以及ATSC等。
ST7109可以对HD或SD的视频流和多声道的音频流进行解密与解码。其中，视频流和DVD流是分别通过TS子系统和SATA的接口接收与处理。赞同的模式以标清出现，解码后形成两个显示生产：独立的TV，以及VCR的最新采样。信号以模拟的形式输给终端，利用接口输出也是可以的，最后由YpbPr传给VCR。音频的输出的满足是24-bit DAC系统、PCM混合进行的。
在外围平台中，还带有一个硬盘驱动接口HDD能连接SATA接口，又或者是利用USB2.0接口进行扩展，以实现家庭网络和IPTV应用，其芯片的集成则是以太网控制器与MⅡ/RMⅡ接口能够用于以太网的服务。
图2 ST7109用于IPTV的解决方案
如图2所示，ST7109集成一系列的外围设备，系统服务，时钟发生模块，能大幅降低外部设备的费用。
2）音频模块
ST7109采用了ST231 CPU进行音频解码，所含的DAC可以直接将I2S格式的音频解码信号通过内部DAC输出信号，还可以直接输出S/PDIF格式的音频信号到外部的S/DIF接口或是光纤接口。ST7109输出的模拟信号通过放大滤波电路和爆破音控制电路之后输出。
除此之外，音频输出控制特性：
（1）能够屏蔽I2S输出和S/PDIF通道，并定义I2S数据输出队列。
（2）能够定义音频位时钟输出极性和帧时钟输出极性。
（3）选择I2S 16/32位模式，并定义I2S的位格式，进行音频位时钟来源的选择。
3）视频模块
ST7109拥有NTSC/PAL复合模拟输出；NTSC/PAL S-Video模拟输出；模拟YPbPr/RGB，可选480i，576i，480p和576p YpbPr输出模式；150MHz YCbCr/RGB数字视频输出接口，8位4：2：2 YcbCr数据，16位4：2：2 YcbCr数据，24位4：2：2 YcbCr数据，24位4：2：2 RGB数据（888）等视频输出接口。
模拟视频输出模块在对6个视频输出DAC来输出复合视频进行控制的时候，要按照S-Video（Y/C）和分量视频（RGB或YPbPr）格式进行输出。其中包括：独立视频定时脉冲发生器接收其他同步源信号；12位DAC采样率148.5MHz进行1920*1080 p60格式传输速率。
一组是由12位的DAC中的VO2模块进行分量视频输出，可以选择输出RGB或YpbPr；还有一组是由12位DAC中的VO1模块进行S-Video（Y和C）和复合视频的同时输出。没有使用时可以利用屏蔽对功耗的节省。
4） 前面板模块
ST7109与前面板进行连接，其链接的接口主要是通过GPIO口的SPI接口，该部分主要信号包括：时钟、片选、输入数据和输出数据线，然后控制PT6961芯片，通过该项控制对于LED显示和按键功能进行实现。
5）JTAG接口
设计考虑到下载和调试程序的需要，所以设置了JTAG接口，换个接口完全符合IEEEll49.1标准协议，该接口的功能在于电路的边界扫描测试以及可编程芯片的系统编程需要。表1给出了JTAG引脚说明。
表1 JTAG引脚功能说明
4、结论
本文是在针对基于ST7109芯片的高清机顶盒的设计和研发过程中完成的，系统以高清机顶盒软硬件设计为主要研发对象，采用ST7109芯片成熟系统进行构架，完成整个高清机顶盒处理工作，应用性极强，经过测试，完全合乎高清视频要求。
参考文献
[1] 刘渝，李立萍.数字卫星机顶盒的三种设计方案及其性价比[J].电视技术.2005（4）：36-38
[2]王美华，范科峰，岳斌等.数字媒体内容版权管理技术标准研究[J].广播与电视技术，2007，37（6）：19～49
[3] 孙志行等.数字机顶盒技术及其市场前景[J].电视技术.2002（1）：46～49
关键词：高清机顶盒 ST7109 硬件设计
引言
随着社会的发展和科技的进步，信息化对于社会的影响已经越来越大。但是，电视在人们生活中的地位，却并没有因为信息化而有所改变。现如今，大部分的人还是依靠电视来获取自己所需要的信息，尤其是在家庭生活中，电视起到的作用更加是不容忽视。而由于互联网技术、计算机科技以及数字技术的不断发展，数字电视开始涌现，并且开始逐渐取代传统电视成为了主流。数字电视相较于传统电视具有节目内容更为丰富，电视画面更加清晰，声音更为优美，人机互动更强等显著的优点。因此，数字电视也必然将成为未来的发展主流，广播电视业内部也必然发起由模拟电视向数字电视全面过渡的革命。
1、机顶盒的结构特点
机顶盒首先通过高频头接收来自有线网的高频信号，并通过其内部的QAM解调器信道解码，从信号中分离出音频和视频以及其他的数据信息，然后将其送MPEG-2解码器，通过解码器与相應的软件对其进行数字信息的还原。对于用户已经付费的电视，对其实施解扰，保证用户再付费之后能够合法的观看相应的节目。在MPEG-2解码器完成解码之后，通过音频和视频输出，还原出音频和视频信号，使之能在模拟电视上显示高质量的画质，并且输出高质量的生硬。详情见图1。
图1 机顶盒工作原理
2、高清机顶盒的硬件平台
本文此次研究的数字电视机顶盒的硬件平台主要是由以下几个组成部分构成的：（1）调谐器；（2）QAM解调器；（3）嵌入式CPU；（4）传送流解复用器；（5）MPEG-2音视频解码器；（6）PAL/NTSC视频编码器；（7）音频DAC转换器；（8）存储系统以及外围设备输入输出。详情见图2。
图2 机顶盒硬件平台
该机顶盒的信源解码CPU是ST7109，该芯片主要负责接收传输流数据，并且通过解复用分流处音频和视频基本流，再将其分别送至音频解码与视频解码，与此同时还要提取码流中的PCR信息，以用作信息恢复之需。此外，如果有必要， CPU还能对传送流进行加密操作，只有通过智能卡对其进行解密才能顺利的进行后续的步骤。通过解复用的音频通过音频解码器之后，能够解出音频的基带数字信号，视频也是如此，两者再分别通过音频DAC转换器以及PAL/NTSC视频编码器之后可以得到普通电视就能播放的模拟信号。在信源解码器启动时，必须在ROM中读取有关的程序，并将其加载至DDR RAM上运行。为了方便将来的软件升级，我们选用了可现场擦除和改写的FLASH ROM。而基于调试程序的考虑，还需要设置JTAG接口。
3、各基本单元设计
本次设计的数字高清顶盒清晰程度完全符合欧洲DVB-C的标准。设计的机顶盒除了能够完成所有的音频与视频的输入输出功能之外，还能提供前端接口、前面板、电源、用于软件升级和调试的RS232接口以及智能卡接口。
1）ST7109芯片及其外围接口
ST7109芯片构架于Omega2，使用的位置处于DSL和机顶盒，以及卫星上。是通过后面的端口进行全面处理的形式。属于新的解码机顶盒芯片，可以在H.264和VC-1，以及MPEG-2被取用，并且还可以赞同DVD功能，不仅性能高，而且成本非常低。同时可以容纳DCII和DVB，以及ATSC等。
ST7109可以对HD或SD的视频流和多声道的音频流进行解密与解码。其中，视频流和DVD流是分别通过TS子系统和SATA的接口接收与处理。赞同的模式以标清出现，解码后形成两个显示生产：独立的TV，以及VCR的最新采样。信号以模拟的形式输给终端，利用接口输出也是可以的，最后由YpbPr传给VCR。音频的输出的满足是24-bit DAC系统、PCM混合进行的。
在外围平台中，还带有一个硬盘驱动接口HDD能连接SATA接口，又或者是利用USB2.0接口进行扩展，以实现家庭网络和IPTV应用，其芯片的集成则是以太网控制器与MⅡ/RMⅡ接口能够用于以太网的服务。
图2 ST7109用于IPTV的解决方案
如图2所示，ST7109集成一系列的外围设备，系统服务，时钟发生模块，能大幅降低外部设备的费用。
2）音频模块
ST7109采用了ST231 CPU进行音频解码，所含的DAC可以直接将I2S格式的音频解码信号通过内部DAC输出信号，还可以直接输出S/PDIF格式的音频信号到外部的S/DIF接口或是光纤接口。ST7109输出的模拟信号通过放大滤波电路和爆破音控制电路之后输出。
除此之外，音频输出控制特性：
（1）能够屏蔽I2S输出和S/PDIF通道，并定义I2S数据输出队列。
（2）能够定义音频位时钟输出极性和帧时钟输出极性。
（3）选择I2S 16/32位模式，并定义I2S的位格式，进行音频位时钟来源的选择。
3）视频模块
ST7109拥有NTSC/PAL复合模拟输出；NTSC/PAL S-Video模拟输出；模拟YPbPr/RGB，可选480i，576i，480p和576p YpbPr输出模式；150MHz YCbCr/RGB数字视频输出接口，8位4：2：2 YcbCr数据，16位4：2：2 YcbCr数据，24位4：2：2 YcbCr数据，24位4：2：2 RGB数据（888）等视频输出接口。
模拟视频输出模块在对6个视频输出DAC来输出复合视频进行控制的时候，要按照S-Video（Y/C）和分量视频（RGB或YPbPr）格式进行输出。其中包括：独立视频定时脉冲发生器接收其他同步源信号；12位DAC采样率148.5MHz进行1920*1080 p60格式传输速率。
一组是由12位的DAC中的VO2模块进行分量视频输出，可以选择输出RGB或YpbPr；还有一组是由12位DAC中的VO1模块进行S-Video（Y和C）和复合视频的同时输出。没有使用时可以利用屏蔽对功耗的节省。
4） 前面板模块
ST7109与前面板进行连接，其链接的接口主要是通过GPIO口的SPI接口，该部分主要信号包括：时钟、片选、输入数据和输出数据线，然后控制PT6961芯片，通过该项控制对于LED显示和按键功能进行实现。
5）JTAG接口
设计考虑到下载和调试程序的需要，所以设置了JTAG接口，换个接口完全符合IEEEll49.1标准协议，该接口的功能在于电路的边界扫描测试以及可编程芯片的系统编程需要。表1给出了JTAG引脚说明。
表1 JTAG引脚功能说明
4、结论
本文是在针对基于ST7109芯片的高清机顶盒的设计和研发过程中完成的，系统以高清机顶盒软硬件设计为主要研发对象，采用ST7109芯片成熟系统进行构架，完成整个高清机顶盒处理工作，应用性极强，经过测试，完全合乎高清视频要求。
参考文献
[1] 刘渝，李立萍.数字卫星机顶盒的三种设计方案及其性价比[J].电视技术.2005（4）：36-38
[2]王美华，范科峰，岳斌等.数字媒体内容版权管理技术标准研究[J].广播与电视技术，2007，37（6）：19～49
[3] 孙志行等.数字机顶盒技术及其市场前景[J].电视技术.2002（1）：46～49