[00128119]基于SOC数字电视解码芯片的高速交互网络技术

海信带有高速交互功能（基于IP网络技术）的有线数字机顶盒是采用ST公司的QAMi5516单芯片平台（其内嵌CPU的处理速度可达180MHz），一方面可以接收由CATV网传来的符合DVB-C/MPEG2标准的有线数字电视信号，另一方面通过以太网接口，连接到互联网上，从而在传统数字电视机顶盒上实现交互的功能。因为本技术方案是基于单一的数字电视解码芯片，不需要额外的通信信号处理单元，在硬件上仅仅需要增加一个以太网接口芯片，成本相对比较低。本技术方案采用一体化、模块化的电路设计方法。硬件划分为：电源模块、射频模块（Tuner）、QAM解调以及MPEG-2解码模块、网络接口模块、USB接口模块（附加功能）、条件接收模块、前面板VFD智能显示模块。软件部分分为：遥控接收处理、音视频控制、TS流接收解调解码控制、节目管理、有条件接收、电子节目指南、数据广播、IP网络基本交互，USB应用（可集成MP3播放和图片浏览等附加功能）等。该技术是现有有线数字电视机顶盒的一种增强型方案。当用户不再仅仅满足于机顶盒的数字电视解码功能时，带有网络接口的交互型机顶盒可以给用户带来更多的服务，比如电视娱乐交互，电视购物，电视彩票等，利用IP网络的回传功能，可方便实现在线支付等（需要前端网络支持）。在现有基础上，如果再加上一个MPEG4（或其他压缩算法如H.264）解码芯片，还可以实现在线点播（需前端网络的支持）。Tuner接收来自Cable的数字电视信号，经过机顶盒前端高频头进行变频，输出双路的差分中频信号，再送到主芯片，进行QAM解调、解交织、RS解码，同时主芯片还完成MPEG-2解码、图形处理以及制式编码，音频D/A转换等功能。在以上基本应用上，可以再扩展网络接口和usb接口，由主芯片内嵌的ST20的CPU来完成上述的协调工作。本技术方案采用的QAMi5516芯片已经大量应用于有线机顶盒中，性能十分稳定。　　软件系统方面，采用基于嵌入式实时操作系统的ST20 lite。在此操作系统的基础上，附加相应的软件模块，实现对用户的各种操作处理，如完成节目的搜索、换台、音量的调节，相关的菜单显示、频道信息的、一周EPG、在线LOADER等；对各种外围器件进行控制和设置，如视频解码、复合视频的编码等；根据功能要求完成对传输码流的分析和处理，如PMT、PAT、SDT、CAT等表格的分析和信息提取，音频和视频信息的同步、解码等功能；设置信道解码芯片和高频头的各种参数以及相关状态、控制信息的各种处理，遥控器功能的实现；系统工作时对相关状态进行监控，及时发现错误并进行相应的处理；在网络这一块，还需要移植相应的TCP/IP协议栈，以及其他应用层服务等。一、性能指标1.信道解码视频压缩码率：2Mbps～15Mbps连续可调；解调方式：支持16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM解调；最大符号率：7MS/s；信道编码：符合DVB-C/MPEG-2传送码流格式；RS编码为(204,188,T=8)；卷积交织深度I=12；2.信号输出形式视频输出：Y/C模拟分量信号和PAL-D复合视频信号输出阻抗：75 视频输出电平：1Vp-p 3.复合视频信号图象基带：5MHz信号极性：正极性(可极性倒换)信号幅度：1Vp-p亮度信号：0.7Vp-p同步信号：0.3Vp-p4.音频模式：左声道,右声道,立体声5.输入RF频率范围：110～860MHz6.输入电平范围：40～80dBuV7.宽电源适应范围：110～260V8.功耗：≤16W9.安全性能：符合GB8898-2001中II类设备的有关规定。10．电磁兼容：注入电源的干扰电压符合GB13873-2001中4.2要求。11．可靠性：产品的平均故障间隔时间（MTBF）的下限大于8000小时二、设计思路数字电视解码部分，与普通的机顶盒类似，由高频头部分负责信号的变频，输出双路的差分信号直接到主芯片，由于主芯片QAMi5516内部已经集成了QAM解调器，所以不需要象其他的机顶盒那样在高频头里集成解调芯片，方案成本可以得到控制。主芯片同时完成MPEG的解码和视频编码输出，音频D/A转换等工作。网络接口部分，充分利用QAMi5516芯片内嵌的ST20 CPU，外接网络接口芯片RTL8019AS，组成一个简单的以太网结构。ST20的速率达到了180MHz，完全可以处理一般的网络交互数据。RTL8010AS是有名的Realteak公司设计的网络接口芯片，为10Mbps带宽速率，虽然相比现在PC机上的100M，1000M网卡来说，它的速率相对不高，但是对数字电视交互应用来说，已经可以满足要求，相对modem方式的回传方式，以太网的速率要高很多。其他设计方面,采用四层板方式，减少EMC问题；尽量采用表面贴装元件,这样可以提高生产效率，同时可以降低整机成本。主板上音频、视频输出、网络的Magnet部分均采用分别接地的方式，可以防止信号间的干扰。另外，发热器件尽量分散开,并在机壳顶部、底部开有散热孔。三、技术关键和解决措施有线数字电视接收机采用ST的单芯片设计方案，数字前端QAM解调已经集成到了主芯片内部，MPEG2解码也采用主芯片QAMi5516，其他芯片根据需要来确定。硬件方面的关键技术是：如何在单一芯片上完成数字电视解码和网络交互功能。一般的数字电视机顶盒很少带有电信网络方面的接口，而现在的IPTV机顶盒则没有广电的网络接口。而本设计很好的实现了这样的结合。由于ST的这颗芯片并非通用的PC机芯片，所以没有通用的ISA和PCI总线，也就不能和网卡的总线直接连接。为了达到两者可以互连的要求，我们利用主芯片的Local Bus总线，即主芯片与FLASH存储器的总线，因为FLASH芯片的利用率相对不是很高，所以我们可以将网卡芯片的16位总线与FLASH的16位总线公用，通过片选信号来切换，从而解决了硬件的连接问题。软件方面的关键技术主要是底层驱动和上层的TCP/IP协议栈的移植。一般的网口芯片厂家都能提供面向一定操作系统的底层驱动，所以我们可以在此基础上做相关的修改即可达到目的。而TCP/IP协议栈的移植工作相对要麻烦一些。我们可以选择一些相对比较成熟的商业包，但是价格比较贵。如果自己移植，我们可以选择开源Linux的网络协议栈，再进行相关的移植工作，主要是基于一定的硬件平台和操作系统差异，这样就可以实现我们的网络数据收发了。基于SOC数字电视解码芯片的高速交互网络技术很好的解决了广电网络的回传问题，不需要对现有广电网络进行双向改造，运营商的成本较低。同时，机顶盒采用单芯片来实现上述功能，成本也相对较低。因此，它能有力的推动数字电视化进程，应该是一项值得推广的技术。经济效益和社会效益分析随着数字技术的发展，信息产业正向数字时代迈进。数字节技术相对于模拟传输的抗干扰能力强、频带利用率高、节目质量高和多业务等优势，促使各电视电视台、广播电台纷纷开播数字节目。为适应这一发展趋势，各国纷纷出台了数字广播的标准，使各个厂家生产的数字电视接收设备能互相连接。其中由欧洲提出，世界200多个组织参与制定的DVB（数字视频广播）标准，由于其涵盖的内容丰富而全面，越来越多的国家、地区和组织参与其中，迅速推向全球，其用户覆盖了六大洲。但在模拟广播到数字广播之间，需要一段模拟与数字广播并存的阶段--数字电视机顶盒阶段。根据我国的国情，从模拟电视到数字电视的过渡可能有10-15年的时间，因此，机顶盒的市场生存期必定有一个较长的时间，其市场潜力十分看好。根据有关的资料显示，机顶盒市场具有1500亿到2000亿的市场规模。早在2002年底，信息产业部经运司就预测，2003年数字电视机顶盒市场将会快速起步，下半年将出现需求激增的态势。3月底，国家广电总局负责人在CCBN展会上发布，当年数字电视有线电视用户要发展到100万。理论上讲，一台数字电视就需一台数字电视机顶盒，因此机顶盒的市场空间相当庞大。　　专家分析，数字电视进入家庭后，我国每年将至少有1000万台彩电被更新，由此带来的年产值达1000亿元。仅今年开发100万部数字电视机顶盒，就可带来10亿元的市场。目前国内模拟电视的保有量约为3.4亿台，其中有相当一部分将会使用机顶盒。　　如果将视野放得更远一点，到2005年我国有线数字电视用户超过3000万户，2010年全面实现数字广播电视，2015年停止模拟广播电视的播出，由此将给数字电视机顶盒带来相当惊人的市场。专家分析，随着越来越多的地方有线电视网络转向数字电视，机顶盒进入大面积推广、普及阶段，将会有越来越多的厂商杀入该市场，很有可能重现彩电业激烈竞争的一幕。但是，眼下并非任何企业都能在这一行业圈到属于自己的一块地盘。数字电视机顶盒技术难度相对较大，尤其是有线电视机顶盒(DVB-C)，由于各电视台在数字化建设过程中所选择的业务模式、加密模式不一样，所以要针对不同加密模式研发不同产品，这就增加了研发投入和成本，只有大型企业才有充足的研发队伍与资金实力，保证产品种类多样和质量可靠，小企业在市场上明显缺乏竞争优势。　　数字电视机顶盒与数字电视具备很强的关联性，电视的强势品牌对机顶盒的市场推广有很强的助力。从美国和欧洲数字电视的营运经验看，数字电视机顶盒市场竞争的最后赢家是国内的家电生产巨头们，原有家电品牌的推动作用是其中的一个重要原因。国内像海信这样形成二者的产业链的企业并不多。由于海信品牌具备了良好的市场效应，海信的数字电视机顶盒计划早在2003年8月就已启动，目前已在青岛、江西、山东、北京、济南等十几个大中城市中标，连续签定了多个供货合同。　　随着北京申奥的成功，数字电视在中国的推广进程必然会大大的加快。因此，有线数字电视机顶盒在2001-2002年，处于市场的培养期，2003-2004年已进入市场发展期，2005-2006年会形成一个发展的高潮期。以10%的市场启动，则有900万台的市场，以一台价格在1000元左右，则会形成数十亿的市场，因此，市场前景极为乐观。 同时，机顶盒的开发也为将来一体化数字电视接收机的开发和生产提供了技术储备。　　数字电视的市场这么大，不单单是因为解决了老百姓看电视的问题，因为如果数字电视市场仅仅局限于电视的话，这个市场也是有限的，而且，单纯的标清电视相比模拟电视，优势并不是特别明显。数字电视的优势更多的应该在于数字化，从而可以把电视和计算机，通信的资源共享起来。广电有着丰富的电视节目，价格低廉的广播网络，计算机，通信有着丰富的网络资源和双向的传输机制。如果把三者结合起来，是以后机顶盒发展的一个重要的方向。本技术就是从这个市场趋势出发，利用单一芯片实现了两者的融合，在一定程度上创造了一定的经济和社会效益。由于本技术已经产品化，更能体现它的效益。