DTMB車載數(shù)字電視終端與實現(xiàn)
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引言
本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/81328.htm中國的地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視國家標(biāo)準(zhǔn)
(《GB20600-2006數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》，以下簡稱DTMB)自從2006年8月公布以來，已經(jīng)在國內(nèi)許多城市開始了試驗播出。地面數(shù)字電視能夠很好地支持移動接收，車載電視的市場發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮?。由?a class="contentlabel" href="http://m.ptau.cn/news/listbylabel/label/DTMB">DTMB融合了多載波與單載波兩種模式，為了更大范圍地適用于國內(nèi)用戶的需求，市場迫切需要能夠支持上述兩種載波模式的車載數(shù)字電視終端方案。
本文介紹了一個基于DTMB的車載數(shù)字電視解決方案。為滿足市場對全國標(biāo)支持及低成本的需求，信源解碼部分使用了北京海爾集成電路設(shè)計有限公司開發(fā)的 “愛國者II號”Hi2016解碼芯片，信源解調(diào)部分使用了北京凌訊華業(yè)科技有限公司研制的LGS-8G42解調(diào)芯片。該方案具有很強的適用性和很高的性價比，相信會對加快中國數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到很好的推動作用。
DTMB簡介
DTMB是一種具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地面數(shù)字多媒體電視廣播的服務(wù)需求、傳輸條件和信道特征，DTMB傳輸系統(tǒng)采用了創(chuàng)新的TDS－OFDM(時域同步正交頻分復(fù)用)調(diào)制方式。使用特殊設(shè)計的PN序列作為同步信號填充OFDM保護間隔，實現(xiàn)了快速穩(wěn)健的同步和高效的信道估計，提高了頻譜效率。在抗多信道噪聲、多徑、多普勒衰落、時鐘恢復(fù)、傳輸效率等方面優(yōu)于其它地面數(shù)字電視傳輸國際標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的性能。DTMB高度靈活的操作模式，使其具有很強的移動接受能力。
系統(tǒng)硬件設(shè)計
硬件電路主要由MPEG-2解碼模塊、解調(diào)模塊、視頻顯示模塊和音頻處理模塊等四部分組成。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。
DTMB使用的高頻頭與DVB-T系統(tǒng)的高頻頭有很大程度的兼容性，許多支持DVB-T的高頻頭可以在DTMB的接收終端中使用。本方案選用高頻頭的是深圳伯利恒電子科技有限公司的BLH-DBT-702,其接收頻率范圍為V段(162MHz~444MHz)和U段(448MHz~862MHz)，輸出中頻信號36.167MHz，其優(yōu)點是：體積小，較低的本地相位和噪聲，內(nèi)置的DC/DC模塊使得外部只需單一5V供電；通過I2C總線設(shè)置內(nèi)部寄存器可完成頻帶選擇和控制。高頻頭將天線接收的廣播信號通過內(nèi)部增益等電路變換，輸出IF模擬信號，經(jīng)外圍A/D變換電路轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號，送入信道解調(diào)芯片。
信道解調(diào)芯片選用的是凌汛科技的LGS-8G42。該芯片支持單載波和多載波兩種模式，通過對相關(guān)寄存器狀態(tài)的偵測，完成單載波和多載波模式的判斷及控制，全面支持DTMB標(biāo)準(zhǔn)，適用于戶內(nèi)、戶外、固定及移動接收的電視終端，是適用于車載電視的理想芯片。LGS-8G42芯片接收數(shù)字IF信號，然后將其轉(zhuǎn)換成基帶信號，經(jīng)過必要的信道解調(diào)及前向糾錯解碼等處理以后，輸出并行或串行的TS流(Transport Stream)數(shù)據(jù),同時利用芯片內(nèi)部自動增益控制模塊輸出的信號來控制高頻頭內(nèi)部中頻放大器的增益，使輸出中頻信號的功率處在某一特定的范圍內(nèi)。
信源解碼芯片選用的是海爾Hi2016，該芯片內(nèi)部集成了高性能的CPU和音視頻解碼器，完成TS流的解擾、解復(fù)用及MPEG-2音視頻解碼，同時負責(zé)控制上層應(yīng)用軟件。Hi2016的視頻輸出支持CVBS、S-VIDEO、YPbPr、YCbCr等多種模式，設(shè)計中采用了YCbCr、4:2:2模式，YUV輸出8bit精度，符合ITU-656標(biāo)準(zhǔn)，可連接液晶顯示屏驅(qū)動電路的ITU-656接口。Hi2016的音頻解碼器支持音頻PCM數(shù)據(jù)輸出，通過外加音頻A/D轉(zhuǎn)換芯片HT82V731將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，再經(jīng)過放大電路驅(qū)動車載電視自帶的小音箱。為了便于能夠利用車內(nèi)音響設(shè)備得到更好的音響效果,在本方案中內(nèi)置了立體聲FM射頻輸出電路，用戶可選擇啟動該功能，通過車載FM收音機接收電視伴音。
LCD驅(qū)動電路中采用了芯片MST720，它內(nèi)置有MCU、TCON、Scaling Engine、ITU-656接口，實現(xiàn)了與解碼芯片視頻輸出的對接?？紤]到車載電視的尺寸與合適的性能價格比，液晶屏選用了7英寸模擬屏。
面板操作與紅外遙控采用了液晶驅(qū)動芯片主控的方式。MST720接收的紅外信號分為兩類，一類是對LCD的控制信號，另一類是對Hi2016的控制信號。當(dāng)紅外信號為后者時，則采用MST720的GPIO端口進行模擬，然后送入Hi2016的紅外數(shù)據(jù)采集接口，完成數(shù)字電視相關(guān)操作。
系統(tǒng)軟件設(shè)計
依照軟件工程的思想，本系統(tǒng)采用自上向下的分層設(shè)計方法，保證了系統(tǒng)架構(gòu)清晰、可移植性強，同時，又采用了功能模塊化設(shè)計，使得程序模塊有較強的獨立性，有利于代碼的編寫、閱讀和維護?；谟布脚_之上的五個軟件層通過編程接口逐級調(diào)用，完成相應(yīng)的功能。其中硬件平臺只向操作系統(tǒng)與驅(qū)動程序提供編程接口；同樣操作系統(tǒng)只向設(shè)備驅(qū)動程序、應(yīng)用服務(wù)程序和應(yīng)用程序提供編程接口；應(yīng)用服務(wù)程序只有應(yīng)用程序才能調(diào)用。
操作系統(tǒng)層
本方案的系統(tǒng)軟件采用了mC/OS-II，這是一個源代碼公開的實時嵌入式內(nèi)核，它提供了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信與同步等功能，能夠滿足實時系統(tǒng)的基本要求。絕大部分mC/OS-II的源碼是用移植性很強的ANSI C寫的，和微處理器硬件相關(guān)的部分使用匯編語言編寫，并且壓到了最低限度，使得mC/OS-II便于移植到其它微處理器上。mC/OS-II系統(tǒng)由多個相對獨立的目標(biāo)模塊組成，并提供了清晰的接口，用戶可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)模塊來裁剪和配置系統(tǒng)，從而減少產(chǎn)品中的mC/OS-II所需的存儲空間。
設(shè)備驅(qū)動程序?qū)?/strong>
設(shè)備驅(qū)動層位于操作系統(tǒng)層之上，完成對硬件設(shè)備進行通訊和控制的功能，Hi2016的軟件包中提供了一套驅(qū)動程序集，包括解復(fù)用驅(qū)動、音視頻驅(qū)動、圖形界面驅(qū)動、FLASH驅(qū)動、DMA驅(qū)動等，本課題重點實現(xiàn)了I2C驅(qū)動、信道解調(diào)驅(qū)動、高頻頭驅(qū)動、SPI驅(qū)動、FM(調(diào)頻)驅(qū)動和液晶驅(qū)動模塊。
本方案中采用的信道解調(diào)芯片LGS-8G42和高頻頭BLH-702均為I2C器件，可以利用Hi2016的兩個GPIO端口來模擬I2C總線，用軟件控制I/O口，構(gòu)建虛擬I2C總線操作平臺，從而完成對解調(diào)芯片和高頻頭的寄存器設(shè)置及流程控制。
調(diào)頻發(fā)射芯片BH1418是一個帶有SPI串行數(shù)據(jù)接口的芯片，由于它只需實現(xiàn)單向傳輸，可以利用Hi2016的三個GPIO端口模擬SPI總線，進行發(fā)射頻率的設(shè)置。
液晶驅(qū)動芯片的需要設(shè)置的寄存器比較多，芯片供應(yīng)商提供了功能完善的軟件包及調(diào)試工具，可以實時監(jiān)控芯片工作狀態(tài)，修改寄存器的數(shù)值，方便了驅(qū)動程序的開發(fā)。
應(yīng)用服務(wù)程序?qū)?/strong>
應(yīng)用服務(wù)程序?qū)?，包括?shù)據(jù)庫管理、FLASH管理和Tuner管理等模塊。數(shù)據(jù)庫管理模塊負責(zé)管理軟件系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)庫，例如頻點信息、節(jié)目信息和系統(tǒng)信息等等，它向上層軟件提供通用的接口函數(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問，可以進行數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除以及查找和排序等操作。FLASH管理模塊直接服務(wù)于數(shù)據(jù)庫管理模塊，它的任務(wù)是將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照一定的格式先存儲在緩存區(qū)，然后再存儲到主存儲區(qū)。Tuner管理模塊根據(jù)應(yīng)用程序?qū)影l(fā)送來的消息，完成對Tuner的相關(guān)操作，確保Tuner能夠穩(wěn)定工作，并反饋執(zhí)行的狀態(tài)和結(jié)果。
應(yīng)用程序?qū)?/strong>
應(yīng)用程序?qū)樱ü?jié)目搜索、節(jié)目播放、以及條件接收(擴展)、電子節(jié)目指南(擴展)等應(yīng)用模塊，響應(yīng)于最上層的用戶接口層，由用戶接口層發(fā)送消息來進行驅(qū)動，同時也通過消息將命令傳送至下層Tuner管理層，調(diào)用Tuner的驅(qū)動模塊驅(qū)動Tuner，Tuner管理層根據(jù)管理機制決定是否向Tuner發(fā)送鎖定命令，當(dāng)成功鎖定頻點后，Tuner管理層將鎖定狀態(tài)通過事件回調(diào)機制同樣是由消息傳至解復(fù)用模塊，然后再進行數(shù)據(jù)通道和過濾器的申請，完成音視頻流的分離和播放，并調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理模塊存儲節(jié)目信息。
人機交互程序?qū)?/strong>
人機交互層，簡稱USIF，是用戶與接收終端進行交互的通道，主要完成消息和事件的受理，與操作系統(tǒng)的消息不同，這里提到的消息指USIF內(nèi)部根據(jù)系統(tǒng)消息產(chǎn)生的內(nèi)部消息。USIF任務(wù)接收到其它任務(wù)通過操作系統(tǒng)發(fā)送來的消息后，將其內(nèi)容按照一定格式打包，通過消息傳遞路徑發(fā)送給窗口和控件，然后由消息處理函數(shù)分析收到的消息，產(chǎn)生特定的事件類型，交給事件處理函數(shù)處理。
基于mC/OS-II的分層軟件平臺，各模塊之間采用消息隊列進行通訊，能夠很好滿足車載數(shù)字電視的基本功能，同時還提供了條件接受、電子節(jié)目指南等接口，便于擴展功能的應(yīng)用。
結(jié)語
本方案采用LGS-8G42和Hi2016構(gòu)建的標(biāo)清車載接收終端，實現(xiàn)了數(shù)字電視地面多媒體廣播DTMB在車載環(huán)境下的應(yīng)用，目前已經(jīng)通過實驗室和車載環(huán)境的測試，移動狀態(tài)下的接收性能穩(wěn)定良好，其低功耗、低成本、高性能的特點有助于車載數(shù)字電視的普及。展望未來，為了適應(yīng)更高的客戶需求，以車載數(shù)字電視平臺為核心，集無線通信、導(dǎo)航、視聽娛樂等服務(wù)于一體，將是汽車數(shù)碼產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。
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