敬奕艷，曹高翔

（康佳集團多媒體全球研發(fā)中心，廣東 深圳 518053）

與模擬電視相比，數字電視有很多優(yōu)勢，如圖像清晰度高、抗干擾能力強、音頻質量好、頻譜利用效率高、便于進行數據處理、廣播發(fā)射功率低。很多國家和地區(qū)都已制定了各自的數字電視制式，比如美國的ATSC，歐洲的DVB-T，日本的ISDB-T等[1]。我國于2006年8月18日發(fā)布了《數字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調制》GB20600—2006國家標準，簡稱DTMB標準。2011年12月6日，DTMB成為國際電聯第4個地面數字電視標準[2]。根據我國相關部門的要求，在2015年之前，解調DTMB數字電視將成為國內銷售電視機的必備功能。因此，DTMB解調系統(tǒng)的設計與實現成為近幾年電視技術研究的一個熱點。

1 DTMB概述

表1 DTMB的7種重要模式

2 DTMB解調系統(tǒng)的設計

DTMB包含多項技術參數：單載波或多載波，前向糾錯碼率、PN類型、符號星座映射方式等，可組合成300余種不同的工作模式?！兜孛鏀底蛛娨暯邮諜C通用規(guī)范》[3]只對其中7種具有實用價值的模式作了具體要求。一般而言，設計DTMB數字電視接收機也只是針對這7種模式進行性能指標測試，如表1所示。

2.1 DTMB解調系統(tǒng)的硬件組成

DTMB數字解調系統(tǒng)的硬件有3個關鍵部分：Tun?er（調諧器）、DTMB信道解調芯片和TS流（Transport Stream）解碼器。

從圖1可見，來自天線或信號發(fā)生器的RF（射頻）信號進入Can Tuner（鐵盒式調諧器）或Silicon Tuner（硅調諧器），目前廣泛使用的是Silicon Tuner。Tuner將調制在不同高頻載波上的信號搬移到統(tǒng)一的IF（中頻）載波上，輸出模擬IF信號或模擬I/Q基帶信號送到DTMB信道解調芯片ATBM8878。

圖1 數字電視接收系統(tǒng)簡圖

根據IF的強度，發(fā)出AGC（自動增益控制）信號送回Tuner，使Tuner對IF強度進行反向調整。二者之間有I2C總線通信線路，對臺位、頻點等信息進行通信。ATBM8878和Main Processor（主處理芯片）也通過I2C總線通信，主芯片是主控制器件，ATBM8878是從屬器件。ATBM8878還作為I2C轉發(fā)器，建立起主處理芯片和Tuner之間的通信。在現在主流的電視方案中，主處理芯片集成度很高，包含MCU（微控制器）、模擬音視頻處理模塊、模擬電視解調模塊等，前述TS流解碼器也包含其中。ATBM8878外圍需要接上一個晶振或時鐘信號，作為芯片內各功能模塊的時間基準。

ATBM8878輸出的TS流，送進主處理芯片進行解復用和解碼，解出圖像信號和數字音頻信號，圖像信號通過顯示設備顯示出來，數字音頻信號再經過DAC（數模轉換）得到模擬音頻信號，通過揚聲器播放。主處理芯片外掛SDRAM和Flash，SDRAM用于暫存接收機系統(tǒng)的運算數據，Flash用于存放軟件文件。

2.2 信道解調芯片工作原理淺析

以ATBM8878為例，它能完全滿足中國數字電視地面廣播系統(tǒng)GB/T 26686—2011的要求，能靈活地適應較大的載波頻偏、ADC采樣時基偏移和較長的脈沖干擾，能很好地對抗較強的數字音頻壓縮偽影和前回波，尤其是對單頻網絡。其具備的自動信道估計技術能適應信道的快速變化，因此，即使是在快速衰落的信道環(huán)境下，ATBM8878也可正常解調數字電視信號。ATBM 8878的內部框圖如圖2所示。

Tuner接收到調制有地面數字信號的RF信號，解調出模擬IF信號，送進ATBM8878，外掛的晶振接至芯片內部的PLL（鎖相環(huán)）電路。PLL的作用是跟蹤相位差，產生控制信號去修正壓控振蕩器產生的頻率，使頻率保持穩(wěn)定。

圖2 ATBM8878的內部框圖

在ADC模塊中對模擬IF進行采樣，得到數字IF信號。根據數字IF的強度，AGC模塊輸出信號給Tuner，反方向調整模擬IF的強度，最終使數字IF的強度保持在一個正常范圍。ADC模塊的性能非常關鍵，如果性能不佳，解調出的數字信號會受到較大影響。

經過正交解調，將IF信號轉變?yōu)閎aseband（基帶）信號。時域恢復模塊的作用是改善采樣速率和相位偏差，獲得最佳采樣點。頻域恢復模塊用于調整頻率偏差和相位偏差。信道估計即對信道模型的參數進行估計，對數字電視的解調效果有很大影響。均衡是利用估計出的信道參數對實際信道的線性失真進行補償的過程[4]。

為提升DTMB的性能，在信道編碼中，采用了程度很深的交織，因此在時域解交織時，需要搭配大容量的SDRAM存儲臨時計算數據，ATBM8878內置了SDRAM。

數字電視信號在傳輸過程中可能受到外部干擾引起誤碼，因此必須引入FEC（前向糾錯）技術。FEC是對傳輸信號編碼時，在有用信號前根據一定算法加入校驗字；在接收端按相應的算法進行解碼，從而糾正碼流在傳輸過程中產生的部分錯誤。

解擾器是針對一些在數字電視信號中加擾或加密的情況。

ATBM8878可解調出多種格式的Transport Stream，包括MPEG-2，MPEG-4，H.264和AVS。

2.3 ATBM8878解調電路

如圖3所示，ATBM8878需要3.3 V和1.2 V兩種供電，其中3.3 V for Tuner分出兩個支路3.3 V digital和3.3 V，分別給芯片內部數字和模擬處理模塊供電。如圖4所示，芯片的每個供電腳都接上0.1 μF去耦電容，在PCB上必須盡可能靠近管腳放置才能達到理想的去耦效果。

圖3 ATBM8878供電圖

圖4 ATBM8878電路圖（截圖）

ATBM8878的pin42是復位腳，可由R104和C140組成的RC電路實現低電平復位，或者由來自主芯片的I/O信號Demod_RST進行復位。

由圖4可見，將Tuner對RF信號解調得到的差分IF信號IFP和IFN送到pin20和21，串聯0.1 μF電容用于交流耦合。該芯片可支持來自兩個Tuner的兩組IF信號輸入，另一組從pin18和19輸入，本方案只有一組IF信號，pin18和19接地。

芯片外掛30.4 MHz晶振，ATBM8878對晶振的性能參數有如下要求：

1）最大頻偏：±50/106；對于30.4 MHz晶振，頻率最大的偏差范圍是±1.52 kHz。

2）負載電容：12 pF；負載電容會影響晶振的起振與否和頻率的準確度，通常是通過在晶振的兩腳上接下地陶瓷電容來調整負載電容的值。

IF_AGC_D是ATBM8878發(fā)出的PWM信號，經過R141和C184組成的低通濾波電路，產生直流電平送到Tuner，根據檢測到的數字電視IF的強度去控制Tuner內部放大電路的增益。如果IF較強，則降低增益；如果IF較弱，則加大增益。IF強度不同，PWM的占空比就不同，直流電平的高低也不同，從而Tuner內部放大電路的增益就不同。

ATBM8878有兩組I2C接口，每組由時鐘和數據組成。Pin29和30的TUN_SCL和TUN_SDA連接到Tuner的I2C接口，只用于二者之間的通信。Pin26和27的SCL_T和SDA_T連接到主芯片的I2C接口，和主芯片通信。Tuner和主芯片之間沒有直接的通信路徑，二者間的信息交換，必須通過ATBM8878這個媒介。

ATBM8878可支持串行或并行的TS流，而大多數主處理芯片也可同時支持這兩種方式，那么優(yōu)選并行方式，如圖5所示。串行傳輸的每個時鐘對應1 bit，并行傳輸的每個時鐘對應1 byte。因此并行方式在EMI方面有優(yōu)勢，在所需傳輸的數據量相同時，并行傳輸的時鐘頻率只是串行時鐘頻率的1/8，可降低時鐘線的輻射強度，減少對周邊電路的干擾。TS0～TS7是并行TS流信號，每路串聯33 Ω電阻用于阻抗匹配，TS1_D[7：0]連接到主處理芯片的相應接口。

圖5 并行TS流

Pin48 TS_SYNC是在傳輸過程中實現ATBM8878和主處理芯片同步收發(fā)的控制信號，在軟件設置中，可自由選擇對每一個bit同步或對每一個byte同步。

Pin47 TS_VALID是從主處理芯片端反饋回來的數據確認信號，針對188 byte或204 byte的DTMB TS流數據包長，可選擇每188 byte或204 byte發(fā)出一個確認信號。

TS_CLK是TS0-TS7，TS_SYNC,TS_VALID這幾個信號的時間基準。

2.4 軟件的設計與實現

ATBM8878的底層驅動程序提供了4個API（應用編程接口），包括硬件復位、延時、讀I2C操作和寫I2C操作。當軟件調用ATBM8878硬件復位API后，會對芯片進行復位，配置晶振的頻率，Tuner IF的頻率和TS輸出格式等。具體解調軟件流程如圖6所示。

圖6 DTMB解調軟件流程圖

1）搜臺操作

使Tuner自動地搜索頻道列表里的所有頻點，從最低頻點，以8 MHz的步長，搜索到最高頻點，并保存搜索到的DTMB數字臺位。一般DTMB的頻率范圍從474～858 MHz。

2）換臺操作

同樣的臺位切換時，不會對Tuner和ATBM8878進行任何操作；不同的臺位切換時，只需向Tuner寫入新的RF頻率，不用再進行初始化操作。

3）鎖定操作

軟件會向Tuner的寄存器寫入特定的頻點或頻道，然后讀取ATBM8878的鎖定標志位來判斷解調器是否找到了有效的數字電視信號。如果找到，就存儲頻點信息，并繼續(xù)進行TS流解碼。

3 DTMB性能測試方法和報告

在試驗室進行DTMB接收機的性能測試，主要采用SFU Broadcast Test System，它是碼流儀、調制器和信道仿真器等多種儀器的集合體。支持包含DTMB在內的各種數字制式信號的輸出；內部集成了數字電視和模擬電視干擾信號源，用于測試接收機抑制數字或模擬電視的同頻、上下鄰頻干擾的能力；能模擬多種常用典型的信道模型，如高斯信道、萊斯信道和瑞利信道等。

測試項目主要是：最小接收電平，最大接收電平，高斯信道載噪比，萊斯信道載噪比，瑞利信道載噪比，抑制模擬電視同頻、上下鄰頻干擾能力，抑制數字電視同頻、上下鄰頻干擾能力和頻率捕捉范圍等。每項測試都需對DTMB的7種模式逐一測試，在低頻段、中頻段和高頻段各選取1～2測試頻點。表2和表3提供了該DTMB解調系統(tǒng)在實驗室的實測數據，測試結果證明系統(tǒng)設計是可行的。

表2 DTMB性能測試報告（第一部分）

表3 DTMB性能測試報告（第二部分）

除了實驗室測試，實地場測也是數字電視接收機十分重要的測試手段，一般選取遠離發(fā)射臺的偏遠山區(qū)，高樓密集的城市室內等惡劣的接收環(huán)境。對于DTMB數字電視，除了測試惡劣的信道環(huán)境之外，還需要對多種標準或非標準格式和碼率的TS流加強測試。

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[1]陳田明.美歐數字電視制式比較及中國數字電視展望[J].深圳大學學報，2003，20（2）：42-47.

[2]潘長勇.DTMB標準的應用與發(fā)展[J].電視技術，2012，36（22）：15-16.

[3]GB/T 26686—2011，地面數字電視接收機通用規(guī)范[S].2011.

[4]劉雨.國標地面數字電視DTMB接收系統(tǒng)的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2009.