冠捷顯示科技（廈門）有限公司 趙文平

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基于Hi3751V310方案的地面波數字電視設計

冠捷顯示科技（廈門）有限公司 趙文平

【摘要】隨著GB/T 26686-2011《地面數字電視接收機通用規(guī)范》國家標準第三次修訂討論會的召開以及報批稿的公布，對地面波數字電視的設計提出更高的挑戰(zhàn)，本文介紹了基于Hi3751V310芯片為核心的模擬電視接收、地面波數字電視接收、軟體設計、數字音視頻處理以及音視頻傳輸接口電路的設計。

【關鍵詞】地面波數字電視；DTMB；接收機

0　引言

地面波數字電視廣播是數字電視廣播系統(tǒng)中的一個重要組成部分，具有網絡組建成本低和接收便捷靈活等特點。2006年8月18日中國全國標準化委員會頒布了具有我國自主知識產權的中國地面波數字電視廣播標準DTMB （GB20600-2006），2013年01月21日國家六部委發(fā)文決定：2015年1月1日起，境內市場銷售的所有尺寸電視機應具備地面數字電視接收功能，各公司對地面波數字電視的研制不斷加大投入并持續(xù)深入。

海思Hi3751V310芯片是具有中國自主知識產權、內建DTMB解調器的單芯片電視接收方案，支持新一代DTMB國家標準（GB/T 26686-2011），具有高集成度、高性價比以及高成熟度等特點，具有很強的市場競爭力。

1　模擬/數字電視設計系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)主芯片應用框圖

圖1　Hi3751 V310應用框圖

（1）Hi3751 V310是一款高性能、高集成度的4K/2K智能電視解決方案芯片。該芯片集成高性能ARM CortexA53雙核處理器、主頻高達1.2GHz，可支撐流暢智能應用。集成高性能mali-450 四核GPU。集成海思專業(yè)的圖形引擎Imprex Engine，能帶給客戶更佳的圖像質量體驗。具有強大的編解碼能力，具有H265 4K2K 30Hz解碼，MPEG4/

MPEG2/VC1高清解碼能力，支持H264編碼。提供豐富的音視頻輸入接口，支持HDMI1.4/HDMI2.0/模擬RF/CVBS/YPbPr/VGA接口，兼容DVB-C/DVBT/DTMB協(xié)議，支持大小卡解決方案。

（2）高頻調諧電路采用MaxLinear公司的MxL661-AG-R數模一體高頻調諧器，支持NTSC/PAL/SECAM， DVB-C/T/T2/，ATSC，ISDB，DTMB等全制式信號，集成中頻解調器，直接輸出IF中頻信號到V310。

（3）數字音視頻處理電路為Hi3751 V310內置，由一顆高集成、單芯片IC完成了所有的音視頻處理功能及系統(tǒng)控制功能。芯片集成了視頻解碼/編碼，NTSC/PAL/SECAM模擬視頻解調，DTMB數字解調，多格式音頻解調/解碼/處理，集成了海思專業(yè)的圖形引擎 Hi-Imprex II Engine，支持3D降噪、3D自適應顏色管理，支持HDR處理。

（4）音頻功放電路采用了ESMT公司的AD82584D芯片，BTL型的數字功放模式，在VCC=12V，RL=8，THD=10%的情況下，完成伴音信號的2X15W的放大輸出。

（5）數字圖像處理緩存采用兩顆Nanya公司的NT5CC256M16DP-EK 的DDRIII SDRAM芯片，256M x 16 X 2，工作電壓1.5V，最高工作在1866 MHz的頻率下，配合Hi3751 V310完成3D梳狀濾波器、3D Deinterlacer的圖像處理時的幀緩存功能以及數字音視頻處理功能。

（6）Flash存儲器采用Samsung公司的KLM4G1FEPD-B031 EMMC FLASH，兼容EMMC 5.0 SPEC，4GB X 8，支持0～400MHz工作頻率，完成軟體程式的存儲、OSD操作界面以及電視各工作狀態(tài)的存儲。

（7）WIFI+BT模塊回路采用BROADCOM BCM43242+Realtek 8192AU 二合一模組，支持2T2R，2.4GHz/5.0GHz雙頻輸出，支持BT4.0標準。

（8）外圍接口回路：包括2個USB2.0 Host 接口，1個USB3.0 Host 接口，1個10M/100M 自適應網口，1個CI/CI+接口，1個IR 接收處理器，4個KeyPAD 接口，多路I2C 接口，3個UART 接口，多組GPIO 接口等。

1.2采用以上方案設計的模擬/數字地面波接收機具有的主要功能和技術特點

（1）數字視頻輸入

高清晰多媒體接口（HDMI）輸入：支持3路HDMI 輸入接口，其中一路支持HDMI2.0，一路支持MHL2.0/HDMI1.4，一路支持HDMI1.4/ARC內置HDMI開關切換，同時還兼容DVI/HDCP接收標準，可以實現4Kx2K @60Hz 輸入，1920X1080顯示。

USB接口輸入：支持2個USB2.0 Host 接口，1個USB3.0 Host接口，USB3.0模塊支持USB3.0協(xié)議規(guī)定的5Gbit/s傳輸速率以及向后兼容USB2.0協(xié)議規(guī)定的480Mbit/s傳輸速率，可以通過連接USB Hub，連接最多127個設備。

（2）模擬視頻輸入

模擬視頻輸入：Hi3751 V310具有三路復合視頻（CVBS）輸入，1路S端子（YC）輸人，可以靈活搭配應用。通常情況下，一路CVBS輸入作為TV輸入，另外的兩路為背面AV輸入+側面AV輸入。S端子輸入在目前的電視設計上已經基本不用了。

高速模擬輸入：Hi3751 V310具有四路高速10bit模/數轉換器（ADC）輸入端口。這四個ADC輸入端口是完全等同的，每一路都可支持電腦格式的VGA、XGA輸入，YPbPr高清信號的SDTV、HDTV輸入，最高可支持1080p、UXGA@60Hz輸入，可以隨意組合和應用，十分靈活方便。

（3）多格式音頻解調、解碼

多格式音頻解調：支持第二伴音中頻解調（SIF），支持NICAM（麗音），A2，EIA-J，BTSC（美國立體聲），FM 和AM 全制式標準解調，可以實現支持伴音制式和模式的自動檢測，內銷電視不需要支持麗音。

多格式音頻編解碼：支持Dolby Digital Plus/ Dolby TrueHD/ DTS/ MPEG2等格式解碼以及WMA/MP3/WAV/AAC/AC3 /DRA/ DTS等編碼協(xié)議。

（4）音頻處理

Hi3751 V310也集成了聲音處理部分，它最多可支持3路立體聲（L/R）和2 路MIC（麥克風） 輸入。對于HDMI，可支持采樣頻率為32K、44.1K、48KHz。在輸出方面，它最多可支持3路立體聲（L/R），內置了音頻DAC和一個線性輸出，同時還有I2S和SPDIF輸出。在音效處理方面，Hi3751 V310具有音量、平衡、低音、高音、靜音、均衡器、立體聲和環(huán)繞聲可選等功能。

音頻功放輸出規(guī)格：Hi3751 V310上采用的是傳統(tǒng)的BTL型功放（ESMT公司的AD82584D芯片），在VCC=12V，RL=8，THD=10%的情況下，可以達到15WX2的功率，此外還可以提供一路耳機輸出。

（5）模擬電視系統(tǒng)

采用調諧器+中放解調的數模一體化高頻頭，支持全制式解調，AIF Demod（Analog Intermediate Frequency demodulator）完成對模擬中頻電視信號進行解調，而對輸入的音視頻信號，將視頻解調到基帶上，音頻信號解調到基帶或者SIF中頻輸出，對視頻輸入信號濾除殘留邊帶，濾除音頻干擾信號，調整到合適電平上輸出。

（6）模擬和數字視頻輸出

LVDS （Low-Voltage Differential Signaling）低電壓差分信號。這種技術的核心是采用極低的電壓擺幅高速差動傳輸數據 ，可以實現點對點或一點對多點的連接，具有低功耗、低誤碼率、低串擾和低輻射等特點。本模塊支持一路RGB數據輸入，2 Link LVDS數據輸出，每個差分對的速率達到500Mbps，支持最大輸出分辨率：1920X1080@60Hz。

2　地面波數字電視接收機系統(tǒng)

在從模擬電視到數字電視的發(fā)展進程中，以DTMB為標準的地面數字電視由于是通過地面數字信號來收看電視，既能擺脫有線的束縛，又具有造價低、覆蓋面廣的優(yōu)勢，因此成為數字電視普及的重要方式之一。

2.1地面波接收機系統(tǒng)組成

數字電視接收機主要完成數字電視射頻信號接收、信道解調、MPEG-2 TS 解碼、視頻輸出等一系列功能。按功能劃分，數字電視接收機主要由射頻接收解調前端和MPEG-2TS 處理后端兩部分構成，接收解調前端子系統(tǒng)主要由調諧器、解調芯片和微控制器（Micro Control Unit，MCU）組成，結構如圖2所示。

圖2　接收解調前端結構圖

圖3　軟體系統(tǒng)層次結構圖

2.2地面波接收機信號處理流程

本方案中調諧器采用MaxLinear公司的MxL661-AG-R數模一體高頻調諧器，信道解調芯片采用海思Hi3751 V310內置DTMB解調器， MCU采用Hi3751 V310內置ARMCortex-A53的雙核處理器。

MxL661-AG-R將接收到的RF 信號下變頻為特定頻率的IF 信號輸入到解調芯片。解調芯片對該IF 信號進行模數轉換并進行解調、均衡、55 糾錯、解碼后輸出符合MPEG-2 標準的TS，同時根據輸入信號的大小給出調諧器的輸出自動增益控制信號。經解調芯片處理后獲得的MPEG-2 TS，經同步并行接口（SynchronousParallel Interface，SPI）按照CMOS 電平標準輸出。而對調諧器和解調芯片的控制由MCU通過I2C 總線來完成。

經接收解調前端解調輸出的MPEG-2 TS，在Hi3751 V310內部實現TS 的解擾、解復用、MPEG-2音視頻解碼，最后通過高清晰度多媒體接口（High Definition MultimediaInterface，HDMI）傳送給顯示終端實現數字電視節(jié)目的實時播放。

2.3軟件功能設計

本方案主芯片Hi3751 V310內置ARMCortex-A53的雙核處理器，64bit CPU，工作頻率最大支持1.2GHz?？紤]到成本和通用性，數字電視接收部分采用linux操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)負責數字電視接收系統(tǒng)的全部軟件和硬件資源的分配、調度工作、控制并協(xié)調并發(fā)活動、能通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能軟體。

系統(tǒng)（見圖3）采用自上向下的分層設計方法，保證了系統(tǒng)架構清晰、可移植性強，同時，又采用了功能模塊化設計，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。基于硬件平臺之上的五個軟件層通過編程接口逐級調用，完成相應的功能。

數字電視的軟件工作流程如下：（1）數字電視的源程序裝載于FLASH ROM內。加電啟動后，各芯片進行上電復位，主控CPU從FLASH ROM內加載并運行程序。程序首先完成軟硬件初始化，包括時鐘初始化，系統(tǒng)內存初始化，前端解調初始化以及音視頻解碼寄存器初始化等，并建立多個工作進程。多進程模式使主控CPU能同時處理多個工作流程，并進行進程間的通信控制。（2）系統(tǒng)完成初始化后，用戶通過遙控器選擇頻道，頻道選擇界面通過OSD顯示。主控CPU響應遙控器指令，通過I2C總線設置調諧器，使調諧器將來自天線的高頻信號經過調諧輸出為中頻信號。中頻信號經信道解調器處理后，輸出TS流。（3）主控CPU內PID過濾器實現TS流解復用，將相關的ES或PES流分別送入音視頻解碼器，最終輸出音頻和視頻信號。TS流中的節(jié)目信息經過解析并存儲，用戶通過OSD查詢菜單，了解相關的節(jié)目信息。

3　結論

本文基于Hi3751 V310方案，介紹了一種具有中國自主知識產權的DTMB數字電視一體機的設計方法，并詳細闡述了各個功能模塊的組成和工作原理。由于消費市場的需求增大，新型的設計方法和理念的提出為日后數字電視的發(fā)展提供的廣闊的空間和強有力的技術基礎。

參考文獻

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