单位文秘网 2022-03-01 08:16:56 点击: 次
数字电视比模拟电视更加清晰稳定、内容更加丰富多彩,正越来越受到人们的普遍欢迎。数字电视不仅在我国,而且在世界范围内将通过卫星、地面及有线的方式进行传播,最终会得到普及。尤其是东西方发达国家,将在未来的几年里实现电视传播、处理的全面数字化。如美国与日本分别将在2009年和2010年停播模拟电视,我国也将于2015年停止模拟电视的播出。因此,数字电视将在未来几年得到迅速发展,并将带来一场革命。将极大促进我国文化产业的发展,并带动高技术产业、电子产品制造业、软件业等信息产业和民族工业的发展,形成上万亿元的产值。
我国数字电视产业化正在取得积极进展,相关芯片需求日益旺盛,如用于数字电视机及机顶盒的数字电视信源解码芯片,随着对相关产品的需求增长,其用量也将会大幅增长。但目前,此类芯片主要由意法半导体(ST)、飞利浦(Philips)及富士通(Fujitsu)等国外大公司提供,我国目前还缺乏自主研发的相关芯片。在关键芯片和技术上严重依赖进口,这无疑会导致产品技术上受制于人,最终会使产品在性能、技术及价格等方面缺乏竞争优势。
通过对国内外市场的背景分析,及对今后市场的发展预测,结合在系统及音视频处理方面的技术实力,晶图公司进行了数字电视信源解码系统芯片历时两年的研发工作。目前,已实现了产业化流片,并取得了成功。基于推广使用自主研发的数字电视信源解码系统芯片,及为提升国家数字电视产业发展的想法。本文就该芯片的基本构架、性能及应用等方面作一介绍。
基本结构及原理
1、芯片系统硬件构架及工作原理
我们研制的数字电视信源解码系统芯片(型号为IS1501)是一款集条件接收CA(Condition Access)、传输流解复用(TS Demuxed)、音频解码(Audio Decoding)、视频解码(Video Decoding)、音视频输出(A/V Out)、视频叠加OSD(On Screen Display)及多种通信功能于一体的大规模片上系统芯片SOC(System on Chip)。该芯片的系统结构如图1所示。
本芯片的基本工作原理为:
(1)系统从前端接收到传输流TS(Transport Stream),进行解复用处理得到用户所需的节目流信息,然后进行DVB解扰(DVB-Descrambles)处理,经基本流形成(ES Forming)模块分离出经解扰处理后的音视频基本流及表信息等数据。这些分离出的数据经总线送到片外的SDRAM存贮器,并存贮在各自相应的缓冲区中。
(2)音视频解码器(MPEG2 Audio/Video Decoder)检测到音视频基本流缓冲区中的数据后,通过总线从SDRAM读入音视频基本流数据,并分别进行音频和视频解码。其中,音频解码器将解得的音频数据以I2S或SPDIF数字格式输出,而I2S格式数据经外围的音频DAC,输出模拟立体声信号;而视频解码器则将解得的I、P或B帧数据存入SDRAM中相应的视频帧缓冲区。
(3)视频帧缓冲区的数据除了可供视频解码参考外,还可根据需要作视频叠加及视频缩放等进一步视频后处理。如由OSD模块进行菜单叠加、由Zoom-Scalar模块进行视频缩放、由Sub-Picture模块进行静态子图叠加等。经过这些视频处理后,可通过视频编码器(Video-Encoder)输出CVBS、S-Video、YCbCr,及RGB等格式的视频信号。
系统内嵌的CPU核为一款32位RISC构架的CK510,内带2kB指令和数据Cache。它运行应用程序,主要承担系统管理和控制、CA解密运算、及部分数据处理等任务。可运行的操作系统为uC-Linux、uC-OSII等。具有丰富的接口功能,如:IDE、MAC、USB、UART、irDA等接口。其中,IDE硬盘接口可以连接硬盘,实现PVR功能;MAC网络接口可以连接网络,实现数字电视的交互功能;USB接口可以和具有同种设备接口的设备进行数据交互,如存取图片、MP3音乐等;另外的IrDA、I2C,及SmartCard等接口可分别实现红外接收、外设器件的设置及智能卡的读写等操作。由于接口功能强大,采用本芯片机顶盒应用系统方案的外围器件数量可大幅减少,从而保证了具体产品优良的性价比。同时,芯片系统的总线频率可在81MHz、108MHz、135MHz等范围进行设定。方便产品开发时,允许工程师在系统性能、系统功耗等方面进行更好的选择。
2、芯片系统软件构架
基于IS1501芯片,我们已成功实现了支持数字电视机顶盒的DVB-C、DVB-S的软硬件系统。其中,在支持DVB-C的软件方案中,软件系统已实现了CA库的调用、智能卡的驱动,实现了对清流及加扰流的播放。整个软件系统的构架如图2所示。
由图2可知,在基于IS1501芯片系统中,整个系统可以分成操作系统、驱动、应用程序接口,及应用层等几大部分,可以高效运行uCLinux等操作系统。驱动层可实现USB、网络、硬盘、智能卡等设备的驱动;可实现包括Tuner和QAM等周边器件的驱动;同时可实现内部CA、OSD等模块的驱动。应用层可根据实际需要,还可实现数据广播、网络交互、硬盘录像等功能;最主要的是在硬件配合下有效地实现了对加扰流的解扰处理。例如,在CPU控制下,CA系统接收加扰节目,对已经加扰的TS流,按照智能卡提供的参数过滤出ECM、EMM消息,并传送给智能卡。智能卡接收到ECM、EMM消息后,分别对其进行相关的处理,将授权写入智能卡的用户授权数据区,并根据授权条件及指定的密钥解出加扰控制字CW,同时将CW传送给机顶盒。机顶盒接收到CW后,将其传送给解扰器对加扰节目进行解扰。并送出解扰后的,包含音视频压缩信息的数据。目前,软件系统已能满足数字卫星、基本型、交互型等机顶盒实际应用的需要。
芯片性能及应用
1、芯片性能
实测表明,该芯片在功能和性能上,均已达到了设计目标及行业标准。就IS1501芯片而言,主要性能指标如下:
微处理器采用基于32位RISC结构的CPU,2kB I-Cache和D-Cache;
系统时钟频率81MHz/108MHz/135MHz,可选择;
条件接收对特殊信息及传输流的解扰,支持DVB-CSA通用解扰算法;
支持32通道PID过滤,每个通道可配置32个段过滤器;
视频解码支持ISO/IEC 13818-2 MP@ML标准;
支持PAL、NTSC两种标准清晰度制式,及两种制式的互转;
视频输出支持模拟复合视频CVBS、S-Video、YCbCr,及RGB;
支持屏幕叠加OSD,实现2、4、8调色板及24位真彩色;
支持子图叠加、真彩静态图层;
支持视频缩放功能,能实现16:9与4:3显示比率转换;
音频解码支持ISO/IEC 11172-3及13818-3 Layer I和Layer II;
音频输出支持数字I2S、SPDIF格式;
支持48/44.1/32/24/22.05/16kHz采样频率、静音及32级音量控制;
集成MAC、USB、IrDA、UART、I2C、SPI及GPIO接口;
支持硬盘IDE、SDRAM、FLASH、智能卡接口;
0.18微米、CMOS标准工艺、PQFP256封装。
我们对芯片的音视频输出指标进行了测试,实测表明均符合要求。表1是实际测得的视频指标:
2、应用实例
IS1501按照较高端数字电视的应用需求定义研发,如它在实现数字电视的解扰接收时,通过网络接口还可实现节目点播、通过IDE连接硬盘,可以实现PVR达到播放时移的目的。与此同时,在IS1501芯片成功的基础上,根据实际市场需求,又规划了两款芯片,即IS1561及IS1521。它们分别对应DVB-C和DVB-S应用。其中,IS1561取消了CA功能,主要针对卫星免费接收FTA(Free to Air)应用,为LQFP128脚封装;而IS1521去掉了IDE、USB等功能,主要针对有线电视的模拟转数字的“平移”市场,采用LQFP144脚封装。
图3为IS1561的实际应用示例。
按照图3所示,IS1561除支持低成本FTA卫星机顶盒外,也可用于有线和地面的数字电视接收。图4为支持低成本FTA卫星数字电视接收的一种实际应用的电路板方案。
图4所示的电路需要的元件较少。除IS1561主芯片外,主要的部件为高频头、SDRAM、FLASH,及少量的外围元件。由于主芯片IS1561的引脚数只有128,加上外围所需的元件少,因此所需的PCB面积也很小。该方案在保证总体低成本的基础上可以获得更好更高的性能,为支持卫星FTA机顶盒提供了其它方案所无法比拟的良好性价比。
结论
本文介绍了由杭州晶图微芯技术有限公司研发的,具有自主知识产权的数字电视信源解码系统芯片IS1501。该芯片具有处理能力和接口功能强等特点,能够支持较高端的包括网路交互、PVR,及实现电视节目时移播放等功能。在此基础上,又根据不同市场的应用特点进行了规划,发布了IS1561和IS1521两款芯片,使得这两种芯片分别可满足数字卫星FTA及数字 "整体转换"应用。在为数字电视厂商提供了具有良好性价比的系列芯片产品的同时,也展示了对外围器件需求较少的相关电路板实例。
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