【摘要】：本文通過分析普通單向平移數字DVB-C機頂盒的硬件構成、相關外圍電路設計以及軟件架構思路，介紹了在國內有線電視網絡環境下，如何運用杭州國芯科技有限公司產品GX1001(解調芯片)和GX3001(MPEG2解碼芯片)來設計數字有線電視機頂盒，使其不但具有優越的靈敏度、門限及抗干擾性能，且在軟件上還具有可靠的穩定性、可擴展性及兼容性，以提供市場上最具競爭力的整套解決方案。

    【關鍵詞】：DVB-CGX1001GX3001杭州國芯科技

    SolutionofDVB-CSTBBasedonGX1001andGX3001

    【Abstract】：Throughanalysisoftheset-topboxhardwareandrelatedperipheralcircuitsandsoftwarearchitecture,thearticleintroducedthemethodofhowtouseGX1001(demodulator)andGX3001(MPEG2decoder)todesignsolutionsfordigitalcableset-topboxesinthedomesticcableTVnetworkenvironment,withpredominantsensitivity,thresholdandanti-jammingperformance,aswellasstability,scalabilityandcompatibilityofthesoftware.

    【keywords】：DVB-CGX1001GX3001NationalChip

    1、引言

    數字電視就是應用數字技術生產、播出、傳輸和接收音視頻信號的電視技術系統。相比衛星、地面無線等傳輸方式，有線數字電視出現最早、發展時間最長、技術相對成熟，所占的市場份額也最大。據資料顯示中國目前有線電視用戶數量達到1.09539億戶，已經平移到數字電視的有3751.1862萬戶，其中只有494.7萬戶是采用雙向機頂盒，3256.4862萬戶采用的是單向（基本型機頂盒），所以平移基本型機頂盒市場潛力非常大。

    2、DVB-C機頂盒功能概述及硬件組成：

    對于普通單向平移數字DVB-C機頂盒，考慮到成本因素其硬件組成主要為：MPEG2解碼芯片、DVB-C解調芯片、Tuner（下變頻調諧器）、儲存器接口、音視頻接口、CA卡接口。如下圖所示：

圖1DVB-C機頂盒系統結構框圖

    機頂盒接收從同軸電纜傳輸過來的RF信號，經由Tuner下變頻到36M中頻信號并送至DVB-C解調芯片，由解調芯片完成信號解調，輸出TS流到MPEG2解碼芯片完成解碼，最后輸出相應的視音頻數據到顯示終端。

    對于國內有線數字電視平移市場，基本型機頂盒主要包含以下應用功能

    音、視頻節目播放

    電子節目指南(EPG)

    瀏覽器（增殖業務平臺）

    音、視頻內容保護（CA）

    準視頻點播(NVOD)

    3、基于GX1001和GX3001的DVB-C機頂盒設計：

    3.1、GX3001硬件平臺概述

    從有線數字機頂盒的系統構成來看，其關鍵部分為MPEG2解碼芯片以和DVB-C解調芯片。杭州國芯科技有限公司推出的GX3001，采用32bitRISCCPU，最高主頻216MHz，同時含8Kbtye數據和指令cache以及2KbtyeSRAM。最大支持單片64MBSDRAM，SDRAM最大時鐘頻率可達129.6MHz，充分保證了各種應用方案對存儲器帶寬的需求。GX3001支持16MB8位NOR型或SPIFlash，另外Flash接口帶3根片選型號，可外掛3個類ISA總線接口得設備（如以太網芯片）。而GX1001是杭州國芯科技有限公司的DVB-C解調芯片，已累計銷售900萬片，除了和GX3001搭配外，通過和其它市場主流解碼芯片的搭配和銷售，其穩定性和優越的性能已充分接受了市場檢驗并贏得了市場的認可。可以說，使用杭州國芯科技有限公司的產品GX3001以及GX1001完全可以構成一個極具競爭力的整套解決方案。

    現GX3001+GX1001方案的典型硬件配置為：

    解碼芯片：GX3001

    解調芯片：GX1001

    CPU：CK510（GX3001集成）

    內存：16MBytesSDRAM

    非易失性存儲器：2MBytesFLASH

    軟件運行、開發平臺：

    操作系統：GXOS

    編譯器：ckcore-elf-gcc（類GNUGCC）

    3.2、外圍電路設計舉例

    下面先簡單介紹一下GX3001的一些外圍電路：

    GX3001使用極為簡單的RC復位電路，如下圖所示：

圖2GX3001復位電路

    主要復位功能由R044和EC009完成，屬于上電后低電平復位，二極管D010是快速開關機時的快速瀉放二極管，保證快速開關機。2個三極管和3個電阻構成了一個電源監控電路，當3.3V變化較大時，系統會自動進行復位。

    視頻輸出濾波器采用了電感、電容組成的二階LPF網絡，二極管用于保護作用，如下圖所示：

 圖3視頻濾波電路

    GX3001提供音頻IIS總線輸出接口，支持16到24位的各種輸出精度，可與各種IIS接口的外部音頻DAC配合，包括低成本的R-2R網絡DACPT8211或高性價比的Sigma-DeltaDACCS4344/5/6/8等。具體電路采用了CS4344的參考設計電路。

    UARTRS232電平轉換電路使用分立器件組成，如下圖所示：

圖4串口升級電路

    此電路考慮了體積和成本方面的嚴格要求。當然如果對可靠性有更高的要求可使用MAX232等專用芯片替代。

    從上述外圍電路可以看出，在保證整機功能的完整性和可靠性的基礎上，GX3001＋

    GX1001整體方案充分考慮了成本方面的要求，極大降低了整機成本。

    3.3、PCB布板注意事項

    對于整個應用方案的布板，GX3001的芯片管腳排列充分考慮了PCB布局布線合理性和方便性的需求，其中Flash和SDRAM部分的布線均可在頂層完成，不必穿過孔到底層。信道TS流輸出到GX3001也不需要過孔。音視頻管腳的排列順序也最大程度地考慮了布線的合理和方便性。另SDRAM走線應該盡可能的短，線長盡可能大致相同，在保證盡可能短的情況下再保證盡可能線長相同。GX3001的1.8V需要的電流約300mA左右，走線應適當加寬。為了便于芯片散熱，建議在PCB板上給芯片底部留出散熱孔。

    3.4、GX3001軟件設計

    機頂盒的在開機后，軟件基本工作流程如下圖：

 圖5有線數字機頂盒軟件工作流程圖

    Cable中的數據在經過Demod解調后，轉換成具有ISO/IEC13818-1中定義格式的傳輸流(TransportStream)，TransportStream經過Demux解復用后，得到四種類型的數據：ElementStream,PSI/SI,DSMCC,PrivateData.ElementStream再經過Decode解碼

    在GX3001的硬件基礎上，通過前面基本型機頂盒功能和工作流程分析，可以把基本型機頂盒的軟件功能分為下模塊：

    用戶操作界面顯示(UI)：根據用戶實際需求設計

    準視頻點播(NVOD)：根據DVB/SI標準或者實際實現規范設計

    瀏覽器(Browser)：移植第三方的中間件

    系統管理(SystemParameterManger)：根據用戶實際需求設計

    電子節目指南(EPG)：根據DVB/SI標準或者實際Schedule信息

    節目管理(ProgramManager)：需要考慮存取速度和最大節目數量

    時間管理(TimeManager)：

    條件訪問(CA)：移植第三方軟件

    在線升級(OnlineUp date)：根據實際實現規范設計

    Flash存儲管理（Node）：通用模塊

    A/V播放管理（AV）

    PSI/SI接收引擎：通用模塊

    GUI

    各個模塊在軟件系統架構中的層次如下：

圖6軟件系統架構圖

    下面就PSI/SI接收引擎、EPG、節目搜索、節目管理這些模塊設計舉例。

    PSI/SI接收引擎設計：

    根據DVBSI標準，機頂盒需要接收的表有PAT、PMT、SDT、EIT、TDT、NIT和數據

    廣播的DSMCC相關表，等，機頂盒需要解析這些表，從而獲得與節目相關的信息。考慮到這些表在一個頻點當中發送速率，因此有必要建立一個統一的接收引擎從而對這些表的接收進行管理。任何要使用PSI/SI信息的模塊，都需要通過PSI/SI接收引擎進行。

    EPG：

    在DVBSI標準中EPG信息是在EIT表中進行發送的，它們總共分為兩類：當前/后續

    節目信息、Schedule節目信息

    當前／后續節目信息的接收(Present/Following)

    當前/后續節目信息是使用EIT表中的TableID為0x4E,0x4F表進行傳送的，這些表會

    不停的更新需要實時對其進行接收。0x4E是傳送當前頻點的Present/Following信息，0x4E是傳送其它頻點的Present/Following信息。

    Schedule節目信息的接收(Schedule)

    Schedule是使用EIT表中的TableID為0x50~0x5F,0x60~0x6F表進行傳送的。0x50~0x5F是傳送當前頻點的Schedule信息，0x60~0x6F是傳送其它頻點的Schedule信息。這里需要特點注意的是一個section只能傳輸3個小時的Schedule信息，所以如果需要接收一周的Schedule需要對四個不同TableID的EIT表進行接收。

    節目搜索

    機頂盒在收看數字電視節目之前，需要對有線網絡中轉輸的節目進行搜索。根據DVB/SI

    標準和有線網絡的實際情況：節目搜索可以分三類：NIT搜索：根據NIT表中提供的頻點信息進行，搜索每一個頻點。全頻搜索：根據有線網絡頻段的分配表進行搜索。單頻點搜索：只搜索一個頻點的節目

    節目管理

    節目搜索后需要對其結果進行存儲，考慮到Flash的讀取數據，因此有必要在內存中建立節目的內存映象，考慮到有線網絡的帶寬的容量，節目數量的最大值設為500。

    綜上所述：在設計基本型機頂盒的軟件時，應該以軟件應用功能的模塊化為設計時的指導方針，從而使得軟件具有可擴展性，以應付未來需求變化。同時由于國內有線網絡并不存在強制施行的標準，因此在軟件設計時，需要考慮實際有線網絡中的一些特殊情況，必要時到實際網絡中調查研究。

    3.5、GX1001信道設計

    對于DVB-C機頂盒來說，信道指標是極為關鍵的指標之一。由于全國各地有線網絡各異，線路放大器性能不一以及周邊環境可能存在各種類型的干擾，各地運營商在招標時也非常看重整機機頂盒在實際網絡中的抗干擾性能，所以信道部分的靈敏度、門限及抗干擾性能成為各家機頂盒廠商選擇方案的關鍵因素。

    GX1001是完全支持DVB-C(ITU-TJ.83A/C)傳輸標準的信道解調解碼芯片，在大載波頻偏、強線性失真的情況下依然能快速捕捉信號并保證處理后的信號質量，可以快速符號率盲掃、調制模式盲掃，能適應很大的符號率范圍，具有很強的抗窄帶干擾能力，自動頻譜反轉識別。GX1001內部集成了高精度ADC，可以進行直接/低中頻采樣，而且芯片采用全數字化處理技術，最大限度地減少整機解決方案中外圍器件的數量，降低了系統成本和復雜度為更好地配合整機方案。GX1001提供了靈活友好的外部接口，如兩種AGC模式、兩線串行總線轉發器，數據流并/串兩種輸出格式等，TS輸出管腳可任意配置，方便和不同廠家的解碼芯片配合布板。

    GX1001的外圍電路非常簡單，其中外部AGC接口采用PDM輸出，電路如下圖所示：

圖7GX1001AGC電路

    可調節相應硬件參數值以滿足和不同Tuner的搭配需求。而內部AGC調節的算法采用雙路AGC捆綁調節的機制，以減小調諧器的非線性和便于控制。

    信道部分的布線很講究，兩路中頻（IF+IF-）信號應緊挨并排走線且盡量短，避免引入額外干擾。由于中頻AGC和射頻AGC為模擬電壓信號，走線應遠離I2C等數字信號，走線寬度應在12Mil以上。此外1.8V_Core電流較大，走線寬度應在15Mil以上。為了得到更好的抗干擾性能，抑制晶振倍頻點的干擾，應盡量保證底層地平面的完整性。

    信道部分軟件主要由信號搜索函數和信號讀取函數組成。GX1001的信號搜索函數內循環延時可調，程序默認延時充分考慮到抗干擾方面的影響。當網絡情況較好時，可通過減小延時極大地縮減全頻段搜索時間。

    從和各個廠家Tuner搭配的情況來看，GX1001均具有良好的靈敏度和門限性能。下表是GX1001在某品牌DVB-C機頂盒應用方案中的測試結果表格：

    測試條件：調制模式64QAM符號率6.9M靈敏度測試時不加噪聲C/N門限測試時噪聲耦合

    從上表中可以看出，GX1001在靈敏度、門限幾個關鍵性能指標上的表現是十分出色的。

    4、結束語：

    綜上所述，運用GX3001和GX1001設計的數字有線機頂盒方案，不但具有優越的靈敏度、門限及抗干擾性能，軟件上還具有可靠的穩定性、可擴展性及兼容性，無論從功、性能還是成本角度都提供了市場上最具競爭力的整套解決方案。

    參考文獻：

    [1]GX1001Datasheet，HangzhouNationalchipScience&TechnologyCo.,Ltd

    [2]GX3001Datasheet,HangzhouNationalchipScience&TechnologyCo.,Ltd

    [3]《中國數字廣電產業月度市場發展研究報告》，北京絡達營銷顧問有限公司

    [4]《EN300468》，DVB/SI標準

    [5]《ISO/IEC13818-1》,MPEG2標準