1 引言
目前，就解码芯片而言有很多芯片可供选择。除了完成基本的音视频解码功能外，还应该从以下几个方面加以考虑：第一，对条件接收和交互功能的支持；第二，含有标准硬盘接口，支持对TS流的存储；第三，较低的芯片成本；第四，较好的可扩充性和兼容性；第五，较低的开发成本和较快的开发周期等。
从以上几点出发，本文选择ST公司的用于低端机顶盒产品的高性能单片解码芯片STi55 18来实现DVB-C和DVB—S机顶盒方案。
2 芯片内部结构和主要特征
STi55 18是单片MPEG音视频解码芯片，集成了32位的速度达81 MHz的CPU。主要特征如下：
(1) 集成的32bit CPU，2 KB数据cache (缓存)，2 KB指令cache，另有4 KB的SRAM 可配置成数据cach／~；
(2) 音频解码支持Dolby5．1声道／MPEG-2多声道；
(3)视频解码支持MPEG2 MP@ML，可编程实现Zoom—in／Zoom-out功能；
(4)支持2-8 bit／pixel OSD；
(5)兼容PAL／NTSC／SECAM，支持10 bit DAC的CVBS，Y／C，RGB，YUV输出格式；
(6) 共享的SDRAM 存储器接口，支持1×16bit或2x16 Mbit或lx64 Mbit的125 MHz SDRAM；
(7) 前端接口支持串行／并行／ATAPI接口，兼容DVD，VCD，SVCD和CD—DA格式，硬件sector过滤器，集成CSS解密；(8)硬件TS流解复用支持并／串输入，DES／DVB解扰和32路PID；
(9) 集成多种外围接口，包括2个UART，FC接口控制器，2个SMARTCARD，MODEM 及红外收发等。更详细的芯片介绍请参阅该芯片手册。
3 系统方案与实现
DVB-C和DVB-S主要区别在于信道调制方法不同， 因此对于机顶盒系统的组成和实现而言，选用与各自调制方式对应的不同的调谐器和解调芯片，再配以相同的后端解码和显示模块即可。从系统设计框图(图1)可以获得整个系统的更为直观的印象。
DVB—C l 前端模块存储器模块FLASH，SDRAM。E~PROMAV输出模块视频滤波放大音频D／A，放大外围接口模块RS-232，SMARTCARD，前面板，D1数字视频接口等
3．1前端模块
DVB-C机顶盒前端选用Thomson公司的一体化前端模块DCF87 10。它包含一个VHF／UHF调谐器(Zarlink公司的SP5730，频率范围51-833 MHz)，和一个单片QAM 解调器(ST的STV0297)。提供并行／串行MPEG TS流输出接口， 可与STi5518直接无缝连接对它的调谐、频带改变、初始化和控制通过FC总线由STi5518完成。DVB-S机顶盒前端选用国产的一体化前端模块DSQ-3W2001，该模块包含一个卫星调谐器(Philips公司的TSA5059)， 和一个单片QPSK解调芯片(ST的STV0299)以及FEC电路。对串／并行TS流输出的控制也是通过PC总线实现。
3．2 存储器模块
存储器模块包含I片8 Mbit FLASH，I片或2片64 Mbit SDRAM (大小可扩充)， 和一片64 KbitE2PRoM。FLASH 用于存储机顶盒运行程序。E2PRoM 用于存储一些用户开机状态、频道参数。I片占用SMI空间的SDRAM 用于存储音视频解码数据、OSD位图，同时还存储应用程序运行时的数据。如果应用程序比较复杂，I片SDRAM 不够用时可再加I片占用EMI空间的SDRAM， 使应用程序在这个区域中运行，将SMI空间的SDRAM 全部用作音视频解码数据和OSD 位图的缓存区。两片SDRAM 占用不同的地址空间，它STi5518芯片上分别有对应的接口引脚，这种配置显著提高了系统性能。
对于一个比较简单的应用程序来说，配置1个8 Mbit FLASH，1个64 Mbit SDRAM 和1个64 KbitE2PRoM 就足可完成任务了。在笔者设计的DVB-S机顶盒中，就采用了这种配置。而对于应用程序较复杂的情况，如在机顶盒平台上运行中间件，就需要有更多的程序和数据存储空间。用于存储程序的FLASH 在不外加逻辑的条件下， 由于受到Sti5518引出的地址线数目的限制，最大可以达到32 Mbit，即4 MB。如果想再扩大，例如扩大为8 MB，可以外加逻辑电路，利用EMI的Bank选通端作为最高位的地址线，使这8 MB存储空间的物理地址跨在2个Bank之间，每个Bank各占4MB。在DVB-C机顶盒方案中，笔者就是采用了这样的方法，实现了8MB FLASH，64 Mbit SDRAM(位于SMI区)和128Mbit SDRAM(位于EMI区)配置，从而为中间件的运行提供了足够的空间。
3．3 输出模块
&n[FS:Page]bsp; 输出包含音视频输出和串口输出。Sti5518可直接输出数字或模拟视频信号。数字信号可直接连接数字设备。模拟信号格式含CVBS，Y／C，YuV，RGB。输出信号经过“1r”形滤波和放大后送往显示设备。STi5518输出的音频PCM 信号通过外接的CS4334进行D／A转换后再经过LM833模拟放大送往音频播放设备。
3．4 其它外设接口和可选CI模块
其它外设接口均由STi5518直接提供； 而可选的CI模块则可由一片STV0700和PCMCIA接口组成，它可根据功能需求确定是否要加入这个模块。在本设计中该部分没有包含在内，故在此不作详细介绍。
4 软件结构及实现
4．1 软件结构
DVB—S和DVB—C 的软件层次结构如图2所示。
整个软件可以分为操作系统、底层驱动和上层应用三个层次。操作系统采用的是ST提供的专用操作系统STLite／OS20， 但也可以支持通用操作系统如pSOS。底层驱动主要对硬件进行操作，屏蔽硬件特性，为应用程序提供统一和方便的接口。ST提供了基本的驱动接口，在开发过程中则可根据需要来增加和修改适当的模块，如前端(TUNER)~ 调、前面板的LED显示、遥控接收、FLASH 存储和高级图形API等。软件开发的很多工作集中在上层应用部分，它们包括节目数据管理及存储、显示和交互界面等。
4．2 中文字库的实现
字库一般可分为矢量字库和点阵字库两类，前者可以被无限缩放，而后者则大小固定。若要实现不同大小字体显示，则需要不同的点阵字库，但前者存储数据量大而且显示时运算复杂，而后者的单个字库数据量小且显示时运算简单。由于存储空间和运算能力限制，在机顶盒中一般使用点阵字库。所谓点阵，就是字符由mxn的点矩阵来标记，需要显示的地方记为1，并用一个数据结构存储下来，点阵字库就是这样的数据结构的集合。汉字有很多标准的编码字符集，但最常用的是GB2312—80编码字符集，共收录6 763个汉字，其中又可以分为一级汉字(3 755个)和二级汉字。在实现时可以根据存储容量的大小来确定所需要的汉字集。在低端的机顶盒中由于存储容量有限，可以只实现应用程序中出现的汉字的字库。在制作汉字字库时使用了标准的bdf(GlyphBitmap Distribution Format)文件，该文件格式中包含了字体的点阵和显示位置及尺寸信息，这些信息可以为计算字符串显示时所需要的长度和高度提供便利。将bdf文件转换为程序所需的格式，然后从中挑选所需要的汉字，和ASCII字符集合在一起即可构成应用程序的字库。另外可以做一个汉字字符编码和它在字库中的索引查找表，这样在显示汉字时就可以直接输入汉字，然后通过查找表得到该汉字的点阵。这样做可以提高中文显示的灵活性。
4．3 用户界面程序
友好美观的OSD选单程序将会使所设计的机顶盒有更大的用户群。在选单程序中充分考虑了用户可能有的各种需求， 在添加了中文字库之后，它将有望成为中国市场上绝对有竞争力的一款机顶盒。
4．4 节目信息的FLASH 存储
ST原来的Demo程序没有将解析出来的节目信息存储在外部非易失存储器上， 而是直接存在SDRAM 中，这样就导致每次开机必须重新建立节目信息数据库，大大增加了机顶盒从开机到播放上次关机时正在收看的节目的时间。对于卫星机顶盒，首先预存一些转发器频道到机顶盒的FLASH 里面，通过机顶盒的软件分析出各个转发器频道中所包含的节目信息， 并将这些节目信息也存储到FLASH 中，这样事实上只需要在生产阶段将节目信息一次性灌入FLASH 中，出厂以后用户只输入节目号或者上一个频道、下一个频道就．-I以收看相应的电视节目。与此同时，选单软件还为用户提供了增加转发器频道的功能。机顶盒中可以存储的节目数量只与FLASH 的存储容量有关。FLASH与SDRAM 有所不同，FLASH 的存储具有这样的特点：整个芯片被分为若干个BLOCK，若要对写过的单元进行重写，则必须先擦除这个单元所在的BLOCK，擦除和写的速度相对较慢，擦除一个BLOCK和写一个单元分别需要1 8和10 la,S左右的时间。为了减少存储时间和擦除／写的次数，在存储一个信息块的时候并不是先把整个BLOCK擦掉再把数据写进去，而是接着上次没写过的存储单元继续写直到这个BLOCK被写完， 然后再擦除这个块。于是整个设计方案为：把整个BLOCK分成若干个固定大小的区间，区间的大小约为信息块大小加两字节，在存储时，在信息块的头部和尾部分别加一个0字节，所以如果读取区间的头字节为0则表明这个区间已经被写过了(BLOCK被擦除后的状态是FF)，如果读取区间的尾字节为0则表明信息块写到这个区间完成(没有掉电或关机发生)。系统实现和几点调试经验目前，按照上述方案已经设计并实现了DVB-C和DVB-S的机顶盒系统样机。系统调试过程中有3点值得注意的问题：
第一，电源电压对系统工作稳定性的影响。在测试中发现，3．3 V供电FLASH 芯片对电源电压的要求比较苛刻， 电源电压偏低0．2 V则有可能导致无法对FLASH 进行正常的读写操作。
第二，RESET信号的产生要保证该信号有足够的低电平响应时间， 以使所有的芯片都能够完全RESET。
第三，时钟等关键信号线的布线问题。在布线中要特别注意系统时钟线，TS流输入信号的时钟线，TS流有效线等关键信号线的布线一定要尽可能短，并且线两侧最好是地线或者地平面，从而减小和别的信号间的干扰。整个样机实现成本低，功能丰富，PCB板面积小(18 emx13 cm)，性能优良，在样机基础上，可以再方便地进行硬盘接口扩展，实现数字录像机功能，或接Modem 实现交互功能， 或接cI模块实现[FS:Page]符合DVB-CI的条件接收等，具有很好的可扩充性。
6 机顶盒软硬件的改进
6．1 卫星机顶盒成本大大降低
目前在国内市场上的卫星机顶盒大都是低端产品， 降低成本成了各大厂商迫切需求。与ST的Demo版相比，此次设计的机顶盒成本降低了很多，而基本音视频输出性能相同， 去掉与RS-232串口和SCART输出，用分立元件替代原来视频放大输出芯片，去掉DVB-CI芯片，高频头也采用了国产的。
6．2 有线机顶盒存储器最大
由于中国目前尚未正式颁布有线电视广播标准，所以笔者设计的DVB—C机顶盒主要是为中间件的开发提供一个硬件平台，因此，根据中间件的需要该机顶盒的SDRAM 存储器总共有24 MB，而FLASH也加大到了8 MB，这是sTi5518芯片所能支持的最大的存储容量。
6．3 卫星机顶盒软件的改进
卫星机顶盒的选单程序比ST的Demo软件友好美观，更易于操作，并且实现了中文显示。节目信L号ASH存储使用户更易于使用，操作起来完全与模拟电视相同，不需要了解更多的数字卫星广播方面的知识。
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