DVBT标准数字电视移动接收系统硬件设计.docx
- 文档编号:23556696
- 上传时间:2023-05-18
- 格式:DOCX
- 页数:38
- 大小:903.35KB
DVBT标准数字电视移动接收系统硬件设计.docx
《DVBT标准数字电视移动接收系统硬件设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《DVBT标准数字电视移动接收系统硬件设计.docx(38页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
DVBT标准数字电视移动接收系统硬件设计
本科毕业设计(论文)
题目:
DVB_T标准数字电视移动接收系统硬件设计
学院:
专业:
班级:
学生:
学号:
指导教师:
摘要
数字电视拥有广阔的市场发展前景,纵观全球,各国都在大力发展数字电视及相关产业,并取得了很大进展。
尤其是一些数字电视发展比较迅速的国家,如美国、日本、欧洲等国。
而其中针对地面广播的系统近两年发展的尤为迅速。
目前依托无线广播电视网提供综合信息业务的最主要的关键设备是用户终端设备—数字机顶盒,它利用无线电视网络作为传输平台,利用电视机作为用户显示终端,是一种能够让用户在收看现有模拟电视的基础上,增加观看数字电视节目的功能,进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费电子产品。
本文在介绍陆地广播数字机顶盒的定义、功能及应用环境后,着重讨论了一款基于sunplus1003+MXL5007T方案的数字机顶盒的设计与实现过程以及相关的技术。
整篇文章分为三个部分来讨论。
第一部分简要介绍了研究背景和研究目的。
第二部分主要介绍数字电视机顶盒概述及其发展。
第三部分主要介绍面向数字电视地面广播技术的标准DVB-T。
第四部分详细详细讲述基于DVB-T嵌入式硬件平台的设计。
文章的最后是对整个开发工作的总结以及对今后方案扩展工作的展望。
本文所讨论的sunplus1003+MXL5007T机顶盒,完全可以满足用户的需求,在设计上与国外先进的技术保持同步。
关键词:
数字电视;DVB-T;机顶盒;SPHE1003AT-U;MXL5007T;
ABSTRACT
ItisnodoubtthatDigitalTVhasalargemarketwhateverisnoworinfilture.Inglobal,itisveryimportanttoPiefordiseussiontodevelopandPushtheDTVindustrialization,SPeeiallyisforthedevelopedcountryincludingAmeriea,Japan,someEuropecountriesetc.WiththedevelopmentofDigitaltelevisionteehnology,TerrestrialNetworkistransmittingfromTVtodigitalTV.Themostimportantterminaldeviee,whitchtakesusiniegratedinformationbusiness,isDigitalSTB(SettoPbox).ItisaeonsumPtioneleetrieProduet,whiehcanProvidedigitaltelevisionProgranandinieractivedigitalamusemeniservice.
Keywords:
DigitalTV;DVB-T;SETTOPBOX;SPHE1003AT-U;MXL5007T
第一章绪论……………………………………………………
1.1研究背景和研究目的…………………………………
1.2研究内容………………………………………………
1.3论文概述………………………………………………
第二章数字电视机顶盒概述及其发展…………………………
2.1数字电视机顶盒的概念……………………………………
2.2数字电视机顶盒的原理与结构……………………………
2.2.1数字电视机顶盒硬件组成………………………
2.2.2数字电视机顶盒软件系统…………………………
2.3数字电视机顶盒的功能……………………………………
第三章面向数字电视地面广播技术的标准DVB-T………
3.1数字电视广播系统概述………………………………
3.2DVB标准概述………………………………………
3.3DVB-T标准系统组成概述……………………………
3.4DVB-T信号特点………………………………………
3.5正交编码频率分多路复用介绍…………………………
3.6本章小结………………………………………………
第四章基于DVB-T嵌入式硬件平台的设计………………
4.1数字电视机顶盒的结构特点……………………………
4.2Sunplus公司dvb-t方案的特点和结构………………
4.3Dvb-t嵌入式硬件开发平台的基本构成………………
4.4Dvb-tsunplus方案各个功能模块芯片介绍……………
4.4.1sunplus1003主芯片介绍………………………
4.4.2调谐器tunerMXL5007T………………………
4.4.3sdram以及flash………………………………
4.4.4双运放4558……………………………………
4.4.5各种接口接口………………………………
4.5Dvb-tsunplus方案各个电路模块的设计………………
4.5.1视频输出电路设计……………………………
4.5.2音频输出电路设计……………………………
4.5.3USB输出单元…………………………………
4.5.4RF模块………………………………………
4.5.5前面板电路设计………………………………
4.6本章小结………………………………………………
第五章…………………………………………………………
总结………………………………………………………………
致谢………………………………………………………………
参考文献…………………………………………………………
附录………………………………………………………………
第一章绪论
虽然移动数字电视目前刚刚进入政府、产业和消费者的视野,但它已快速变成便携式设备的一个杀手级应用,并在全球各主要地区都成为推动相关电子产业发展的主要动力。
当我们通过卫星电视网、有线电视网或开路电视网观看电视节目时,家庭已经是位于数字电视传输的最后一个环节,这一个环节现在正在经历一场数字化革命,以达到电视节目的全面数字化传输。
数字电视的优点有:
抗干扰能力强、无信号失真和噪声积累,从而大大提高图像和声音质量;利用数字视频压缩技术能够有效地减少传输频带,从而提高传输信道资源地利用率,在有限的频带范围内传输更多的节目;能够方便地实现图像、语音和数据等多媒体信息的兼容传输,可以将音频、视频和数据放在同一个系统中传送而实现一网多用的目的。
在电视数字化的进程中,国际组织DVB(DigitalVideoBroadcasting)提出了全套的解决方案,这一方案包括了数字卫星电视(DVB-S)、数字有线电视(DVB-C)和数字地面电视广播(DVB-T)三个主要内容。
它们的共同核心是MPEG-2,三者的信源解码部分基本相同,区别仅在于信道编码和调制方式的不同。
DVB-T作为DVB系统中最为复杂的一个传输标准,比起DVB的竞争者ATSC和ISDBT更具优势,因此DVB-T已在很多欧洲国家和一些亚洲国家以及澳洲开始试运行。
1.1研究背景和研究目的
1.1.1研究背景
在经历了机械电视时代、黑白电子电视和彩色电视时代以后,电视正向高清晰度和数字化方向前进,模拟电视在全世界范围内逐步引退。
随着技术的发展和研究的不断深入,人们对地面数字电视广播在移动接收、频谱效率、单频网、干扰、系统的灵活性等方面有了更深刻的认识。
数字电视拥有广阔的市场发展前景,纵观全球,各国都在大力发展数字电视及相关产业,并取得了很大进展。
尤其是一些数字电视发展比较迅速的国家,如美国、日本、欧洲等国。
而其中针对地面广播的系统近两年发展的尤为迅速。
目前依托无线广播电视网提供综合信息业务的最主要的关键设备是用户终端设备—数字机顶盒,它利用无线电视网络作为传输平台,利用电视机作为用户显示终端,是一种能够让用户在收看现有模拟电视的基础上,增加观看数字电视节目的功能,进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费电子产品。
随着全球大多数国家政府积极推广普及数字电视,在模拟电视机还占统治地位的全球电视机市场,机顶盒的发展得到了适宜的土壤。
机顶盒+电视机模式依然是数字电视接收的主要方式。
目前欧洲运营的DVB-T网络都是以充分发挥自己移动的特点,在多媒体增值业务下功夫,成功地实现了商业运营。
而国内,在移动数字电视国家标准未出台之前,人多数城市都采用了世界上应用最广泛的DVB一T网络,应用于公交车和地铁以及楼宇等公共场所欣欣向荣的广告播放增值市场。
地面数字电视机顶盒需求潜力巨大:
地面移动数字电视产业将在整个数字电视产业中占据重要比例[8〕。
以美国为例,DTV已经基本覆盖全国,CableDTV的用户数已经超过2000万户,卫星数字用户超过1500万户,而地面数字电视的覆盖率更达到99%。
日本也计划在2006年实现数字电视全国覆盖。
以上两个国家都拥有自主知识产权的地面移动数字电视标准。
而新加坡从2001年2月开始在1500辆公交车上安装移动数字电视设备,为150万人次的乘客提供移动数字电视服务。
地面移动数字电视目前有三项业务:
一是移动接收,主要在城区的公交车、出租车、地铁等交通工具上;二是固定接收,主要帮助解决有线干缆不能覆盖的地区收看电视的问题;目前现有的、客户量增长较为有限的有线数字电视更为广阔。
在数字电视这个大产业领域中,最有发展和盈利空间的将是地面移动数字电视领域,对应的地面数字电视机顶盒的需求也有很大潜力。
1998年9月,我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统,成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。
在1998年9月8日至12日的5天时间里,中央电视塔利用这套系统试发射了数字电视节目。
国庆50周年庆典上,我国也在北京试播了高清晰度数字电视。
这次试播所使用的制式为DVB-T和ATSC两种,并通过试播实地考察测量它们的性能指标,为最后确定我国数字电视HDTV制式提供第一手资料。
上海公交移动数字电视于2002年5月正式开播,至2003年6月,已在1800辆公交车上安装移动接收终端,至2004年底装配了4000辆公交车,计划到2005年底达到6000辆的安装目标。
2004年11月上海方案的数字电视无线信号全面覆盖上海主城区,用户只需一台机顶盒,就能在普通电视机上收看数字电视。
机顶盒由上海交大牵头开发,里面用了自主开发的接收芯片。
上海移动电视采用公司化运作方式,以广告作为赢利点。
目前的广告收入可基本支付每个月的常规运行费用。
移动电视是目前惟一能够看到的地面数字电视业务的有效模式。
上海移动数字电视的技术目前已相当成熟,不但自主知识产权的芯片、机顶盒开发成功,而且商业模式也在紧锣密鼓地探索。
2004年,上海市部分出租汽车将装上机顶盒,为乘客提供新闻、娱乐等节目;而针对公交路牌、写字楼等场所的数字电视频道也将逐步开播。
一个包括芯片、机顶盒、高清电视机、节目内容等在内的数字电视产业链,正在崛起。
继上海以后,长沙、北京、南京、武汉、南昌等地都在启动移动电视,移动电视正呈遍地开花之势。
1.1.2研究目的
我国发展数字电视计划所确定的时间表[2]大致为:
2000年和2001年是我国
数字电视广播试验年,在北京、上海、深圳三个城市进行数字广播试验;2002年,具有独立知识产权的中国数字电视系统标准将获最终确定;2003年将在全国更大范围内进行数字电视商业广播试验;2005年全国四分之一的电视台将发射和传输数字电视信号;2010年我国计划全面实现数字广播电视;2015年停止模拟广播电视的播出,数字电视基本上成为我国电视播放主力。
在整个数字电视技术标准体系中,地面标准应用面较广,因此商业价值较其它分支标准更高。
关于地面标准的争夺代表着数字电视产业的主流。
本课题的研究目的就是提出一种简单可行的基于DVB-T标准的数字电视移动接收系统解决方案。
1.2研究内容
要实现我国数字电视的阶段性目标,目前可实现的方法就是配置机顶相应的数字电视接收器。
单独的数字电视接收器是随着电视系统的更新而的一种新型的消费电子设备。
其存在有两个原因:
首先,消费者不愿意立换已有的模拟电视机,要想用模拟电视机接收数字电视信号。
其次,数字尚处在发展的阶段,消费者对业务的需求还不完全确定。
因此,通过单独字电视接收器,可以给制造厂商和消费者提供产品设计研发和选择上的灵活。
本课题正是基于DVB-T标准的数字电视移动接收系统开发的机顶盒方案。
课题设计所要达到的目标是使其支持标准清晰度和高标准清晰度电视的音视频信号,可以广泛地应用在汽车、地铁、城铁等移动环境中,良好的接受信号;并充分使用其USB功能,强大的USB多媒体功能,支持AVI、MPG、VOB等格式电影播放以及支持NATIVE32USB游戏(可从网络下载到U盘或移动硬盘进行娱乐)是目前其他机顶盒方案所不能具备的,这些辅助功能可以增加其卖点。
1.3论文概述
整篇论文共分七章。
第一章绪论,介绍了国内外数字电视产业的发展现状和远景规划,引出本设计的研究内容,指出了本设计的研究内容;第二章介绍DVB-T移动接收系统原理;第三章重点分析说明本次设计的硬件:
基于DVB-T嵌入式硬件平台的设计;第四章;第五章叙述项目的整过程,提出其中不足之处,以及方案的不足之处;
第二章数字电视机顶盒概述及其发展
《广播影视科技“十五”计划和2010年远景规划》提出了到2005年底有线数字电视的用户达到3000户的发展目标,针对这一分阶段性的目标,目前可实现的方法就是配置机顶盒了。
数字电视机顶盒是随着电视系统的更新而出现的一种新型的消费电子设备。
机顶盒存在有两个原因:
首先,消费者不愿意立刻更换已有的模拟电视机,要想用模拟电视机接收数字电视信号,就需要机顶盒。
其次,数字电视尚处在发展的阶段,消费者对业务的需求还不完全确定。
因此,通过机顶盒的方式,可以给制造厂商和消费者提供产品设计研发和选择上的灵活性。
随着数字电视业务的不断发展,机顶盒作为接收数字电视的新兴家电正悄悄进入千家万户。
与一般电视机接收信号的过程不同,机顶盒接收特定网络运营商发出的数字电视和各类数据信息后,通过解调、解复用、信道解码,最后视音频解码,使用户可以看到高品质的视音频节目。
2.1数字电视机顶盒的概念
数字电视机顶盒(STB,SetTopBox)是扩展电视机功能的一种新型家用电器。
它把卫星直播数字电视信号、地面数字电视信号、有线电视网数字信号甚至互联网的数字信号转换成模拟电视机可以接收的信号,使观众可以在现存模拟电视机上观看数字电视节目,进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费类电子产品。
数字电视机顶盒是模拟电视向数字电视过渡期间的产品,通过数字电视机顶盒,不仅可以提供丰富的节目内容,而且改变了收看电视的传统方式。
2.2数字电视机顶盒的原理与结构
数字电视机顶盒接收数字电视节目,处理数据业务和完成多种应用的解析。
各类信源在进入有线电视网络之前经过两级编码,第一级是视音频信号的信源编码,并将所有信源封装成传输流,第二级是传输用的信道编码。
与前端相应,数字电视机顶盒首先从传输层提取信道编码信号,完成信道解调,接着还原压缩的信源编码信号,恢复原始视音频流,同时完成数据业务和多种应用的接收、解析。
数字电视机顶盒的工作过程:
数字电视机顶盒通过网络接口模块选择频道,并进行解调和和信道解码处理,输出MPEG-2多节目传输流数据,送给解复用器,解复用器从MPEG-2传输流数据中抽出一个节目的已打包的视音频基本流(PES)数据,包括视频PES,音频PES和辅助数据PES,解复用器中包含一个解扰引擎,可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰,解复用器输出的是已解扰的视音频PES。
视频PES送入视频解码器,取出MPEG-2视频数据并对其解码后,输出到模拟编码器,编码成模拟视频信号,再经视频输出电路输出。
音频PES送入音频解码器,取出MPEG-2音频数据并对其解码,输出PCM音频数据到音频D/A变换器,音频D/A变换器输出模拟立体声音频信号,经音频输出电路输出。
其结构示意图如图一。
图一 数字电视机顶盒结构示意图
数字电视机顶盒包括硬件和软件两部分。
硬件提供数字电视机顶盒的硬件平台,实现音视频的解码。
在数字电视技术中,软件技术比硬件占有更为重要的位置,因为电视节目内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现,以及机顶盒和Internet的互联都需要软件来实现。
2.2.1数字电视机顶盒硬件组成
(1)网络接口模块(NIM):
网络接口模块完成信道解调和信道解码功能,送出包含视音频和其他数据信息的传输流(TS)。
(2)信源数据传输流解复用器:
传送流中一般包含多个音视频流及一些数据信息,传输流解复用器用来区分不同的节目,提取相应的音视频流和数据流,送入视音频解码器和相应的解析软件。
(3)条件接收模块:
对于付费电视,条件接收模块还对音视频流实施解扰,并采用含有识别用户和记忆功能的智能卡,保证合法用户正常收看。
(4)视音频解码器和后处理:
MPEG-2解码器完成对音视频信号的解压缩,经视频编码器和音频D/A变换,还原出模拟音视频信号,在模拟电视机上显示高质量图像,并提供多声道立体声节目。
(5)嵌入式CPU与存储器模块和接口电路:
嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏,它与存储器模块用来存储和运行软件系统,并对各个硬件模块进行控制。
接口电路提供丰富的外部接口,包括通用串行接口USB,以太网接口及RS232,模拟、数字视音频接口,数据接口等。
2.2.2数字电视机顶盒软件系统
在机顶盒中,软件系统是一个重要的组成部分。
主控制器的工作通过软件的执行来完成。
图二 机顶盒软件系统结构
机顶盒的软件基本结构如图二所示。
操作系统一般采用实时操作系统。
在这个操作系统中主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信、异常处理、时钟提取等工作。
硬件驱动部分提供外围硬件设备的驱动,包括I2C总线、异步串行通信口、并行通信口、非易失内存、键盘、遥控器、调谐器、信道解码模块等。
图形接口主要用于完成图形显示功能,以便于为用户提供友好的图形用户界面。
音频解码和视频解码驱动用于控制音频解码和视频解码硬件的工作。
解复用和数据表提取模块主要是对码流解复用和数据表提取操作的控制。
应用程序编程接口将所有与硬件相关的底层函数映射到一个统一的接口上,并且提供一些与硬件无关的公用处理函数,比如网络协议、图形格式分析、业务信息数据表分析等。
条件接收驱动用于完成条件接收处理的工作和软件接口。
应用程序编程接口为应用程序提供了一个公共的编程接口,把应用程序与硬件屏蔽开,使得应用程序与硬件无关。
这样,就便于实现应用程序的可移植性。
(1)中间件
中间件是数字电视接收系统的软件平台,为数字电视应用提供运行环境和软件接口。
中间件作为数字机顶盒中的一个独立的软件层,将应用软件与底层硬件和操作系统隔离开,对操作系统和驱动程序定义了统一接口,同时对应用程序也定义了统一接口,另外对常规数字广播电视业务和增值业务也提供统一接口。
中间件定义了一组较为完整而标准的应用程序接口,使应用程序独立于操作系统和硬件平台,从而将应用的开发变得更加简捷,使产品的开放性和可移植性更强。
它通常由Java虚拟机、网络浏览器、图像与多媒体模块等组成,中间件将应用软件与依赖于硬件的驱动层软件分隔开来,使应用软件不依赖于具体的硬件平台。
(2)SI/EPG
业务信息(SI)包括:
节目业务群关联表(BAT)、节目业务描述表(SDT)、节目段信息表(EIT)、运行状态表(RST)、时间及日期表(TDT)、时间偏移表(TOT)等。
通过这些数据表,机顶盒可以向用户提供节目的内容描述、节目的类型、节目的播放时间、节目的分级等信息。
机顶盒在解复用的处理中提取这些数据表,通过分析和处理,然后通过用户界面提供给用户,形成了电子节目指南(EPG)。
用户浏览这些信息,并做出选择,通过遥控器、键盘或按键等输入设备告知机顶盒根据用户的选择提取相应的节目码流或数据码流。
(3)节目业务搜索
在模拟电视系统中,电视频道的搜索只需要按照频点逐一进行即可。
而在数字电视系统中,频道与节目业务不再是一一对应的关系,信道传输系统的参数也有多种配置方式。
因此,机顶盒对节目业务的搜索要对应前端广播系统进行设计。
一般是由运营商指定一个固定频道,作为频道配置信息的发布频道。
在机顶盒中预先内置该频道参数。
(4)叠印字幕
由于数字电视系统本身就具有多业务功能,叠印显示也是机顶盒的基本功能,因此在数字电视机顶盒中可以较好的实现叠印字幕功能。
叠印字幕可以根据用户的选择开启和关闭。
由于机顶盒中的软件非常复杂,因此难免存在一些错误。
另外随着业务的不断变化,软件的功能也需要不断的完善。
因此软件更新就成为一项重要的需求。
软件更新的实现方法包括在线广播下载更新和单机本地更新。
单机本地更新通过机顶盒上专用数据口将程序烧写到FLASH内存中,或通过更换程序RON实现。
在线广播下载更新是在系统前端通过特定的协议将更新软件插入到码流中,传送给机顶盒。
2.3数字电视机顶盒的功能
数字电视机顶盒能够接收MPEG-2数字电视传输流和各种数据信息,通过解调、解复用、解码和视音频编码,在模拟彩色电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。
目前,数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目,同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能,包括:
(1)电子节目指南:
它为用户提供一种容易使用,界面非常友好,可以快速访问想看节目的方式,用户可以通过该功能看到各个频道上近期将播放的电视节目。
(2)支持交互式应用如准视频点播、视频点播、互动游戏等。
(3)高速数据广播:
能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网络等各种信息。
(4)因特网接入和电子邮件:
数字电视机顶盒通过内置的电缆调制解调器便可实现因特网接入功能。
用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网,发送电子邮件,也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网。
(5)软件在线升级:
可看成是数据广播的应用之一。
数据广播服务器将升级软件传送给机顶盒,机顶盒能识别该软件的版本号,在版本不同时接收该软件,并对保存在存储器中的软件进行更新。
(6)有条件接收:
有条件接收的核心是加扰和加密,数字电视机顶盒应具有解扰和解密功能。
随着数字电视和网络技术的发展,数字电视机顶盒的功能将更加完善,尤其是单片PC技术的发展,将促使数字电视机顶盒在物理结构上将各部分硬件高度集成,形成STB核心芯片,从而减小体积,降低成本,提高性能。
外部接口将更加丰富,通过USB接口可以和数码相机连接,通过IDE接口可以挂接硬盘实现节目存储等。
交互式机顶盒将成为数字电视机顶盒的主流,用户在模拟彩色电视机上不仅能收看数字电视,还能实现娱乐和上网。
四、数字电视机顶盒的分类
机顶盒分为标准清晰度(SD)和高清晰度(HD)两种级别,每种级别按照业务和功能划分为基本型、增强型、高级型三种类型。
“机顶盒及其附带遥控器的功能”国家广电总局已颁布了实施指导意见。
基本型机顶盒具有能满足免费数字电视业务和付费电视业务的基本功能,具备授权数字电视节目的接收、简体中文显示和GB2312字库、基本EPG、软件升级、加密信息提示等。
增强型机顶盒在基本型机顶盒功能的基
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- DVBT 标准 数字电视 移动 接收 系统 硬件 设计