基于GX1001和GX3001的DVB-C機頂盒解決方案

    【摘要】：本文通過分析普通單向平移數(shù)字DVB-C機頂盒的硬件構(gòu)成、相關(guān)外圍電路設(shè)計以及軟件架構(gòu)思路，介紹了在國內(nèi)有線電視網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何運用杭州國芯科技有限公司產(chǎn)品GX1001(解調(diào)芯片)和GX3001(MPEG2解碼芯片)來設(shè)計數(shù)字有線電視機頂盒，使其不但具有優(yōu)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(wěn)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(guān)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(shù)字電視就是應(yīng)用數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)、播出、傳輸和接收音視頻信號的電視技術(shù)系統(tǒng)。相比衛(wèi)星、地面無線等傳輸方式，有線數(shù)字電視出現(xiàn)最早、發(fā)展時間最長、技術(shù)相對成熟，所占的市場份額也最大。據(jù)資料顯示中國目前有線電視用戶數(shù)量達到1.09539億戶，已經(jīng)平移到數(shù)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(shù)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(diào)芯片、Tuner（下變頻調(diào)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(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

    機頂盒接收從同軸電纜傳輸過來的RF信號，經(jīng)由Tuner下變頻到36M中頻信號并送至DVB-C解調(diào)芯片，由解調(diào)芯片完成信號解調(diào)，輸出TS流到MPEG2解碼芯片完成解碼，最后輸出相應(yīng)的視音頻數(shù)據(jù)到顯示終端。

    對于國內(nèi)有線數(shù)字電視平移市場，基本型機頂盒主要包含以下應(yīng)用功能

    音、視頻節(jié)目播放

    電子節(jié)目指南(EPG)

    瀏覽器（增殖業(yè)務(wù)平臺）

    音、視頻內(nèi)容保護（CA）

    準視頻點播(NVOD)

    3、基于GX1001和GX3001的DVB-C機頂盒設(shè)計：

    3.1、GX3001硬件平臺概述

    從有線數(shù)字機頂盒的系統(tǒng)構(gòu)成來看，其關(guān)鍵部分為MPEG2解碼芯片以和DVB-C解調(diào)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(shù)據(jù)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(yīng)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(shè)備（如以太網(wǎng)芯片）。而GX1001是杭州國芯科技有限公司的DVB-C解調(diào)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(wěn)定性和優(yōu)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(chǎn)品GX3001以及GX1001完全可以構(gòu)成一個極具競爭力的整套解決方案。

    現(xiàn)GX3001+GX1001方案的典型硬件配置為：

    解碼芯片：GX3001

    解調(diào)芯片：GX1001

    CPU：CK510（GX3001集成）

    內(nèi)存：16MBytesSDRAM

    非易失性存儲器：2MBytesFLASH

    軟件運行、開發(fā)平臺：

    操作系統(tǒng)：GXOS

    編譯器：ckcore-elf-gcc（類GNUGCC）

    3.2、外圍電路設(shè)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(fù)位電路，如下圖所示：

圖2GX3001復(fù)位電路

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

    視頻輸出濾波器采用了電感、電容組成的二階LPF網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)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(shè)計電路。

    UARTRS232電平轉(zhuǎn)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(chǔ)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(shù)字機頂盒軟件工作流程圖

    Cable中的數(shù)據(jù)在經(jīng)過Demod解調(diào)后，轉(zhuǎn)換成具有ISO/IEC13818-1中定義格式的傳輸流(TransportStream)，TransportStream經(jīng)過Demux解復(fù)用后，得到四種類型的數(shù)據(jù)：ElementStream,PSI/SI,DSMCC,PrivateData.ElementStream再經(jīng)過Decode解碼

    在GX3001的硬件基礎(chǔ)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(jù)用戶實際需求設(shè)計

    準視頻點播(NVOD)：根據(jù)DVB/SI標準或者實際實現(xiàn)規(guī)范設(shè)計

    瀏覽器(Browser)：移植第三方的中間件

    系統(tǒng)管理(SystemParameterManger)：根據(jù)用戶實際需求設(shè)計

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

    節(jié)目管理(ProgramManager)：需要考慮存取速度和最大節(jié)目數(shù)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(jù)實際實現(xiàn)規(guī)范設(shè)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(tǒng)架構(gòu)中的層次如下：

圖6軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

    下面就PSI/SI接收引擎、EPG、節(jié)目搜索、節(jié)目管理這些模塊設(shè)計舉例。

    PSI/SI接收引擎設(shè)計：

    根據(jù)DVBSI標準，機頂盒需要接收的表有PAT、PMT、SDT、EIT、TDT、NIT和數(shù)據(jù)

    廣播的DSMCC相關(guān)表，等，機頂盒需要解析這些表，從而獲得與節(jié)目相關(guān)的信息�？紤]到這些表在一個頻點當中發(fā)送速率，因此有必要建立一個統(tǒng)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(fā)送的，它們總共分為兩類：當前/后續(xù)

    節(jié)目信息、Schedule節(jié)目信息

    當前／后續(xù)節(jié)目信息的接收(Present/Following)

    當前/后續(xù)節(jié)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(jié)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(jié)目搜索

    機頂盒在收看數(shù)字電視節(jié)目之前，需要對有線網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)輸?shù)墓?jié)目進行搜索。根據(jù)DVB/SI

    標準和有線網(wǎng)絡(luò)的實際情況：節(jié)目搜索可以分三類：NIT搜索：根據(jù)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(jù)有線網(wǎng)絡(luò)頻段的分配表進行搜索。單頻點搜索：只搜索一個頻點的節(jié)目

    節(jié)目管理

    節(jié)目搜索后需要對其結(jié)果進行存儲，考慮到Flash的讀取數(shù)據(jù)，因此有必要在內(nèi)存中建立節(jié)目的內(nèi)存映象，考慮到有線網(wǎng)絡(luò)的帶寬的容量，節(jié)目數(shù)量的最大值設(shè)為500。

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

    3.5、GX1001信道設(shè)計

    對于DVB-C機頂盒來說，信道指標是極為關(guān)鍵的指標之一。由于全國各地有線網(wǎng)絡(luò)各異，線路放大器性能不一以及周邊環(huán)境可能存在各種類型的干擾，各地運營商在招標時也非�？粗卣麢C機頂盒在實際網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵因素。

    GX1001是完全支持DVB-C(ITU-TJ.83A/C)傳輸標準的信道解調(diào)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(zhì)量，可以快速符號率盲掃、調(diào)制模式盲掃，能適應(yīng)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(zhuǎn)識別。GX1001內(nèi)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(shù)字化處理技術(shù)，最大限度地減少整機解決方案中外圍器件的數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本和復(fù)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(zhuǎn)發(fā)器，數(shù)據(jù)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(diào)節(jié)相應(yīng)硬件參數(shù)值以滿足和不同Tuner的搭配需求。而內(nèi)部AGC調(diào)節(jié)的算法采用雙路AGC捆綁調(diào)節(jié)的機制，以減小調(diào)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(yīng)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(yīng)遠離I2C等數(shù)字信號，走線寬度應(yīng)在12Mil以上。此外1.8V_Core電流較大，走線寬度應(yīng)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(yīng)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(shù)和信號讀取函數(shù)組成。GX1001的信號搜索函數(shù)內(nèi)循環(huán)延時可調(diào)，程序默認延時充分考慮到抗干擾方面的影響。當網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用方案中的測試結(jié)果表格：

    測試條件：調(diào)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(guān)鍵性能指標上的表現(xiàn)是十分出色的。

    4、結(jié)束語：

    綜上所述，運用GX3001和GX1001設(shè)計的數(shù)字有線機頂盒方案，不但具有優(yōu)越的靈敏度、門限及抗干擾性能，軟件上還具有可靠的穩(wěn)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(shù)字廣電產(chǎn)業(yè)月度市場發(fā)展研究報告》，北京絡(luò)達營銷顧問有限公司

    [4]《EN300468》，DVB/SI標準

    [5]《ISO/IEC13818-1》,MPEG2標準