在MTK手机上实现地面数字电视接收*

郭文秀，刘 岩，杨立志，侯卫兵

（深圳清华大学研究院 数字电视系统重点实验室，广东 深圳 518057）

1 引言

随着中国地面数字电视传输标准（DTMB）[1]的颁布，中国地面数字电视的发展也越来越迅速。其中，第五媒体——移动数字多媒体广播（俗称手机电视），与传统电视、广播、报纸和互联网4种媒体相比，具有独特的资源和平台优势，而且被认为是继MP3音乐之后的第二个“杀手级”应用。手机电视在中国的发展受到空前关注，但是由于受到体积和功耗、解码能力等多方面的制约，手机电视一直局限在支持模拟和CMMB[2]的技术上，而相对将来有着更大覆盖面的DTMB和欧洲的DVB-T[3]等主流移动数字电视标准，缺乏相关的技术解决手段。

MTK手机平台是目前国内使用最为广泛的手机平台，每年产品出货量多达几亿部，具有价格低廉、性能稳定、开发容易等特点。因此，在MTK手机平台上整合能够支持标清MPEG-2[4]解码的低功耗移动数字电视模组有着巨大的应用前景。笔者对此提出了完整的解决方案，很好地解决了在功耗、体积、接收灵敏度、软件控制等方面的问题。基于该方案的数字电视手机已经成功量产，其中DVB-T的手机电视已经大量销往国外。

2 系统结构与方案

系统整体结构主要由移动数字电视接收模块和手机系统组成，其总体结构如图1所示。

图1所示工作流程如下：通过天线接收到的地面无线数字电视信号经过地面数字电视信号接收及解调模块（1）进行解调，输出数字的TS[5]流，传送到数字电视信号核心处理及解码模块（2），该模块通过对TS流的解复用和PID过滤，并进行音视频的解码，输出数字格式的视频信号（BT-601[6]）到手机的相机接口，输出I2S的音频信号到音频的DAC和功放芯片。手机系统处理视频的输入，在捕获视频信号后以预览模式呈现在LCD屏幕上。

整个数字电视模块有自己独立的操作系统，其电源供给和复位受手机系统控制，而手机系统通过GPIO口模拟红外信号（IRDA）或串口协议对数字电视模块进行控制，手机充当红外遥控或按键控制的作用。该系统结构可以最简洁的模式实现数字电视在MTK手机平台上的整合。

基于MPEG-2的数字电视接收模组必须具有小体积、低功耗的特点。传统MPEG-2解码器最小系统的功耗基本都在2 W以上，且芯片发热很大，无法集成在便携设备里。而用于便携式的ARM处理器一方面成本较高，另一方面也很少具备可以支持D1分辨力的MPEG-2硬解码能力。笔者采用Chips&Media公司的CMS2131ADF作为核心的MPEG-2解码芯片，该芯片为BGA封装，功耗仅为600 mW。在数字电视射频接收及解调部分，从成本、功耗及性能多方面综合考虑，选用DIB7070P作为DVB-T的接收模块，采用ADI的ADMTV102＋LGS8GL5作为DTMB的接收模块。在国标方面也可选用卓胜微的芯片MAX2165+MXD0320作为解调前端。随着芯片工艺的发展，会有更多的前端解调器件可供选择，只需更换模组，调整驱动即可获得最新的解决方案。

在数字电视模组设计上，除了参考原厂提供给用户的基本设计外，在集成过程中，需要注意一些事项：1）为了支持简繁体中文及其他多国语言，必须要加入Unicode字库的字体，程序存储器必须要用4 Mbyte的NOR Flash，这对那些针对出口业务的手机电视方案尤其重要。2）可用27 MHz的有源晶振替代参考设计中系统时钟用的27 MHz压控晶振。3）在与一些DTMB的解调芯片连接时，TS流接口上有些没有误码指示信号的输出，必须按照标准来处理该信号，否则无法解码。

图2为已经量产的手机电路板上的DVB-T制式的数字电视模块图（去掉屏蔽罩）。图中电路板左侧部分为数字电视的解码部分，右侧为DVB-T的接收解调模块。

3 硬件关键接口

在向手机平台上集成时，除了需要很细致地处理解调模组的布局、布线及天线的阻抗匹配及滤波外，更需要制定简单而又可靠的与手机系统互连的控制接口。

3.1 解调模组的射频相关设计

手机电视里一般采用的是拉杆天线，天线的阻抗并非数字电视标准的75 Ω，而解调模组（Tuner）的输入阻抗有的为50 Ω，有的是75 Ω，因此在射频的输入上需要加入LC无源器件进行阻抗的匹配，以达到最优的接收结果。

同时，一般在厂家提供的参考设计中，为了抑制手机GSM通信频段对数字电视UHF高频段领域的射频干扰，需要在天线输入端加入过滤GSM频段的滤波器，同时需要很好地处理输入输出的阻抗匹配。笔者在实际应用中，仔细处理好各个模块的屏蔽，不使用滤波器也同样达到了检测的指标要求。

另外，在布线时不需要分割模拟地和数字地，但需要有一个完整的地参考平面。

3.2 数字电视的音视频输出与手机的互连

MTK手机平台是由CPU最终直接控制LCD显示屏，而其视频输入只有相机输入接口，因此必须把数字电视的输出信号接在该接口上，连接方法见图3。

CMS2131ADF的输出有数字的BT601视频信号和模拟的CVBS的视频信号，其中BT601的总线可直接与相机总线连接，而无须使用数字的多路开关进行切换。另外，为了获得更好的视频信号，需要在BT601总线上加EMI的滤波器，否则会经常导致布线不良或其他干扰引起的视频抖动和横移等现象。

音频通过I2S的输出直接与MTK上已有的音频数字模拟转换器（DAC）连接，该音频DAC可选择带有内置耳机和扬声器放大器的低功耗、高性能的立体声DAC，如WM8955L芯片采用小而薄的5 mm×5 mm QFN封装，专门为满足便携式数字音频应用中减少外围元件的要求而设计，特别适用于手持和便携式系统，DAC的配置和控制由手机系统通过I2C总线控制。当只有手机系统工作时，DAC工作在处理模拟音频的通道上，当数字电视模块工作时，将DAC切换为工作在I2S的输入通道上。

另外，数字电视模组提供CVBS的模拟视频信号输出，可直接输出视频到电视机，上方便用户观看。同时，数字电视模组的串口还可以接在手机的升级接口上，方便用户通过数据线更新应用程序。

3.3 手机与数字电视模组的交互控制

一般通过以下两种方式来实现MTK手机对数字电视的控制：

1）通过GPIO模拟IRDA的协议进行控制

该方法最为简单，仅需将CMS2131ADF芯片的红外控制输入脚接在MTK CPU的GPIO口上。当按键按下时，由GPIO模拟红外协议，发送相关编码，即可实现对数字电视模块的控制。缺点是无法实现触摸屏控制。

2）通过串口连接

通过自定义的协议来实现两个CPU之间的信息交互，包括事件消息、按键值、触摸的位置等，通过该种方法加上修改全套的数字电视模组的用户界面（UI），可实现触摸选单控制，使得操控更人性化。缺点是，实现较为复杂，增加了不稳定性，并需要占用MTK的串口。

4 软件控制的关键方法

系统软件的工作流程如图4所示。

图4 系统工作流程

在整个流程中，MTK的CPU一直处在主机控制状态，按照正常的工作逻辑进行工作。但是由于涉及到视频信号的捕获和IO的交互，所以在软件设计上，有几个关键的地方需要特别处理：

1）视频输出格式的处理

MTK平台的CPU能力并不强，尤其在视频处理上，有的平台摄像头的捕获能力不足以支持D1的连续视频，同时由于其驱动的一般是QVGA，也就是320×240分辨力的屏幕，如果视频的输入不是这个分辨力，还需要CPU作缩放处理，更是增加系统负担，另外其捕获的帧率也受限。而地面数字电视的标清输出为PAL制式，分辨力为720×576，分奇偶场输出，帧率达到了 50 f/s（帧/秒），另外还需要做缩放，大大超出了MTK某些平台的处理能力。如果软件上不作调整，将出现视频跳动，无法正常观看。

因此，需要通过软件来处理：（1）调整数字电视模组的驱动，将BT601的输出改成逐行模式，将其帧率降到25 f/s。（2）将其输出分辨力改为360×576，由于工作在逐行模式下，实际输出对MTK平台来说，只需要捕获360×288个像素即可。（3）若MTK处理能力仍不足，可以修改MTK的视频输入驱动，采用进中断、丢掉部分帧的方式进一步降低帧率。在QVGA屏上，经过测试，15 f/s即可满足正常观看需要。

2）互连的信号引脚控制

不管是BT601的视频信号，还是其他与数字电视模组直接连接的GPIO口，如果没有采用多路切换开关进行隔离，在数字电视不工作的状态下，一定要通过软件配置，使其变为高阻状态，否则将产生漏电流现象，导致待机时间严重变短。

3）降低CMS2131ADF的功耗方法

经过测试，CMS2131ADF的视频DAC功耗占了整个CPU功耗的一半以上，对比数据如表1所示。

表1 CMS2123ADF功耗测试对比

因此，如果不工作在TV OUT的模式下，在数字电视模组软件设置上，要把所有的DAC关闭，这样可大大减少功耗。

5 测试及结果分析

基于上述方法实现的数字电视模组尺寸为40 mm×45mm，整机功耗实测如表2、表3所示。

表2 DVB-T接收功耗（Tuner用DIB7070P）

表3 DTMB接收功耗（Tuner用LGS8GL5）

如采用卓胜微的MXD0320作为DTMB的解调芯片，则模块的总功耗约为1 050 mW。

在接收灵敏度上，以DVB-T为例，根据NorDig测试规范[7]，利用DVB-T的激励器和可调衰减器对模组进行闭环测试， 调制参数为：DVB-T，8k，G=1/4，R=7/8，QPSK，测试结果如表4所示。

表4 DVB-T灵敏度测试结果

NorDig测试规范要求在上述测试参数下最低接收门限为-88 dBm。从测试结果可知，在UHF的整个频段，数字电视接收模组的灵敏度都要优于规范要求，在VHF频段基本接近规范要求。在实际应用中，根据不同国家地区的频率覆盖情况，可通过微调RF部分的匹配电感来实现UHF和VHF频段的最优接收。

测试结果表明，本数字电视模组实现方法，无论在体积、功耗及性能上均可满足在MTK手机上集成移动数字电视接收的要求。

[1] GB20600-2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S].2006.

[2] GY/T 220.1-2006，移动多媒体广播 第一部分：广播信道帧结构、信道编码和调制[S].2006.

[3] ETSI EN 300 744 V1.5.1，Digital video broadcasting（DVB）：framing structure，channel coding and modulation for digital terrestrial television[S].2004.

[4] ISO/IEC 13818-1，Information technology-generic coding of moving pictures and associated audio information：systems.second edition[S].2000.

[5] ETSI.Implementation guidelines for DVB terrestrial services-transmission aspects[EB/OL].[2010-03-10].http：//solution.eccn.com/pdf/com_073213f.pdf.

[6] ITU.标准4∶3和宽屏16∶9显示宽高比演播室数字电视编码参数[EB/OL].[2010-03-09].http：//file.floydcui.com/upload/aglmbG95ZGhvc3RyEAsSClVwbG9hZEZpbGUYAww.doc.

[7] NorDig.Unified test specification for SD and HD level integrated receiver decoders v2.0[EB/OL].[2010-03-11].http：//www.nordig.org/pdf/NorDig-Unified_Test_specification_ver_2.0.pdf.

郭文秀（1976-），硕士，主要研究地面数字电视嵌入式接收产品；

刘 岩（1955-），博士，研究员，主要研究领域为信息、光机电及数字电视系统；

杨立志（1964-），博士后，研究员，主要研究方向为数字音视频编解码、集成电路设计和DTV系统；

侯卫兵（1969-），博士，高工，多年从事数字电视系统、CAS系统及数据广播方面的研究工作。