基于ZR39235的单芯片降成本有线机顶盒方案

2010-06-07陈皑峰

电视技术 2010年9期

陈皑峰，向丽，荣玮，莫辉

（康佳集团，广东深圳 518053）

1 引言

数字电视逐步替代模拟电视是一次新的产业升级。中国拥有巨大的数字电视潜在消费市场，确立中国自己的技术标准来发展拥有自主知识产权的数字电视事业，不仅可以满足广大人民群众日益增长的物质、文化需求，还可以带动相关产业快速发展，摆脱在DVD、数码相机等领域受国外专利困扰的尴尬局面。

由于目前市场竞争激烈，各厂家纷纷压缩成本，以价格优势来取得市场。在这种情况下，集团公司急需开发一款性价比高、运行稳定、操作方便的经济型有线机顶盒，因此，本方案应运而生。本方案基于卓然公司ZR39235[1]芯片的主流方案功能实现，基于此单芯片搭配凌讯公司的LGS-8913[2]解调即可实现完整的标清有线机顶盒方案，进而成为一款高性价比、低成本、标清产品线的主打产品。

2 硬件系统设计

2.1 芯片介绍

ZR39235[1]是高性能集成芯片，功能较强大，具备以下优势：1）处理速度快，CPU主频300 MHz，32位处理器，远高于现行的芯片主频，支持硬件浮点运算；2）绿色设计，通过先进的半导体设计，使芯片在体积与功耗上下降，可通过Zoran芯片本身实现低功耗待机；3）集成度高，集成Demodulator，DDR Memory，SPI Flash Memory支持等，可在很大程度上满足用户对机顶盒功能和性能的需求；4）扩展能力强，支持2～4 Mbyte的串行Flash,与64 Mbyte的DDR内存。带USB接口，可扩展实现更多的多媒体功能。

2.2 方案介绍

2.2.1 整体方案

图1为本方案硬件系统框图。主电路采用ZR39235作为系统控制、解扰、解复用、MPEG-2解码及视频编码、音频D/A转换等功能控制的主芯片，采用300 MI/s（兆指令/秒）的32位高集成度单芯片，信道部分为芯片内部负责解调，配合各种外围电路，电源电路配有读卡器，构成满足国标要求的接收DVB-C标准的CA机。

在电路接口方面，接口兼容SDC251系列机顶盒的主板、控制板、卡板的接口标准，以便今后能使多机型共用相同的新主板、控制板、卡板和电源板。

用高效率开关电源供电，CPU支持低功耗模式，支持1 W以下低功耗待机。

2.2.2 工作原理

ZR39235采用最新的128LQFP封装，内置300 MHz，390 MI/s的32位RISC CPU和DMA控制器以及统一的OSG存储器和A/V存储器，集成多标准的编码器以及可独立编程的视音频DAC。

由高频头电路输出的中频信号，通过解调芯片LGS-8913完成QAM解调及FEC前向纠错，以并行或串行方式送出TS流。

ZR39235接收来自信道解码器FE的TS流后，送到内部的TSD模块中，由其对数据进行解复用，形成音频和视频PES分组数据，通过A/V接口输出给PDU MPEG-2解码器进行解码。PDU将PES分组进行解码，输出数字音频和数字视频各一组。一组数字视频信号送到视频解码器中，被转换成全电视信号（CVBS）或S端子信号（Y/C），经过外部低通滤波后，便可直接送到电视机中。数字音频信号送到音频DAC中，转换成立体声模拟信号，经外部低通滤波后输出。

2.2.3 关键技术分析及实现途径

关键技术一：低门限值的实现。无线接收环境存在各种各样的干扰（用门限值指标无法控制），降低门限值方面，主要从PCB排版优化设计入手，保证锁定信号以后，传输链路上干扰最小。优化电源设计也可以提高接收性能。对其他抗干扰的控制，需要模拟现场真实的网络进行实验调整。

关键技术二：输出视频指标的保证。采用IC每通道0.5美元，分离元件每通道1.0元人民币，但对元件参数要求严格。为节约成本，本方案采用分离元件方案，为提高音视频性能，必须从更改电路、调整走线、调整电路参数等方面着手提高视频和音频性能。

关键技术三：主板PCB设计。全新设计主板，考虑到公司的品质控制新要求，需要与结构、PCB等设计师团队工作，共同协商方案。既要兼顾EMC特性、热可靠性的一致性，又要考虑电路的可生产性，更要考虑美观、成本等因素，设计出不采用特殊、贵重的EMC器件，并能保持样机和量产机一致的新产品。电源将采用新技术，实现更低成本、更好性能。电源的EMC设计很重要，不但电源自身的纹波要小，抗外部干扰的能力强，还要尽量减少主电路的干扰。SDC251主板电路布局如图2所示。

3 软件系统设计

3.1 整体方案

图3为终端软件的基本结构图，其具有如下特性：1）采用了同时具有稳定性和扩展性独立的通用模块结构，充分应用成熟的技术成果，使构建的系统更安全可靠；2）采用层次化的系统设计，虚拟驱动层采用类中间件技术，使上层应用开发与底层驱动分隔开来，各层间接口规范化，使软件的定制化更快更安全；3）建立一个规范的界面开发接口，使在业务开发中更改最多的界面开发快速稳定，大大降低了软件的故障率，提升了产品的质量；4）集成了国内主流CA系统，如Irdeto、NDS、同方、数码视讯、算通、Conax和Viaccess等，数据广播集成了茁壮、佳创、影立驰和天柏等。此数字电视终端软件平台的应用，能快速和可靠地满足运营商多变的、不断扩展的业务需求。

根据用户需求，软件总体功能包括：1）运行状态控制，包括运行、待机、关机和待机管理等。2）服务搜索功能，分为自动搜索、手动搜索和全频段搜索，同时对NIT表、SDT表、PAT表和PMT表等的变化都要实时监控并且给出提示让用户重搜。3）预定管理功能，包括节目预定、预定定时器管理、预定定时器浏览或删除。4）节目管理功能，包括节目的编辑（删除、交换），以及节目属性的设定（喜爱、加锁）。5）密码管理，对机顶盒的密码进行管理，包括密码的修改、启用和停用。6）声道选择，包括对节目播放的伴音通道的选择。7）显示属性调整功能，对机顶盒选单的透明度进行调整，以及对图像的显示亮度、对比度和色度进行调整。8）节目播放功能，主要实现音视频服务的播放和停止功能。9）EPG功能，主要实现对EIT表的数据收集、分析及处理，具体搜索运营商指定频点Actual EIT和Other EIT搜索所有节目的EPG。10）升级功能，自动检测到新软件，然后启动引导程序进行软件升级。

3.2 详细设计

3.2.1 软件程序结构

图4为软件程序结构框图。

最底层是Kernel，采用Nucleus实时嵌入式操作系统。再上一层是Zoran API和HAL（Hardware Abstraction Layer），主要目的是封装了操作系统，给上层提供应用接口，并通过HAL封装硬件，提供应用接口给上层应用。Middleware层进一步把Zoran API和HAL层封装，使上层的功能应用程序与硬件平台无关，使上层功能程序能够移植到其他的硬件平台。

功能层（Playctrl，DBSE，DEMUX 以及 Front End）实际为中间层（Middleware）的功能应用，实现的是流程控制、数据的分析、TS流的解复用以及面板控制。

功能层上面是业务层，具体实现CA，EPG，NVoD和FTA等业务的具体实现[3]。

最上层是用户界面层，直接面对用户的UI，包括实现友好的用户选单及遥控界面。

3.2.2 设计流程

ZR39235主体软件设计思路是采用模块化思想，主要包括FTA模块、UI模块、业务模块以及第三方集成模块，对底层模块进行封装，尽量减小与应用层代码的耦合度，以便后期移植和扩展。而在这些模块中，UI模块在机顶盒的控制软件中负责整个机顶盒的流程控制、用户管理和节目导航系统的呈现等，其布局与组织直接决定了机顶盒操作的方便性、界面的友好性。图5显示了UI模块的设计流程。

4 小结

数字电视机顶盒是模拟电视向数字电视过渡的最佳解决方案，是家庭必备的多媒体信息终端，可以享受电视、数据、语音等全方位的信息服务。但随着市场竞争的加剧，机顶盒厂家利润空间愈来愈小，对低成本的追求便成了厂家的目标。笔者提出的ZR39235单芯片设计方案，可以满足用户的个性化需求，同时设计简单，性价比高，值得推广。