基于STi5518的单片数字电视接收系统

王忠诚

（湖南怀化商业学校 电子教研室，湖南 怀化 418000）

1 数字电视的编码与解码

1.1 数字电视的编码

数字电视节目是由图像信号、伴音信号及辅助信号（如图文信号和其他业务信号等）构成的。为了将这些信号传送出去，必须对它们进行编码处理，整个编码过程分为信源编码和信道编码。信源编码是对原始的数字电视信号进行编码，其主要目的是压缩数据[1-2]。信源编码包含3个过程，即数据压缩、数据打包和复用处理，最终形成传输流（又称TS流）信号，信源编码模型如图1所示。信道编码是对TS流信号进行编码，使其符合传输要求，其主要目的是提高信号传输的可靠性。信道编码也包含3个过程，即纠错编码、基带形成和调制处理，信道编码模型如图2所示。当采用有线传输时，调制方式为正交幅度调制（即QAM方式）；采用卫星传输时，调制方式为相移键控调制（即QPSK方式）。

1.2 数字电视的解码

在接收端，为了还原出原始的数字电视信号，就必须对编码后的信号进行解码处理，解码时先进行信道解码，再进行信源解码。信道解码的任务是解调出TS流信号，信源解码的任务是将TS流信号还原成压缩前的数字信号。

在数字电视接收系统中，信源解码要比信道解码复杂得多。信道解码常由一块大规模芯片担任，该芯片与调谐电路组装在一起，再用金属盒屏蔽起来，形成一个封闭式的组件，称为调谐解调器[3]。信源解码常由一块超大规模芯片来完成，这个芯片是系统的核心电路，常称它为主芯片。完整的数字电视接收系统必须包含调谐解调器、主芯片、控制电路（即CPU）和电源模块，如图3所示。

随着集成技术的不断发展，现在已经开发出了带CPU的主芯片，用这种芯片可以构成单片数字电视接收系统，从而使数字电视接收系统变得更加简单，更加经济。目前，带CPU的数字电视主芯片很多，如STi5518，STB01001，MB87L2250等，本文以STi5518为例来分析单片有线数字电视接收系统，这种系统广泛用于有线数字电视机顶盒。

2 STi5518介绍

STi5518是意法半导体（ST）公司推出的数字电视信源解码器，主要任务是完成信源解码和系统控制。该芯片共208个引脚，采用PQFP封装方式，它内部集成了MPEG-2音视频解码器和1个嵌入式CPU。STi5518芯片内部结构如图4所示。

2.1 内部硬件环境

内置速度达81 MHz的32位嵌入式CPU（ST20C2+）。内置存储器子系统，包含2 kbyte的高速缓冲存储器、2 kbyte的动态缓冲存储器和4 kbyte的SRAM（静态随机存储器）。内置外设接口，具有2个UART（通用异步收发器）接口、2个Smart卡（智能卡）接口、1路I2C总线控制器。设有44位可编程I/O端口；具有遥控功能。前端电路中设有TS流解复用器，支持并行/串行输入方式。内置音视频解码器，支持MPEG-2多声道解码和MP3解码；视频解码器支持MPEG-1和MPEG-2图像解码。内置视频编码器，兼容PAL/NTSC/SECAM编码方式，支持RGB（三基色信号）、CVBS（全电视信号）、Y/C（亮度/色度分离信号）和YUV（亮度色差信号）输出方式。

2.2 软件功能

STi5518具有很强的软件编程能力，其上所有的I/O端口的功能都能通过编程进行设定。它还具有很强的软件管理和软件运行能力，在外部Flash存储器（快闪存储器）的配合下，可预置操作系统、控制选单、开机广告、短信平台等。运营商还可通过传输网络来对软件进行升级，新程序写入在Flash存储器中，通过升级，可使系统功能与时俱进。

3 系统结构

基于STi5518的单片有线数字电视接收系统如图5所示。开机后，外部Flash存储器中的程序被调入到主芯片内部的动态缓冲存储器中，操作系统开始工作，进行各种系统初始化。接着，根据E2PROM内的控制信息对调谐解调器进行参数设置，使调谐解调器工作于上次关机前的频道上。同时，主芯片中的嵌入式CPU对节目数据进行检测，若有TS流，则进行解复用、MPEG-2解码等处理。若是加密节目，则首先从Smart卡中读出个人分配密钥（PDK），利用PDK来完成解密任务。

3.1 调谐解调器

调谐解调器主要完成选台、高频放大、混频、中频放大、QAM解调、信道解码等任务。RF（射频）信号进入调谐解调器后，先由RF分路器处理，将RF信号平均分成两路，一路送出机外，另一路经高放、混频、中放处理后送到QAM解调及信道解码电路，最后获得TS流信号。调谐解调器上设有I2C总线接口，CPU通过I2C总线来控制调谐过程及解调过程。

3.2 信源解码

TS流进入STi5518后，先进行解复用和解密处理，再进行MPEG-2视频解码和音频解码，将视频数据和音频数据恢复成压缩前的模样。解码后的视频数据经存储器接口存入到外部SDRAM（同步动态随机存储器）中，再按实际播放顺序读出，然后经PAL/NTSC编码器进行编码处理和D/A变换处理，获得模拟视频信号，经视频放大后输出。视频信号共有4种输出方式，即RGB方式、CVBS方式、Y/C方式及YUV方式，实际应用中一般采用CVBS方式和Y/C方式。解码后的音频信号以DATA（数据）、LRCK（左右时钟）及BCK（位时钟）形式输出，送到外部音频D/A变换器，转化为R和L两路模拟音频信号，再经放大后输出。

3.3 外部存储器子系统

STi5518外部一般须配三种存储器。第一种是SDRAM，它用作缓冲存储器和帧存储器，存储容量一般为64 Mbyte以上，数据宽度一般为16 bit。存入时，按照解码顺序存入；读出时，按照实际播放顺序读出。第二种是Flash存储器，它用作程序存储器，提供软件的存储空间、运行空间和解复用所需的空间。Flash存储器的数据宽度一般为32 bit，容量一般为16 Mbyte。第三种是E2PROM（电可改写可编程只读存储器），它用来存储频道信息（如波段码、分频码等）和节目控制信息等。E2PROM的数据宽度一般为8 bit或16 bit，容量一般在4 kbyte以上。

3.4 授权管理子系统

目前，有线电视皆为收费电视，只有受权用户才能收看，未经受权的用户无法收看，这一管理是依靠主芯片内部Smart卡接口电路来实现的。在Smart卡接口电路外部设有Smart卡读卡电路，Smart卡是电视运营商发放的，其上存有授权管理信息（授权密钥）。每次开机后，CPU都要读取Smart卡上的授权管理信息，并以此对节目进行解密，使付费用户能够正常收看。

3.5 控制子系统

由于STi5518内含嵌入式CPU，依靠这个CPU可以完成整机控制。嵌入式CPU通过1个接口电路与控制面板相连。控制面板上常设置有键盘、显示电路及红外接收器。键盘一般由数个按键组成，如“选单”键、“节目增”键、“节目减”键、“音量增”键、“音量减”键等。显示电路由显示屏及其驱动电路构成，显示屏用来显示节目序号等信息。显示屏一般由“8”字型7段数码管构成。

3.6 供电系统

STi5518采用+3.3 V，+2.5 V电压供电，其他电路采用+5.0 V电压供电，因此电源模块必须输出这3种电压。为了提高电源效率和性能，电源模块必须采用开关电源，且安装在另一独立的电路板上。

4 小结

STi5518功能强大、集成度高、性能稳定可靠，用它来设计数字电视接收系统能极大地提高产品的性能。STi5518还具有非常灵活的应用特性，若将它与QAM调谐解调器配合使用，就能构成有线数字电视接收系统；若将它与QPSK调谐解调器配合使用，就能构成卫星数字电视接收系统，因而STi5518具有广阔的应用前景。

[1] 鲁业频，袁宗文，任玲芝.有线与卫星数字电视接收实践与思考[J].电视技术，2008，32（8）：93-94.

[2] 王劲涛，长勇，杨抒文.中国地面数字电视广播信道编码调制芯片介绍[J].电视技术，2009，33（7）：22-23.

[3] 王忠诚.彩色/数字电视机轻松入门教程[M].北京：电子工业出版社，2009.