基于Hi3751V310方案的地面波数字电视设计

2016-08-09冠捷显示科技厦门有限公司赵文平

电子世界 2016年13期

冠捷显示科技（厦门）有限公司赵文平

冠捷显示科技（厦门）有限公司赵文平

【摘要】随着GB/T 26686-2011《地面数字电视接收机通用规范》国家标准第三次修订讨论会的召开以及报批稿的公布，对地面波数字电视的设计提出更高的挑战，本文介绍了基于Hi3751V310芯片为核心的模拟电视接收、地面波数字电视接收、软体设计、数字音视频处理以及音视频传输接口电路的设计。

【关键词】地面波数字电视；DTMB；接收机

0　引言

地面波数字电视广播是数字电视广播系统中的一个重要组成部分，具有网络组建成本低和接收便捷灵活等特点。2006年8月18日中国全国标准化委员会颁布了具有我国自主知识产权的中国地面波数字电视广播标准DTMB （GB20600-2006），2013年01月21日国家六部委发文决定：2015年1月1日起，境内市场销售的所有尺寸电视机应具备地面数字电视接收功能，各公司对地面波数字电视的研制不断加大投入并持续深入。

海思Hi3751V310芯片是具有中国自主知识产权、内建DTMB解调器的单芯片电视接收方案，支持新一代DTMB国家标准（GB/T 26686-2011），具有高集成度、高性价比以及高成熟度等特点，具有很强的市场竞争力。

1　模拟/数字电视设计系统概述

1.1系统主芯片应用框图

图1　Hi3751 V310应用框图

（1）Hi3751 V310是一款高性能、高集成度的4K/2K智能电视解决方案芯片。该芯片集成高性能ARM CortexA53双核处理器、主频高达1.2GHz，可支撑流畅智能应用。集成高性能mali-450 四核GPU。集成海思专业的图形引擎Imprex Engine，能带给客户更佳的图像质量体验。具有强大的编解码能力，具有H265 4K2K 30Hz解码，MPEG4/

MPEG2/VC1高清解码能力，支持H264编码。提供丰富的音视频输入接口，支持HDMI1.4/HDMI2.0/模拟RF/CVBS/YPbPr/VGA接口，兼容DVB-C/DVBT/DTMB协议，支持大小卡解决方案。

（2）高频调谐电路采用MaxLinear公司的MxL661-AG-R数模一体高频调谐器，支持NTSC/PAL/SECAM， DVB-C/T/T2/，ATSC，ISDB，DTMB等全制式信号，集成中频解调器，直接输出IF中频信号到V310。

（3）数字音视频处理电路为Hi3751 V310内置，由一颗高集成、单芯片IC完成了所有的音视频处理功能及系统控制功能。芯片集成了视频解码/编码，NTSC/PAL/SECAM模拟视频解调，DTMB数字解调，多格式音频解调/解码/处理，集成了海思专业的图形引擎 Hi-Imprex II Engine，支持3D降噪、3D自适应颜色管理，支持HDR处理。

（4）音频功放电路采用了ESMT公司的AD82584D芯片，BTL型的数字功放模式，在VCC=12V，RL=8，THD=10%的情况下，完成伴音信号的2X15W的放大输出。

（5）数字图像处理缓存采用两颗Nanya公司的NT5CC256M16DP-EK 的DDRIII SDRAM芯片，256M x 16 X 2，工作电压1.5V，最高工作在1866 MHz的频率下，配合Hi3751 V310完成3D梳状滤波器、3D Deinterlacer的图像处理时的帧缓存功能以及数字音视频处理功能。

（6）Flash存储器采用Samsung公司的KLM4G1FEPD-B031 EMMC FLASH，兼容EMMC 5.0 SPEC，4GB X 8，支持0～400MHz工作频率，完成软体程式的存储、OSD操作界面以及电视各工作状态的存储。

（7）WIFI+BT模块回路采用BROADCOM BCM43242+Realtek 8192AU 二合一模组，支持2T2R，2.4GHz/5.0GHz双频输出，支持BT4.0标准。

（8）外围接口回路：包括2个USB2.0 Host 接口，1个USB3.0 Host 接口，1个10M/100M 自适应网口，1个CI/CI+接口，1个IR 接收处理器，4个KeyPAD 接口，多路I2C 接口，3个UART 接口，多组GPIO 接口等。

1.2采用以上方案设计的模拟/数字地面波接收机具有的主要功能和技术特点

（1）数字视频输入

高清晰多媒体接口（HDMI）输入：支持3路HDMI 输入接口，其中一路支持HDMI2.0，一路支持MHL2.0/HDMI1.4，一路支持HDMI1.4/ARC内置HDMI开关切换，同时还兼容DVI/HDCP接收标准，可以实现4Kx2K @60Hz 输入，1920X1080显示。

USB接口输入：支持2个USB2.0 Host 接口，1个USB3.0 Host接口，USB3.0模块支持USB3.0协议规定的5Gbit/s传输速率以及向后兼容USB2.0协议规定的480Mbit/s传输速率，可以通过连接USB Hub，连接最多127个设备。

（2）模拟视频输入

模拟视频输入：Hi3751 V310具有三路复合视频（CVBS）输入，1路S端子（YC）输人，可以灵活搭配应用。通常情况下，一路CVBS输入作为TV输入，另外的两路为背面AV输入+侧面AV输入。S端子输入在目前的电视设计上已经基本不用了。

高速模拟输入：Hi3751 V310具有四路高速10bit模/数转换器（ADC）输入端口。这四个ADC输入端口是完全等同的，每一路都可支持电脑格式的VGA、XGA输入，YPbPr高清信号的SDTV、HDTV输入，最高可支持1080p、UXGA@60Hz输入，可以随意组合和应用，十分灵活方便。

（3）多格式音频解调、解码

多格式音频解调：支持第二伴音中频解调（SIF），支持NICAM（丽音），A2，EIA-J，BTSC（美国立体声），FM 和AM 全制式标准解调，可以实现支持伴音制式和模式的自动检测，内销电视不需要支持丽音。

多格式音频编解码：支持Dolby Digital Plus/ Dolby TrueHD/ DTS/ MPEG2等格式解码以及WMA/MP3/WAV/AAC/AC3 /DRA/ DTS等编码协议。

（4）音频处理

Hi3751 V310也集成了声音处理部分，它最多可支持3路立体声（L/R）和2 路MIC（麦克风）输入。对于HDMI，可支持采样频率为32K、44.1K、48KHz。在输出方面，它最多可支持3路立体声（L/R），内置了音频DAC和一个线性输出，同时还有I2S和SPDIF输出。在音效处理方面，Hi3751 V310具有音量、平衡、低音、高音、静音、均衡器、立体声和环绕声可选等功能。

音频功放输出规格：Hi3751 V310上采用的是传统的BTL型功放（ESMT公司的AD82584D芯片），在VCC=12V，RL=8，THD=10%的情况下，可以达到15WX2的功率，此外还可以提供一路耳机输出。

（5）模拟电视系统

采用调谐器+中放解调的数模一体化高频头，支持全制式解调，AIF Demod（Analog Intermediate Frequency demodulator）完成对模拟中频电视信号进行解调，而对输入的音视频信号，将视频解调到基带上，音频信号解调到基带或者SIF中频输出，对视频输入信号滤除残留边带，滤除音频干扰信号，调整到合适电平上输出。

（6）模拟和数字视频输出

LVDS （Low-Voltage Differential Signaling）低电压差分信号。这种技术的核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特点。本模块支持一路RGB数据输入，2 Link LVDS数据输出，每个差分对的速率达到500Mbps，支持最大输出分辨率：1920X1080@60Hz。

2　地面波数字电视接收机系统

在从模拟电视到数字电视的发展进程中，以DTMB为标准的地面数字电视由于是通过地面数字信号来收看电视，既能摆脱有线的束缚，又具有造价低、覆盖面广的优势，因此成为数字电视普及的重要方式之一。

2.1地面波接收机系统组成

数字电视接收机主要完成数字电视射频信号接收、信道解调、MPEG-2 TS 解码、视频输出等一系列功能。按功能划分，数字电视接收机主要由射频接收解调前端和MPEG-2TS 处理后端两部分构成，接收解调前端子系统主要由调谐器、解调芯片和微控制器（Micro Control Unit，MCU）组成，结构如图2所示。

图2　接收解调前端结构图

图3　软体系统层次结构图

2.2地面波接收机信号处理流程

本方案中调谐器采用MaxLinear公司的MxL661-AG-R数模一体高频调谐器，信道解调芯片采用海思Hi3751 V310内置DTMB解调器， MCU采用Hi3751 V310内置ARMCortex-A53的双核处理器。

MxL661-AG-R将接收到的RF 信号下变频为特定频率的IF 信号输入到解调芯片。解调芯片对该IF 信号进行模数转换并进行解调、均衡、55 纠错、解码后输出符合MPEG-2 标准的TS，同时根据输入信号的大小给出调谐器的输出自动增益控制信号。经解调芯片处理后获得的MPEG-2 TS，经同步并行接口（SynchronousParallel Interface，SPI）按照CMOS 电平标准输出。而对调谐器和解调芯片的控制由MCU通过I2C 总线来完成。

经接收解调前端解调输出的MPEG-2 TS，在Hi3751 V310内部实现TS 的解扰、解复用、MPEG-2音视频解码，最后通过高清晰度多媒体接口（High Definition MultimediaInterface，HDMI）传送给显示终端实现数字电视节目的实时播放。

2.3软件功能设计

本方案主芯片Hi3751 V310内置ARMCortex-A53的双核处理器，64bit CPU，工作频率最大支持1.2GHz。考虑到成本和通用性，数字电视接收部分采用linux操作系统。嵌入式操作系统负责数字电视接收系统的全部软件和硬件资源的分配、调度工作、控制并协调并发活动、能通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能软体。

系统（见图3）采用自上向下的分层设计方法，保证了系统架构清晰、可移植性强，同时，又采用了功能模块化设计，使得程序模块有较强的独立性，有利于代码的编写、阅读和维护。基于硬件平台之上的五个软件层通过编程接口逐级调用，完成相应的功能。

数字电视的软件工作流程如下：（1）数字电视的源程序装载于FLASH ROM内。加电启动后，各芯片进行上电复位，主控CPU从FLASH ROM内加载并运行程序。程序首先完成软硬件初始化，包括时钟初始化，系统内存初始化，前端解调初始化以及音视频解码寄存器初始化等，并建立多个工作进程。多进程模式使主控CPU能同时处理多个工作流程，并进行进程间的通信控制。（2）系统完成初始化后，用户通过遥控器选择频道，频道选择界面通过OSD显示。主控CPU响应遥控器指令，通过I2C总线设置调谐器，使调谐器将来自天线的高频信号经过调谐输出为中频信号。中频信号经信道解调器处理后，输出TS流。（3）主控CPU内PID过滤器实现TS流解复用，将相关的ES或PES流分别送入音视频解码器，最终输出音频和视频信号。TS流中的节目信息经过解析并存储，用户通过OSD查询菜单，了解相关的节目信息。