冠捷顯示科技（廈門）有限公司 趙文平

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基于Hi3751V310方案的地面波數(shù)字電視設計

冠捷顯示科技（廈門）有限公司 趙文平

【摘要】隨著GB/T 26686-2011《地面數(shù)字電視接收機通用規(guī)范》國家標準第三次修訂討論會的召開以及報批稿的公布，對地面波數(shù)字電視的設計提出更高的挑戰(zhàn)，本文介紹了基于Hi3751V310芯片為核心的模擬電視接收、地面波數(shù)字電視接收、軟體設計、數(shù)字音視頻處理以及音視頻傳輸接口電路的設計。

【關(guān)鍵詞】地面波數(shù)字電視；DTMB；接收機

0　引言

地面波數(shù)字電視廣播是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中的一個重要組成部分，具有網(wǎng)絡組建成本低和接收便捷靈活等特點。2006年8月18日中國全國標準化委員會頒布了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的中國地面波數(shù)字電視廣播標準DTMB （GB20600-2006），2013年01月21日國家六部委發(fā)文決定：2015年1月1日起，境內(nèi)市場銷售的所有尺寸電視機應具備地面數(shù)字電視接收功能，各公司對地面波數(shù)字電視的研制不斷加大投入并持續(xù)深入。

海思Hi3751V310芯片是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)、內(nèi)建DTMB解調(diào)器的單芯片電視接收方案，支持新一代DTMB國家標準（GB/T 26686-2011），具有高集成度、高性價比以及高成熟度等特點，具有很強的市場競爭力。

1　模擬/數(shù)字電視設計系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)主芯片應用框圖

圖1　Hi3751 V310應用框圖

（1）Hi3751 V310是一款高性能、高集成度的4K/2K智能電視解決方案芯片。該芯片集成高性能ARM CortexA53雙核處理器、主頻高達1.2GHz，可支撐流暢智能應用。集成高性能mali-450 四核GPU。集成海思專業(yè)的圖形引擎Imprex Engine，能帶給客戶更佳的圖像質(zhì)量體驗。具有強大的編解碼能力，具有H265 4K2K 30Hz解碼，MPEG4/

MPEG2/VC1高清解碼能力，支持H264編碼。提供豐富的音視頻輸入接口，支持HDMI1.4/HDMI2.0/模擬RF/CVBS/YPbPr/VGA接口，兼容DVB-C/DVBT/DTMB協(xié)議，支持大小卡解決方案。

（2）高頻調(diào)諧電路采用MaxLinear公司的MxL661-AG-R數(shù)模一體高頻調(diào)諧器，支持NTSC/PAL/SECAM， DVB-C/T/T2/，ATSC，ISDB，DTMB等全制式信號，集成中頻解調(diào)器，直接輸出IF中頻信號到V310。

（3）數(shù)字音視頻處理電路為Hi3751 V310內(nèi)置，由一顆高集成、單芯片IC完成了所有的音視頻處理功能及系統(tǒng)控制功能。芯片集成了視頻解碼/編碼，NTSC/PAL/SECAM模擬視頻解調(diào)，DTMB數(shù)字解調(diào)，多格式音頻解調(diào)/解碼/處理，集成了海思專業(yè)的圖形引擎 Hi-Imprex II Engine，支持3D降噪、3D自適應顏色管理，支持HDR處理。

（4）音頻功放電路采用了ESMT公司的AD82584D芯片，BTL型的數(shù)字功放模式，在VCC=12V，RL=8，THD=10%的情況下，完成伴音信號的2X15W的放大輸出。

（5）數(shù)字圖像處理緩存采用兩顆Nanya公司的NT5CC256M16DP-EK 的DDRIII SDRAM芯片，256M x 16 X 2，工作電壓1.5V，最高工作在1866 MHz的頻率下，配合Hi3751 V310完成3D梳狀濾波器、3D Deinterlacer的圖像處理時的幀緩存功能以及數(shù)字音視頻處理功能。

（6）Flash存儲器采用Samsung公司的KLM4G1FEPD-B031 EMMC FLASH，兼容EMMC 5.0 SPEC，4GB X 8，支持0～400MHz工作頻率，完成軟體程式的存儲、OSD操作界面以及電視各工作狀態(tài)的存儲。

（7）WIFI+BT模塊回路采用BROADCOM BCM43242+Realtek 8192AU 二合一模組，支持2T2R，2.4GHz/5.0GHz雙頻輸出，支持BT4.0標準。

（8）外圍接口回路：包括2個USB2.0 Host 接口，1個USB3.0 Host 接口，1個10M/100M 自適應網(wǎng)口，1個CI/CI+接口，1個IR 接收處理器，4個KeyPAD 接口，多路I2C 接口，3個UART 接口，多組GPIO 接口等。

1.2采用以上方案設計的模擬/數(shù)字地面波接收機具有的主要功能和技術(shù)特點

（1）數(shù)字視頻輸入

高清晰多媒體接口（HDMI）輸入：支持3路HDMI 輸入接口，其中一路支持HDMI2.0，一路支持MHL2.0/HDMI1.4，一路支持HDMI1.4/ARC內(nèi)置HDMI開關(guān)切換，同時還兼容DVI/HDCP接收標準，可以實現(xiàn)4Kx2K @60Hz 輸入，1920X1080顯示。

USB接口輸入：支持2個USB2.0 Host 接口，1個USB3.0 Host接口，USB3.0模塊支持USB3.0協(xié)議規(guī)定的5Gbit/s傳輸速率以及向后兼容USB2.0協(xié)議規(guī)定的480Mbit/s傳輸速率，可以通過連接USB Hub，連接最多127個設備。

（2）模擬視頻輸入

模擬視頻輸入：Hi3751 V310具有三路復合視頻（CVBS）輸入，1路S端子（YC）輸人，可以靈活搭配應用。通常情況下，一路CVBS輸入作為TV輸入，另外的兩路為背面AV輸入+側(cè)面AV輸入。S端子輸入在目前的電視設計上已經(jīng)基本不用了。

高速模擬輸入：Hi3751 V310具有四路高速10bit模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）輸入端口。這四個ADC輸入端口是完全等同的，每一路都可支持電腦格式的VGA、XGA輸入，YPbPr高清信號的SDTV、HDTV輸入，最高可支持1080p、UXGA@60Hz輸入，可以隨意組合和應用，十分靈活方便。

（3）多格式音頻解調(diào)、解碼

多格式音頻解調(diào)：支持第二伴音中頻解調(diào)（SIF），支持NICAM（麗音），A2，EIA-J，BTSC（美國立體聲），F(xiàn)M 和AM 全制式標準解調(diào)，可以實現(xiàn)支持伴音制式和模式的自動檢測，內(nèi)銷電視不需要支持麗音。

多格式音頻編解碼：支持Dolby Digital Plus/ Dolby TrueHD/ DTS/ MPEG2等格式解碼以及WMA/MP3/WAV/AAC/AC3 /DRA/ DTS等編碼協(xié)議。

（4）音頻處理

Hi3751 V310也集成了聲音處理部分，它最多可支持3路立體聲（L/R）和2 路MIC（麥克風） 輸入。對于HDMI，可支持采樣頻率為32K、44.1K、48KHz。在輸出方面，它最多可支持3路立體聲（L/R），內(nèi)置了音頻DAC和一個線性輸出，同時還有I2S和SPDIF輸出。在音效處理方面，Hi3751 V310具有音量、平衡、低音、高音、靜音、均衡器、立體聲和環(huán)繞聲可選等功能。

音頻功放輸出規(guī)格：Hi3751 V310上采用的是傳統(tǒng)的BTL型功放（ESMT公司的AD82584D芯片），在VCC=12V，RL=8，THD=10%的情況下，可以達到15WX2的功率，此外還可以提供一路耳機輸出。

（5）模擬電視系統(tǒng)

采用調(diào)諧器+中放解調(diào)的數(shù)模一體化高頻頭，支持全制式解調(diào)，AIF Demod（Analog Intermediate Frequency demodulator）完成對模擬中頻電視信號進行解調(diào)，而對輸入的音視頻信號，將視頻解調(diào)到基帶上，音頻信號解調(diào)到基帶或者SIF中頻輸出，對視頻輸入信號濾除殘留邊帶，濾除音頻干擾信號，調(diào)整到合適電平上輸出。

（6）模擬和數(shù)字視頻輸出

LVDS （Low-Voltage Differential Signaling）低電壓差分信號。這種技術(shù)的核心是采用極低的電壓擺幅高速差動傳輸數(shù)據(jù) ，可以實現(xiàn)點對點或一點對多點的連接，具有低功耗、低誤碼率、低串擾和低輻射等特點。本模塊支持一路RGB數(shù)據(jù)輸入，2 Link LVDS數(shù)據(jù)輸出，每個差分對的速率達到500Mbps，支持最大輸出分辨率：1920X1080@60Hz。

2　地面波數(shù)字電視接收機系統(tǒng)

在從模擬電視到數(shù)字電視的發(fā)展進程中，以DTMB為標準的地面數(shù)字電視由于是通過地面數(shù)字信號來收看電視，既能擺脫有線的束縛，又具有造價低、覆蓋面廣的優(yōu)勢，因此成為數(shù)字電視普及的重要方式之一。

2.1地面波接收機系統(tǒng)組成

數(shù)字電視接收機主要完成數(shù)字電視射頻信號接收、信道解調(diào)、MPEG-2 TS 解碼、視頻輸出等一系列功能。按功能劃分，數(shù)字電視接收機主要由射頻接收解調(diào)前端和MPEG-2TS 處理后端兩部分構(gòu)成，接收解調(diào)前端子系統(tǒng)主要由調(diào)諧器、解調(diào)芯片和微控制器（Micro Control Unit，MCU）組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　接收解調(diào)前端結(jié)構(gòu)圖

圖3　軟體系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

2.2地面波接收機信號處理流程

本方案中調(diào)諧器采用MaxLinear公司的MxL661-AG-R數(shù)模一體高頻調(diào)諧器，信道解調(diào)芯片采用海思Hi3751 V310內(nèi)置DTMB解調(diào)器， MCU采用Hi3751 V310內(nèi)置ARMCortex-A53的雙核處理器。

MxL661-AG-R將接收到的RF 信號下變頻為特定頻率的IF 信號輸入到解調(diào)芯片。解調(diào)芯片對該IF 信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并進行解調(diào)、均衡、55 糾錯、解碼后輸出符合MPEG-2 標準的TS，同時根據(jù)輸入信號的大小給出調(diào)諧器的輸出自動增益控制信號。經(jīng)解調(diào)芯片處理后獲得的MPEG-2 TS，經(jīng)同步并行接口（SynchronousParallel Interface，SPI）按照CMOS 電平標準輸出。而對調(diào)諧器和解調(diào)芯片的控制由MCU通過I2C 總線來完成。

經(jīng)接收解調(diào)前端解調(diào)輸出的MPEG-2 TS，在Hi3751 V310內(nèi)部實現(xiàn)TS 的解擾、解復用、MPEG-2音視頻解碼，最后通過高清晰度多媒體接口（High Definition MultimediaInterface，HDMI）傳送給顯示終端實現(xiàn)數(shù)字電視節(jié)目的實時播放。

2.3軟件功能設計

本方案主芯片Hi3751 V310內(nèi)置ARMCortex-A53的雙核處理器，64bit CPU，工作頻率最大支持1.2GHz?？紤]到成本和通用性，數(shù)字電視接收部分采用linux操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)負責數(shù)字電視接收系統(tǒng)的全部軟件和硬件資源的分配、調(diào)度工作、控制并協(xié)調(diào)并發(fā)活動、能通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能軟體。

系統(tǒng)（見圖3）采用自上向下的分層設計方法，保證了系統(tǒng)架構(gòu)清晰、可移植性強，同時，又采用了功能模塊化設計，使得程序模塊有較強的獨立性，有利于代碼的編寫、閱讀和維護。基于硬件平臺之上的五個軟件層通過編程接口逐級調(diào)用，完成相應的功能。

數(shù)字電視的軟件工作流程如下：（1）數(shù)字電視的源程序裝載于FLASH ROM內(nèi)。加電啟動后，各芯片進行上電復位，主控CPU從FLASH ROM內(nèi)加載并運行程序。程序首先完成軟硬件初始化，包括時鐘初始化，系統(tǒng)內(nèi)存初始化，前端解調(diào)初始化以及音視頻解碼寄存器初始化等，并建立多個工作進程。多進程模式使主控CPU能同時處理多個工作流程，并進行進程間的通信控制。（2）系統(tǒng)完成初始化后，用戶通過遙控器選擇頻道，頻道選擇界面通過OSD顯示。主控CPU響應遙控器指令，通過I2C總線設置調(diào)諧器，使調(diào)諧器將來自天線的高頻信號經(jīng)過調(diào)諧輸出為中頻信號。中頻信號經(jīng)信道解調(diào)器處理后，輸出TS流。（3）主控CPU內(nèi)PID過濾器實現(xiàn)TS流解復用，將相關(guān)的ES或PES流分別送入音視頻解碼器，最終輸出音頻和視頻信號。TS流中的節(jié)目信息經(jīng)過解析并存儲，用戶通過OSD查詢菜單，了解相關(guān)的節(jié)目信息。

3　結(jié)論

本文基于Hi3751 V310方案，介紹了一種具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的DTMB數(shù)字電視一體機的設計方法，并詳細闡述了各個功能模塊的組成和工作原理。由于消費市場的需求增大，新型的設計方法和理念的提出為日后數(shù)字電視的發(fā)展提供的廣闊的空間和強有力的技術(shù)基礎。

參考文獻

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