當前，廣播電視正處于模擬技術向數字技術，單向廣播向雙向交互式傳輸，基本業務向擴展和增值業務的過渡和發展階段。數字有線電視機頂盒正是這一發展階段的產物。借助機頂盒，人們不僅可以用原有的模擬電視收看數字電視節目，還可利用數字機頂盒交互式功能獲得電子節目指南（EPG）、視頻點播（VOD）、收發電子郵件、數據廣播、遠程教育等增值服務。具體操作上，需要在用戶終端的模擬電視機上加裝機頂盒以完成數字電視信號和數據的接入，并完成視音頻信號的解碼輸出。本文介紹了機頂盒系統的硬件設計。
器件的選型
選擇芯片時除了要滿足基本的接收數字電視功能，還要能夠使用戶通過有線電視網絡實現Internet的高速接入，即要具備STB和Cable Modem兩種基本的應用模塊。根據這一需求，本設計選擇了CONEXANT（科勝訊）公司的交互數字電視機頂盒單芯片CX24430為核心來設計整個系統。
系統的整體結構
本系統以CX24430芯片為核心，還包括電纜調諧器（Tuner）、上行功率放大器、作為固化程序和存儲節目參數用的閃存、配合CPU處理和存儲數據使用的SDRAM、EEPROM、音頻DAC及音視頻輸出電路和電源單元等，此外，還有用于軟件調試的Multi-ICE接口和用于終端監控的RS23接口以及USB接口、1394接口和以太物理層RJ45接口等。系統結構框圖如圖1所示。
圖1 機頂盒終端系統結構框圖
本系統設計的主要創新之處在于系統采用雙CPU架構，各自獨立地支持Cable Modem和系統的應用程序運行。基本工作流程是：數字電視信號從電視臺經過有線電纜傳輸到用戶后，若要恢復出原始的圖像和聲音，需要經過多個過程。首先進行信道解調和解碼，然后對輸出的傳輸流進行信源解碼，包括解復用、音視頻解碼、圖形處理、視頻編碼和音頻DAC等。
主要模塊的硬件設計
1 系統前端接入部分的設計
綜合業務數字有線電視雙模機頂盒的前端射頻接入信號主要包含下行帶內的數據流（包括音視頻和IP網絡）、下行帶外的數據流和上行數據流（包括帶內和帶外）；其中帶內頻率的通道用來傳輸音視頻和IP網絡的數據，帶外頻率的通道主要用來傳輸CATV網絡頭端的電纜調制解調終端系統（CMTS）和用戶端的機頂盒的控制參數和交互信息，而且各種信息和數據在HFC網絡上通過頻分復用和時分復用得到并行的處理。
前端接入部分的設計如圖2所示。其中，PMX1338C為集成模塊，接收射頻信號，包括LNA低噪放大器、同向雙工器（將發射和接收的射頻信號隔離）和信號分離器（將下行信號分發到相應的端口）；MT1530包含反混頻濾波和上行信號功率放大；CX2443x用做數字解碼和編碼以及輸出到外部接口。
圖2 系統前端接入電路圖
圖3 機頂盒接受系統后端電路圖
音視頻輸出部分電路設計
在機頂盒接收系統中，CX2443x后端子系統的視頻和音頻解碼器構成了系統音視頻輸出接口；解碼后的音視頻信號從半導體晶振輸送到立體聲DAC CS4335，或者從雙重的音/視頻信號開關輸送到CX2161R。音視頻信號輸出部分的電路如圖3所示。
音視頻解碼的原理和電路設計實現
1 音視頻信號解碼處理的流程
數字電視技術的首要目標是提高傳送圖像的質量，完成對數字有線電視的相關改造后，不僅傳送圖像的質量而且傳送圖像的數量均要得到提高。CX2443x是高度集成的單片IC，它在一塊芯片上包含了完整的STB后端子系統和CM子系統。其后端子系統包含有一個視頻解碼器、一個音頻解碼器、三個多標準傳輸流解復用器和高性能的嵌入式32位ARM920T RISC處理器以及集成的外設I/O接口等。CX2443x片上的數字電視解碼內核能夠對音視頻流信號進行完全的解碼并最終輸出數字的視頻和音頻信號到編碼模塊。
信號流的處理過程如圖4所示。完成了解調和信道解碼的MPEGⅡ格式或其他格式的音視頻信號傳輸流在解復用模塊進入DTDC子系統，它包含了音視頻的基本碼流、同步信息、程序導航和解密信息。解復用分析器標識這些不同格式的數據并輸送每一格式的數據到相應的內存緩沖器。程序導航和解密信息則被輸送到DTDC外部主機；音視頻的基本碼流被輸送到專用的SDRAM中，并通過存儲橋傳送到相應的解碼器以輸出音視頻的解碼數字信號；同步信息則被輸送到一個音視頻同步機。
圖4 數字電視數字解碼子系統結構圖
2 音視頻解碼模塊的電路設計實現
CX2443x和其他子芯片以及晶振電路協同完成信號的解碼處理，如圖5所示，這部分設計主要包含音頻視頻信號模塊、系統調試用的JTAG口的電路連接，以及一些外圍電路。CX2443x芯片輸出完成數字解碼的音頻和視頻到相應的編碼模塊。JTAG口用來連接外部的調試設備，在實際電路設計中要注意外部晶振電路的配合。
圖5 音視頻解碼模塊的電路
機頂盒音視頻解碼測試
經過初步的測試，本樣機設計符合以下標準：信道解碼遵循DVB-C EN300 429；視頻解碼遵循MPEG-2 Video（MP@ML）和MPEG-1 Video；音頻解碼遵循MPEG-2、MPEG-1和線性PCM。數字電視信號解碼處理后的圖像如圖6所示。
圖6 解碼圖像的顯示
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