DTMB车载数字电视终端与实现

引言

　　中国的地面传输数字电视国家标准

　　(《GB20600-2006数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》，以下简称DTMB)自从2006年8月公布以来，已经在国内许多城市开始了试验播出。地面数字电视能够很好地支持移动接收，车载电视的市场发展潜力非常巨大。由于DTMB融合了多载波与单载波两种模式，为了更大范围地适用于国内用户的需求，市场迫切需要能够支持上述两种载波模式的车载数字电视终端方案。

　　本文介绍了一个基于DTMB的车载数字电视解决方案。为满足市场对全国标支持及低成本的需求，信源解码部分使用了北京海尔集成电路设计有限公司开发的 "爱国者II号"Hi2016解码芯片，信源解调部分使用了北京凌讯华业科技有限公司研制的LGS-8G42解调芯片。该方案具有很强的适用性和很高的性价比，相信会对加快中国数字电视产业的发展起到很好的推动作用。

　　DTMB简介

　　DTMB是一种具有我国自主知识产权的地面数字电视传输标准。根据地面数字多媒体电视广播的服务需求、传输条件和信道特征，DTMB传输系统采用了创新的TDS－OFDM(时域同步正交频分复用)调制方式。使用特殊设计的PN序列作为同步信号填充OFDM保护间隔，实现了快速稳健的同步和高效的信道估计，提高了频谱效率。在抗多信道噪声、多径、多普勒衰落、时钟恢复、传输效率等方面优于其它地面数字电视传输国际标准，具备良好的性能。DTMB高度灵活的操作模式，使其具有很强的移动接受能力。

系统硬件设计

　　硬件电路主要由MPEG-2解码模块、解调模块、视频显示模块和音频处理模块等四部分组成。系统硬件原理框图如图2所示。

DTMB使用的高频头与DVB-T系统的高频头有很大程度的兼容性，许多支持DVB-T的高频头可以在DTMB的接收终端中使用。本方案选用高频头的是深圳伯利恒电子科技有限公司的BLH-DBT-702,其接收频率范围为V段(162MHz~444MHz)和U段(448MHz~862MHz)，输出中频信号36.167MHz，其优点是：体积小，较低的本地相位和噪声，内置的DC/DC模块使得外部只需单一5V供电；通过I2C总线设置内部寄存器可完成频带选择和控制。高频头将天线接收的广播信号通过内部增益等电路变换，输出IF模拟信号，经外围A/D变换电路转换为中频数字信号，送入信道解调芯片。

　　信道解调芯片选用的是凌汛科技的LGS-8G42。该芯片支持单载波和多载波两种模式，通过对相关寄存器状态的侦测，完成单载波和多载波模式的判断及控制，全面支持DTMB标准，适用于户内、户外、固定及移动接收的电视终端，是适用于车载电视的理想芯片。LGS-8G42芯片接收数字IF信号，然后将其转换成基带信号，经过必要的信道解调及前向纠错解码等处理以后，输出并行或串行的TS流(Transport Stream)数据,同时利用芯片内部自动增益控制模块输出的信号来控制高频头内部中频放大器的增益，使输出中频信号的功率处在某一特定的范围内。

　　信源解码芯片选用的是海尔Hi2016，该芯片内部集成了高性能的CPU和音视频解码器，完成TS流的解扰、解复用及MPEG-2音视频解码，同时负责控制上层应用软件。Hi2016的视频输出支持CVBS、S-VIDEO、YPbPr、YCbCr等多种模式，设计中采用了YCbCr、4:2:2模式，YUV输出8bit精度，符合ITU-656标准，可连接液晶显示屏驱动电路的ITU-656接口。Hi2016的音频解码器支持音频PCM数据输出，通过外加音频A/D转换芯片HT82V731将数字音频信号转换为模拟信号，再经过放大电路驱动车载电视自带的小音箱。为了便于能够利用车内音响设备得到更好的音响效果,在本方案中内置了立体声FM射频输出电路，用户可选择启动该功能，通过车载FM收音机接收电视伴音。

　　LCD驱动电路中采用了芯片MST720，它内置有MCU、TCON、Scaling Engine、ITU-656接口，实现了与解码芯片视频输出的对接。考虑到车载电视的尺寸与合适的性能价格比，液晶屏选用了7英寸模拟屏。

面板操作与红外遥控采用了液晶驱动芯片主控的方式。MST720接收的红外信号分为两类，一类是对LCD的控制信号，另一类是对Hi2016的控制信号。当红外信号为后者时，则采用MST720的GPIO端口进行模拟，然后送入Hi2016的红外数据采集接口，完成数字电视相关操作。

　　系统软件设计

　　依照软件工程的思想，本系统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。其中硬件平台只向操作系统与驱动程序提供编程接口；同样操作系统只向设备驱动程序、应用服务程序和应用程序提供编程接口；应用服务程序只有应用程序才能调用。

　　操作系统层

　　本方案的系统软件采用了mC/OS-II，这是一个源代码公开的实时嵌入式内核，它提供了任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间的通信与同步等功能，能够满足实时系统的基本要求。绝大部分mC/OS-II的源码是用移植性很强的ANSI C写的，和微处理器硬件相关的部分使用汇编语言编写，并且压到了最低限度，使得mC/OS-II便于移植到其它微处理器上。mC/OS-II系统由多个相对独立的目标模块组成，并提供了清晰的接口，用户可以根据需要选择适当模块来裁剪和配置系统，从而减少产品中的mC/OS-II所需的存储空间。

　　设备驱动程序层

　　设备驱动层位于操作系统层之上，完成对硬件设备进行通讯和控制的功能，Hi2016的软件包中提供了一套驱动程序集，包括解复用驱动、音视频驱动、图形界面驱动、FLASH驱动、DMA驱动等，本课题重点实现了I2C驱动、信道解调驱动、高频头驱动、SPI驱动、FM(调频)驱动和液晶驱动模块。

　　本方案中采用的信道解调芯片LGS-8G42和高频头BLH-702均为I2C器件，可以利用Hi2016的两个GPIO端口来模拟I2C总线，用软件控制I/O口，构建虚拟I2C总线操作平台，从而完成对解调芯片和高频头的寄存器设置及流程控制。

　　调频发射芯片BH1418是一个带有SPI串行数据接口的芯片，由于它只需实现单向传输，可以利用Hi2016的三个GPIO端口模拟SPI总线，进行发射频率的设置。

　　液晶驱动芯片的需要设置的寄存器比较多，芯片供应商提供了功能完善的软件包及调试工具，可以实时监控芯片工作状态，修改寄存器的数值，方便了驱动程序的开发。

　　应用服务程序层

　　应用服务程序层，包括数据库管理、FLASH管理和Tuner管理等模块。数据库管理模块负责管理软件系统中使用的数据库，例如频点信息、节目信息和系统信息等等，它向上层软件提供通用的接口函数来实现数据访问，可以进行数据的添加、修改、删除以及查找和排序等操作。FLASH管理模块直接服务于数据库管理模块，它的任务是将数据库中的数据按照一定的格式先存储在缓存区，然后再存储到主存储区。Tuner管理模块根据应用程序层发送来的消息，完成对Tuner的相关操作，确保Tuner能够稳定工作，并反馈执行的状态和结果。

　　应用程序层

　　应用程序层，包括节目搜索、节目播放、以及条件接收(扩展)、电子节目指南(扩展)等应用模块，响应于最上层的用户接口层，由用户接口层发送消息来进行驱动，同时也通过消息将命令传送至下层Tuner管理层，调用Tuner的驱动模块驱动Tuner，Tuner管理层根据管理机制决定是否向Tuner发送锁定命令，当成功锁定频点后，Tuner管理层将锁定状态通过事件回调机制同样是由消息传至解复用模块，然后再进行数据通道和过滤器的申请，完成音视频流的分离和播放，并调用数据库管理模块存储节目信息。

　　人机交互程序层

　　人机交互层，简称USIF，是用户与接收终端进行交互的通道，主要完成消息和事件的受理，与操作系统的消息不同，这里提到的消息指USIF内部根据系统消息产生的内部消息。USIF任务接收到其它任务通过操作系统发送来的消息后，将其内容按照一定格式打包，通过消息传递路径发送给窗口和控件，然后由消息处理函数分析收到的消息，产生特定的事件类型，交给事件处理函数处理。
基于mC/OS-II的分层软件平台，各模块之间采用消息队列进行通讯，能够很好满足车载数字电视的基本功能，同时还提供了条件接受、电子节目指南等接口，便于扩展功能的应用。

　　结语

　　本方案采用LGS-8G42和Hi2016构建的标清车载接收终端，实现了数字电视地面多媒体广播DTMB在车载环境下的应用，目前已经通过实验室和车载环境的测试，移动状态下的接收性能稳定良好，其低功耗、低成本、高性能的特点有助于车载数字电视的普及。展望未来，为了适应更高的客户需求，以车载数字电视平台为核心，集无线通信、导航、视听娱乐等服务于一体，将是汽车数码产品的发展趋势。