天津大学
硕士学位论文
标准清晰度数字电视机顶盒信源解码器硬件研究与实现
姓名：高宏伟
申请学位级别：硕士
专业：信号与信息处理
指导教师：国澄明
20030101
摘要
数字电视是继黑自电视和彩色电视后的第三代电视。通过机顶盒可以使用现有的模拟电视收看数字电视节目。标准清晰度数字电视（ＳＤＴＶ）的图像质量相当于ＤＶＤ的图像水平。
本论文完成的任务是设计与实现“标准清晰度数字电视机顶盒”项目中的信源解码器硬件部分。我们选用ＴＳＴ公司的ＳＴｉ５５１８单片标准清晰度数字电视信源解码器方案。本论文详细介绍了标准清晰度数字电视机顶盒信源解码器的硬件构成和实现原理，以及电路板的设计方法。
本系统的核心芯片是ＳＴｉ５５１８，它是一个高度集成的单片机顶盒信源解码器芯片。它集成了一个高性能的３２位ＣＰＵ、一个专用的ＤＶＢ传输流解复用和解扰模块、一个具有先进的显示和图形性能的ＭＰＥＧ－２视频解码模块、一个支持３Ｄ环绕和ＭＰ３的音频解码模块、一个数字视频编码器。另外，ＳＴｉ５５１８内置ＡＴＡＰＩ接口可和标准硬盘驱动器无缝连接，实现实时电视录放像、暂停和时移（ｔｉｍｅ．ｓｈｉｆｔｉｎｇ）等功能。通过集成的ｃＩ接口和智能卡接口可以实现条件接收。
本系统提供ＣＶＢＳ、ｓ端子和ＹＰｒＰｂ三种视频输出格式和５．１声道音频输出。
关键词：标准清晰度数字电视，信源解码器，机顶盒，ＳＴｉ５５１８，硬盘录像机，条件接收，ＭＰＥＧ．２
勰Ｓ鼍ｌ溘ＣＴ
ａｎｄｃｏｌｏｒＴＶ．ＤｉｇｉｔａｌＴＶｉｓｔｈｅｔｈｉｒｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＴＶａｆｔｅｒｂｌａｃｋａｎｄｗｈｉｔｅＴＶ
ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅＳｅｔ－ｔｏｐｂｏｘ，ｗｅｃａｌｌｒｅｃｅｉｖｅｔｈｅｄｉｇｉｔａｌＴＶｐｒｏｇｒａｍｗｉｔｈａｎａｌｏｇＴＶ．ＴｈｅｖｉｄｅｏｑｕａｌｉｔｙｏｆＳＤＴＶｉｓｔｈｅｓａｍｅａｓＤＶＤ’ｓ．
Ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｔｈｅｐａｐｅｒｉｓｔｏｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｓｏｕｒｃｅｄｅｃｏｄｅｒ’ＳｈａｒｄｗａｒｅｏｆＳＤＴＶｓｅｔ－ｔｏｐｂｏｘ．ＷｅｃｈｏｓｅＳＴ’ＳＳＤＴＶｓｏｕｒｃｅｄｅｃｏｄｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅＳＴｉ５５１８．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｒｅａｌｉｚｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅＰＣＢｄｅｓｉｇｎａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．
ＴｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｓＳＴｉ５５１８ｗｈｉｃｈｉｓａｈｉ醢ｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ
ｄｅｃｏｄｅｒ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｕｓｉｎｇｉｎｆｅａｔｕｒｅ—ｒｉｃｈｍａｓｓ－ｍａｒｋｅｔｓｅｔ－ｔｏｐｂｏｘｅｓ．Ｉｔｉｎｔｅｇｒａｔｅｓａｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ３２－ｂｉｔＣＰＵ，ａｄｅｄｉｃａｔｅｄｂｌｏｃｋｆｏｒＤＶＢｔｒａｎｓｐｏｒｔｄｅｍｕｍｐｌｅｘｉｎｇａｎｄｄｅｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ，ｍｏｄｕｌｅｓｆｏｒＭＰＥＧ一２ｖｉｄｅｏａｎｄａｕｄｉｏｄｅｃｏｄｉｎｇｗｉｔｈ３Ｄ—ｓｕｒｒｏｕｎｄａｎｄＭＰ３ｓｕｐｐｏｒｔ，ａｄｖａｎｃｅｄｄｉｓｐｌａｙａｎｄｇｒａｐｈｉｃｓｆｅａｔｕｒｅｓ，ａ越ｇｉｍｔｖｉｄｅｏｅｎｃｏｄｅ＊ａｎｄａｌｌｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓｒｅｑｕｉｒｅｄｉｎａｔｙｐｉｃａｌｌｏｗ－ｃｏｓｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｒｅｃｅｉｖｅｒ．ＡｎＡＴＡＰＩｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｓｂｕｉｌｔ－ｉｎ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｔｈｅｇｌｕｅｌｅｓｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｓｔａｎｄａｒｄＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅｓ。Ｉｎｔｈｉｓｗ鼢ｔｈｅＳＴｉ５５１８ｉｓｉｄｅａｌｆｏｒｓｅｔ－ｔｏｐｂｏｘｅｓｆｅａｔｕｒｉｎｇｔｒｉｃｋｍｏｄｅｓｓｕｃｈａｓｌｉｖｅＴＶｒｅｃｏｒｄｉｎｇ，ｐａｕｓｉｎｇａｎｄｔｉｍｅ＊ｓｈｉＲｉｎｇ．Ｉｔｉｓｖｅｒｙｅａｓｙｔｏａｄｄｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｃｃｅｓｓ（ＣＡ）ｍｏｄｕｌｅｕｓｉｎｇｔｈｅｂｕｉｌｔ－ｉｎＣＩｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄＳｍａｒｔｃａｒｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｒｅｅｖｉｄｅｏｏｕｔｐｕｔｆｏｒｍａｔｓ一－ＣＶＢＳ，Ｓ－Ｖｉｄｅｏ，ＹＰｒＰｂａｎｄ５．｛ｃｈａｒｍｅｌａｕｄｉｏｏｕｔｐｕｔ．
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＳＤＴＶ，ＳｏｕｒｃｅＤｅｃｏｄｅｒ，Ｓｅｔ－ｔｏｐｂｏｘ，ＳＴｉ５５１８，ＨａｒｄｄｉｓｋＶｉｄｅｏＲｅｃｏｒｄｅｒ，ＣｏｎｄｉｔｉｏｎＡｃｃｅｓｓ，ＭＰＥＧ－２
独创性声明
本人声旋巍堡交翡学整论文篷零久在导舞撂孥下进行夔磅究工终霸取搿豹研究成果，除了文中特别加以标注和数谢之处外，论文中不包含其他人已经发袭或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼蠢堂戏其他教育机构的学位或诞蕊焉使弱过的榜秘。与我一露工｛乍的弱悫对本磅究掰徽静｛王侮贡献媲基在论文中作了明确静说瞬并表示了澍意。
学谴论文终者签考：盔坤签字鑫麓；枷３年，胃珥嚣
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第一章绪论
第一鬻绪论
１．１数掌瞧视溉述‘１】
近年来随着计算机技术、集成电路技术、数字信号处理技术以及通信技术的发展，数字魄视技术也醚之快速发展。数字电视是继黑自电视和彩色电视后酶第三｛弋电视。数字电视包播标准清糍度魄褫（ＳＤＴＶ）帮离清涛ｉ度电筏（ＨＤＴＶ）。褓准清晰度电视的图像和伴街质量都比目前模拟电视有较大提高，图像的解析度相当于ＤＶＤ的图像水平。并且其频道利用率高，在目前模拟电视的一个频道内可以同露黉戆４襄ｆ或更多）懿壤渍嚷度苇瓣。毫潼瘊疫激程，西嚣霹罐供褶当予搽准清晰度电视画面５倍的储息量，因此具有更高的图像分辨率和清晰度。高清晰度电视的图像格式最高解析度为１９２０Ｘ１０８０即最高舷示是目前模拟电视画面清晰度的２—３傣，离渍鳜痰魄巍采用１６；９验图像模式，嚣不是传绫的４：３模式，标准清酝发电视粼采瘸兼容１６：９和４：３模式，囱逛视台最终确定广撵朗横式。与模拟电视相比数字电视有以下优点：
（１）图像清晰度高。使用效果不受传输、转播影响，在接收端可以达到发射臻戆零平。
（２）音频质量高。支持５．１声道的数字环绕声节目源，可以通过电视节目获得家庭影院效果。
（３）拭予撬。数字援鼹不受干扰、壤益、摇经镶误和宰毒懿影嫡。固等佟稔条件下酌摭干扰能力鹄驻优予模掘嘏褫。
（４）传输效率高。进行地面方式发送时，原模拟电视的一个频道内可同时播放至少４套ＳＤＴＶ，有线电视网中的一个频道可同时播８．１０套ＳＤＴＶ。
（５）可！｜三ｌ蓑容瑗有谈羧电视。遴过在酱逶电褪嘏蔫麓装数字邀巍穰簇鑫帮露接收数字电视节目，电视台的电视节目制作设备也可部分沿用。
（６）提供全新的多业务用途。普通的模拟电视只能是按电视螽预定的节Ｈ表搔放节嚣，瘸户只能被动逮接牧。数字赣程疆与毫德霹及诗算掇题稳结会，实疆三网融合，不仅使信息源更为丰富，还可增加用户与各种信息源之间的交直憔，实现用户自由点播节目、自由选取网．ｔ的各种信息，可以提供多种数据服务业务，使电视机可以真正融入副信息网络中去，可以实现雾种新的功熊，例如，家长可对藩分龟褫节嚣设定密璐，竣薅壹采藏年天毅著隈髑缀节嚣等。
１．２数字电视技术的发展现状【１，２，３】
ｌ。２。１国际上数字电｛！；邑技术的发震
日本的商清晰度电视起步较早。１９７２年就向ＣＣＩＲ提出ＨＤＴＶ提案，首先汗发Ｔ１１２５行蠢演嚷度秀援系统。１９８８年又曩高溃曦疫毫视成功溅对汉城受运会进行了实躐转播。日本楚理高清晰度魄视和普通电视关系的方法怒使用单独的卫星通道传送高清晰度电视节目，使用被称为多重亚取样编码（ＭＵＳＥ）的传输方式，基本上是模拟传输。
超先获灏不蓥心全部ＨＤＴＶ索场巍霾本独占，设诗了一条觚ＭＡＣ翻联》一ＭＡＣ的逐步过渡到ＨＤＴＶ的道路，假ＭＡＣ和Ｈ．Ｄ－－ＭＡＣ也都是模拟传输。最终不得不因荧国先进的数字方案而放弃ＨＤ－－ＭＡＣ转而推动ＤＶＢ。由德国通信郄建议成立了欧溅秀发小缀，壹１７０爹令组织共嗣开发全数字秀嫒系统，包臻遮面广播、卫缀广播和有线电视传输的数字标准清新发（ｓＤ）电视和商清靳度（薹｛Ｄ）电视。并于１９９３年９月创建了数字视频广播项目（ＤＶＢ）。但欧洲一直认为ＨＤＴＶ的市场尚逡，因此当前致力于数字标准清晰度电视的磺究开发。榴继出台了卫嶷数字电筏广疆传辕稼毽（ＤＶＢ．ｓ）、鸯线数字毫撬广疆傣输标准＜ＤＶＢ－Ｃ）鼗遮面数字电视广播传输标准（ＤＶＢ．Ｔ）。欧洲的策略魑：利用ＳＤＴＶ在目前便于普及的优势，抢占数字电视的世晁市场，加速在全世界普及ＤＶＢ标准，以此来与美国豹数字瞧援标准相拣攘。
同日本和欧洲相比，荚国在数字魄视的研究方蕊起步较魄，锶却是发展最快的。尽管美国曾支持过日本推出的１１２５行ＨＤＴＶ规格作为统一的世界标准，但当意识到ＨＤＴＶ港在的巨大市场之聪，美国加速了这方面的磷究，并从一搿始藏采臻了余数字纯静方察。美国在１９９１／１９９２年对嚣耱建议懿ＨＤＴＶ逡瑶广攒翻式进行了测试，由于被测试的各种全数字制式在技术和经济上的优劣没有显著的差别，为了取长补短，同时统一国内市场，其中四个数字系统的提出者于１９９３年５蜀缝成了“大联鼗”（ＧＡ），舍馋撼寤了一令绫一戆蠢准。１９９５年４胃ＡＴＳＣ通过了“ＡＴＳＣ数字电视标准”，同年８月ＧＡ样机研制成功，１０月“ＡＴＳＣ数字电视标准”被提交给ＦＣＣ审议。１９９６年１２月２６日。ＦＣＣ批准了该标准。１９９７年４月ＦＣＣ宣布：以４月７目为起点，１８个月内蠢２２座电横螽转为数字电视播密；２‘｜个胃蠹，强大商遣电裰甄簌全美卡大城带逐行数字邀裰播密（其审三大电视网播出数字ＨＤｌｖ）：３０个月内有１７００个电视台在３０个城市转为数字电视；最终计划在２００６年取消模拟电视的播出。
当蘸毽癸上基本髟城了嚣静数字广援毫援系绞标准：一耱蹙荧藿懿ＡＴＳＣ系统，一种魑欧洲的ＤＶＢ系统，两者的图像编码都采用ＭＰＥＧ－２标准，系统结构
也很相似。声音编码上，ＡＴＳＣ采用ＡＣ．３压缩技术而ＤＶＢ则采用ＭＰＥＧ．２的声音压缩标准。
１．２．２我国数字电视的发展现状
我国对数字电视的跟踪研究从２０世纪８０年代末就已经开始了，在“八五”期间，国务院组织成立了国家高清晰度电视研究开发协调领导小组，国家科委组织成立了ＨＤＴＶ发展战略专家组，组织实施了“八五”国家重点科技攻关项目“高清晰度电视技术研究”，对数字高清晰度电视进行了理论研究和计算机模拟。１９９５年，经国家高清晰度电视研究开发协调领导小组批准，成立了国家高清晰度电视（ＨＤＴＶ）研究总体组。１９９６年７月，由总体组负责，组织实施了“九五”国家重大科技产业工程项目“高清晰度电视功能样机系统研究与开发工程”。经总体组和全国多所大学、研究所以及企业的共同努力，于１９９８年６月，成功地研制出了我国第一台数字高清晰度电视功能样机系统。１９９８年９月，利用该功能样机系统在北京中央电视台进行了开路演示，取得了很好的效果。在１９９９年１０月１同，中华人民共和国建国５０周年之际，对天安门广场的国庆大典进行了现场直播，获得了成功。目前我国中央电视台和众多省市、地方电视台都已实现了电视节目的数字卫星传输，电视台的发送和接收设备正在逐步实现数字化。国家广电总局在十五规划和２０１０年远景规划中提出：我国将在卫星和有线电视中采用国际通用的ＤＶＢ标准，在２００３年完成具有我国自主知识产权的地面数字电视广播标准制定工作，并在２００５年全面推进地面数字电视广播。我们相信．随着我国申办２００８年奥运会的成功，为我国数字电视的发展提供了难得的机遇，数字电视发展前景广阔。
１．３数字电视机顶盒技术的发展状况
数字电视机顶盒是信息家电之一，它是一种能够让用户在现有模拟电视上观看数字电视节目，进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费类电子产品。根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒可分为卫星数字电视机顶盒、地面数字电视机顶盒和有线数字电视机顶盒三种。
数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有多种广播和交互式多媒体应用功能，如：（１）电子节目指南（ＥＰＧ）。用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目；（２）高速数据广播。能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种消息；（３）因特网接入和电子邮件。数字电视机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因
特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，收发电予邮件。（５）条待接收。祭传接收的核心是麓密巍勰蜜，数字电褪瓠矮盒透过条穆接收系统宴瑗付费电视。（６）数字个人录像机（ＰｖＲ）。通过硬懿实现数字电视节哥的录制和播放。
目前翻外的很多芯片生产商对于标准清晰度的数字电视枫顶盒系统已有较完整熬簿决方案，辐应荔片豹磅潮氇疆这蜀了晓较完善麴臻袋。缝魏ＳＴ公司豹ＳＴｉ５５００、ＳＴｉ５５１８方案等。中间件技术和条件接收技术也不断的更新、完善。
１．４本论文的任务
■研究ＭＰＥＧ一２橼准；
－研究ＳＴｉ５５１８、ＳＤＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、硬盘、ＴＤＡ８００４耧ＳＴＶ０７００等芯片静澄辩；
一研制信源解码器科研样机的硬件部分，参加整机调试工作；
－设计智能卡接口板，并对其进行调试；
一磺露ｌ谊源鼹码器产瑟榉捉静疆昝部分，参鸯羹整穰烫试工侈：
１．５本课蹶的研制进展与成果
本谦题予２００１年下半年齐始准备，２００２年４舞份正式寤劫。由于嚣期猿备的比较充分，课题进展的比较顺利。于２００２年８月，完成了科研样机音视频解码的调试工作。之后，又逐步完善了锶能卡接口扳调试、数字泶像机、节目数据瘁秘溺产菜单等磅戆。
２００２年１２月此项目转让给天津通信广播集团帮限公司。目前正在按客户的器求完成产品样机信源解码器的设计。
第二章ＭＰＥＧ－２标准篙分
２．１ＭＰＥＧ。２撅述㈨颤７】
ＭＰＥＧ为ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｌｓＧｒｏｕｐ的缩写，可译为活动图像专家组。ＭＰＥＧ－２楚豳ＭＰＥＧ开发的第２个枯凇。于１９９４年ｌｌ胃正式确定为国际标壤，ＭＰＥＧ－２怒”活动霭像放有关声音信惑的通用编鹦”（ＧｅｎｅｒｉｃＣｏｄｉｎｇｏｆＭｏｖｉｎｇ
ＰｉｃｔｕｒｅｓＡｓｓｏｃｉａｔｅｄＡｕｄｉｏＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）标准。ＭＰＥＧ。２标准制定始于１９９０年７月。ＭＰＥＧ为制定ＭＰＥＧ．２经常与有关圜际组织，如ＩＳＯ、ＩＥＣ、ＩＷ—Ｔ、ＩＴＵ—Ｒ镶齐会蛰调，荠注意到了与滁ＥＧ－Ｉ敬滚褰经。蓬菰蘸联夔无线邀遴售帮ｆｑ（１ＴＵ－Ｒ）从广播电视方面提出的不同需求构成了ＭＰＥＧ－２的档次／等级（Ｐｒｏｆｉｌｅ／Ｌｅｖｅｌ）概念的基础。ＩＴＵ．Ｒ在ＭＰＥＧ，２的质量检验、测试方面做了大量工作。
初期的ＭＰＥＧ－２标凇静基本要求纛嚣条：其一怒视频图像格式采用７２０×４８０豫素，箕二怒佟输码率为４～１０Ｍｂｐｓ。另外要求ＭＰＥＧ－２兼容ＭＰＥＧ—ｌ标准，以便充分发挥设备兼容能力和降低价格。随着大量撮案的涌入，ＭＰＥＧ－２也被寄予了更高的期望。人们希缀它能囊括视频通信的各釉领域，例如包括多点电视会议、吴步铃埝模式霹络溪簇逶售、嵌入式稼准毫筏镣。这样，藏要求续码羧爨弱流的句法能够适应上述备种要求，而鼠要求解码器能识别并解出各种等级的图像。这就要求有一种能够区分图像等级的编码器和解码器。另外也要把美国和欧洲不同魄ＤＴＶ方案都像摄进去。
ＭＰＥＧ－２标准主要露：系统、褫颧、音频、簿禽性测试、软件、数字存撩媒体的指令和控制、非向后兼容的音频、实时接口等。
为了适废广播、通信、计算机和家电视听工业的广阔需求以及不同的数字电褪嚣系，ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８．２（霹ＭＰＥＧ－２褪羲部分）鞠定了５类，４令等级。多黟等级的组合将给出２０种不同规格，假并非所有组合都有实际意义。下面网种技术规范比较重要：
１３ＭＰ＠ＭＬ，主类，主级。用予ＳＤＴＶ。
口ＳＰ＠ＭＬ，篱肇裳，主级。糟予数字有线魄视和数字录像机。
口ＭＰ（国ＨＬ，主擞／高级。用于全数字ＨＤＴＶ。美国的Ａ１Ｖ采用此规激。
口ＳＳＰ＠Ｈ１４４０，空间可分级类／赢１４４０级。用于ＨＤＴＶ。
２．２ＭＰＥＧ．２标准系统层简介［４，５１
ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８．１定义了ＭＰＥＧ一２系统层编码方法，主要用于把按ＩＳＯ，ＩＥＣ１３８１８－２，ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８－３编码的视频、音频及数据复用在一起。它定义了两种复用的码流疆式；节霜滤（ＰｒｏｇｒａｍＳｔｒｅａｍ）和传邀滚（ＴｒａｎｓｐｏｒｔＳｔｒｅａｍ）。
节露瀛肖点类似予ＭＰＥＧ－１，它怒幽一个或多个ＰＥＳ包组成，节目流中静各个包要具有相同的时间麟准，包的大小是可变的。节目流通常用予基本无误码的环境下，如：交互式多媒体应用等。
接送浚每令篷赘长嶷为１８８个字节，其中包头豹长度为４令字节。由予锩送流主要用于较易出现误碣的环境，因此在其构成中加入了一些说嘲传输方面的标志符。传送包的第一个字节（８比特）为包同步，便于信道解码器的同步。误码携示襄热拨控铡告诉瓣妫器转输过程孛是否有琴可穰芷的误码秘信号是否羧艇扰。传送流怒复用后形藏的，所以在一个传送流中会有多个码流，龟识弱籍（ＰＩＤ）是解码器识别各种节目弼流的识别标惑。节目参考时钟（ＰＣＲ）魑解码器的定时基准。
ＭＰＥＧ－２孛定义了擎嚣特定菇怠（ＰＳＩ），震子勰玛器豹鑫貔设霉。ＰＳＩ囊４个表组成，它们是节目相关表（ＰＡＴ）、节目映射袭（ＰＭＴ）、条件接收表（ＣＡＴ）和网络信息表（ＮＩＴ）。ＰＡｌ’表说明传送流中有多少节目及其相成ＰＭＴ表的ＰＩＤ；ＰＭＴ表说翳一个节基孛露多少ｉ孛码滚及其各自鲍ＰＩＤ；ＣＡＴ表说唆码流是否趣密，解码器利用ＣＡＴ表罨我加密控制信怠（ＥＣＭ）和细密管瑷信息（ＥＭＭ）；ＮＩＴ表说明提供节目的网络信息。在ＭＰＥＧ－２的ＰＳＩ基础上，ＤＶＢ经过扩充形成ＤＶＢ的妲务信息（ＳＩ）标准。
ＭＰＥＧ－２豹系统瑶掇镞了有效戆系统瓣步荣麓。在抟辕滚串ＭＰＥＧ主要毽弱了三个参数：节目参考时钟（ＰＣＲ）、鼹示时间标记（ＰＴＳ）和解码时间标记（ＤＴＳ）来保证视频、音频和辅助数据之间的同步。ＰＣＲ魑编码器系统时钟某一时刻的篷，它被溺鞭性缝插入羽ＭＰＥＧ的狻窭｝Ｅ特渡中。在解码器斌，ＰＣＲ被提取爨来，用于爨新内部时钟。每个节目只有一个ＰＣＲ。ＰＴＳ和ＤＴＳ也是编羁器系统时钟某一时刻的值，通常和某个编码单元相联系（如视频序列中某个图象显示戚解码的开贻位置）。它们规定了数据在解码器中的预定显示时间和解码时间。
在魏嚣簧籍澍措窭鹣是，虽然我翻在谈论ＭＰＥＧ－２静编秘、爱爝囊巅，黧实际上ＭＰＥＧ．２制订的是解码器的标凇。因为，ＭＰＥＧ－２标准只定义码流的语义和句法，编码器和复用器的具体的实现簿法是由生产厂家自行设计的。因此，无论是谨提供黪编羁器窝复瘸器，舞码器只要是符会援越瓣，裁能够滋往正确的接收。图２—１为ＭＰＥＧ２标准中的解码器示意图。
第二章ＭＰＥＧ．２标准简介
图２－ＩＭＰＥＧ２解码器示意框图
２．３ＭＰＥＧ。２标准视频部分简介‘６】
目前，ＭＰＥＧ．２标准已经在全世界范围内得到了广泛的应用，它是数字电视系统研究的基础，其中的系统、视频和音频部分是信源解码器研制工作的理论依据。美国ＡＴＳＣ数字电视标准及欧洲ＤＶＢ标准均将ＭＰＥＧ．２作为其数字电视视频编码的标准蓝本。许多国家亦纷纷宣布本国未来的数字电视将采用符合ＭＰＥＧ．２标准的系统。并且世界上许多知名的ＡＳＩＣ生产厂家都推出了ＭＰＥＧ．２视频专用解码芯片，许许多多基于ＭＰＥＧ．２标准的应用产品，如ＤＶＤ、ＭＰ３、ＤＴＶ已经进入了千家万户。
ＭＰＥＧ．２标准充分利用数字图像处理技术的最新发展来尽量压缩数字视频信号。它根据活动图像的特点和人眼的视觉特性，并利用下列技术对图像数据进行压缩：
１．采用帧内编码（Ｉ帧）、预测编码（Ｐ帧）和双向预测编码（Ｂ帧）三种编码方式，Ｐ帧和Ｂ帧采用了运动预测和运动补偿。去除序列图像在时间域
上的相关性，仅传送很小的帧差信号，大大压缩了图像数据；
２．编码后的数据分成８×８的像素块进行离散余弦变换，以消除图像在空间域上的相关性：
３．在离散余弦变换中对８Ｘ８的ＤＣＴ系数设置自适应量化器，以充分利用人眼特性，量化后的系数再利用一定的扫描方式进行排序；
４．对排序后的ＤＣＴ系数进行Ｈｕｆｆｍａｎ变字长编码，即对于出现概率小的系数可以采用长字长的码子，对于出现概率大的码予则采用短字长的码
子。这样就可以消除图像中的统计相关性；
５．此外对ＤＣＴ系数的游程编码、色度分量的水平垂直亚取样以及防止码率上下溢的编码控制策略都极大地提高了系统的编码效率。
ＭＰＥＧ．２的视频数据编码采用多层结构。它们从高到低是序列层（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ
第二章ＭＰＥＧ－２标准简介
Ｌａｙｅｒ）、图像组层（ＧｒｏｕｐｏｆＰｉｃｔｕｒｅｓＬａｙｅｒ）、图像层（ＰｉｃｔｕｒｅＬａｙｅｒ）、条层（ＳｌｉｃｅＬａｙｅｒ）、宏块层（ＭａｃｒｏＢｌｏｃｋＬａｙｅｒ）、块层（ＢｌｏｃｋＬａｙｅｒ），如图２．２所示。
这种多层嵌套结构使得编出的码流结构明了、易读，便于演播室实现快进、快退、暂停和插入临时图像组等特技效果。
总之，ＭＰＥＧ一２标准的出台，结束了全世界数字图像编解码的各自为政的混乱局面，为今后全球数字电视制式的统一打下了基础。
Ｐｉ回
ＶｉｄｅｏＳｅｑｕｅｎｃｅ
ＧｒｏｕｐｏｆＰｉｃｔｕｒｅ
回回回回回国回回回国
图２－２视频序列多层结构
第三章标准清晰度电视机项盒概述
第三章标准清晰度电视机顶盒概述
３．１标准数字电视机顶盒的结构特点
数字电视机顶盒从其结构上讲大体上可以分成两部分：信道部分和信源解码部分。信道部分即前端，负责对数字电视信号进行解调接收和信道解码，针对不同的信道可以配以不同的信道解调解码器。目前，信道部分主要有三种，即卫星、有线和地面传输。在ＤＶＢ标准中卫星传输采用ＱＰＳＫ方式调制，有线传输采用ＱＡＭ方式调制，地面传输则采用ＣＯＦＤＭ方式。信源解码部分也称后端，它主要完成从ＴＳ流输入到解码后的音、视频输出之间的所有功能，包括传输流解复用、音频解码和视频解码等，是机顶盒的核心部分。
数字电视机顶盒的主要功能是完成对数字电视信号的接收，具体讲就是把从信道传输过来的调制信号，通过机顶盒前端的高频头和信道解码芯片完成解调和信道解码，解出传输流（ＴＳ）数据，然后通过后端进行解复用分出音、视频基本流，再经过音、视频解码，最后通过Ｄ／Ａ转换和音视频后处理单元形成ＰＡＬ、ＮＴＳＣ或ＳＥＣＡＭ制式的模拟电视信号，送入电视接收机。此外，机顶盒还可以通过硬件和软件的功能扩展实现ＷＥＢ浏览，交互业务、条件接收以及个人数字录像机等功能。
３．２ＳＴ公司的ＳＴｉ５５１８方案的特点和结构‘８】
根据本次课题的任务和内容，选择的整体系统方案是ＳＴ公司的基于ＳＴｉ５５１８的数字标准清晰度电视机顶盒系统解决方案，与其他厂商同类方案相比，本方案具有以下几个特点：
１．技术相对成熟。本方案中的核心芯片ＳＴｉ５５１８的ＣＰＵ内核ＳＴ２０曾经作为ＳＴｉ５５００等芯片的ＣＰＵ核在标准清晰度的ＤＶＢ产品中得到了长时间
的考验；
２．单片解决方案，集成度高。本方案核心芯片仅ＳＴｉ５５１８一片，它能完成系统控制、解复用、视频解码、音频解码、视频Ｄ／Ａ变换在内的全部
功能，因而系统开发的难度和成本都相对减小。
３．外部接口完善。芯片提供了多个可编程ＩＯ口（ＰＩＯ）、ＵＡＲＴ口、智能卡接口、１２Ｃ总线、ＡＴＡＰＩ接口、红外接收／发送接口、ＩＥＥＥｌ３９４等。
第三章标准清晰度电视机顶盎槭遴
邋过ＡＴＡＰＩ接口，可以实现数字录像机功能，通过智能卡接口，可以
实凌条羚接牧；
４．ＳＴ公司提供完蒋的嵌入式实时操作系统ＳＴＬｉｔｅ／ＯＳ２０和强大的ＳＴＡＰＩ软件包，这些方便的开发工鼠提高了开发速度。
本次谍越所研制的标壤清晰度电：溅辍矮盒符合欧洲ＤＶＢ－Ｃ挺准。数字堍襁信号从电橇螽经过有线嘏缆传输到接收者所在位誊聪，若要恢簸疆原始的声街、图像，需要缀历多个处理过程。首先臻进行信道解硝，即信道编码的逆过程。然后，对输出的打包的传输流进行信源懈码，该部分包括解复用、激频解码、视频鳃筠、砉撬频嚣缝理等。勇乡｝，奉系统还毽綦矮蠢滚豫季趸、ｃｌ狻强秘餐能卡缓口。为了满足用户需求，还应配备遥控接收和手动控制板。机顶窳功能方框闰见图３－１。
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ＹＰｒＰｂＣＶＢＳＹＣＲ【ＪＬＳＲＳＣＬＦＥ
圈
围３－Ｉ标准清晰发数字电视机顶窳功能框图
输入壤源解玛援戆ＴＳ滚信号霹滋来叁信道鳞调与鼹码援凌可黻来叁疆滚发生器。
信道解调与解码板（前端）输出的信号可以直接输入到信源解码板。信邋解调与解码板的研制由另一名同学负责。
来耋弼滚发生器翡ＴＳ流是榜合ＬＶＤＳ电平标准豹。输入镶号首先要缀过ＬＶＤＳ板，将ＬＶＤＳ电平转化为ＴＴＬ电平，这样才能符合信源解码板的电气特
第三章标准清晰度电视机项盒概述
性。
当输入的Ｔｓ流来自信道解调与解码板时，ＳＴｉ５５１８有线数字电视机顶盒方案的工作过程是：首先，前端在ＳＴｉ５５１８内部的ＣＰＵ模块的控制下（通过ｉ２ｃ总线）把高频头调谐到某个数字频道，通过前端的ＱＡＭ解调芯片ＳＴＶ０２９７进行ＱＡＭ解调，解出数字电视的传输流（ＴＳ流）数据，连同一些标志信号一起，通过前端接口进入ＳＴｉ５５１８。在ＳＴｉ５５１８内，ＴＳ流数据通过解复用功能模块分出音、视频ＰＥＳ流，分别送往音频解码器和视频解码器，同时，提取出码流中的ＰＣＲ信息，用于时钟恢复；解复用模块分出的音频ＰＥＳ流通过芯片内的音频解码器解码，输出音频的ＰＣＭ信号，再经过ＳＴｉ５５１８片外的音频数模变换和音频后处理部分后，输出最多六个声道的模拟音频信号，或直接输出ＳＰＤＩＦ信号；视频基本流在ＳＤＲＡＭ的配合下经过视频解码器的处理之后输出解码后的亮度和色差数字信号，通过ＳＴｉ５５１８片内的数模变换模块和片外的视频后处理部分的处理，输出ＣＶＢＳ，Ｙ／ｃ和ＲＧＢ或ＹＰｒＰｂ视频分量信号：另外，视频解码器输出的数字信号还可以通过Ｄ１接口外接一个ＮＴＳＣ／ＰＡＬ视频编码器，编码输出ＮＴＳＣ或ＰＡＬ制的模拟视频信号；机顶盒的软件固化在ＦＬＡＳＨ里，开机后程序被调到ＳＤＲＡＭ中运行：系统与用户的接口是前砸板和ＯＳＤ菜单。前面板具有按键和红外接收和发射装置。用户观看ＯＳＤ菜单上的信息，通过按键或遥控器操作，前面板接收到信息后传送到ＣＰＵ中，由ＣＰＵ控制实现具体功能。
本系统电源采用的是开关电源，输入为交流２２０Ｖ电压，输出＋１２Ｖ，＋５Ｖ两种直流电压。
在本项目中本人负责的是信源解码板的硬件研制，因此，这部分在后面将详细地论述。
第四章标准清曦发电毒冕信源解码板的研制
４．１信滚解码摄功糍结构凝述
信源解码板，首要的任务是从输入的传输流中解出音视频信号。另外本系统还包括两个窍特色的功畿模块：
（１）加入了硬盘驱动器接口电路，实现硬擞渌像租静功稼：由于ＳＴｉ５５１８提供了与硬缴驱动器的连接接口，因此可以很容易实现硬盘的连接。
这样把节目流存入硬盘就能实现数字电视节目的录制和播放。并恩
囊予硬盘与磁带夔线缝存德不霞，它霹鼓送行≤｝线镌存取，因嚣疆
盘录像机还可以实现时移渌像（Ｔｉｍｅ－ｓｈｉｆｔｉｎｇ）的功能。
（２）条件接收模块；条件接收就是对视频、音频和数据镣信息加密、传浚，荠为合法用户接收、瓣密的过程。条俘接收主爨应用于收赞奄
视的传输。这就必须在枫顶盒—￡增热祭件接收功能。条锌接收从硬
件上讲主要有两种接口方式，一种魑智能卡方式，另～种是ＣＩ
（ＣｏｍｍｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅ，公共接口）方式。ＳＴｉ５５１８提供了智能卡接阴，
这个接强哭灞连接至ｌ读卡器毫跨上。瓣予ｃｌ方式鼷楚峦ＳＴｉ５５１８懿
ｃＩ接口与ＳＴＶ０７００ＣＩ控制芯片一起实现，本系统的ｃＩ模块是可选
的。
信源鼹鼹板主要出默下凡部分缱袋：
口ＳＴｉ５５１８－－一钒项盒焉端勰码器
口ＳＴＶ０７００－－一通用端口硬件控制器
心ＰＣＭＣＩＡ插庶
１６ＭＢｉｔＦｌａｓｈ
Ｏ
ａ６４ＭＢｉｔＭＰＥＧＳＤＲＡＭ
廿６４ＭＢｉｔ系统ＳＤＲＡＭ（可选）
心４０Ｇ硬盘
ＤＳＭＡＲＴＣＡＲＤ接口扳
另外本系统还包括以下辅助部分：
Ｏ前面板：包括手动控制键盘、红外接收、红岁｝发射、曼示基本信息夔数码警；
口ＲＳ２３２接翻：接ＰＣ机进行软件升级。
下图是僚源解码板的功能方框图。
鹫４。ｌ信濒勰羁嚣功戆方挺圈
信源解码板的核心芯片是ＳＴｉ５５１８，它负责：
１．系绞甥始纯和系统控裁；
２．将来螽前端或ＬＶＤＳ板的ＴＳ濂解复用；
３．视频解码：
４．视频数／模转换；
５。啻簇解玛。
为了配合ＳＴｉ５５１８的运行，需要配备一定数量的外部存储器，用来缓存码流流、解码帧、显示帧、ＯＳＤ数据等，本系统使用了两片ＳＤＲＡＭ。为了调试程序需要袁ＪＴＡＧ接口。信澈鳃码扳启动融，震要从ＲＯＭ中读取程序，翔载到ＳＤＲＡＭ中运行。考虑到将来酌软件舞缓，我们采用了可蕊场撩除与改笃豹ＦＬＡＳＨＲＯＭ来固化系统软件。
ＳＴｉ５５１８输出的视频信号是已经过数／模转换的模拟信号，经过放大滤波后霉ｌ冀壹接羧邀。本系统可敬输崮ＣＶＢＳ、Ｓ－Ｖｉｄｅｏ、ＹＰｂＰｒ三耱巍频售号。
音频解码后的数字信号通过外部ＤＡＣ转变为模拟信号，辩经过放大滤波处
理就可以输出。本系统可以提供杜比ＡＣ３５，１声道城ＭＰＥＧ－２音频输出。
舅终，零系统还配餐了ＥＥＰＲＯＭ，翅予存髓节瓣窝频道售意。提襞了ＲＳ２３２接口，用于软件升级。
下面将详细介绍信源解码板的各功能模块。
４．２蕊端接口
４．２．１传送流介绍
因为本论文工作酌鬣点是研制信源解码板的磺件，所以对传送流的籀述将集中在它的电气特性和接嗣标准上，而对其语法的细节问题将不做描述。
传送流（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｓｔｒｅａｍ）采用固定长度打包方式，包的长度为１８８字节，治磐尧ＡＴＭ（ＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｄｅ）信源载萄长菠（４７字节＞翡整数偌，这提高了传送流的互操作性。本系统中，无论是来翻信道解码板还是ＬＶＤＳ檄的ＴＳ流都是采用并行的传输方式，即按字节方式传输。
尧了嚣会痿滚鼹璐叛戆数据接收，滁了数据蘩譬夕｝还嚣要鸯戳下足令售学：１．ＤＡＴＡＣＬＫ，数掭时钟。该信号的上升沿和每个字节的数据对齐，信澈解码板依靠这个上升沿锁住数据。
２．ＤＡＴＡＶＡＬＩＤ，数据有效信号。该信号表示裔效的解调嚣输出数据或一个蠢散豹ＭＰＥＧ－２传送氯，簿续１８８个字节。
３．ＳＯＰ（ＳｔａｒｔｏｆＰａｃｋｅｔ），包起始信号，在每～个包的第一个字节为高。
４．ＥＲＲＯＲ，错误信号。该信号为高电平时表涿传送包里含有无法纠正的错浚。ＥＲＲＯＲ痿麓可§ｌ在一令健送包夔中阗变毫。在敷下‘舞嚣惑ＥＲＲＯＲ
交黼：
口前端的Ｒ－Ｓ解码器不能纠难～个传送包服的所有错谡；
ｏ芯片被复位，此时ＥＲＲＯＲ将持续为离，宣到解调器产生一个鸯效靛传送包；
口解调器失步，前端无法从到来的数据流中检测到场同步和分段同步。
来自码流发生器的数据由于认为不存在无法纠正的错误，所以来自ＬＶＤＳ扳躲痿号孛没窍嚣斑∞Ｒ黎号。
４．２．２ＬＶｉ）Ｓ板介绍【１０】
ＬＶＤＳ滚乎是ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｎａｌｉｎｇ技术的绩譬。因为ＬＶＤＳ瞧平具有与ＴＴＬ电平相比更低的电平（＋／－３５０ｍＹ），所以，使用ＬＶＤＳ电平将鬻器
更小的功耗、提供更高的数据速率（可超过１５５Ｍｂｐｓ），又因为熄差分传输，所受夕｝雾予撬瞧稳黠较小。ＬＶＤＳ有效传徐距褰霹滋遮到且露寒激上ｌ这对远溪离高速传输信号将十分有利。我们使用了三片国家半蛩体公司的ＤＳ９０Ｃ０３２对１１对差分信号线进行电平变换。发送接收的连接关系如下图所示。
数据输｝ｌＩ
图４－２ＬＶＤＳ发送接收圈
该板遗过一令２６锋躲瓣线接鬟售源板上戆售邋瓣强扳与ＬＶＤＳ援公用接强援座上。ＬＶＤＳ板的电源（十５ｖ）也通过遮个接口由铬源解码板连接到ＬＶＤＳ板上，信道解码板不使用这个电源。
４．２．３蓑鬃接强【ｌｌ】
为了兼容信道解码板和ＬＶＤＳ板输入，本系统把前端接１：３分为两个接口，一个为信道解娲板和ＬＶＤＳ板公用的ＴＳ流输入接口；一个为１２Ｃ总线接口，用予完戒蓿源麓弱板对售道麓羁板豹控毒ｌ。
Ｔｓ流输入信号已在４．２．１节有详细介绍，这里不再重复。下丽简要介绍一下１２Ｃ总线。
１２ｃ总线廷Ｐｈｉｌｉｐｓ公霹攫赛茨一秘蕊冀之闻弱双囊逶售耱议。它是羁步邋售的一种特殊形式，具有接口线数少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个１２Ｃ总线器件同时接到１２ｃ总线上，通过地址来识别通信对象。
该旃议溉定了两个信号：串行潜镑ＳＣＬ霹串行数据，遣垃ＳＤＡ。辩镑信号始终由主器件发出，通过ＳＣＬ发往从器件。地址和数据则在ＳＤＡ上传送。每一个时钟脉冲传送一个比特数据，ＳＤＡ襁时钟脉冲为高电平时传输数据，因此在时镑熬；孛戈瓷毫乎懿ＳＤＡ上瓣数摆必缀绦持稳定，数摆线夔状态只ｇｌ在时镑线隽低电平时改变。当总线缀闲时数据和时钟线均为商。当时钟为离时，数据由离别低的变化定义为起始状态（Ｓ），反之为停止状态（Ｐ）。在１２Ｃ邋信中，产生储息的器件必“发方”，接收傣息鲍器件为“收方”；发动数据传输的器件为“生”，它产生露镑信号和箨止状态，技“圭”访问静器件为“获”。１２ｃ蕊线豹数据蕊输速率在标凇模式下为１００Ｋｂｉｔ／ｓ，在快速模式下可达到４００Ｋｂｉｔ／ｓ，在高速模式下
可达到３．４Ｍｂｉｔ／ｓ。
在ｓ帮Ｐ状态之窝交发方至渡方豹数据字节数不受羧鞠。每一字节基跟一个应答（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）位。和应答位对应的时钟脉冲是由主器件麓出。发方猩应答对应的时钟期间释放ＳＤＡ（高电平），接收方在此期间将ＳＤＡ线拉低，即产生一个应昝位。搬果传输申有一个主收器件，它通邀在收到最慝一个字节数攒蠢不产生应答信号来通知从发嚣彳孛释藏ＳＤＡ线，这群主牧器件藏可以产生箨庶状态或重复开始状态。传输中有主发器件的情况比较简单，它在发亮数据之后，赢接产生停止状态。数据发送方向由从器件地址的最蔗一位来表示：“０”为写地蛙，“１”免读建薤。
１２Ｃ接日用来向前端相关器件写入控制信息并从中读出低速的诊断信息。本系统中有３个设备使用了１２Ｃ总线，它们是ＳＴＶ０７００、ＥＥＰＲＯＭ和前端。
４．３ＳＴｉ５５１８余绍【８，９】
４。３．１概述
ＳＴｉ５５１８是一个高度集成的单片机顶盒信源解褐器芯片。它榘成了一个高性能的３２位ＣＰＵ，一个专用的ＤＶＢ传输流解复用和解扰模块，一个只有先进的显示寝图形性熊的ＭＰＥＧ－２视频解码模块，一个支持３Ｄ环绕和ＭＰ３的鹰频解码模块，一个数字筏频缡鹞器秘顼有的典鍪低藏奉交互式接收税掰需静系统井设。
内置ＡＴＡＰＩ接口可和标准硬盘驱动器无缝连接。这样ＳＴｉ５５１８就可以实现宓时电视录像、暂停和时穆（ｔｉｍｅ．ｓｈｉｆｆｉｎｇ）等功能。通过集成的ＣＩ接口或智能卡接霜霹良蜜溪条终接浚。
ＳＴｉ５５１８与已经广泛使用的ＳＴｉ５５００机顶盒解码器芯片软件兼容，软件可以很容易的在它们之间移植。
ＳＴｉ５５１８还具有ＤＶＤ勰码能力。由予我｛ｆ】的任务是研制数字曦裰视顶盒，鼹班謦蓠浚露开发诧功能，以下奔绍中将略去ＤＶＤ麓缝部分。
高度集成、ＰＱＦＰ．２０８封装，这使ＳＴｉ５５１８非常燎合应用于舆有广阔市场的低成本机顶盒。
４．３。２ＳＴｉ５５１８的特征
－集成有３２位的主控ＣＰＵ，频率可达８１ＭＨｚ
?２Ｋｂｙｔｅｓ撞令Ｃａｃｈｅ、２Ｋｂ孵ｅｓ数器Ｃａｃｈｅ７０毒Ｋｂ≯ｅｓＳＲＡＭ
＿音频解码器