低成本高清数字机顶盒的设计

数字机顶盒的架构与设计关键数字电视可说是手机之外的另一波杀手级应用，它以客厅为核心，不断地整合家庭中的其它视听及信息设备，形成多元应用的家庭网络；不仅如此，数字电视与手机也向整合之路发展，移动电视(Mobile TV)已在全球各地如火如荼的推动当中。

当电视广播系统与网络、甚至是移动蜂窝系统结合时，包括视频、语音与数据的服务自然走向多元汇流的趋势，这是一个比过去独立形式复杂许多的应用环境，而数字机上盒(Set-top-box)正位于此架构的核心位置，其面临的设计挑战确实繁重。

根据电视节目发送管道的不同，数字机顶盒又可分为数字地面(Terrestrial)机顶盒、数字卫星(Satellite)机顶盒、数字有线 (Cable)机顶盒，以及通过网络(xDSL、Cable Modem、光纤)的IP 机顶盒等形式。

整体而言，数字机顶盒的技术主轴朝向支持 HDTV(High Definition TV)及互动性(Interactive)发展，但不同市场区块仍有技术及应用上的偏重。

为了达到产品的差异化定位，加入硬盘的数字视频录像机(DVR)及整合家庭网络功能的家庭网络网关器(Residential Gateway, RG)，也是数字机顶盒的重要设计方向。

系统架构一个数字机顶盒是由软、硬件所组成，在硬件方面的主要单元可分为接收广播信号，并将其转换为数字传输串流的前端(front-end, FE)芯片，即谐调器(tuner)和调节/解调器(modulator/demodulator)；后端芯片包括电视解码器/编码器(NTSC/PAL decoder/encoder)、MPEG-2 Transport、MPEG-2 MP@ML或HL解码器、微处理器、图形芯片、音频处理器、音频DAC、视频DAC；以及DRAM/SDR AM、Flash等内存、电源组件及其它标准离散组件。

更高级产品还会整合安全芯片、调制解调器(modem)或家庭网络芯片，以及可录像的硬盘(HDD)。

数字电视机顶盒摘要数字电视是继黑白电视和彩色电视后的第三代电视。

通过数字高清晰度电视机顶盒可以使用高清晰度电视收看高清晰度的数字电视节目，也可用现有的模拟电视收看标准清晰度的数字电视节目，是模拟电视向数字电视过度的桥梁。

本论文完成的任务是设计与实现“新一代高清晰度数字电视机顶盒”项目中信源解码器硬件的 STi5514和部分软件功能。

我们选择了 ST 公司的STi5514+STi7020 高清晰度数字电视信源解码器方案。

本论文系统介绍了 STi5514 及其相关外围电路的硬件设计和实现原理。

STi5514 是一个高集成度的单片标清机顶盒信源解码器芯片，同时具有强大的控制功能，可以配合 STi7020 实现高清晰度音视频解码。

它集成了一个高性能的 32 位 CPU、三个专用的 DVB 传输流解复用和解扰模块、一个 MPEG MP@ML 视频解码模块，一个多标准音频解码模块、一个数字视频编码器。

另外，它内置了 ATAPI 接口，可以和硬盘驱动器无缝连接，实现录放像和时移播放等功能。

它还集成了多种外设，如 SSC，ASC，红外等，可以实现条件接收，软件升级，遥控接收等功能。

关键字：数字电视；机顶盒；信源解码器；视频解码；智能卡Digital TVset-top boxdesignABSTRACTDigital TV is the third generation TV after black and white TV and color TV.Through the HDTV Set-top box, we can receive the digital high definition TV program with HDTV or digital standard definition TV program with analog TV. The Set-top box is an bridge from analog TV to digital TV.The purpose of the paper is to design and implement the hardware of STi5514 of the new generation HDTV Set-top box.. We chose ST’s HDTV source decoder solution with STi5514+STi7020. The hardware design and realizing of STi5514 andperipheral is described in detail in this paper.STi5514 is a highly integrated single-chip decoder for SDTV Set-top box. Also,it can control STi7020 to realize HDTV decoding. It integrates a high-performance 32-bit CPU,three dedicated block for DVB TS demultiplexing and descrambling,modules for MPEG-2 MP@ML video and audio decoding and digital video encoder.An ATAPI interface is built-in for the glueless connection with standard Hard Disk Driver. In this way ,it can realize trick modes such as live TV recording、pausing and time-shifting. It also integrates many on-chip peripherals such as ASC、SSC for software update and conditional access.Key Words：Digital TV ,Source Decoder, Set-top box, Video decoding，Smart card目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 国内外发展情况 (1)1.3 课题研究的内容 (2)第二章数字电视机顶盒的原理 (3)2.1 数字电视机顶盒的工作原理 (3)2.2 几种数字电视机顶盒方案 (4)2.2.1 BCM7401 解决方案 (4)2.2.2 ZR39680 解决方案 (4)2.2.3 STi5514+STi7020解决方案 (4)2.3 本论文方案 (5)第三章高频头模块的原理 (5)3.1 数字调谐原理 (5)3.2 高频头模块电路图 (5)第四章信源解码板 (6)4.1 信源解码的结构功能 (6)4.2 前端接口 (7)4.3 STi5514芯片及其系统外设接口 (8)4.3.1 STi5514 前段接口信号 (9)4.3.2 存储器映像 (9)4.3.3 STi5514 可编程外部接口(EMI) (10)4.3.4 RS232 串行数据接口 (10)4.3.5 可编程传输接口 (11)4.3.6 智能卡接口介绍 (12)4.4 视频和音频输出 (13)4.4.1 STi7020系统 (13)4.4.2 视频输出 (14)4.4.3 音频输出 (15)第五章 软件系统 (17)5.1 数字电视机顶盒软件系统 (17)5.2 智能卡接口软件 (19)5.2.1 智能卡接口软件结构 (19)5.2.2 智能卡API (19)5.3 视频系统软件 (20)5.3.1 视频解码软件 (20)5.3.2 视频时序软件 (22)5.3.3 视频显示软件 (23)第六章 结论 .........................................................................................................................26 参考文献 . (27)致谢 (28)附录 A (29)附录 B (32)第一章绪论1.1 课题研究背景和意义数字电视是新推出的电视，共有3种类型：普清电视、标清电视、高清电视，即PDTV、SDTV、HDTV，标清电视的辅音效果和图片影像都好过模拟电视，图片水平得到了很大的提高，频道使用情况好。

数字机顶盒的设计与研究摘要数字电视如今成为全世界广播电视行业的热点，而高清数字电视是目前世界上数字电视的最高分辨模式，通过高清数字电视机顶盒便能够接收到高清的数字电视信号，享受到高清晰度的画面效果。

本论文针对高清数字电视机顶盒的发展现状，介绍了有线数字电视机顶盒的工作原理和软硬件结构，数字电视机顶盒NIM（调制器+Tuner）的测试指标、原理和方法和机顶盒的关键技术，以及设计一个能提供模拟和数字电视信号输入端口，并实现数字高清信号输出的数字机顶盒。

通过这个机顶盒,模拟电视信号和数字电视信号以及其它一些消费电子产品如DVD机，游戏机的输出信号，都可以真正数字化的输出到用户的数字电视机上，完全满足用户对高清画面的需求。

这在当前数字电视快速普及的市场中，无疑将获得巨大的商机。

系统采用ST (意法半导体）公司的STi5514+STi7020高清数字电视信源解码器解决方案，STi5514是一个高集成度的单片标清机顶盒信源解码器芯片，同时具有强大的控制功能，可以配合STi7020实现高清晰度音视频解码。

它集成了一个高性能的32位CPU、三个专用的DVB传输流解复用和解扰模块、一个MPEG MP@ML 视频解码模块，一个多标准音频解码模块、一个数字视频编码器。

另外，它内置了 ATAPI接口，可以和硬盘驱动器无缝连接，实现录放像和时移播放等功能。

它还集成了多种外设，如SSC，ASC,红外等，可以实现条件接收，软件升级，遥控接收等功能。

本论文完成的任务是设计与实现系统中信源解码器和高频头模块功能，并详细介绍了各部分的硬件构成和实现方法。

关键词：高清数字电视机顶盒；STi5514+STi7020方案；信源解码器；机顶盒关键技术ABSTRACTDigital TV now became the hotspot, radio and television industry and high definition digital TV is digital TV in the world's highest resolution model, through high-definition digital TV set-top box can receive high-definition digital TV signal, enjoy the high definition picture.This paper in view of the development status quo of high-definition digital TV set-top boxes, digital cable TV set-top box is introduced the working principle and structure of software and hardware, and digital TV set-top box NIM (modulator + Tuner) test indicators, principle and methods and the key technology of set-top box, and design a can provide analog and digital TV signal input port, and realize the digital high definition signal output of the digital set-top boxes. Through the set-top boxes, digital TV and analog TV signals and other consumer electronic products such as DVD player, game console output signal, can be truly digital output to the user's digital TV, fully meet user demand for high-resolution images. It spread rapidly in the current digital TV market, undoubtedly will be huge business opportunities.System adopts ST (stmicroelectronics) company STi5514 + STi7020 high definition digital television source decoder, STi5514 is a high level of integration of monolithic sd set-top box source decoder chip, and has strong control function, can cooperate STi7020 realize high-definition audio and video decoding. It integrates a high performance 32 bit CPU, three of the DVB transport stream multiplexing settlement one module, a MPEG MP @ ML video decoding module, more than a standard audio decoding module, a digital video encoder. In addition, it has built-in ATAPI interface, can the seamless connection and hard disk drives, realize the playback as and when the broadcast, etc. It also integrates a variety of peripherals, such as SSC, ASC, infrared, etc., can implement conditional access, software upgrade, remote control receiver, and other functions.Task this paper is to design and implementation of system has the function of citic source decoder and a high frequency head module, and introduces in detail the hardware and realization method of each part.Key words: high definition digital TV set-top boxes; STi5514 + STi7020 scheme; The source decoder; Set-top box key technology第一章绪论数字电视系统一般可分为普通清晰度（PDTV)、标准淸晰度电视(SDTV)和高清晰度电视(HDTV)。

高清数字电视机顶盒设计和实现作者：刘丹来源：《数字化用户》2013年第08期【摘要】本文从实际的应用需求出发，对采用H.264技术的高清数字电视机顶盒的设计和实现进行详细的介绍。

文章首先介绍了高清数字电视机顶盒的功能和技术，然后对高清数字电视机顶盒的构成特点着重分析。

文章最后以一个实例详细介绍了应用于高清数字电视广播，基于嵌入式系统和H.264视频传输格式的机顶盒的软硬件设计方案。

【关键字】高清数字电视机顶盒 H.264一、引言自2010年以来，高清数字电视逐渐普及，各电视台纷纷推出了高清电视节目，相应的人们对高清数字电视机顶盒的需求也变得越来越强烈。

传统的普通清晰度数字电视电视节目主要采用MPEG-4编码技术，传输视频码率较低，因此对解码器的性能要求相对较低。

H.264技术凭借其传输视频的高清晰度，传输数据高压缩率和较强的信道适应能力，在高清数字电视中得到了广泛的应用。

本文将从实际的应用需求出发，对采用H.264技术的高清数字电视机顶盒的设计和实现进行详细的介绍。

二、高清数字电视机顶盒主要功能和技术高清数字电视机顶盒的主要功能是对高清数字电视信号进行接收，并实时进行视频和音频的解码播放，同时接收数字电视信道上所传输的广播和交互信息，包括：电视节目列表、接收权限信息、视频点播信息以及用户互动信息等。

为实现上述功能，高清数字电视机顶盒所设计的主要技术包括：高清数字电视信号的解调和译码，互动信息的编码和调制，H.264视频解码，嵌入式技术等。

三、高清数字电视机顶盒的构成特点从前面的描述可以看出，传统的数字电视清晰度较低，相应的视频信息的码率也较低，对机顶盒的解码处理能力要求较低。

而本文所关注的高清数字电视其视频数据率较高，相应的对机顶盒的解码处理能力也较高。

另外，本文所研究的高清数字电视机顶盒还支持用户的互动功能。

（一）基于嵌入式系统嵌入式 CPU 是操作系统的运行载体，通过这个载体，就可实现对机顶盒内部各硬件模块的工作进行协调和控制。

收稿日期：2020-12-29作者简介：姜雨婷（1987—），女，山东海阳人，毕业于韩国湖南大学校，本科，助理工程师，从事营业员工作。

DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2021.02.12总第200期2021年第2期Total of200 No.2，2021工业设计现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization高清数字机顶盒功能模块的设计姜雨婷（太原有线电视网络有限公司，山西太原030024）摘要：随着我国数字电视的发展，为确保软硬件的协同发展急需设计一款可实现数字广播信号至高清数字视频转换的高清数字机顶盒。

在研究一般机顶盒结构的基础上，对高清数字机顶盒的工作原理进行分析，并对高清数字机顶盒涉及的关键技术和设计标准进行研究；在上述研究基础上，完成了高清数字机顶盒的整体结构设计，并注重对其中关键模块包括信源解码模块和HDMI信号产生模块的电路进行详细设计，为高清数字机顶盒的发展奠定基础。

关键词：高清数字机顶盒；信源解码模块；HDMI信号产生模块；清晰度；SPW338中图分类号：TN94文献标识码：A文章编号：2095-0748（2021）02-0031-03引言近年来，随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提升，传统的吃饱穿暖需求已经不能满足当代人的需求，人们追求的更高层次的享受。

就对于电视机而言，人们对电视机清晰度的要求越来越高。

机顶盒是人们收看高清节目的关键设备，其能够将数字广播信号转换为普通电视能够识别的数字信号和模拟信号，其中当输出的信号为数字信号才能够还原数字广播信号的清晰度[1]。

但是，当前大多数机顶盒仅能够将数字广播信号转换为模拟信号。

因此，本文将设计并开发一种高清数字机顶盒，并着重对其中的功能模块设计进行阐述。

1高清机顶盒概述对于一般机顶盒而言，其主要结构如图1框图所示。

如图1所示，一般的机顶盒主要由调协解调器、信道解码器、信源解码器以及接收终端等组成。

超低成本Nationalchip ABS-S 直播卫星机顶盒方案直播卫星系统ABS-S 是具有中国自主标准的创新一代卫星数位电视传输系统。

Nationalchip 得到国家广电总局的许可研发ABS-S 解调芯片（GX1121），为缩短厂商的开发周期，降低整机BOM 成本，推出”GX1121(ABS-S 解调芯片)和GX3001（MPEG2 解码芯片) “的套片方案。

世平集团(WPI) 整合了基于Nationalchip “GX3001+GX1121”套片方案，采用内部代理的产品线资源，推出基于Nationalchip “GX3001+GX1121”套片方案的一套完整的ABS-S 机顶盒解决方案。

主芯片GX3001：* 32 位元RISC CPU，8K bytes 的指令Cache 和8K bytes 的资料Cache，最高主频216MHz，支援JTAG 调试。

* 支援条件接收和资料广播。

* 33 个PID 筛检程式，每个PID 过滤最多支援32 个通用通道数，每个通道过滤深度为16 Byte 。

* 四层图形显示：背景层、静态图片层、视频层、OSD 层。

* 真彩色OSD 及强大的2D 图形加速，支援抗闪烁滤波。

* 灵活的抓屏功能，支援各种多画面流览及连拍功能。

* 高性能的视频缩放及去隔行性能，支援逐行输出。

* 支援各种PAL (包括PAL-M/N/Nc)、NTSC 电视制式，及其相互转换。

* 集成四路视频DAC，支援如下输出接口模式：2CVBS/S-Video、CVBS/YCbCr、CVBS/RGB、YPbPr、RGB(逐行)。

解调芯片GX1121：* 支援ABS-S 广播模式(QPSK/8PSK)和LDPC 通道改错码。

* 内部集成高精度双10 位ADC，IQ 不平衡补偿。

* 支持ABS-S 定义的所有滚降因子:0.20/0.25/0.35 。

* 支援如下LDPC 码率：o QPSK：1/4,2/5,1/2,3/5,2/3,3/4,4/5,5/6,13/15,9/10 ；o 8PSK：3/5,2/3,3/4,5/6,13/15,9/10 。

低成本数字电视机顶盒方案的设计及应用
王薇
【期刊名称】《中国有线电视》
【年(卷),期】2010(000)008
【摘要】以数字电视机顶盒的成本作为主要研究对象,分别从硬件和软件设计入手,说明如何更加有效地控制机顶盒的整机价格,提升产品的市场竞争力.同时,将这种设计方案应用到实际机顶盒的生产中.
【总页数】4页(P943-946)
【作者】王薇
【作者单位】四川财经职业学院,四川,成都,610101
【正文语种】中文
【中图分类】TN949.197
【相关文献】
1.数字电视解决方案启示录--低成本机顶盒实现高级服务 [J],
2.松下高清数字电视机顶盒即将上市北京——北京2008奥运会正式采用松下高清机顶盒暨松下高清机顶盒新品上市新闻发布会 [J], 韩曼娜
3.摩托罗拉推出新款机顶盒支持中国数字电视产业发展摩托罗拉携手天柏公司为快速增长的中国数字电视市场度身定制解决方案 [J], 伟文
4.意法半导体（ST）的集成数字电视解调器实现低成本多标准机顶盒 [J],
5.Broadcom推出集成有DVB—C高频头的低成本、高清有线电视视频转换器机顶盒解决方案 [J],
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