基于GX1501和GX3101的双国标地面机顶盒解决方案

1基于GX1501和GX3101的双国标地面机顶盒解决方案【摘要】：本文通过分析普通双国标地面（CTTB+AVS）机顶盒的硬件构成、相关外围电路设计以及软件架构思路，介绍了在国内地面数字电视网络环境下，如何运用杭州国芯科技股份有限公司产品GX1501(国标地面解调芯片)和GX3101(AVS,MPEG2解码芯片)来设计国标地面数字电视机顶盒，使其不但具有优越的灵敏度、门限及抗干扰性能，且在软件上还具有可靠的稳定性、可扩展性及兼容性，以提供市场上最具竞争力的整套解决方案。【关键词】：CTTBAVSGX1501GX3101杭州国芯科技SolutionofCTTBSTBBasedonGX1501andGX3101YangdiJihaiweiZhangxiaofeiXucongHangzhouNationalChipScienceAndTechnologyCo.,Ltd【Abstract】：Throughanalysisoftheset-topboxhardwareandrelatedperipheralcircuitsandsoftwarearchitecture,thearticleintroducedthemethodofhowtouseGX1501(demodulator)andGX3101(AVS/MPEG2decoder)todesignsolutionsfordigitalTerrestrialset-topboxesinthedomesticTVnetworkenvironment,withpredominantsensitivity,thresholdandanti-jammingperformance,aswellasstability,scalabilityandcompatibilityofthesoftware.【keywords】：CTTBAVSGX1501GX3101NationalChip1.引言数字电视就是应用数字技术生产、播出、传输和接收音视频信号的电视技术系统。对于地面数字电视来讲，全球主要有美国的ATSC标准，欧洲的DVB-T标准，日本ISDB-T标准，以及中国的GB20600-2006标准（单、多载波融合标准CTTB）。在中国政府的大力支持下，CTTB在中国的发展逐渐加快，25个亿的资金投入，在很大程度上加速了国标地面全国范围的网络建设，全国各省基本完成省会和直辖市的网络建设，部分地区已经完成地市级的网络铺设，开始向乡县一级发展。同时，很多地区也选择了具有完全自主知识产权的AVS信源编解码标准，上海、杭州、石家庄、太原、青岛等地区已进入大规模商用阶段。由于AVS编码效率比传统的MPEG2会提高2-3倍，给有限的地面波频谱资源带来了高效的利用率，一个频点的传输节目数量将增加2倍左右。因此，今年广电总局大力支持的高清电视节目，在采用AVS标准的地区将会得到极大的发展优势。而由CTTB和AVS组成的双国标地面数字电视系统接收终端方案的成熟性也成为了广大机顶盒厂家所关心的重点。本文主要针对杭州国芯推出的“CTTB+AVS双国标地面机顶盒”的方案进行详细地介绍。2.CTTB+AVS机顶盒功能概述及硬件组成：对于普通双国标地面数字机顶盒，其硬件组成主要为：CTTB解调芯片、AVS解码芯片、Tuner（下变频调谐器）、储存器接口、音视频接口、CA卡接口。以杭州国芯的双国标应用方案“GX1501+GX3101”来表示的系统框图如下图所示：2图1基于“GX1501+GX3101”的CTTB+AVS机顶盒系统结构框图国标地面信号通过U波段向空间传播，由天线接收经过Tuner放大、下变频及滤波等一系列信号处理，输出IQ基带或者IF中频信号，输给GX1501进行信道部分的解调和解码，再输出TS流给GX3101，该部分实现解扰、解复用、信源解码功能，配合Flash、SDRAM、遥控按键等外围电路工作，输出音视频信号。最后将相应的视音频数据送到显示终端显示。对于国内地面数字电视市场，基本型机顶盒主要包含以下应用功能：音、视频节目播放电子节目指南(EPG)音、视频内容保护（CA）3.基于GX1501和GX3101的CTTB+AVS机顶盒设计：3.1.GX1501信道设计对于CTTB+AVS机顶盒来说，信道指标是极为关键的指标之一。由于全国各地地面网络非常复杂，不仅发射端系统结构不同，而且地理形势也各异，从而导致形成各种类型的干扰，各地运营商在招标时也非常看重整机机顶盒在实际网络中的抗干扰性能，所以信道部分的灵敏度、门限及抗干扰性能成为各家机顶盒厂商选择方案的关键因素。GX1501是完全支持《GB20600-2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》标准的信道解调解码芯片。GX1501采用多项创新技术、优化技术、参数自适应技术，使它具有优秀的固定接收和移动接收性能。GX1501的载波频偏恢复范围大于500kHz（最大可以到±1MHz），GX1501支持调制参数自适应（含C=1、3780检测），配合内部的同步机制，使GX1501具有很高的盲扫速度。GX1501具有优秀的同频模拟电视干扰和单频干扰抑制能力。GX1501对脉冲噪声有很强的抑制能力，特别适合于脉冲噪声严重的移动接收环境，可有效扩大接收的覆盖范围。3.2GX1501系统结构3图2GX1501系统框图GX1501基本特性：输出符合MPEG2标准的TS流，并且可以选择并行或串行输出方式。内部集成了高精度ADC，可以进行直接/低中频采样。SDRAM的标准大小为8MByte。两种AGC模式，根据搭配的Tuner选择使用单路/双路AGC。TS数据流并/串两种输出格式选择。TS输出管脚可任意配置，方便和不同厂家的解码芯片配合布板。芯片还采用全数字化处理技术，最大限度地减少整机解决方案中外围器件的数量，降低了系统成本和复杂度为更好地配合整机方案。3.3GX1501外围电路设计举例GX1501的外围电路非常简单，其中外部AGC接口采用PDM输出，电路如下图所示：4图3GX1501AGC电路可调节相应硬件参数值以满足和不同Tuner的搭配需求。而内部AGC调节的算法采用双或者单路AGC捆绑调节的机制，以减小调谐器的非线性和便于控制。信道部分的布线需要特别注意，中频/IQ信号应“差分”走线且尽量短，尽量减少外界干扰的引入。由于中频AGC和射频AGC为模拟电压信号，走线应远离I2C等数字信号线，走线宽度应在12Mil以上。此外1.2V_Core电流较大，走线宽度应在20Mil以上。为了达到更好的抗干扰性能，抑制晶振倍频点的干扰，应尽量保证底层地平面的完整性。信道部分软件主要由信号搜索函数和信号读取函数组成。GX1501的信号搜索函数内循环延时可调，程序默认延时充分考虑到抗干扰方面的影响。当网络情况较好时，可通过减小延时极大地缩减全频段搜索时间。3.4性能测试从和各个厂家Tuner搭配的情况来看，GX1501具有优秀的兼容性，表现出良好的灵敏度和门限性能。下表是GX1501在某品牌地面数字电视机顶盒应用方案中的测试结果表格：测试测量下列模式下AWGN的C/N门限（Unit：dB）条件噪声带宽与有效带宽耦合；交织深度720；信号强度＝-40dBm；；近似TOV准则测试数据记录模式调制模式4QAM16QAM32QAM64QAM载波模式C=1C=3780C=3780C=1C=3780C=1C=3780PN相位固定旋转旋转固定旋转固定旋转码率0.80.40.60.80.80.80.6帧模式2332121导频加不加//加不加/加不加/载波频546MHZ5.85.87.810.312.312.312.915.915.915.2682MHZ5.95.97.910.412.412.412.915.915.915.2778MHZ5.95.97.810.412.512.512.716.016.015.25点858MHZ5.95.97.810.312.612.612.616.116.115.2表1GX1501信道指标测试表格测试项测试下列频点的各种主调制模式下的最小接收电平(Unit：dBm)条件噪声关闭；交织深度720；近似TOV准则测试数据记录C=3780，PN相位旋转C=1，PN相位固定，帧2频点（MHz）4QAM16QAM64QAM0.40.40.60.80.6帧1帧3帧3帧1帧1474-97.5-91.5-89.5-87-84546-98-92-89.5-87-83.5610-98-92-89.5-87-84.5682-98-92-89.5-87.5-84.5730-98-92-89.5-87.5-84.5778-98-92-89.5-87.5-84.5842-98-92-89.5-87-84.5频点（MHz）4QAM-0.816QAM-0.832QAM-0.832QAM-0.8导频无导频导频无导频导频无导频474-94-94-87-87-83.5-83.5546-94-94-87-87-83.5-83.5610-94-94-87.5-87.5-84-84682-94.5-94.5-87.5-87.5-84-84730-94.5-94.5-88-88-84-84778-94-94-87.5-87.5-83.5-83.5842-94-94-87.5-87.5-83.5-83.5表2GX1501信道指标测试表格6从上表中可以看出，GX1501在灵敏度、门限几个关键性能指标上的表现是十分出色的。3.5GX3101硬件平台概述杭州国芯科技股份有限公司推出的第三代解码平台GX3101，支持AVS/MPEG2两种视频标准的一款高性能低成本机顶盒解码系统芯片，内部集成高性能32位RISCCPU、MPEG2双路解复用器、AVS视频解码器、MPEG2视频解码器、音频解码协处理器、去隔行及后处理单元、真彩色的OSD及2D图形加速、电视编码、视频DAC、音频DAC、USB2.0HighSpeedHOST接口、EthernetMAC接口、GuestBus接口等功能模块，提供优异的整机功能、性能和具竞争力的BOM成本。32位RISCCPU，8Kbytes的指令Cache和8Kbytes的数据Cache，最高主频216MHz。支持JTAG调试。双路TS流解复用，最多支持8路视音频数据播放和录制。32个PID过滤器，每个PID过滤最多支持32个通用通道，每个通道过滤深度为16Byte。集成DVB-Descrambler，支持TS层和PES层解扰。AVS视频解码器支持GB/T20090Jizhunprofile@Level4.0，支持错误保护及错误掩盖。MPEG视频解码器支持ISO/IEC13818-2MP@ML，并向下兼容ISO/IEC11172-2，支持错误保护及错误掩盖。音频解码器，支持MPEG1和MPEG2的Layer-I/II/III标准，并支持S/PDIF输出。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，支持指令队列，支持抗闪烁滤波。灵活的抓屏功能，支持各种多画面浏览及连拍功能；高性能的视频缩放及去隔行性能，支持逐行输出。支持各种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，支持如下输出接口模式：2CVBS/S-Video、CVBS/YCbCr、CVBS/RGB、YPbPr、RGB（逐行）。支持SCART接口。集成双路音频DAC。集成USB2.0Host接口，支持高速和全速的设备。集成10M/100MEthernetMAC，支持各种网络应用。GuestBus接口，支持IDE、CI大卡和所有Non-PCI设备。支持USB2.0及IDE的PVR功能，支持边录边放。最大支持单片64MBSDRAM，SDRAM最大时钟频率可达129.6MHz，充分保证了各种应用方案对存储器带宽的需求。支持最大16MB8位NOR型或SPIFlash。现GX3101+GX1