基于SAA7214與SAA7215機頂盒的系統(tǒng)設計

摘要：本文介紹了PHILIPS公司推出的適合于交互式數(shù)字電視應用的SAA7214和SAA7215芯片的功能特點及結構。提出了二者相結合組成的交互式數(shù)字有線電視機頂盒的方案，并給出了具體的軟件和硬件系統(tǒng)構成。
關鍵詞：有線電視；機頂盒；系統(tǒng)；音頻；視頻

0 前言

隨著信息技術的不斷發(fā)展，通信技術、電視技術以及計算機技術已進入了相互結合的新時代。交互式電視（ITV）正是這種結合的具體體現(xiàn)。所謂交互式電視，是一種受用戶控制的電視，在節(jié)目間和節(jié)目內(nèi)用戶能夠作出選擇和決定，是一種非對稱雙工通信模式的新型電視技術。其中，數(shù)字機頂盒（STB）是實現(xiàn)交互功能的關鍵技術之一。作為ITV系統(tǒng)中的用戶終端，它是普通電視與寬帶傳輸網(wǎng)絡之間的橋梁。通過STB用戶坐在家中的電視機前，可以實現(xiàn)視頻點播（VOD）、家庭購物、家庭辦公、電子游戲等多種服務，而且還能在普通電視機上收看到高清晰度的數(shù)字電視節(jié)目。

1 SAA7214與SAA7215功能特點及結構

SAA7214和SAA7215是PHILIPS公司推出的一套STB解決方案。前者負責實時性要求較高的硬件解復用、視頻音頻源解碼，并分離出視音頻數(shù)據(jù)流，以及與解碼相關聯(lián)的外圍I/O設備控制等。后者負責音頻、視頻和圖形的解碼、編碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)流分成音頻信號和視頻信號輸出。

1.1 SAA7214的功能特點及接口

SAA7214主要用來傳輸MPEG―2格式信息的源解碼器。SAA7214內(nèi)含一個MIPS PR3001芯片，該芯片是一個通過擴展設計能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)置控制的32位每秒百萬條指令的RISC規(guī)格的CPU，該芯片工作主頻為40.5MHZ。SAA7214還包含有通用異步收發(fā)器（UART）、I²C單元和IEEE1284接口。SAA7214的串行通信控制器包括三個UART。它具有兩個UART特性的TxD和RxD管腳，并且通過兩條數(shù)據(jù)線RTS和CTS來支持自動的數(shù)據(jù)流控制。另一UART是唯一的雙工接口(TXD、RXD)且支持RTS、CTS數(shù)據(jù)流控制。UART也能工作在雙線方式,且在這種方式下他們通過RXD和TXD簡單接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。SAA7214的I²C控制器包括2個串行接口，它適合I²C總線規(guī)格，并且支持標準和快速I²C總線模式。在相同的總線情況下，通過不同的編程I²C邏輯可以在主發(fā)送器模式、主接受器模式、從發(fā)送器模式、從接受器模式中任選一個進行操作。

1.2 SAA7215的功能特點和結構

SAA7215是一個包括音頻解碼和視頻解碼的MPEG-2格式的源解碼器。除了一些基本的MPEG功能外，SAA7215還提供像編碼輸出視頻一樣的增強圖表p背景顯示和滿屏顯示的方法。由于對音頻和視頻解碼有著最佳的結構，因此能夠在外部存儲器和CPU處理能力方面最大限度地支持圖表處理功能。

SAA7215有著完善的存儲器結構，用于低端設備的16Mbits和用于中高端設備的32Mbits，因此它能很好地進行MPEG數(shù)據(jù)流和圖表的處理和控制。當訪問圖表寄存器時，其還為CPU提供了高的帶寬和短的等待時間。SAA7215內(nèi)部集成了帶有Y/C，CVBS和RGB輸出的視頻編碼器。SAA7215具有以下幾個特征：

（1）有單個或兩個外部同步DRAM。由于在MPEG解碼器中有效地使用了存儲器，因而有超過1Mbit的存儲空間用于圖表處理，而在雙SDRAM配置中可用的存儲空間為17Mbit。

（2）在以字節(jié)寬度或串行位格式的PES或ES中，有專用于壓縮音頻和視頻的輸入設備，并用選通信號來區(qū)分視頻和音頻數(shù)據(jù)。

（3）靈活的存儲器分配能最好地區(qū)分不同任務的存儲器。

（4）支持邊界掃描測試和外部SDRAM自檢。

2 基于SAA7214與SAA7215的系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)SAA7214和SAA7215的功能特點，該系統(tǒng)硬件電路采用模塊化結構設計，主要由四部分組成：通信模塊、主控模塊、控制面板模塊、IC卡模塊。各模塊可各自獨立更換，系統(tǒng)硬件功能框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件功能框圖

2.1 通信模塊

通信模塊具體包括：QAM解調(diào)板和電話板（或雙向模塊）。

QAM解調(diào)板可將HFC網(wǎng)傳送來的經(jīng)QAM調(diào)制的信號，經(jīng)調(diào)諧頻率變換，QAM解碼、解交織、解RS碼、解擾等處理后，輸出MPEG―2解復用前的標準碼流（即TS流）。這部分主要由一片VES1820X芯片完成。

電話板采用DTMF方式調(diào)制上行信號，以電話網(wǎng)作為上行通道，下行采用64QAM的數(shù)字調(diào)制方式。有線電視網(wǎng)進行雙向改造后，可選用雙向模塊實現(xiàn)交互功能，雙向模塊采用BPSK方式調(diào)制上行信號，以有線電視網(wǎng)作為上行通道。

2.2 主控模塊

主控模塊：具體指主板。主要有SAA7214、SAA7215、UDA1320A芯片和存儲器組成。

SAA7214芯片能將TS流進行MPEG-2源解碼，并分離出視頻和音頻數(shù)據(jù)流，以及與解碼相關聯(lián)的外圍I/O設備的控制等。

SAA7215負責音頻、視頻以及圖形的解碼、編碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)流分成音頻信號和視頻信號，視頻信號由SAA7215輸出。SAA7215還具有完善的存儲器結構，采用了DRAM、SDRAM、FLASH等，通過這些存儲芯片使軟件的運行速度大大加快。

音頻信號由UDA1320A輸出。UDA1320A是一個具備位數(shù)據(jù)流轉換技術的單芯片正相立體DAC，它具有低功率消耗和低電壓工作模式；具有256、384和512三種不同頻率的系統(tǒng)時鐘；通過靜態(tài)管腳控制可以選擇不同的頻率；支持16KHZ至48KHZ的抽樣頻率；集成了數(shù)字濾波和正相DAC。

2.3 控制面板模塊

控制面板模塊包括：鍵控板和顯示板。它是通過一塊AT89C2051單片機來控制面板的各項功能，并與主板模塊中的SAA7214相聯(lián)系。將已解調(diào)、解碼和編碼后的視頻、音頻信號（即模擬信號）分別由機頂盒的各相應端口輸出，完成對STB的功能控制和顯示。同時可用遙控器實現(xiàn)所有基本功能的控制與切換。

2.4 IC卡模塊

IC卡模塊：指IC卡板，具有智能IC卡CA解擾功能。該板中使用了TDA8004接口芯片，它位于IC卡與微處理器之間，無需接大量的外部元件就能完成保護和控制功能。信號通過接口與主板中的SAA7214相連，具有相應的權限確認功能，當機頂盒接收到權限確認信息后，才對數(shù)字電視節(jié)目進行解碼，供用戶收看。實現(xiàn)有條件接收解密處理，這樣通過IC卡可實現(xiàn)收費電視、付費點播、征訂等業(yè)務。

3 系統(tǒng)軟件結構

該機頂盒系統(tǒng)軟件結構可以分為三個層次：業(yè)務軟件應用層、實時事件處理層、系統(tǒng)內(nèi)核及驅(qū)動層。系統(tǒng)軟件結構如圖2所示。

圖2軟件系統(tǒng)結構

3.1 業(yè)務軟件應用層

業(yè)務軟件應用層相當是覆蓋在驅(qū)動和操作系統(tǒng)之上的一層接口，它是根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務需要而制定的，為用戶應用程序?qū)崿F(xiàn)機頂盒的各種功能服務的。如綜合信息、電子商務、電子游戲等。

3.2 實時事件處理層

實時事件處理層是將應用程序與低層的操作系統(tǒng)、硬件細節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，它使應用程序不依賴于具體的硬件平臺，是業(yè)務軟件應用程序與硬件平臺的中間件，此軟件系統(tǒng)采用了OpenTV中間件。OpenTV中間件提供給用戶應用程序完整的應用程序接口，使應用程序只需調(diào)用這些函數(shù)，就可以實現(xiàn)機頂盒系統(tǒng)所應具有的所有功能。這樣，使得用戶應用程序部分的工作變得非常簡單。

3.3 系統(tǒng)內(nèi)核及驅(qū)動層

本系統(tǒng)所采用的操作系統(tǒng)是pSOS，硬件驅(qū)動層主要是針對各種硬件模塊，提供相應的驅(qū)動程序。主要的驅(qū)動包括：接口模塊，包括I²C接口操作控制，智能卡的控制等；音頻模塊；視頻模塊；解復用模塊；解碼模塊，F(xiàn)lash驅(qū)動模塊等。

4 結束語

以上介紹了基于SAA7214與SAA7215芯片的有線電視機頂盒軟軟硬件的系統(tǒng)結構及功能框圖。該系統(tǒng)采用高度開放的模塊化結構設計，系統(tǒng)前端將模擬的視、音頻信號經(jīng)MPEG-2視像編碼壓縮成數(shù)字信號，把多路數(shù)字信號經(jīng)復接器復接后，再進行QAM調(diào)制發(fā)射，作為用戶的下行數(shù)字信號。用戶采用電話DTMF或BPSK作為上行，通過上行通道就能把用戶的選擇信息傳送給系統(tǒng)服務中心（系統(tǒng)前端）。這樣就能夠在寬帶網(wǎng)（既有線電視網(wǎng)）中實現(xiàn)交互式視頻點播（VOD）、股票信息及分析和及時交易、遠程教育、信息發(fā)送等。且該有線電視機頂盒的操作系統(tǒng)和應用軟件可由控制服務器通過下行信道廣播下來，如需擴展機頂盒的應用能力，只須修改或增加相應的軟件即可，無需對機頂盒的硬件作大的改動，給系統(tǒng)升級帶來了方便。

目前，國內(nèi)廣播電視系統(tǒng)已開始了向數(shù)字電視的轉變，雖然近期的數(shù)字應用更多的還是將模擬彩電數(shù)字化，但隨著用戶對功能需求的增加，以及有線運營商服務內(nèi)容的豐富，具有多功能的交互式的有線電視機頂盒也會得到日益廣泛的應用，并且會有較大的市場。

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