基于USB的DVB-T数字电视接收系统设计

      引言 

      广播技术正迅速走向数字时代，广播电视、电信、计算机技术领域也在不断相互渗透、融合，这些都使原有的广播电视系统和技术发生了根本性的变化。数字电视信号的传输和接收及视频解码技术是目前研究与产品化的热点。DVB - T移动数字电视接收系统可以接收DVB - T数字电视节目，实现在个人电脑上或嵌入式系统中解码并实时播放高清或标清电视画质的MPEG - 2视频信号和音频信号，适合运用微电脑收看电视节目，并可以移动接收，这对促进数字电视产业化具有重要意义，在商业领域有其突出的作用，市场前景看好。本文介绍基于USB2. 0的DVB - T地面数字电视接收系统原理和设计，该系统具有结构简单、实现方便、成本低等优点。 

        系统简介 

 　　我们设计的系统总体框图如图1所示。从DVB- T的Tuner和解调模块输出TS码流，经过ALL422存储器缓存，再经USB2. 0接口送入计算机，由软件对TS码流解码和显示。CPLD ( EPM7128SQC100)控制电路主要完成同步时序控制。

图1　总体原理框图 

        系统主要部分设计 

        DVB - T数字电子调谐器DT6034 
　　DVB -T系统采用开路的NIM 模式， 内置COFDM解调芯片， 接收频率范围: VHFC5 ～C12(174 ～ 230 MHz) ， UHF C21 ～ C69 ( 470 ～ 863MHz) ，波段选择及调谐由PLL芯片控制， PLL 芯片则受COFDM解调芯片控制。 

        USB2. 0接口 
　　USB2. 0接口芯片ISP1581的特点 
　　根据TS码流的传送要求，对于标清或高清电视，传送速率应该大于40 Mb / s，系统采用PH IL IPS公司的ISP1581作为USB2. 0接口芯片，可满足要求。ISP1581是一种价格低、功能强的通用串行总线(USB)接口器件，它完全符合USB2. 0规范，并为基于微控制器或微处理器的系统提供了高速USB通信能力。ISP1581与系统的微控制器/微处理器的通信是通过一个高速的通用并行接口来实现的。ISP1581实现了高速USB和最初USB规范的物理层和数据协议层的任务，并且实现了连同端点EP0设置用于访问设置缓冲器在内的16个USB 端点的共同协作。USB的Chap ter9有关USB协议的处理是由外部固件来完成的。ISP1581支持USB2. 0 系统运作的自动检测。USB1. 1的返回工作模式允许器件在全速条件下正常工作。

　　ISP1581是一个通用的USB 接口器件，它符合现有的大多数器件的分类规格，譬如成像类、海量存储器件、通信器件、打印设备以及人机接口设备。内部通用DMA 模块使得数据流很方便地集成，另外，多种结构的DMA模块实现了海量存储的应用，这种实现USB接口的标准组件使得使用者可以在各种不同类型的微控制器中选择出一种最合适的微控制器，通过使用已有的结构和减少固件上的投资缩短了开发时间，减少了开发风险和费用，从而用最快捷的方法实现了最经济的USB外设的解决方案。ISP1581内部由几大主要模块组成:集成了串行接口引擎( SIE) 、P IE、F IFO存储器、数据收发器、高速的DMA处理控制接口、微控制器处理机接口和3. 3 V的电压调整器，其内部方框图如图2所示。 

图2　ISP1581内部方框图 

        断开总线的GDMA从机模式 
　　ISP1581有一个快速通用接口，利用它可以实现与大部分类型的微控制器/处理器的通信，这个微控制器的接口由管脚BUS_CONF、MODE1和MODE0共同设置，适用于大部分类型的接口。ISP1581 内部含有两种总线结构配置，上电时由BUS_CONF输入管脚进行选择：

      (1)通用处理器工作模式BUS_CONF = 1 
      AD [ 7∶0 ]8位地址总线选择目标寄存器；DATA [ 15∶0 ]16位数据总线处理器和DMA共享；控制信号R /W和DS或RD和WR (由MODE0选择) 、CS；DMA接口仅用在通用从机工作模式下， DATA [ 15∶0 ]为数据总线，D IOR和D IOW为读/写选通信号。 

      (2)断开总线工作模式BUS_CONF = 0 
      AD [ 7∶0 ] 8位本地微处理器总线多路复用地址/ 数据；DATA [ 15∶0 ]16位DMA数据总线；控制信号CS、ALE或A0 (由MODE1选择) ， R /W和DS或RD和WR (由MODE0选择)；DMA接口主机或从机模式D IOR和D IOW为读/写选通信号。 

      ISP1581和外部存储器或外部设备之间的高带宽数据传输是通过集成的DMA控制器来控制完成的，高速的DMA接口传输速率达12. 8 M字/ s。根据芯片的特点，设计时采用断开总线工作模式，其典型接口电路(从机模式)如图3所示。

图3　断开总线模式的典型接口电路(从机模式) [page]

      TS码流经过DMA总线DATA[ 15∶0 ]传送到ISP1581，再送入到计算机， DREQ、DACK、D IOW、D IOR是控制信号，在8051单片机上运行固件对该芯片进行初始化和配置。图4是GDMA从机模式时序图(BURST =00H，MODE =00H)。 

图4　GDMA从机模式时序(BURST = 00H，MODE = 00H) 

        ISP1581固件 
　　USB是一种主机到从机的结构， 图5 所示为ISP1581的固件结构。

图5　固件结构 

      表1 对内部的各种文件进行了描述。设备是不能启动任何传输过程的，它只能对主机的请求做出响应，在这种结构下，固件总是一直在等待主机命令，再根据命令去执行相应的程序。mainloop. c文件跟踪USB的中断事件，中断发生时引导它们去执行相应的程序。

表1　固件结构 


        系统软件 
　　DVB - T数字电视接收机软件系统由若干个模块组成，由主控模块调用各个功能模块。DVB - T数字电视接收系统软件模块图如图6所示。考虑到软件流程逻辑，将软件系统划分为5个大模块： (1)人机界面(主控)模块；(2 ) 视频MPEG-2解码软件模块；(3)图像显示程序模块；(4)MPEGLayer Ⅱ音频解压缩模块；(5)驱动程序模块；(6) Tunner初始化和选台。 
        
　　人机界面(主控)模块提供人机界面，控制其他各模块的运行，视频MPEG -2解码模块、MPEG Layer Ⅱ音频解码模块完成码流解压缩，实现音视频的实时播放，该软件在具体实现时采用现成的播放器和编制的接口程序与驱动程序来完成。


图6　DMB - T数字电视接收系统软件总体模块图 
 
        总结 

 　　本文主要针对DVB - T码流基于计算机的接收技术开展研究，在数字电视蓬勃发展的今天具有重要意义。我们完成的基于USB2. 0的DVB - T移动数字电视接收系统设计为后续的应用提供了基础，在具体实现中，验证了所设计方案的正确性。该系统涉及到DVB - T解调、USB2. 0接口、软件解码播放等关键技术，具有应用方便、实现简单、易于升级和可移植性好等优点，有着广阔的市场前景。 

参考文献:

[1]. ISP1581 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/ISP1581_410269.html.