利用软件的微机数字电视接收技术

南京航空航天大学自动控制系　纪宗南

　　数字电视是以数字技术为基础的，和PC机组成的电视接收PC机不仅能观看电视节目，而且还能接收高质量广播和娱乐作用。为了满足这些要求，必须研制出一种多功能，廉价高效的数字电视接收PC机。但是，在普通数字电视接收技术里，仅用硬件电路对数字电视信号进行解码，这样必然使得数字电视接收PC机附加卡硬件复杂，设备昂贵和功能有限。

　　与之相反，已研发出利用PC机软件处理MPEG-2位流的新型数字接收技术。根据这种技术，使用PC附加卡，就能实现数字电视接收和娱乐功能。这种技术具有下列特点:第一，使用软件。其中TS传输流信号分离软件特别重要，因为它能提供一种能处理视频、音频和数据流的指令功能。第二，廉价和高效，它只使用一片视频解码器芯片。在PC机上用400　500MHz的CPU，也难以对高分辨率视频位流的全帧信号解码。第三，多功能。它不仅能接收数字电视广播节目和娱乐活动，而且还能应用到视频编码的HDD(硬盘驱动器)，与普通的VCR视频盒式磁带录音机相比，具有快速存取和无磨损的优点。

　　在数字电视软件接收系统中，通过PCI(外部器件连接器)接口，能把数字电视接收的TS信号从数字电视接收卡传输到PC机主存贮器，并利用TS信号分离软件进行信号分离。在数字电视接收机的附加卡上，能把信号分离的视频PES(Packetized Elementary Stream——包载线流)从PC机的主存贮器传输到视频解码器LSI，并利用软件对分离后的音频进行解码。

　　该系统中的关键技术有两个，一是数字电视接收附加卡和PC机之间的实时双向接口，使用普通PCI接口是不能完成的，因为PCI接口是非同步的。如果要实现实时双向MPEG-2数据传输，则必须使用具有单一PCI总线主/目标码的PCI总线。二是数据流软件，它包含驱动器、TS信号分离、API和应用软件。其中TS信号分离软件能根据PSI分解视频、音频和数据流。除掉TS信号分离软件外，应用软件同样也需要恢复位数据流。

　　系统结构

　　数字电视接收技术系统设计由硬件和软件两部分组成，其中硬件电路包含数字电视接收附加卡、图形卡、声卡等。而软件部分包含TS信号分离HDD(硬盘驱动)、图形软件、AC-B解码器等。

　　数字电视调谐器接收的射频信号和8VSB LSI解调后的信号均通过数字电视接收附加卡处理，并输出MPEG-2 TS(传输流)。利用PCI接口把TS送到PC的主板存贮器，然后利用TS信号分离器进行分离，从而输出视频PES、音频PES和数据信息。通过PCI接口，把视频PES信号从PC的主板存贮器传送到数字电视接收附加卡中的MPEG-2视频解码器。视频解码器输出的视频信号传送到图形，可作为监视器显示输入信号，而音频PES信号可以用软件进行解码，然后传送到声卡，作为发音器的输入信号。

　　上述的TS信号视频PES，音频PES和数据都能够存储到PC机中的一个HDD中，而PC机的主CPU能够控制数字电视接收附加卡中的所有数字电视设备。

　　PCI的实时双向传输

　　硬件　它主要由前端模块和解码器模块组成。实时传输是指传输连续的位流信号，它和传输MPEG-2 TS信号和PES相似，无需等待和非连续现象。双向传输是指把TS信号从数字电视接收的附加卡传送到PC机存贮器和从PC机的存贮器传送到数字电视接收的附加卡。利用PCI接口和新型驱动软件的结合，就能对MPEG-2数据流进行实时双向传输。要通过TS传输和PES传输所需要的PCI接口及FIFO存贮器，就能调节连续的MPEG-2数据流和非同步数据传输速率。PCI接口控制器是数据传输的另一种形式，它利用PCI总线能够把数据从TS FIFO传送到PC机和数据从PC机传送到PES FIFO存贮器。

　　在前端模块电路里，输入信号能够通过TS流控制器连续存到TS FIFO存贮器。为了能够把TS数据从TS FIFO存贮器传送到PC机的主存贮器，则PCI总线的主机工作状态必须正常。在PCI总线主机/目标编码访问PCI总线后，通过PCI总线并利用DMA(直接存贮器访问)就能把TS FIFO存贮器中的数据传送到PC机的主存贮器。“调谐器控制”和“VSB控制”分别是调谐器和8VSB解调器LSI的控制电路。前者通过4线接口控制;而后者是通过I2C总线控制。在解码器模块电路里，当传送的数据是视频解码器LSI所需要的信号，则就能够把PCI接口的PES FIFO存贮器传送到视频解码器。

　　驱动器　驱动器的主要作用有两个:第一个作用是TS和EPS流的DMA传输;第二个是控制数字电视接收附加卡上的设备。DMA是指TS的DMA传输，而PES DMA是指PES的DMA传输。驱动器能分别完成TS DMA或PES DMA传输和控制，当需要TS DMA和/或PES DMA传输，则下一步将可能确定每个DMA的极性。如果确定TS DMA为输出，那么就能得到存储TS数据的主存储器区域的实际地址和容量，此时，启动TS DMA传输。如果确定的是PES DMA输出，那么就能得到存储PES数据的主存储器的实际地址和容量，此时，启动PESDMA传输。

　　调谐器，8VSB 和视频解码器均由驱动器控制，从而完成选择通道，设置每个设备的寄存器和读出每个设备的状态。这些控制同样也可以通过API来完成。

　　数据流软件

　　分层结构　数字电视接收硬件是利用前端/解码器最小驱动器进行访问的。应用软件是通过API和数据流分类驱动器控制设备。而API的使用有助于应用软件的开发。数据流控制是利用连接API滤波器元件的引脚来实现。

　　TS信号分离　TS信号分离是利用软件来完成的。

　　自动解码器　AC-3是一种数字音频压缩技术，它能够把来自PCM的1~5音频通道的音频信号转换成串行位数据流。0.1通道是一种能传送低频信号的。对于AC-3解码器来说，误差隐蔽同样也是很重要的。每个AC-3帧包含两个16位CRC，使用CRC，就能完成误差隐蔽。AC-3解码器软件同样也能实现API滤波器功能。

　　实时数字电视接收　每个方块称为滤波器，表示一种功能模块。“DTV调谐器1”滤波器表示一种调谐功能。“DTV捕获1”滤波器表示TS DMA。“DTV捕获1”滤波器的输出连到“TS-信号分离(4)”滤波器。“TS-信号分离(4)”滤波器的视频输出连到能表示PESDMA和硬件视频解码器的“DTV解码器1”而“TS-信号分离(4)”滤波器的音频输出连到“AC3解码器”滤波器。

　　基于视频录音和实时移位的HDD　信号流程图由录音过程和放音过程两部分组成。在录音过程中，利用PCI接口，它能把TS信号存储到HDD。在放音过程中，它把存储到HDD中的信号分离，并利用PCI接口，把分离出来的视频PES信号传送到视频解码器。除掉存储TS信号外，它同样也能把其他数据流，如PES存储到HDD。

　　PC机的数字电视

　　单块数字电视接收卡　数字电视所需要的接收设备(调谐器，8VSB解调器LSI，视频解码器LSI和PCI接口)都装在单块PC机附加卡上。该卡能选择地面或电缆输入，把接收到的数字电视信号馈入调谐器。从8VSB LSI输出的TS信号传输PCI接口设备，它能把数字电视信号下载到PC机。通过PCI接口设备，又能把PC机的PES数据流传到视频解码器。通过连接器，把视频输出信号传送到图形卡。

　　接收和显示　数字电视接收的信号和滤波过程，均能在PC机的CRT上显示出来，系统无需变换技术，就能显示高分辨率图形。如果使用图形加速器上的变换技术，就能把480线逐行扫描的图形变换成清晰度和分辨率更高的XGA(768线??024象素/线，60帧/秒)图形。

摘自《世界电子元器件》