USB数字电视接收棒的设计与实现

　

概要：收棒系统主要有以下4个模块构成，如图1为系统的原理图。 (1)高频头：负责将天线接收到的高频信号转换为基带信号，并将信号传输至信道解调器。 (2)信道解调器：完成自动增益控制、PN帧头捕获、信道估计与均衡、自动侦测与锁频、FFT变换等，将基带信号转换成TS码流输出，并将TS码流输至USB传输控制芯片。 (3)USB传输控制模块：该模块作为主控模块，加载相应的驱动程序后，通过I2C总线完成对高频头和信道解调器的初始化和后续控制，并将TS码流传输至PC机端。 (4)PC机端应用软件：实现对TS码流的接收，并通过播放器实时播放节目。1．2 硬件资源 硬件方面，由于USB数字电视接收棒是一种体积小，功耗低，移动性好的便携式设备，且针对的是国标DMB-TH，所以选择的芯片也必须在这些方面特别考虑。经过研究，高频头选择Analog Device公司的AD-MTV102，信道解调芯片选择凌汛公司的LGS-8GL5芯片，它们都支持DMB-TH标准，USB传输控制芯片选择Cypress公司的CY7C68013芯片，由这三块芯片搭建的硬件系统只需要USB接口的5 V电压就可以满足其功耗要求，且体积小巧(普通U盘大小)，便于携带，完全满足系统的设计要求。1．3 软件资源

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0 引 言
    近年来，电视数字化的发展十分迅速，我国于2007年8月正式实施自主开发的国家地面数字电视广播DMB-TH标准，基于DMB-TH标准的便携产品成为数字电视技术及产业发展的热点，市场潜力巨大。USB 2．0标准于2004年4月推出，增加了高速模式，将USB接口的速度提高到了480 Mb／s，是原来全速模式速度的40倍，拓展了USB接口的应用范围，使得通过USB接口传输高速率的标清乃至高清数字电视变为可能。
    本文所研究与设计的USB数字电视接收棒正是基于USB 2．0以及DMB-TH标准的便携式设备，它可实现在笔记本电脑，台式机等带USB接口的设备上对数字电视的接收，并通过相应的上层播放软件实时的播放数字电视节目。

1 系统总体设计方案
1．1 系统框架
    USB数字电视接收棒系统主要有以下4个模块构成，如图1为系统的原理图。

    (1)高频头：负责将天线接收到的高频信号转换为基带信号，并将信号传输至信道解调器。
    (2)信道解调器：完成自动增益控制、PN帧头捕获、信道估计与均衡、自动侦测与锁频、FFT变换等，将基带信号转换成TS码流输出，并将TS码流输至USB传输控制芯片。
    (3)USB传输控制模块：该模块作为主控模块，加载相应的驱动程序后，通过I2C总线完成对高频头和信道解调器的初始化和后续控制，并将TS码流传输至PC机端。
    (4)PC机端应用软件：实现对TS码流的接收，并通过播放器实时播放节目。
1．2 硬件资源
    硬件方面，由于USB数字电视接收棒是一种体积小，功耗低，移动性好的便携式设备，且针对的是国标DMB-TH，所以选择的芯片也必须在这些方面特别考虑。经过研究，高频头选择Analog Device公司的AD-MTV102，信道解调芯片选择凌汛公司的LGS-8GL5芯片，它们都支持DMB-TH标准，USB传输控制芯片选择Cypress公司的CY7C68013芯片，由这三块芯片搭建的硬件系统只需要USB接口的5 V电压就可以满足其功耗要求，且体积小巧(普通U盘大小)，便于携带，完全满足系统的设计要求。
1．3 软件资源
    软件方面，PC机端应用程序的核心部分是实时播放器，需要播放的是TS码流，这是MPEG-2标准定义的一种码流。本方案采用基于DirectShow技术搭建的媒体播放器。DirectShow是DirectX家族中的成员，它为在Windows平台上处理各种格式的多媒体文件的回放、音视频采集等高性能要求的多媒体应用提供了完整的解决方案，重要的是它很好地支持了MPEG-2标准，它使应用程序开发人员从复杂的数据传输、硬件差异、同步性等工作解脱出来，总体应用框架和底层工作由DirectShow来完成，大大加快了开发进度。

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    (1)从USB端口接收CY7C68013所传输进来的TS码流，存入缓冲区内。这个功能相对简单，利用Cy-press公司提供的通用驱动程序和_些相应的API函数，在打开USB设备获得设备句柄之后，设置每次读取数据量的大小，然后开启一个线程循环读取数据，就能连续不断的得到TS码流。其中每次读取数据量的大小对于播放的流畅度影响很大，在本方案中曾经将该参数分别设为1 024 B，8 192 B，10 240 B，30 720 B，61 440 B等数值进行测试比较，发现该参数的值越大播放效果越好，它直接影响着丢包率。最终本方案将该值设为61 440 B，这也是实测所能得到的最大数值，在这个参数下节目播放出来的效果最好。
    (2)搭建实时媒体播放器，将所接收到的TS码流解码播放。这是PC机应用程序的核心部分。在选择搭建实时媒体播放器的策略上有两种方法：一是利用开源的播放器进行修改，但绝大多数开源播放器都是基于Linux平台下编写的，要在Windows平台下使用需要经过移植才行，移植工作量很大，且移植后播放器稳定性较难控制。另一个是基于DirectShow技术，自行编写播放器。DirectShow是微软DirectX家族中的成员，与Windows有着天然的“血缘”关系，是Windows平台下搭建媒体播放器的最佳选择。并且微软提供了相应的开发套件，使得开发工作量得以减少，开发周期大大缩短。基于以上原因，本方案选择基于DirectShow技术搭建实时媒体播放器。
3．2 DirectShow技术在系统中的应用
    在DirectShow技术中，一个播放器由多个功能不同的Filter连接而成，这些Filter不是独立工作，而是互相联系、互相配合，是一个有机的整体，这个整体称之为Filter Graph。一般将Filter分为以下几类，见表1。

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    本系统搭建的Filter Graph如图3所示。

4 实验结果
    在完成了USB数字电视接收棒的系统总体方案设计之后，根据所选用的芯片，参照相应技术手册，设计了电路原理图并制作了印刷电路板。在硬件制作期间，同时进行软件的开发工作。在硬件制作完成后，利用KEILC和VC6++进行了调试。利用笔记本电脑在室内和运动状态下分别进行了长时间(12 h)测试，USB端口接收数据的速度稳定在1．8 MB／s。测得厦门地区国标DMB-TH数字电视的参数见表2。

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