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7.7数字卫星电视接收整机方案介绍
数字卫星电视接收系统的信号处理是一个硬件结构十分复杂、软件侵犯量很大庞大的系统。它不仅包括许多不同的功能模块，而且要求这些功能模块能够在统一控制下协调工作。以上介绍了整个接收系统各个模块的工作过程和原理，在实际的交互中，这些模块都由相应的集成电路来实现，并通过功能强大的32位CPU及其多任务处理操作系统对整个系统的硬件系统和软件系统进行协调和控制。图7-17给出了数字卫星电视的完整结果
随着集成电路技术、接地控制技术和软件无线电技术等方面的不断发展，数字卫星电视的软硬件结构也在不断的发展和在短短几年中，数字卫星电视从硬件上看，已经经历了从七片、五片、四片、三片、两片到目前流行的两单片的解决方案。而片数越来越少，意味着集成度越来越高，整机的体积越来越小、结构成本越来越低，同时系统的性能则越来越好，功能越来越强。
图7-17数字卫星电视完成电路的组成框图
7.7.1几种常见的整机结构方案
（一）飞利浦公司的整机方案
1．七片机方案。随着1997年初国内第一批符合DVB标准的省级节目播出后，国内首批出现的第一批数字卫星电视遥控器的如图所示7-18。它是由Philips公司制作的七片机方案。所谓的“七片”，是指从模拟组成解调器输出端开始算起，整个功能单元所采用的集成电路芯片的个数，但不包括DRAM、SDRAM、FLASH等存储器和音频DAC等辅组芯片。本方案中为：双路模数转换器（ADC）TDA8705、数字解调器VES4143、信道解码器VES5453、解多工复用器SAA7205、视音频解码器STv3520、视频编码器SAA7182和32位解码器（CPU）。其中，数字解调器VES4143和信道解码器VES5453是VLSI公司的产品，视音频解码器STv3520为ST公司的产品，其余为Philips公司的产品。
图7-18由Philips公司生产的七片机方案的电路组成
2．四片机方案。七片机方案很快推出，飞利浦公司又发布了全部采用该公司自己芯片的数字卫星电视的四片机解决方案。其系统组成如图7-19所示。在前面，单片中的数字解调和信道解码芯片TDA8043还集成了双路模数转换器，使前置的电路大大简化。模拟萝卜解调方面，仍然采用第二中频频率为479.5MHz的中频解调方案，解调后面的模拟基带信号（I、Q），直接送入TDA8043的模拟输入接口；在解多工复用电路部分，解复用芯片(SAA7208)中同时集成了32位奥斯卡核，使之成为整机的控制核心；在视音频解码部分，采用了SAA7201替代了原来的STv3520。但在视频编码器、音频DAC和外部存储器的配置方面，与原来的七片机方案没有粗暴的改动。
图7-19由Philips公司生产的四片机方案的电路组成
3．三片机方案。Philips公司最新发布的三片机解决方案，其系统组成如图7-20所示。
在微波的模拟解调方面，采用了最新的零中频解调方案，并采用了自己开发的零中频解调芯片TDA8060；单片的数字解调和信道解码芯片TDA8043所被替代、带32克拉核的解复用芯片SAA7208被SAA7214所替代位，虽然TDA8044与TDA8043、SAA7208与SAA7214的结构相同，但在性能上有扩大的改进；在解多工之后的视音频处理部分，则有了很大的变化。单片SAA7215集成了原来的视音频解码器SAA7201、数字视频编码器SAA7183和音频DAC TDA1305，市政机的集成度大为增加。
图7-20由Philips公司生产的三片机方案的电路组成
（二）意法半导体公司的整机方案
1.五片机解决方案。意法半导体公司的五片机该方案的电路组成如图7-21所示。由图可见，该方案的主要特点是采用将数字解调和信道解码合二为一个芯片STv0199，以及将解多工复用器和32处理为控制器（CPU）合二为一芯片ST20-TP2；另外，视位音频解码器采用STv3520，视频编码器为STV0118，音频DAC采用Philips公司的TDA1311。
图7 -21 ST公司五片机和四片机方案的电路组成
2．四片机解决方案。STMicroElectronics公司的四片机方案是在原五片机方案的基础上，将双片机·路ADC（STv0190）和数字解调与信道解码器（STv0196）进一步合二为一，成为STV0199（最终进一步改进为STV0299），如图7-21中的虚线框所示。该方案的电路结构与前面介绍的飞利浦公司的四片机解决方案十分相似。该机箱在本周的市场上增加了占有率得分额。
3．两片（单片）机解决方案意法半导体公司的单片机解决方案片片机解决方案如图7-22所示。在前端模拟解调电路上，采用了最新的零中频解调方案；在数字解调和信道解码部分，采用性能的STV0299；与前面所用更好介绍的各种方案不同的地方是，将把32位计算的解复用芯片ST20-TP2、视音频解码器STv3520和视频编码器STV0118全部集成在一起，构成单片的STi5500芯片。 STi5500表明了目前市场上集成度最高的解决方案。由于对接电路目前流行的做法就是零中频天线解调器、频率合成器，以及数字解调和信道解码器等多做在一起，即称为一体化纤解调解码器，并用金属壳发光起来，形成独立的通用组件，故意法半导体公司的这种两片机方案有时也称为单片机方案。该支架实现高集成度、高性能、最新
图7-22 ST公司两片机方案的电路组成
（三）富士通公司的两片机方案
富士通公司的两片机方案的结构如图7-23所示。其核心芯片是MB87L2250，它集成了解多工复用器、 MPEG视音频解码器和32位微处理控制器。数字视频编码器采用了ADI公司的ADV7171，音频DAC则采用了PCM1723。
芯片电路采用通用的一体化铲解调解码器。该方案在国内市场上十分流行。
图7-23富士通公司的两片机方案的电路组成
7.7.2 整机电路实例介绍
为了进一步了解数字卫星电视的工作流程，下面以电路结构上较有代表性的 TMicro electronics 公司的四片机方案为例，详细介绍整机电路的电路原理。STMicroElectronics公司的四片机方案的电路组成见图7-21。以下分部分进行介绍。
（一）模块化铲调解码器电路
本方案牵引天线器采用一体化零中频解调码器，输入信号的频率范围为950～2150MHz的第一个中频信号，已输出信号为纠错的TS码流，该码流的输出可以是8位时钟输出，也可以采用串行输出。与TS数据码流同时输出的还有时钟信号BCLK（串行时输出，是位时钟；时钟输出时，是字）
一体化坐标轴解调解码器作为一种相对独立的组件，可以由多种不同的选择，只需与输出接口连接本电路采用三星公司生产的一体化调谐解调解码器30321IMT。30321IMT内部主要由频率合成器SP5769、零中频串口解调器SL1925和信道解调解码芯片STV0299组成的，内部电路组成见图7-25。表7-6给出了其引脚功能图。表7-7列出了它的技术指标。
图7-25 模组化天线解调解码器内部参见
表7-6 模组化天线解调解码器30321IMT的引脚排列及其功能
表7 -7托盘解调解码器30321IMT的技术指标
从高频头送来的第一个中频信号送入30321IMT的F头输入端，加到SL1925的RF和RFB引脚， CPU根据输入的第一中频频率，计算出控制SP5769的分频系数，通过30321IMT的29、30脚（SDA、SCL）将该值写入频率合成器，SP5769产生的低音电压送至SL1925控制产生同相和正交的载波，并在SL1925中与第一中频信号进行混频，实现零中频解调，产生基带信号。SL1925的振荡频率另一路经SL1925的PSOUT、PSOUTb送出至SP5769，与输入的参考频率进行数字相位比较，保证fL的稳定性。
SL1925输出的模拟基带信号经IOUT、QOUT输出，经低通提示后通知STV0299。在STV0299内，先进行时钟恢复、载波恢复，得到最佳的差分值，再进行波形解码，依次进行波形解码、去组合、RS解码和去能量扩散处理，最后得到已纠错的数据。同时，STV0299产生一个AGC电压，以PWM信号的形式输出，在外部经过一个低通滤波器后，送出SL1925的AGC电压输入端，控制前端的增益。
STV0299解码输出有四组信号（30321IMT的17、19、20） 、21～28脚），它们分别是数据线D0～D7，数据信号时钟BCLK，数据/奇偶校样时钟，错误信号ERROR。
其中，前双向与输出是一组方式或者串行方式有关，或者串行方式，数据从D7输出送解多工，相应的BCLK为位时钟。这四组信号经缓冲后，送解
STV0299和SP5769都是入口控制式的芯片，同时完成时钟、载波恢复和信道解码的STV0299信号处理算法复杂，但它有友好的用户交互接口，大量的数据处理都是在芯片内部进行的，因此，它与CPU通信的只是一些读写器的命令，CPU处理的数据量不大。一般情况下，由于信号的解调解码应该与其他工作进程互相协商，如与用户输入进程，与解多工进程，MPEG-2解码等，所以通过ST20-TP2内的32位单片机对这两个芯片进行控制
器件与CPU连接时，一般要求系统中的入口连接的所有节点都具有入口接口，而主控制的入口接口及相应的SFR能对入口实现全面的管理，对入口出现的各种状态自动进行处理，特别是在多主系统中有效地保证整个系统有条不执行地工作。
（二）天线与LNB控制电路
标准化天线解调解码器的输入端是来自于LNB的第一个中频信号，因此，数字卫星电视需要通过它实现对卫星接收天线、高频头（LNB）以及天线控制器提供控制信号。控制信号包括13 /18V控制电压（用于控制水平/垂直电波方向）、22k开关信号（用于LNB双本振频率的切换、或二选一天线控制器的切换）、Diseqc控制信号（欧洲标准的多）这些控制信号一般是由ST20内部CPU产生的，并通过ST20的I/O输出来控制专用的控制模块或电路来实现的。本机采用ST公司专用LNB控制芯片LNBP13SP，该芯片是产生高频头控制信号的专用芯片，有多种封装形式，常用的如图7-26所示。
LNBP13SP工作原理是：通过将外部控制芯片输入控制信号进行处理，产生所需的相应输出信号。该集成电路作为高频头控制的特点是调试方便、接口简单、体积小。当然，也可以采用分离元件来构成这种控制电路，但往往电路较复杂，而且调试比较麻烦。下面介绍一下LNBP13SP的功能和接口。
在应用中，EN、VSEL、ENT接CUP的I/O口，这些I/O根据用户的参数分别被置于高电平或低电平设置。EXTM接22KHz的信号（来自30321IMT的F22引脚的输出）。LNBA脚接到30321IMT的LNBA引脚，LNBP13SP的控制引脚来自CPU的I/O OLF可以接CPU的中断输入，以便当发生不正常情况时，启动中断控制子程序，排除故障。一般的，EN脚用于控制高频头电源的开关，因为如果该芯片不工作，则 LNBA 脚不输出任何信号，包括电压，于是，高频头没有供电，而??如果该芯片工作，则 LNBA 脚的输出信号根据其他控制引脚的值而变化，如 VSEL 接“0”电平， ENT接“1”，于是LNBA脚向高频头提供13V的电压，该电压上高频22KHz的正弦波，因而对于双高频、双本振的高频头，这样的信号将选择高频方向而低本振端，对于单本振单极的高频头，这些信号实际上失效，但可以用它来控制外接的器件的选择，从而可以在任意一个中选择多个高频头输出。
如高频头的输出电缆分别接两个2KHz切换器的两个输入端，切换器的输出端接多个的RF输入端，则通过22KHz开关信号就可以选择任意一路的信号发送端
图7-26 LNBP13SP的引脚图
（三）解多工复用与控制CPU电路
信号时序经过缓冲后，送机带32位阿核的解复用芯片ST20-TP2。ST20-TP2除了完成结多工复用功能外，还控制负责整个接收系统的协调工作，以便扩展其功能，与ST20连接的还有系统存储器，如DRAM和Flash。另外，ST20-TP2还可以接调制解调器和智能卡，并附有图文电视接口等如图，7-27所示。
ST20-TP2在解多工和控制整机时，需要外部存储器配合工作。它是一种实时运行的存储器，其信息需要在每次时保留，一般可以采用DRAM。另外还需要一个用于存储32为CPU运行程序的存储器，则要求关机后能不丢失数据，故需采用点亮存储器（Flash）。
在使用Flash时，首先要对内部指令注册进行初始化，该注册本身不占存储地址。该注册能锁定和指令指令以及需要执行命令的地址和数据信息。当要从Flash写入数据时，应保证内部状态组件设置在器件接上电源或硬件复位后，从而保证在电源瞬变器件时不会发生烧录目录类似的现象。在对Flash写入指令和指令序列时，写入操作实际上就是把原来的数据进行删除操作。写入操作可以针对一个扇区，多个扇区，甚至是全部扇区。Flash还有七个模式，当该系统执行器件进行读或写操作时，它可以设置器件其中一个模式，工作于该模式时，功耗极大恢复，整洁输出端配置一个高阻状态。
本部分电路的详细工作原理见上一章的相应内容。
图7-27解多工复用与控制CPU电路
（四）音视频解码与视音输出电路
ST20-TP2输出的解复用后的视音频信号，送入MPEG-2解码器STi3520，该芯片实现视频和音频的解码，为了满足实时的信号访问，需要外接一个16～32Mbit的SDRAM（或DRAM）。STi3520解码器输出的亮度和色度、音频信号均以8位毛数据形式输出。压缩后的数字视频信号塔PAL/NTSC视频编码器STV0118。该芯片既可以提供复合视频信号V输出，也可以提供亮度信号Y和色度信号C，输出设计师直接输出三基色R、G、 B信号输出。伴音信号经数据模变换器TDA1311，获得双路模拟音频信号。该信号经过双侵犯放大器LM833放大后，输出模拟左右声道音频信号。这部分的电路原理图如图7-28
图7 — 28 视音解码和视频编码、音频DAC硬件组成
7.7.3 数字卫星的软件控制系统
以上介绍了数字接收系统的硬件方案，实际上，数字卫星电视交互是除计算机之外的电子类产品中软件中包含最大的产品，它是一个专用于带通信接口的计算机系统，因此和其他所有计算机系统一样，操作系统是必要的。
由于消费类产品功能同样单一，因此可以采用相对简单的实时OS微内核，在微内核中完全提供包括存储管理、进程管理、设备管理以及设备管理等必要的功能，并在此基础上提供特定的支持解码任务的API，如解码、解复用等功能，最后将应用软件建立在微内核和解码API的基础上。图7-29是具有此类微内核数字卫星采集的软件结构．
图7-29数字卫星电视同步的软件系统结构
实时OS内核可以处理多路中断信号、具有信号量、消息队列、数据通道多种等用在进程之间通信和同步的工具，进行存储管理并主要完成多任务的进程调度。它的实时性和稳定性很好，但扩展性和开放性较差。
图形、字符库和列表、菜单、对话、按纽控件等是系统提供的用于OSD的API。文字和图形功能丰富，使用简单。但效果不是很理想，距边缘较明显。
各接口和模块设备的驱动，通过实时OS内核与硬件相连接，对硬件进行直接的控制。
前置摄像模块用于控制和监视摄像器的工作，将其摄像至相应的频道参数并完成RF信号的解调和解码，输出TS流。解复用模块监视TS流数据，并提取提取(SI)服务信息。数据库模块将解复用进程截取的SI信息进行SECTION分析并建立通道、节目数据库。音频、视频解码模块完成音频、视频数据的解码。遥控与面板模块用于接收用户的键盘输入。用户接口模块根据用户输入的控制和命令信息控制整个系统各模块的工作。图7 -30是从用户输入一个新的频道参数开始的内部的工作流程。
[用户接口]收到用户输入的新的频道信息后，首先向[数据库控制]发消息通知其启动一个分析码流、提取节目信息、构建频道节目信息库的工作，连接控制[前置萝卜]将天线放到相应的频道上，解调解码信号后输出TS流。
[数据库控制]收到[用户接口]发来的启动消息后，首先向[解复用]申请得到PAT信息，[解复用]响应[数据库控制]的请求，从TS流中提取PAT表信息分配[数据库控制]。PAT表给出码流中所有其节目相应的PMT??的PID值，[数据库控制]为PAT中给出每个节目在节目数据库中添加一个；添加一个[数据库控制]控制]依次向[解复用]申请PAT表中给出的所有PMT表，并根据[解复用]送来的PMT表数据，为每个节目添加该节目的音频、视频、PCR的PID，这些信息是一个节目解码所用到的主要信息；当所有的PMT都分析完成后，[数据库控制]向[解复用]申请NIT表、SDT表，提取出有关网络和节目工作的信息。当这些都分析完成后，[数据库控制]向[用户接口]发消息，通知其编组信息已经建好，可以开始解码工作。
[用户接口]收到[数据库控制]发来的节目信息建好，就可以开始解码的消息后，从频道、节目信息库中获取节目的相关信息后，根据这些信息控制[音频、视频解码]完成解码工作，[音频、视频解码]输出解码之后的音频、视频数据经过视频编码和音频DAC后就得到模拟的音频视频信号，即可在电视上播放。
如果用户输入的是节目号，且该节目在节目库中存在，[用户接口]则不向[数据库控制]发消息，而是先将[焦点]焦点到响应的频道后，直接从节目信息库中提取节目信息，然后控制[音频、视频解码]工作，编辑解码节目。
总之，软件采用基于实时OS多进程内核的划分设计思路。各硬件模块及其驱动程序都相对比较独立，程序具有的可移植性和灵活性。
>数字卫星电视正向着功能演习的方向发展，业务交互、Web浏览等功能的出现不仅需要硬件的支持，同时也需要大量软件的增加。可以说，软件的完善性在很大程度上上影响着数字卫星电视在市场上的竞争力，从而，今后数字卫星电视夺取软件的开发提出了更高的要求。
图7-30数字卫星电视共有工作流程