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【摘 要】本文介绍了一个DVB-C机顶盒教学平台的完整设计过程，包括硬件设计、软件设计和教学设计，可以作为电子声像技术专业学生学习数字电视和机顶盒相关知识的实践教学设备。
【关键词】DVB-C 机顶盒 教学平台
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）30-0033-02
一 概述
随着数字处理、计算机及图像压缩等科技技术的飞速发展，广播电视走入了数字电视发展的新时代。国际无线电咨询委员会（CCIR）对数字分量演播室编码参数规范Rec.601和数字分量演播室视频信号接口规范Rec.605标准的提出，极大地推动了数字电视的发展。
我国的电视以有线电视为主，近年大力发展了数字有线电视。我国数字电视广播采用欧洲的DVB标准，在广电局的极力推广下，目前已在全国各省市级电视台全面施行，各种付费影视频道、有线数字广播节目以及多种增值业务已是铺天盖地。
在这样一个庞大的产业发展背景下，需要一大批数字电视机顶盒的开发、设计、生产、维护的专业技术人才，电子信息类高职高专需要培养符合产业要求的高级技术型人才，很多院校都设置了电子声像技术专业。电子声像技术专业通常开设诸如数字视频广播技术、数字电视实训、数字电视机顶盒测试与维修等专业课程，课程的学习中必须具备一定的教学环境，拥有相应的实践教学设备，数字电视机顶盒教学平台成为其中必备的教学设备。由于我国采用的是欧洲的DVB-C标准，本文就设计了一个DVB-C机顶盒教学平台。
二 硬件系统设计
DVB-C机顶盒教学平台的硬件设计分为信道部分和信源部分两大部分电路，如图1所示。机顶盒嵌入式芯片设计公司主要有ST、Philips、LSI Logic、富士通等，它们的芯片和方案各有所长。这里我们选用ST公司的方案，CPU采用Sti5119芯片，ST公司的Sti5119采用OS20实时嵌入式操作系统，CPU为ST 20C2+32位处理器，具有支持多任务、内核管理、进程调度和任务优先级等实时特性。
图1 教学平台硬件系统设计图
信道部分电路的主要功能是将有线电视网络传送过来的高频信号经过调谐器降为中频信号，经过滤波、放大后将信号送给QAM解调芯片完成解调。信道部分通常都用一体化高频头来实现，比如Thomson、LG、Philip等品牌的高频头。国内也有几家高频头厂商的产品在市场上广泛应用，如旭光、塔能等。
高频头可以接收48～860MHz的高频信号，并将其转换到用户所需的中频频带上，经过一个表面声波滤波器（SAW Filter）和中频放大器，将降频后的中频信号传送给QAM解调芯片进行解调。QAM解调芯片内集成了A/D转换、赖奎斯特滤波处理、载波恢复、均衡、解交织和R-S、FEC解码等功能。
信源部分电路的主要功能是将高频头解调出来的TS流进行解复用、MPEG-2解码、视频编码、音频D/A转换。QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数据信息的传输流（TS）。传输流中一般包含多个音、视频流和数据信息。解复用器用来区分不同的节目，提取相应的音频流、视频流和数据流。解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，其输出的是已解扰的PES。视频PES流送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MPEG视频数据进行解码，输出到PAL/ NTSC视频编码器，编码成模拟信号经视频输出电路输出。音频PES流送入音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。经Sti5119处理后的视频信号和音频信号分别进行放大和滤波后送入电视机的AV接口呈现图像和声音。
在教学平台的硬件电路设计中要特别注意各部分教学测试点的设置，比如RF信号、TS流信号、复合视频信号、音频PCM信号、音频信号、CPU的时钟与复位、SDRAM的时钟、Flash的复位信号、智能卡（SMART）板信号、红外遥控、网络接口等等，以方便学习时测量使用。
三 软件系统设计
DVB-C机顶盒教学平台的功能要求能够实现实时多任务操作，因此其嵌入式软件系统必须具备操作系统。机顶盒的操作系统主要有LSI Logic公司的pSOSystem实时多任务操作系统和ST公司的OS20实时嵌入式操作系统。我们采用的是ST公司的方案，所以采用OS20操作系统。
OS20是一个模块化、高性能的实时操作系统，专门用来设计嵌入式微处理器。它提供了一个基于开放系统标准的、彻底的多任务环境。OS20系统采用的是模块化的结构，围绕着OS20实时多任务内核，集成了基于标准结构的、绝对编码独立的各种功能软件模块。标准的模块结构使它们一方面可以不用进行丝毫改变就可被不同的程序所调用，另一方面也减少了用户的维护工作，增强了系统的可靠性。
图2 DVB-C机顶盒教学平台软件结构图
DVB-C机顶盒教学平台的软件结构如图2所示，整个软件系统分为三层：应用层、DVB数据广播规范层和系统层。其中系统层包括MPEG-2解码芯片、网络接口、内存等硬件资源及管理这些硬件的嵌入式操作系统（RTOS），OS向上为DVB数据广播规范层提供一些底层的系统服务，如码流过滤、设置中断处理函数等。对于每种具体应用，都利用DVB数据广播规范层提供的通用API，选择合适的数据组织和传输方式。
在设计好DVB-C机顶盒教学硬件平台后，需要设计嵌入式软件才能使机顶盒正常工作。软件设计主要是应用层软件的设计，其中要注意应用层与系统层的关系。
在软件设计中我们要注意将应用层开放，以便于设置软件教学点，比如开机画面、OSD菜单类型和控制、搜索节目、频道编辑、音量控制等。
四 教学方案设计
我们设计的DVB-C机顶盒教学平台配置于数字电视实验室中，可以用于多门与数字电视技术有关的课程教学，比如数字视频广播技术、数字电视技术课程的实验环节，以及数字电视实训课程、数字电视机顶盒测试与维修课程等。
运用DVB-C机顶盒教学平台，根据各门课程的需要，我们可以按照学生的学习情况和认知习惯由浅入深地设计如下的一些实验方案：机顶盒的认识实验、使用遥控器或键盘配置调整机顶盒的实验、射频信号强度的认识实验、运用机顶盒的开发平台进行应用软件下载实验、数字信号的认识和测试实验、机顶盒的OSD及一些播放功能软件开发实验、音视频模拟信号及接口认识与处理实验、机顶盒的电磁兼容性能测试实验、机顶盒的节目搜索和频道编辑软件开放实验、机顶盒的维修等。
五 结论
本设计研制了一个基于嵌入式系统的DVB-C机顶盒教学平台，采用ST公司生产的基于OS20实时嵌入式操作系统的32位VL-RISC CPU（Sti5119）机顶盒芯片，完成数字电视信号的解复用、解码以及视频的编码和音频的D/A转换。
设计的DVB-C机顶盒教学平台除了能完成普通机顶盒对数字电视节目、电子节目指南、数据广播的接收功能以外，还能方便设置各种教学方案。
参考文献
[1]余兆明.数字电视原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009
[2]庞然.数字电视机顶盒关键技术[J].中国传媒科技，2013（6）
[3]孙亚楠、郑南宁、梁峰等.基于DVB-C的数字机顶盒系统及其软件[J].中国有线电视，2002（17）
〔责任编辑：庞远燕、汪二款〕