便攜式設(shè)備的移動電視功能實現(xiàn)

自1930年代晚期電視廣播開始商業(yè)運轉(zhuǎn)以來，電視廣播已經(jīng)成為人類家庭的生活重心之一。根據(jù)統(tǒng)計，每人每天平均收看電視節(jié)目的時間約3-4小時。除了娛樂功能之外，電視節(jié)目也是教育、知識、新聞及信息的重要來源。盡管計算機與寬帶網(wǎng)絡(luò)逐漸普及，但對大多數(shù)人而言，電視廣播的普及性與便利性，依然有其不可撼動的地位?？萍歼M步引領(lǐng)電視廣播相關(guān)技術(shù)不斷的突破，廣播信號由模擬走向數(shù)字；輕薄短小的精密電子，讓用戶能隨時收看電視也不再是遙遠的夢想。本文以聯(lián)陽科技(ITE)AT9050系列芯片為例，討論如何具體在手機、個人導(dǎo)航儀(PND)或便攜式媒體播放器(PMP)上實現(xiàn) DVB-T 數(shù)字電視接收功能。

什么是模擬電視與數(shù)字電視?

電視節(jié)目廣播依傳送媒介主要有三種：衛(wèi)星電視(Satellite)、有線電視(Cable)與無線電視(Terrestrial)。 無線電視(Terrestrial)在支持移動接收的可行性與成本效益最高，因此在下文將主要討論無線電視。

傳統(tǒng)的模擬電視系統(tǒng)請參考圖1。攝影機取得的原始畫像經(jīng)轉(zhuǎn)換(光學(xué)影像->RGB->YUV->Composite)后，通過電視發(fā)射塔，對大眾廣播。用戶由天線收取無線信號，由電視上呈現(xiàn)原始畫像。此外，模擬電視依其影音格式與調(diào)變方式有NTSC、PAL與SECAM三種主要制式。

相對于模擬電視，數(shù)字電視系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)會先經(jīng)過A/D數(shù)字化，再由解碼器壓縮為MPEG-2或H.264碼流。音頻信號也有類似的處理，不再贅述。因為數(shù)字電視頻道可同時傳送多個影音節(jié)目，由一多任務(wù)器(Multiplex)復(fù)合多路節(jié)目成一個Transport Stream，再經(jīng)Channel Coding與調(diào)變后發(fā)送出去。在接收端的電視要具備解調(diào)數(shù)字電視電波與MPEG碼流譯碼能力，方能將數(shù)字節(jié)目呈現(xiàn)在電視屏幕上。傳統(tǒng)的模擬電視機可藉由機頂盒(Set Top Box)來收看數(shù)字電視。

目前，全世界的地面無線數(shù)字電視系統(tǒng)有四種不同規(guī)范，分別是DVB-T(歐盟主導(dǎo))、ATSC(美國主導(dǎo))、ISDB-T(日本主導(dǎo))、D-TMB(中國主導(dǎo))。在這四種規(guī)范里，目前以DVB-T在全世界范圍的采用率最高。相關(guān)產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模也最被看好。請參考圖3。

由表1可得知，數(shù)字電視擁有壓倒性的優(yōu)勢。雖然除歐美日及少數(shù)先進國家外，多數(shù)國家或因經(jīng)濟或因政治原因，數(shù)字化過程步履蹣跚，但是關(guān)閉模擬電視改為播放數(shù)字電視已是全世界不可避免的潮流。

移動電視設(shè)計面臨的關(guān)鍵問題

在移動設(shè)備(如手機、個人導(dǎo)航儀(PND)或便攜式媒體播放器(PMP))上實現(xiàn)電視功能，主要面臨以下幾個關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)和問題。

1．功耗與散熱

移動設(shè)備(車輛除外)大都以電池供電，低功耗設(shè)計得以成功的關(guān)鍵之一是延長電池的續(xù)航能力。典型的產(chǎn)品應(yīng)能以電池供電持續(xù)收看電視3~6小時以上。散熱與功耗是一體兩面的問題，高功耗產(chǎn)生的熱量會導(dǎo)致輕薄短小的移動設(shè)備的散熱機制更加復(fù)雜，成本也難以掌控。一般來說，TV模塊部份的功耗應(yīng)控制在400mW以下。

2．移動接收

所謂移動接收是指用戶在交通工具上收看電視。一般希望在高速公路上行車(至少時速100公里以上)依然能順暢接收為原則。在無線接收時，當(dāng)接收端與發(fā)射端之間有相對的移動時，會有多普勒效應(yīng)(Doppler effect)，導(dǎo)致接收頻率的偏移，因此接收設(shè)備必須能補償多普勒效應(yīng)效應(yīng)造成的差異值。(當(dāng)相對速度為120kM/小時時，接收頻率為666MHz時，多普勒效應(yīng)效應(yīng)頻偏約為266kHz。)

以DVB-T為例，如果信號采用16QAM編碼(如臺灣和德國)，具備良好移動接收能力的解調(diào)芯片應(yīng)能以單天線支持到時速120公里以上。如果信號采用64QAM編碼(如法國和意大利)，則須以雙天線(Diversity)設(shè)計方能接收良好

3．接收死角

在大多數(shù)國家，數(shù)字電視還處于開播初期，甚至只是先期試播，因此信號覆蓋率未臻完備。因此，提升接收靈敏度以克服接收死角，是無線電視設(shè)計上的重要話題，特別針對移動市場而言。移動設(shè)備只配置了小型天線，而用戶卻可能身處惡劣接收環(huán)境中(比如一樓或者地下室)，因此設(shè)備必須有良好的接收靈敏度，擴大設(shè)備區(qū)域可用率，才能吸引更多用戶。

對目前調(diào)諧器技術(shù)而言，以DVB-T信號64QAM,CR:7/8，GI:1/32 為例，大致都可支持到-80dBm以上，加上LNA甚至可到-82dBm~-83dBm。

隨著模擬電視關(guān)閉，數(shù)字電視塔可望以更高功率廣播，加上更多轉(zhuǎn)播臺的建設(shè)，相信未來接收死角的問題將不復(fù)存在。

4．處理器的能力

數(shù)字電視信號解調(diào)后為MPEG-2或H.264傳輸流。一般的移動設(shè)備處理器，除少數(shù)自帶硬解功能外，都無法以軟解方式完整地解開標(biāo)清的節(jié)目內(nèi)容(D1:分辨率720x576，每秒25幀)。有些處理器的軟解方案雖號稱可播放D1，卻是以犧牲分辨率或丟幀來實現(xiàn)的。當(dāng)屏幕較大或節(jié)目碼率較高時，往往可明顯看出畫面質(zhì)量與流暢度大打折扣。

對支持歐洲D(zhuǎn)VB-T TV解碼的設(shè)備而言，節(jié)目內(nèi)容采用MPEG-2壓縮、分辨率720x576、每秒 25 幀，則處理傳輸流碼率要能達到7Mbps以上。

5．電視模塊尺寸

便攜式設(shè)備講究輕薄短小，如果支持電視功能的相關(guān)芯片的集成度不夠高，或者芯片尺寸太大，那么要在有限空間內(nèi)增加電視功能將非常困難。理想上，電視模塊部份的占板面積最好低于20x25平方毫米。

了解以上潛在設(shè)計挑戰(zhàn)和關(guān)鍵問題后，在挑選解決方案時便能客觀地評估方案的可行性。

聯(lián)陽科技(ITE)AT9050系列芯片簡介

AT9050系列芯片是聯(lián)陽科技(ITE)于2008年底推出最新的高集成度DVB-T電視解調(diào)及解碼單芯片(SOC)，它也是世界第一顆專為便攜式電視設(shè)備量身訂做的DVB-T單芯片產(chǎn)品線。根據(jù)封裝與內(nèi)嵌內(nèi)存的大小，AT9050系列包括AT9056、AT9057、AT9058M與AT9059M，見圖4。

參考圖5:AT9050系列芯片方塊圖。AT9050系列芯片內(nèi)部包含有:(1)聯(lián)陽科技最新一代高性能DVB-T解調(diào)器(DVB-T Demodulator)，可支持高速移動接收與雙天線分集(Diversity combining)。(2)MPEG-2 解碼硬件，完整支持D1標(biāo)清(分辨率720x576，每秒25幀)視頻解碼，碼率達7.5Mbps以上。(3)音頻DAC，可直接輸出模擬line-out音頻信號。(4)視頻處理器：內(nèi)含高效能2D繪圖引擎，Scaler與Deinterlacing；支持各種RGB或YUV輸出，可直接用來推動LCD屏幕，TV編碼器，或攝像頭輸入接口(RGB或CCIR-601/656)。(5)CPU:32位RISC CPU支持MPEG與AC3音頻解碼與處理DVB-T相關(guān)中間層軟件(Middleware)，如掃臺、EPG、TeleText、字幕等。(6)內(nèi)存:AT9058M與AT9059M內(nèi)嵌8MB或16MB內(nèi)存，系統(tǒng)運行不須外掛內(nèi)存。

此外，AT9050系列芯片功耗極低，搭載省電型調(diào)諧器，整個TV模塊耗電約介于300~350mW，因此非常適用于便攜式設(shè)備。表2匯總了AT9050系列產(chǎn)品功能與特性。

應(yīng)用聯(lián)陽科技 AT9050系列芯片硬件參考設(shè)計

AT9050 系列DVB-T芯片與現(xiàn)行廣泛使用的YUV/RGB格式的CMOS傳感器攝像頭在應(yīng)用上的相似度極高，因此若要在在手機、GPS、PMP等移動便攜式設(shè)備上集成數(shù)字電視接收功能，只要用戶的軟硬件平臺能支持YUV/RGB格式的攝像頭，就已具備集成數(shù)字電視接收功能的能力。集成的基本概念是讓AT9050系列DVB-T TV的視頻數(shù)據(jù)流走原先的攝像頭流程，然后再加上音頻流處理和I2C(或SPI、UART)的控制功能。用戶也可以把數(shù)字電視模塊視為是一個具有音頻輸出的特殊的“攝像頭”來處理。

下面以一個典型的設(shè)計為例，討論如何在便攜式設(shè)備上利用AT9058M/9059M芯片來實現(xiàn)DVB-T功能，電路圖見圖6。根據(jù)這個參考設(shè)計，將電路分成幾個功能塊來進一步分析。

1．系統(tǒng)電源、重置與基準(zhǔn)時鐘

AT9058M/9059M本身需要三組電源：內(nèi)核(IVDDx)電源1.2V、內(nèi)嵌SDRAM內(nèi)存(MOVDD)電源1.8V與I/O(GOVDDx)電源1.8V~3.3V(配合應(yīng)用處理器選定)?；鶞?zhǔn)時鐘可由一獨立的振蕩器產(chǎn)生，也可直接引用調(diào)諧器的時鐘。AT9050系列基準(zhǔn)時鐘藉由引腳strapping決定，可彈性選用8.192MHz~36MHz。在電源與基準(zhǔn)時鐘穩(wěn)定后，將重置引腳拉低10ms，來重置芯片內(nèi)核。一般來說，電源控制(Power on/off)與重置引腳(Reset)會連接到應(yīng)用處理器的GPIO引腳，由軟件控制。

2．調(diào)諧器、LNA和GSM濾波器

AT9050系列芯片可支持多種調(diào)諧器，用戶可依據(jù)不同調(diào)諧器的性價比與功耗來挑選合適的方案。每一家廠商的調(diào)諧器的核心電源都不太一樣。需要注意的是，調(diào)諧器對電源質(zhì)量的純凈度要求極高，因此最好有獨立的電源(不要與AT9050系列芯片的IVDDx/MOVDD/GOVDDx共接)。

如果AT9058M/9059M的基準(zhǔn)時鐘來自調(diào)諧器，則調(diào)諧器的重置時間點要早于AT9058M/9059M重置時間點，以確保AT9058M/9059M重置時有穩(wěn)定的基準(zhǔn)時鐘。

有些調(diào)諧器會提供LNA選項，以提升接收敏感度。加LNA除了會增加成本與功耗外，也要考慮系統(tǒng)對鄰頻干擾隔絕能力與接收的信噪比是否受影響。

如果是手機的設(shè)計還要考慮是否應(yīng)加入GSM拒波濾波器。GSM手機的通訊頻率有900MHz與1,800MHz兩個頻段。如果手機銷售地的手機通訊采用900MHz頻段，則要考慮加入GSM拒波濾波器。 900MHz與DVB-T的最高頻點858MHz太接近，會造成高頻附近節(jié)目接收的干擾，而且過強的GSM RF信號也有可能造成強信號飽和，甚至損壞調(diào)諧器。

調(diào)諧器容易受內(nèi)部或外部電磁干擾而影響性能，預(yù)留隔離罩空間是有必要的。AT9050系列芯片有一組專屬的I2C用來控制調(diào)諧器。

3.NOR閃存

AT9058M/9059M運行前要加載固件，不同組態(tài)的固件大小也不一樣，一般使用2MB或4MB串行NOR閃存就夠了。除了從串行NOR閃存加載固件外，也可選擇從應(yīng)用處理器通過控制接口(I2C或 SPI)加載。不過，要考慮控制接口效能與傳輸整個軔件(約 2M~4MB)所需時間是否可接受。

4.控制接口

應(yīng)用處理器可通過SPI、I2C或UART來控制AT9058M/9059M。圖6所示的參考設(shè)計是以I2C為例。I2C是一對多的控制總線，除了應(yīng)用處理器是主設(shè)備， 可以有多個從設(shè)備在同一總線上。 因此，要注意從設(shè)備間彼此干擾的可能性。UART與SPI接口則是一對一，總線問題相對簡單。接口傳輸效能是另外要考慮的問題。 AT9050系列芯片SPI最高可支持到25Mbps以上，UART為921Kbps，I2C為400Kbps。

5．?dāng)z像頭視頻數(shù)據(jù)總線

AT9058M/AT9059M可支持多種視頻數(shù)據(jù)總線格式，如CCIR-601、CCIR-656或RGB。由于便攜設(shè)備的視頻數(shù)據(jù)總線可能被AT9058M/AT9059M與一或多個攝像頭共享，考慮應(yīng)用處理器驅(qū)動軟件的便利，最好使用相同的視頻數(shù)據(jù)總線格式。如有多個設(shè)備共享數(shù)據(jù)總線，要特別注意I/O電壓的一致性與輸出引腳負(fù)載問題(要注意視頻數(shù)據(jù)電壓基準(zhǔn)是否可能會被其它設(shè)備拉低)。

在數(shù)據(jù)總線上傳輸時高分辨率的視頻時，容易產(chǎn)生EMI問題(AT9050系列芯片視頻數(shù)據(jù)時鐘最高可達27MHz以上)，最好要預(yù)留EMI濾波器。

一般應(yīng)用處理器的攝像頭視頻數(shù)據(jù)總線會提供攝像頭工作時鐘，AT9058M/AT9059M并不需要，所以不必接。AT9050系列芯片視頻輸出具有高度彈性， 逐行或交替掃描、不同分辨率(包括320x240、480x272、640x480、720x480、800x480或720x576)、不同幀率(1fps~60fps，H-sync/V-sync極性與時序、YUV值域(標(biāo)準(zhǔn)或延伸)等等皆可由軟件控制，因此可確保在不同平臺的攝像頭接口上均能完美整合。

6.音頻信號

AT9050系列芯片有內(nèi)建音頻DAC，可直接輸出解碼后立體聲的模擬信號(Line-out)，聲音信號應(yīng)連接到系統(tǒng)的音頻處理IC(負(fù)責(zé)聲音放大、音量控制與混音)。圖6參考設(shè)計假設(shè)應(yīng)用處理器已自帶音頻處理功能，所以AT9058M/9059M音頻輸出直接連接到應(yīng)用處理器。

7．開機組態(tài)(Strapping)

AT9050系列芯片的有些運行組態(tài)是由某些引腳在系統(tǒng)重置時的電壓位準(zhǔn)決定的，如UR0_RI與 UR0_DCD。

UR0_RI:固件加載方式

0:NOR Flash boot，由Serial NOR Flash 加載固件

1:Host boot，從 應(yīng)用處理器通過控制接口加載

UR0_DCD: 控制接口類別

0: I2C

1:SPI

8．雙天線分集設(shè)計

為支持雙天線須加一顆聯(lián)陽科技的AF9033與調(diào)諧器。 AF9033所需的基準(zhǔn)時鐘必須由 AT9050系列芯片CLK_out提供。AT9050系列芯片還有一組專用I2C用來控制AF9033。此外，兩支天線(中心點)擺放位置相距至少應(yīng)30厘米以上，方能有最佳效能。雙天線可有效改善接收敏感度與移動接收能力，但也要注意功耗的增加與天線擺放的限制。

系統(tǒng)軟件集成

因為數(shù)字電視比模擬電視提供更多的數(shù)據(jù)服務(wù)，如電子節(jié)目表、TeleText、字幕等等，所以軟件也相對復(fù)雜。幸運的是，AT9050系列芯片在內(nèi)部固件的中間層軟件中實現(xiàn)了對這些功能的支持。對應(yīng)用處理器的應(yīng)用軟件而言，只須實現(xiàn)一些簡單的工作，包括芯片初始化、將攝像頭視頻數(shù)據(jù)顯示在屏幕、傳遞用戶輸入(熱鍵或觸屏信息)給 AT9050系列芯片。

如圖7所示，在應(yīng)用處理器用戶平臺端的軟件包含有“TV Controller”、“Bus Driver”、”9050 API Library”。其中，“9050 API Library”是由聯(lián)陽科技提供的源代碼，只有“TV Controller”與“Bus Driver”需要在目標(biāo)平臺上實現(xiàn)。“TV Controller”只調(diào)用不到10個API函數(shù)，便可輕易地初始化與控制AT9050系列芯片。

聯(lián)陽科技也提供在 Windows XP、Windows CE與Linux上的“TV Controller”與“Bus Driver”參考源代碼，以方便開發(fā)者能在最短時間內(nèi)移植到不同平臺。

本文小結(jié)

聯(lián)陽科技AT9050系列是一款高集成度的、整合了功能與完備軟件支持的先進芯片。集成廠商只需在已有的便攜式設(shè)備設(shè)計上作些修改，便能擁有DVB-T TV接收能力。相信未來具TV功能的便攜式設(shè)備將益見普及。