在MTK手機上實現(xiàn)地面數(shù)字電視接收*

郭文秀，劉 巖，楊立志，侯衛(wèi)兵

（深圳清華大學研究院 數(shù)字電視系統(tǒng)重點實驗室，廣東 深圳 518057）

1 引言

隨著中國地面數(shù)字電視傳輸標準（DTMB）[1]的頒布，中國地面數(shù)字電視的發(fā)展也越來越迅速。其中，第五媒體——移動數(shù)字多媒體廣播（俗稱手機電視），與傳統(tǒng)電視、廣播、報紙和互聯(lián)網(wǎng)4種媒體相比，具有獨特的資源和平臺優(yōu)勢，而且被認為是繼MP3音樂之后的第二個“殺手級”應用。手機電視在中國的發(fā)展受到空前關注，但是由于受到體積和功耗、解碼能力等多方面的制約，手機電視一直局限在支持模擬和CMMB[2]的技術上，而相對將來有著更大覆蓋面的DTMB和歐洲的DVB-T[3]等主流移動數(shù)字電視標準，缺乏相關的技術解決手段。

MTK手機平臺是目前國內(nèi)使用最為廣泛的手機平臺，每年產(chǎn)品出貨量多達幾億部，具有價格低廉、性能穩(wěn)定、開發(fā)容易等特點。因此，在MTK手機平臺上整合能夠支持標清MPEG-2[4]解碼的低功耗移動數(shù)字電視模組有著巨大的應用前景。筆者對此提出了完整的解決方案，很好地解決了在功耗、體積、接收靈敏度、軟件控制等方面的問題。基于該方案的數(shù)字電視手機已經(jīng)成功量產(chǎn)，其中DVB-T的手機電視已經(jīng)大量銷往國外。

2 系統(tǒng)結構與方案

系統(tǒng)整體結構主要由移動數(shù)字電視接收模塊和手機系統(tǒng)組成，其總體結構如圖1所示。

圖1所示工作流程如下：通過天線接收到的地面無線數(shù)字電視信號經(jīng)過地面數(shù)字電視信號接收及解調(diào)模塊（1）進行解調(diào)，輸出數(shù)字的TS[5]流，傳送到數(shù)字電視信號核心處理及解碼模塊（2），該模塊通過對TS流的解復用和PID過濾，并進行音視頻的解碼，輸出數(shù)字格式的視頻信號（BT-601[6]）到手機的相機接口，輸出I2S的音頻信號到音頻的DAC和功放芯片。手機系統(tǒng)處理視頻的輸入，在捕獲視頻信號后以預覽模式呈現(xiàn)在LCD屏幕上。

整個數(shù)字電視模塊有自己獨立的操作系統(tǒng)，其電源供給和復位受手機系統(tǒng)控制，而手機系統(tǒng)通過GPIO口模擬紅外信號（IRDA）或串口協(xié)議對數(shù)字電視模塊進行控制，手機充當紅外遙控或按鍵控制的作用。該系統(tǒng)結構可以最簡潔的模式實現(xiàn)數(shù)字電視在MTK手機平臺上的整合。

基于MPEG-2的數(shù)字電視接收模組必須具有小體積、低功耗的特點。傳統(tǒng)MPEG-2解碼器最小系統(tǒng)的功耗基本都在2 W以上，且芯片發(fā)熱很大，無法集成在便攜設備里。而用于便攜式的ARM處理器一方面成本較高，另一方面也很少具備可以支持D1分辨力的MPEG-2硬解碼能力。筆者采用Chips&Media公司的CMS2131ADF作為核心的MPEG-2解碼芯片，該芯片為BGA封裝，功耗僅為600 mW。在數(shù)字電視射頻接收及解調(diào)部分，從成本、功耗及性能多方面綜合考慮，選用DIB7070P作為DVB-T的接收模塊，采用ADI的ADMTV102＋LGS8GL5作為DTMB的接收模塊。在國標方面也可選用卓勝微的芯片MAX2165+MXD0320作為解調(diào)前端。隨著芯片工藝的發(fā)展，會有更多的前端解調(diào)器件可供選擇，只需更換模組，調(diào)整驅(qū)動即可獲得最新的解決方案。

在數(shù)字電視模組設計上，除了參考原廠提供給用戶的基本設計外，在集成過程中，需要注意一些事項：1）為了支持簡繁體中文及其他多國語言，必須要加入Unicode字庫的字體，程序存儲器必須要用4 Mbyte的NOR Flash，這對那些針對出口業(yè)務的手機電視方案尤其重要。2）可用27 MHz的有源晶振替代參考設計中系統(tǒng)時鐘用的27 MHz壓控晶振。3）在與一些DTMB的解調(diào)芯片連接時，TS流接口上有些沒有誤碼指示信號的輸出，必須按照標準來處理該信號，否則無法解碼。

圖2為已經(jīng)量產(chǎn)的手機電路板上的DVB-T制式的數(shù)字電視模塊圖（去掉屏蔽罩）。圖中電路板左側部分為數(shù)字電視的解碼部分，右側為DVB-T的接收解調(diào)模塊。

3 硬件關鍵接口

在向手機平臺上集成時，除了需要很細致地處理解調(diào)模組的布局、布線及天線的阻抗匹配及濾波外，更需要制定簡單而又可靠的與手機系統(tǒng)互連的控制接口。

3.1 解調(diào)模組的射頻相關設計

手機電視里一般采用的是拉桿天線，天線的阻抗并非數(shù)字電視標準的75 Ω，而解調(diào)模組（Tuner）的輸入阻抗有的為50 Ω，有的是75 Ω，因此在射頻的輸入上需要加入LC無源器件進行阻抗的匹配，以達到最優(yōu)的接收結果。

同時，一般在廠家提供的參考設計中，為了抑制手機GSM通信頻段對數(shù)字電視UHF高頻段領域的射頻干擾，需要在天線輸入端加入過濾GSM頻段的濾波器，同時需要很好地處理輸入輸出的阻抗匹配。筆者在實際應用中，仔細處理好各個模塊的屏蔽，不使用濾波器也同樣達到了檢測的指標要求。

另外，在布線時不需要分割模擬地和數(shù)字地，但需要有一個完整的地參考平面。

3.2 數(shù)字電視的音視頻輸出與手機的互連

MTK手機平臺是由CPU最終直接控制LCD顯示屏，而其視頻輸入只有相機輸入接口，因此必須把數(shù)字電視的輸出信號接在該接口上，連接方法見圖3。

CMS2131ADF的輸出有數(shù)字的BT601視頻信號和模擬的CVBS的視頻信號，其中BT601的總線可直接與相機總線連接，而無須使用數(shù)字的多路開關進行切換。另外，為了獲得更好的視頻信號，需要在BT601總線上加EMI的濾波器，否則會經(jīng)常導致布線不良或其他干擾引起的視頻抖動和橫移等現(xiàn)象。

音頻通過I2S的輸出直接與MTK上已有的音頻數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）連接，該音頻DAC可選擇帶有內(nèi)置耳機和揚聲器放大器的低功耗、高性能的立體聲DAC，如WM8955L芯片采用小而薄的5 mm×5 mm QFN封裝，專門為滿足便攜式數(shù)字音頻應用中減少外圍元件的要求而設計，特別適用于手持和便攜式系統(tǒng)，DAC的配置和控制由手機系統(tǒng)通過I2C總線控制。當只有手機系統(tǒng)工作時，DAC工作在處理模擬音頻的通道上，當數(shù)字電視模塊工作時，將DAC切換為工作在I2S的輸入通道上。

另外，數(shù)字電視模組提供CVBS的模擬視頻信號輸出，可直接輸出視頻到電視機，上方便用戶觀看。同時，數(shù)字電視模組的串口還可以接在手機的升級接口上，方便用戶通過數(shù)據(jù)線更新應用程序。

3.3 手機與數(shù)字電視模組的交互控制

一般通過以下兩種方式來實現(xiàn)MTK手機對數(shù)字電視的控制：

1）通過GPIO模擬IRDA的協(xié)議進行控制

該方法最為簡單，僅需將CMS2131ADF芯片的紅外控制輸入腳接在MTK CPU的GPIO口上。當按鍵按下時，由GPIO模擬紅外協(xié)議，發(fā)送相關編碼，即可實現(xiàn)對數(shù)字電視模塊的控制。缺點是無法實現(xiàn)觸摸屏控制。

2）通過串口連接

通過自定義的協(xié)議來實現(xiàn)兩個CPU之間的信息交互，包括事件消息、按鍵值、觸摸的位置等，通過該種方法加上修改全套的數(shù)字電視模組的用戶界面（UI），可實現(xiàn)觸摸選單控制，使得操控更人性化。缺點是，實現(xiàn)較為復雜，增加了不穩(wěn)定性，并需要占用MTK的串口。

4 軟件控制的關鍵方法

系統(tǒng)軟件的工作流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)工作流程

在整個流程中，MTK的CPU一直處在主機控制狀態(tài)，按照正常的工作邏輯進行工作。但是由于涉及到視頻信號的捕獲和IO的交互，所以在軟件設計上，有幾個關鍵的地方需要特別處理：

1）視頻輸出格式的處理

MTK平臺的CPU能力并不強，尤其在視頻處理上，有的平臺攝像頭的捕獲能力不足以支持D1的連續(xù)視頻，同時由于其驅(qū)動的一般是QVGA，也就是320×240分辨力的屏幕，如果視頻的輸入不是這個分辨力，還需要CPU作縮放處理，更是增加系統(tǒng)負擔，另外其捕獲的幀率也受限。而地面數(shù)字電視的標清輸出為PAL制式，分辨力為720×576，分奇偶場輸出，幀率達到了 50 f/s（幀/秒），另外還需要做縮放，大大超出了MTK某些平臺的處理能力。如果軟件上不作調(diào)整，將出現(xiàn)視頻跳動，無法正常觀看。

因此，需要通過軟件來處理：（1）調(diào)整數(shù)字電視模組的驅(qū)動，將BT601的輸出改成逐行模式，將其幀率降到25 f/s。（2）將其輸出分辨力改為360×576，由于工作在逐行模式下，實際輸出對MTK平臺來說，只需要捕獲360×288個像素即可。（3）若MTK處理能力仍不足，可以修改MTK的視頻輸入驅(qū)動，采用進中斷、丟掉部分幀的方式進一步降低幀率。在QVGA屏上，經(jīng)過測試，15 f/s即可滿足正常觀看需要。

2）互連的信號引腳控制

不管是BT601的視頻信號，還是其他與數(shù)字電視模組直接連接的GPIO口，如果沒有采用多路切換開關進行隔離，在數(shù)字電視不工作的狀態(tài)下，一定要通過軟件配置，使其變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，否則將產(chǎn)生漏電流現(xiàn)象，導致待機時間嚴重變短。

3）降低CMS2131ADF的功耗方法

經(jīng)過測試，CMS2131ADF的視頻DAC功耗占了整個CPU功耗的一半以上，對比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 CMS2123ADF功耗測試對比

因此，如果不工作在TV OUT的模式下，在數(shù)字電視模組軟件設置上，要把所有的DAC關閉，這樣可大大減少功耗。

5 測試及結果分析

基于上述方法實現(xiàn)的數(shù)字電視模組尺寸為40 mm×45mm，整機功耗實測如表2、表3所示。

表2 DVB-T接收功耗（Tuner用DIB7070P）

表3 DTMB接收功耗（Tuner用LGS8GL5）

如采用卓勝微的MXD0320作為DTMB的解調(diào)芯片，則模塊的總功耗約為1 050 mW。

在接收靈敏度上，以DVB-T為例，根據(jù)NorDig測試規(guī)范[7]，利用DVB-T的激勵器和可調(diào)衰減器對模組進行閉環(huán)測試， 調(diào)制參數(shù)為：DVB-T，8k，G=1/4，R=7/8，QPSK，測試結果如表4所示。

表4 DVB-T靈敏度測試結果

NorDig測試規(guī)范要求在上述測試參數(shù)下最低接收門限為-88 dBm。從測試結果可知，在UHF的整個頻段，數(shù)字電視接收模組的靈敏度都要優(yōu)于規(guī)范要求，在VHF頻段基本接近規(guī)范要求。在實際應用中，根據(jù)不同國家地區(qū)的頻率覆蓋情況，可通過微調(diào)RF部分的匹配電感來實現(xiàn)UHF和VHF頻段的最優(yōu)接收。

測試結果表明，本數(shù)字電視模組實現(xiàn)方法，無論在體積、功耗及性能上均可滿足在MTK手機上集成移動數(shù)字電視接收的要求。

[1] GB20600-2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調(diào)制[S].2006.

[2] GY/T 220.1-2006，移動多媒體廣播 第一部分：廣播信道幀結構、信道編碼和調(diào)制[S].2006.

[3] ETSI EN 300 744 V1.5.1，Digital video broadcasting（DVB）：framing structure，channel coding and modulation for digital terrestrial television[S].2004.

[4] ISO/IEC 13818-1，Information technology-generic coding of moving pictures and associated audio information：systems.second edition[S].2000.

[5] ETSI.Implementation guidelines for DVB terrestrial services-transmission aspects[EB/OL].[2010-03-10].http：//solution.eccn.com/pdf/com_073213f.pdf.

[6] ITU.標準4∶3和寬屏16∶9顯示寬高比演播室數(shù)字電視編碼參數(shù)[EB/OL].[2010-03-09].http：//file.floydcui.com/upload/aglmbG95ZGhvc3RyEAsSClVwbG9hZEZpbGUYAww.doc.

[7] NorDig.Unified test specification for SD and HD level integrated receiver decoders v2.0[EB/OL].[2010-03-11].http：//www.nordig.org/pdf/NorDig-Unified_Test_specification_ver_2.0.pdf.

郭文秀（1976-），碩士，主要研究地面數(shù)字電視嵌入式接收產(chǎn)品；

劉 巖（1955-），博士，研究員，主要研究領域為信息、光機電及數(shù)字電視系統(tǒng)；

楊立志（1964-），博士后，研究員，主要研究方向為數(shù)字音視頻編解碼、集成電路設計和DTV系統(tǒng)；

侯衛(wèi)兵（1969-），博士，高工，多年從事數(shù)字電視系統(tǒng)、CAS系統(tǒng)及數(shù)據(jù)廣播方面的研究工作。