地面数字电视机顶盒 (DMB-TH) 简介

地面数字电视机顶盒(DMB-TH)简介
成都康特（电子）集团公司最近推出了一款基于DMB-TH标准的高性能、低价格的地面数字电视机顶盒。

这款机顶盒完全符合中国数字电视地面广播传输系统标准GB20600-2006。

该机使用了凌讯科技公司与清华大学联合开发的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）解调芯片LGS8813和NEC公司开发的MPEG-2解码芯片EMMA2LL，具有接收灵敏度高、用户界面友好、操作简便实用、工作稳定可靠等优点。

该机还预留了很多接口，可根据市场发展和用户需要进一步扩展功能。

一、DVB-TH地面数字电视传输系统的原理
DMB-TH采用了PN序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术，这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来。

在频域传送有效载荷，在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计，实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。

正交频分复用（OFDM）是一种多载波调制方式，其基本思想是把高速率的信源信息流变换成低速率的N路并行数据流，然后用N个相互正交的载波进行调制，将N路调制后的信号相加即得发射信号。

在所传输的频带内，当许多载频并行传输一路数据信号时，要比串行传输更大地扩展了信号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落方面的性能。

OFDM采用的基带调制为离散傅立叶变换，数据的编码映射是在频域进行，经过逆快速傅立叶变换（IFFT）转化为时域信号发送出去，接收端可通过FFT恢复出频域信号。

OFDM系统用离散傅立叶变换来实现，即避免了直接生成N个载波时由于频率偏移而产生的交调，而且便于利用超大规模集成电路（VLSI）技术。

传统的OFDM调制方式存在某些缺陷，插入强功率同步导频会使传输系统的有效性、可靠性蒙受损失。

基于PN序列扩频技术的高保护同步传输技术和巧妙利用OFDM保护间隔的填充技术克服了这种缺陷，同时提高了传输系统的频谱利用效率和抗噪声干扰性能。

新的TDS-OFDM信道估计技术还克服了信道估计迭代过程较长的不足，提高了移动接收性能。

DMB-TH采用了一种新的错纠编解码（FEC）技术-LDPC，成功地避开了国外专利保护，获得了比ATSC更好的系统误码性能。

DMB-TH还针对其他标准无法支持双向互动、互连网扩展等问题，进行了支持互连网的扩展设计，以便适应未来信息的数字化、多样化和多媒体化拓展。

在现有数字电视无线广播基础上可进一步扩展互连网业务、组播、点播、导呼等增值业务，甚至进而拓展视频、数据和语音等综合、交互、移动和便携方面的应用。

针对数字视音频产业已有的成果，DMB-TH设计了灵活的接口方案，支持国际上通用的MPEG2-TS数据流格式，可以支持任何类型的数据压缩和数据格式。

DMB-TH还采用了不同于已有数字电视技术标准的与自然时间同步的分层复帧结构来支持单频网。

单频网不但能够更好地支持移动数字电视服务，而且能够解决单个发射机无法覆盖的盲区问题。

由于DMB-TH不需要象DVB-T那样浪费很多导频信号来进行同步和均衡，因此在同样条件下其有效载荷传输能力比DVB-T高10%。

这使得在同样的无线频谱内能够提供更高的数据带宽。

DMB-TH比DVB-T的接收门限低2dB，接收灵敏度大大提高，因此DMB-TH在同样的发射条件下能够覆盖更大的区域。

DMB-TH能够在大于200公里时速的超常规速度的载体上正常接收高清晰度的数字电视信号，正是因为DMB-TH采用的时域快速信道估计技术，使系统同步和信道估计时间比DVB-T缩短约100倍左右，这为地面数字电视广播在各种载体上进行接收提供了有利条件。

DMB-TH严格与绝对时间同步的帧结构，比DVB-T的同类设备更容易实现同时同频发送同一信号的单一频率网络，节约我国宝贵的不可再生的无线频率资源，同时可确保在更大范围的城域、省域内支持移动接收的单频网。

DMB-TH独特的信号帧结构，可以融合多业务广播。

DMB-TH在解决了数字高清晰度电视传输问题的同时，将给高度信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间。

这些新的业务主要包括：可进一步扩展互连网应用；增加组播、点播、导呼业务；拓展视频、语音、数据等综合的和交互的应用业务；开发更加便携的移动接收业务；进一步开发接收机定位业务。

二、系统组成及工作原理
康特STB1108数字地面广播机顶盒的硬件电路主要包括：数字地面Tuner、DMB-TH解调器、MPEG-2解码芯片及其外围电路等。

图1 STB1108机原理框图
该机的数字地面Tuner采用了夏普公司为支持DMB-TH标准而开发的
VA1T1ED6060，该Tuner相位噪声低，片内带有SAW滤波器，接收频率范围为426MHz－862MHz，固定输出36MHZ中频信号，具有接收灵敏度高、工作稳定可靠的特点。

该TUNER用来将天线接收的地面传输信号通过内部增益等电路的变换，输出IF中频模拟信号。

TDS-OFDM解调器采用凌讯科技公司开发的LGS-8813-A1，该解调芯片全面支持DMB-TH地面传输标准，用于将中频数字信号解调后输出8位并行的数字传输流（TS流）。

MPEG-2解码器采用NEC公司开发的EMMA2LL单芯片解码器，主要用来对解调后的TS流进行解复用和解压缩，输出视频信号和音频信号。

RF信号输入后，先由地面数字电视调谐器进行低噪声放大、滤波和变频处理，将其转换成中频模拟信号。

由于A/D转换器要求输入信号的幅度基本保持稳定，在中频放大器中加入了自动增益控制（AGC）电路。

当中频信号输入端的信号强度发生变化时，AGC自动控制前置放大器和中频放大器的增益，使输出的中频信号电平基本保持稳定。

调谐器输出的中频模拟信号经过A/D转换电路（AD9203）转换为中频数字信号，送到TDS-OFDM解调器，由解调器转换成基带信号，再按DMB-TH技术条件进行TDS-OFDM解调、频道估值、去交织、前向误码校正（FEC）等一系列处理，成为符合MPEG-2标准的数字传输码流。

解码芯片读取数字传输流，通过硬件解复用，解出音视频基本流，存储在片外SDRAM中。

视频解码模块从视频压缩数据区中取出压缩数据，经过变长码解
码、反量化、反余弦变换、运动补偿、数据合并，产生视频图像数据，存储在视频图像数据缓冲区中。

播放模块从视频图像数据缓冲区中取出视频图像数据，与菜单显示OSD（On Screen Display）数据混叠后输出支持CVBS、S-VIDEO、YpbPr 等格式的视频图像。

音频解码模块从音频压缩数据缓冲区中取出压缩数据，经过解码、子带滤波，产生音频PCM数据，存储在音频PCM数据缓冲区中，播放模块从音频PCM数据缓冲区中取出音频PCM数据，再经片内的音频DA转换器转换成模拟的立体声音频信号。

三、TDS-OFDM解调芯片LGS-8813-1A
LGS-8813-1A是一个单片TDS-OFDM（时域同步-正交频分复用）解调器。

该解调器完全兼容于DMB-TH（数字多媒体地面广播）标准，可用来设计电视接收机或数字机顶盒。

该芯片以数字IF信号作为输入信号，按DMB-TH标准进行解调，然后以并行或串行方式提供MPEG-2传输流输出。

1、特征
（1）兼容于DMB-TH的优化单片解调器；
（2）脉冲噪声、回波、衰减等条件都优化为具有最大的信号弹性；
（3）为固定和移动应用支持64QAM、16QAM和QPSK副载波；
（4）FEC速率为0.4、0.6或0.8，防护间隔为420（1/9）和945（1/4）；
（5）支持时间去交织；
（6）以并行或串行方式输出MPEG-2传输流；
（7）自动发现与更新参数；
（8）误码率与信号噪声监视相结合；
（9）快速I2C总线支持八个地址；
（10）128脚LQFP封装形式。

2、帧结构
DMB-TH信号最基本的单元为帧。

每帧有3744个携带有效数据的符号和36个携带传输参数信号（TPS）的符号。

TPS携带诸如FEC内码、时间去交织长度等信息，这些信息使解调器自动与输入的传输信息相适应。

信号帧由数据加防护间隔组成。

防护间隔的长度可用帧长度除以9得到（420个符号），也可用帧长度除以4得到（945个符号）。

一个信号帧的持续时间约为1分钟。

每组信号帧可加上一个可选的控制帧，每个控制帧由两个带PID0X17的188字节的MPEG-2包组成。

控制帧与信号帧中的静止信号帧不同，静止信号帧由于没有任何交织，即使它以16QAM或64QAM发送，都是用4QAM调制和0.4FEC 处理，控制帧总是设计成零帧。

对于8MHz带宽，420防护间隔时间为0.1/（8*225），约55.56µs；945防护间隔时间为0.2/（8*200），约125µs。

3、前向误码校正
内部FEC取决于三个类似循环的LDPC码（QC-LDPC）：LDPC（7493，3048）、LDPC（7493，4752）和LDPC（7493，6096），分别对应0.4、0.6和0.8的FEC速率。

对于外部FEC，BCH（762，752）是BCH（1023，1013）截短了的BCH码，其生成多项式为：X^10+X^3+1。

TDS-OFDM调制用伪随机二进制序列（PRBS或PN序列）对有效载荷加扰，序列为32767个符号长度（或PN-15）。

加扰在FEC编码之前由调制器完成。

在解调器中，应恢复PN-15序列并用来解码有效载荷。

在传统的OFDM调制中，信道估计和同步信息与有效载荷混合在一起。

在TDS-OFDM调制中，该信息由分开的PN序列携带，并在防护间隔中分开传输。

有效载荷可在频域内表达，每帧有3780个分别用1.5、1.75或2KHz（分别对应6、7或8MHz信道带宽）隔开的副载波。

420防护间隔包括255位PN序列和跟随在后面的165个重复的PN序列符号，945防护间隔包括511位PN序列和跟随在后面的434个重复的PN序列符号。

防护间隔信息只与时域相关，从频域观点去看，在所占带宽内有平坦的频谱。

4、I2C接口
每个解调芯片有四个可用的I2C从地址，三位地址由CE-A2、CE-A1和
CE-A0选择，在芯片内三个不同的区域里访问寄存器。

每个区域都有自己的I2C
区域地址，由SECTION-SELECT[1：0]设置，所有区域都共享CE-A2、CE-A1和CE-A0。

5、时间去交织存储器接口
在最大时间去交织上，解调器使用945720个符号，因此需要22913280位存储单元。

为了适应通用的SDRAM，便在1909400区域内把数据折成13位字长，这就需要2M*16的外部SDRAM来支持时间去交织。

要求存储器的运行速度必须大于100MHz。

6、MPEG接口
解调器以并行或串行方式提供MPEG-2传输码流。

在并行方式中，八位传输流数据输出到MPEG-D7（MSB）~MPEG-D0（LSB）；SYNC信号在每个包的第一个字节（0X47）期间为高，其余时间为低；VALID信号只在数据有效期间为高，其余时间为低。

7、AGC Tuner接口
为了控制来自Tuner的信号幅度，在AGC输出端提供脉宽调制信号（PWM），该信号通过比较ADC输入电平与AGC目标电平（通过设置寄存器确定）之差得到。

当解调器需要Tuner提供更高增益时，该信号电平增大；当增益过大时，则相应减小该信号电平。

图2 AGC电路方块图
四、主芯片EMMA2LL
EMMA2LL是NEC公司为设计制造高性能低成本的数字机顶盒而开发的一款芯片，片内集成了可编程的TS流解复用器、DMA控制器、MPEG视频解码
器、可编程的音频控制器、图形和显示引擎、视频编码器和DAC，以及支持外部模块的各种接口。

该芯片带有支持16位字长SDRAM的存储器接口。

芯片内包含了两个32位CPU，两套主总线和外部总线，两个CPU都能访问芯片内的所有模块。

图3 EMMA2LL芯片内部方块图
SDRAM
1：JTAG，2：TS流输入，3：IEEE1394接口，4：SPIF，5：PCM（L+R），6：数字视频，7：Y/C，8：CVBS，9：RGB。

1、处理器
EMMA2LL芯片内包含了一个MIPS32的主CPU4kc内核和副CPU4km内核，它们都是高性能的RISC CPU。

芯片内集成了4K字节指令和4K字节数据高速缓冲存储器，大大提高了系统效率。

主CPU运行用户程序，从CPU主要用于音频解码。

2、存储器接口
EMMA2LL芯片有三种存储器接口，即统一的存储器接口、ROM接口和通用IO接口。

统一的存储器接口支持具有16位总线的SDRAM，其带宽为250M 字节/S，支持8、16、32或64M字节几种存储器模式。

ROM接口支持通用ROM、页面ROM和FLASH，存储器范围可扩展为64M字节，由两片交叉选择，每片选择可构造成4、8、16和32M字节。

通用IO接口以单访问方式工作，芯片与外部GIO总线之间通过内部命令总线（C-BUS）传送数据。

支持的最大地址范围为两片可选择的128M字节。

3、信号处理
EMMA2LL芯片内集成了传输流解复用器和过滤块、标准的MP@ML MPEG-2视频解码器和支持MPEG-1、MPEG-2第1、第2层的可编程音频控制器。

解码的视频数据由2D图形引擎处理。

显示处理器支持4个视频平面和具有PAL、SECAM、NTSC制式的视频编码器，以及数字视频输出。

传输流解复用器以100Mbps的最大数据输入速率来处理MPEG-2传输码流，可以用串行或并行形式输出数据。

该模块还通过高速数据口输出码流数据，以支持IEEE1394链路。

过滤块提供过滤的PID，包括一个视频、两个音频、一个PCR 和32个通用PID。

还有32个八字节深度的区域滤波器，可安排成一对来提供16字节过滤。

TS解复用模块提取节目参考（PCR），并在到达时间提供锁存的STC值。

该机构可用来完成时钟复盖和控制使用PWM输出的外部VCXO。

解复用后的数据输出到统一存储器中的循环缓冲区，在这里，主CPU、MPEG视频解码器和用于音频解码的从CPU都能对它进行访问。

DMA控制器负责A/V码缓冲器管理，并把码流数据送到MPEG视频解码器。

此外，它还支持统一存储器中存储器与存储器之间的数据传输。

MPEG视频解码器处理标准的主类与主级MPEG-2码流。

它还能接收MPEG-1和MPEG-2基本视频流。

该模块还支持窍门回放（快进、慢进，自由帧和步进帧），并能编程使用各种错误隐蔽方式。

音频控制器处理MPEG1和MPEG2的第1、2层，并能输出立体声PCM和用IEC60958编码的SPDIF。

该模块还包括测试音调发生器和左、右声道分别衰减的混合工具。

图形引擎具有色彩空间变换功能，支持把RGB32格式数据转换成YCbCr 4:2:2格式。

对于只接收YCbCr 4:2:2或4:2:0格式数据的显示模块中的静止平面，色彩空间变换用来支持使用实时缩放器进行缩放的OSD数据。

图形引擎还支持可用来增加1位或2位字体数据的位深度的彩色扩展。

显示模块处理四个平面：实况视频、OSD1、OSD2和背景色平面。

显示模块完全支持四个平面之间的全部256级alpha混合，它还包含了获取实况视频帧的捕获功能。

视频平面用于解码的MPEG视频，它有一个支持水平和垂直缩放的实时缩放器，可在1/4到4之间进行缩放处理，可处理4:2:2和4:2:0格式的数据。

水平缩放使用7分支滤波器；垂直缩放的亮度使用5分支滤波器，色度使用3分支滤波器。

OSD平面支持CLUT和RGB格式，CLUT方式为1、2、4和8bpp；RGB方式为12bpp加4位alpha、15加1位alpha、16bpp和32bpp，OSD平面的防闪烁滤波由3分支滤波器提供，OSD2平面还能用来提供软件指针功能。

视频编码器和同步发生器模块支持包括PAL-M、PAL-N和PAL-Nc在内的NTSC、PAL和SECAM标准。

模拟视频输出有四个DAC提供复合视频（CVBS）、S视频（Y/C）和分量视频（RGB或YPbPr/YCbCr），还能提供兼容于Rec656标准的数字视频输出。

编码器还包含了用于闭路字幕、图文电视、WSS、VPS、CGMS和视频ID的VBI数据插入功能。

4、外围接口
EMMA2LL主芯片支持以下外围接口：
（1）两个具有16字节FIFO的异步UART；
（2）3线时钟串行接口支持操作停止方式和3线串行IO方式；
（3）一个可连接多个器件的I2C总线接口；
（4）红外接收器接口；
（5）45个通用的可编程接口。

还可以根据需要用多余的ROM地址线和外部数据锁存器来扩展通用IO口。

5、定时器
EMMA2LL主芯片有四种不同用途的定时器。

（1）捕获/比较定时器：四种定时器的每一种都能构造为捕获或比较定时器。

在捕获方式中，定时器用在输入脚的信号沿上；在比较方式中，定时器可用事先
设定的计数值固化在输出脚上。

在这两种方式中，定时器都有从0.217¦s到
0.889ms可编程的分辨率，16位计数器允许周期从14.22ms到58.25秒可编程。

（2）系统定时器：系统定时器有两种，可在两个CPU之间共享，可用于软件定时。

可编程的分辨率和周期都与捕获/比较定时器相同。

主CPU和从CPU
在系统定时器到达设定值时产生内部中断。

（3）实时时钟：实时时钟可用来保持跟踪的天数，该定时器的分辨率为1ms。

实时时钟在到达设定值或24小时后计数器重叠时产生内部中断。

（4）看门狗定时器：主要用来检测硬件或软件故障。

该定时器有12位预定比例因子，用来产生计数时钟和16位可编程计数器。

可用222¦s 步长从222
¦s到14.5s编程定时输出。

看门狗定时器为CPU或RSTOUT脚产生非屏蔽中断。

五、常见故障的检修
1、开机后“电源”指示灯不亮，电视屏幕无显示
出现这种故障后，应先检查电源单元有无+5V电压输出。

可用三用表测量电源的各输出端，若有电压输出，说明电源单元无故障，应检查电源单元与解码板之间的连接器是否接触不良，连接电缆有无断线；若无电压输出，则说明故障发生在电源单元。

由于电源单元的几路电压均由同一个DC-DC变换器产生，若几路电压均无输出，可判断故障发生在脉宽调制器以前，因为在一般情况下，几路电压的输出电路同时发生故障的可能性很小。

可继续检查保险管、输入滤波电路、桥式整流器、开关管及脉宽调制器。

发现保险烧断后，应先检查电路中有无短路，若有应先排除短路后再更换保险。

若连续烧断保险，则说明电路中有器件损坏，如滤波电容漏电、整流管击穿、开关管击穿等。

若保险丝未烧断，则检查整流器有无直流电压输出，无直流电压输出则检查整流器输入端有无交流电压输入，有交流电压说明整流器损坏。

若整流器输出的直流电压正常，可判断故障发生在变换器电路中。

DC-DC变换器主要由开关管、脉冲变压器和脉宽调制器组成，检查时可接上示波器，在脉冲变压器的次级回路中测量有无高频脉冲输出，无高频脉冲说明振荡电路未起振。

振荡电路中的关键器件是开关管，若开关管损坏，振荡电路就不能起振。

若电源单元的输出端只有5V电压无输出，其余各路电压均正常，则说明故障就在5V输出电路中，如5V整流管损坏或稳压器损坏。

2、电视屏幕无图像
这种故障现象有几种情况：一种情况是有开机画面，按“菜单”健后也有菜单出现，说明主CPU在工作，程序运行正常。

此时可观察数码显示器和“锁定”指示灯，若数码显示器显示的电视频道正常，且“锁定”指示灯亮，说明Tuner、AD转换器等工作正常，解调器输出的TS码流不正常，或解码器未将码流数据解出来。

可重点检查解调器与解码器。

第二种情况是无开机画面，也无菜单显示，但“锁定”指示灯亮、数码显示器显示的频道正常。

“锁定”指示灯亮，说明机器已搜索到节目，显示的频道正常，说明机器接收的信号正常。

只有在主CPU工作正常，程序运行正常，输入到Tuner的频道参数准确无误，且Tuner和解调器工作正常的情况下，才有可能收到正确的节目，因此可判定主CPU、Tuner和解调器工作均正常。

由于电视信号主要由视频编码器产生，而视频数据又来源于解码器，解码器在解码OSD 数据、码流数据时都离不开SDRAM，因此这类故障通常由解码器、SDRAM或视频编码器损坏引起。

此时可注意电视伴音是否正常，若声音正常，说明解码器工作正常，故障主要发生在视频编码器及其后续滤波电路上；若既无电视画面，又无电视伴音，则可判断解码器或SDRAM损坏。

第三种情况是无开机画面、菜单，数码显示也不正常，这说明主CPU不工作。

主CPU不工作的原因较多，有可能提供系统时钟的晶体损坏，也有可能主CPU、FLASH或SDRAM损坏。

3、电视屏幕显示“无电视信号”
这种故障的原因有几种，一种原因是机器内的电源单元有故障，各供电电压、包括给Tuner供电的电压不正常，使Tuner无法接收节目；第二种原因是设置的频道参数不正确，因而收不到节目；第三种原因是Tuner、AD转换器或解调器损坏；第四种原因是传输流解复用器损坏。

出现“无电视信号”的故障后，可先检查同轴电缆是否折断，连接插头是否接触不良，必要时更换同轴电缆或重做连接插头。

若同轴电缆和连接插头完好，则应观察本机的“锁定”指示灯。

若“锁定”指示灯不亮，则依次检查Tuner的供电电压是否正常，输出端有无中频信号输出，AD转换器有无数字信号输出，从而确定故障位置。

若“锁定”指示灯亮，则说明Tuner、AD转换器工作正常，
解调器或传输流解复用器有故障，可接上示波器测量解调器输出的数据信号和时钟、同步、数据有效等信号。

若解调器无数据信号或时钟等信号输出，则可判断解调器损坏；若解调器输出信号正常，则说明解复用器损坏。

4、键盘失控或遥控器不能操作
键盘失控分几种情况，一种是所有按键都不起作用，这是由于键盘扫描电路故障所致，本机的键盘扫描电路直接由主系统的总线收发器和GPIO口控制；另一种情况是部分按键不起作用，系某条扫描线不通造成的；还有一种情况是只有个别键不起作用，这种故障较简单，即个别按键损坏。

遥控器不能操作的故障也较简单，出现这种故障时应先检查遥控器内的电池，若电池耗尽，则更换电池。

若电池良好则检查遥控器或机内的红外接收头，有损坏则更换遥控器或红外接收头。

此外，遥控器未对准机内的红外接收头或距离太远，也会影响使用效果，应将遥控器对准接收机或缩短距离。

5、频道显示正常，有广播、电视伴音，无图像
这种故障现象说明机器的信号接收、解复用、解码均正常，故障发生在视频编码器及其后续电路上。

本机的视频编码器集成在主芯片内，主芯片直接输出视频信号，通过滤波网络输出到AV端子。

出现这种故障时视频编码器损坏的可能性较大，也有可能后续的滤波电路短路或开路。

因此应先检查视频编码器的视频输出端有无图像信号输出，若有图像信号，则说明故障出在后续的滤波电路上。

若出现有图像但图像颜色不正常的故障，则主要由视频滤波电路引起。

6、电视屏幕上图像显示正常，但无伴音和广播
由于图像显示正常，说明机器的信号接收、解复用和解码均正常，视频编码器及其滤波网络都能正常工作，故障发生在音频A/D转换器及其后续的运算放大器上。

若声音全无，则可能是音频A/D转换器损坏，可用示波器测量音频A/D转换器的左、右声道输出，无音频信号输出则说明音频A/D转换器损坏。

若声音很小，则可能是运算放大器（通常为JR4558）损坏，或运算放大器周围的电阻、电容损坏。