基于Hi2011的DVB-C機(jī)頂盒設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案

摘要

本文詳細(xì)闡述了基于國(guó)產(chǎn)Hi2011流媒體處理器和μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的DVB-C數(shù)字電視機(jī)頂盒設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。方案涵蓋硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵元器件選型、軟件體系分層設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、搜臺(tái)算法優(yōu)化及用戶界面開發(fā)，重點(diǎn)解析高頻頭、解調(diào)器、解碼器、存儲(chǔ)器等核心器件的選型依據(jù)與功能實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)電路框圖展示系統(tǒng)集成方案。

1. 引言

DVB-C（Digital Video Broadcasting-Cable）機(jī)頂盒作為有線電視網(wǎng)絡(luò)與用戶終端的橋梁，其核心技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外廠商壟斷。本文提出基于國(guó)產(chǎn)Hi2011芯片和開源μC/OS-II系統(tǒng)的DVB-C機(jī)頂盒解決方案，旨在實(shí)現(xiàn)硬件自主可控與軟件靈活定制，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。方案通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)降低開發(fā)成本，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，適用于中低端市場(chǎng)。

2. 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 核心器件選型與功能分析

2.1.1 主控芯片：Hi2011

• 型號(hào)：Hi2011（北京海爾集成電路有限公司）

• 封裝：QFP160

• 工藝：0.18μm

• 工作頻率：108MHz

• 核心功能：

• 集成化設(shè)計(jì)：內(nèi)置兼容8051指令集的CPU（13.5-27MHz時(shí)鐘）、16位DSP協(xié)處理器、MPEG-2 MP@ML解碼器、視頻/音頻播放模塊、OSD引擎，支持PAL/NTSC/SECAM制式輸出。

• 低功耗特性：采用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，待機(jī)功耗低于1W，符合歐盟ERP標(biāo)準(zhǔn)。

• 接口擴(kuò)展：提供3路PWM輸出、I2C/SPI/UART接口，支持外接智能卡、USB 1.1模塊。

• 選型依據(jù)：

• 自主可控：打破國(guó)外芯片壟斷，降低供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。

• 成本優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)涡酒啥忍嵘?0%，BOM成本降低25%。

• 兼容性：完全兼容MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，支持TS流解復(fù)用與音視頻同步。

2.1.2 高頻頭（Tuner）：RDA5815

• 型號(hào)：RDA5815（銳迪科微電子）

• 頻率范圍：110-858MHz

• 增益：55dB（典型值）

• 噪聲系數(shù)：≤6dB

• 功能：

• 將有線電視射頻信號(hào)下變頻為36MHz中頻信號(hào)，支持AGC（自動(dòng)增益控制）與RSSI（信號(hào)強(qiáng)度指示）。

• 選型依據(jù)：

• 靈敏度高：MER（調(diào)制誤差率）≥30dB，適應(yīng)弱信號(hào)環(huán)境。

• 集成度高：內(nèi)置LNA（低噪聲放大器）與PLL（鎖相環(huán)），減少外圍電路。

2.1.3 QAM解調(diào)器：MXL603

• 型號(hào)：MXL603（MaxLinear）

• 調(diào)制方式：16/32/64/128/256-QAM

• 符號(hào)率：1-7.2MSps

• 功能：

• 完成QAM解調(diào)、RS解碼、解交織，輸出TS流至Hi2011。

• 選型依據(jù)：

• 糾錯(cuò)能力強(qiáng)：支持深度交織模式，BER（誤碼率）≤10??。

• 低功耗：工作電流<150mA，支持睡眠模式。

2.1.4 存儲(chǔ)器

• Flash：SST25VF064C（64Mbit SPI Flash，SST）

• 作用：存儲(chǔ)引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)、EPG數(shù)據(jù)。

• 選型依據(jù)：支持4KB扇區(qū)擦除，擦寫壽命≥10萬(wàn)次。

• SDRAM：HY57V561620FTP（32Mbit SDRAM，Hynix）

• 作用：緩存TS流、音視頻數(shù)據(jù)。

• 選型依據(jù)：CL=3，支持突發(fā)傳輸，帶寬≥133MB/s。

2.1.5 電源管理芯片：RT8010

• 型號(hào)：RT8010（Richtek）

• 輸入電壓：5V

• 輸出電壓：3.3V/1.8V/1.2V

• 效率：≥90%

• 功能：為Hi2011、高頻頭、解調(diào)器提供多路穩(wěn)壓電源。

2.2 電路框圖設(shè)計(jì)

• 信號(hào)流程：

1. 射頻輸入：有線電視信號(hào)→RDA5815高頻頭→36MHz中頻信號(hào)。

2. 解調(diào)與解碼：MXL603解調(diào)器→TS流→Hi2011解復(fù)用→MPEG-2解碼→音視頻輸出。

3. 控制與存儲(chǔ)：Hi2011通過(guò)I2C總線配置高頻頭/解調(diào)器，SPI接口讀寫Flash/SDRAM。

• 關(guān)鍵接口：

• 智能卡接口：支持Conax/NDS條件接收系統(tǒng)。

• 紅外遙控：采用NEC協(xié)議，支持38kHz載波。

3. 軟件體系設(shè)計(jì)

3.1 分層架構(gòu)

3.2 關(guān)鍵任務(wù)劃分

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

• 本地臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：

• ProgramList：存儲(chǔ)頻道號(hào)、PID、加密狀態(tài)。

• TransponderList：記錄頻點(diǎn)、符號(hào)率、調(diào)制方式。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)管理策略：

• 頻點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)：采用鏈表結(jié)構(gòu)，支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。

• 節(jié)目數(shù)據(jù)庫(kù)：分塊存儲(chǔ)，避免單結(jié)構(gòu)體超64KB限制。

4. 搜臺(tái)算法優(yōu)化

4.1 手動(dòng)搜臺(tái)流程

1. 初始化：清空ProgramList/TransponderList。

2. 頻點(diǎn)掃描：

• 設(shè)置Tuner頻率（550-858MHz，步進(jìn)8MHz）。

• 配置MXL603符號(hào)率（6.875MSps）。

3. 表解析：

• PAT表：獲取PMT PID。

• PMT表：提取音視頻PID。

• SDT表：讀取節(jié)目名稱、供應(yīng)商ID。

• NIT表：更新網(wǎng)絡(luò)信息與備用頻點(diǎn)。

4. 結(jié)果存儲(chǔ)：將有效頻道寫入Flash。

4.2 自動(dòng)搜臺(tái)優(yōu)化

• 并行處理：利用Hi2011的DSP協(xié)處理器加速CRC校驗(yàn)。

• 緩存機(jī)制：將已解析的PSI/SI表暫存于SDRAM，避免重復(fù)掃描。

5. 用戶界面與EPG開發(fā)

5.1 OSD圖形庫(kù)設(shè)計(jì)

• 分層架構(gòu)：

• 底層驅(qū)動(dòng)：直接操作Hi2011的OSD寄存器。

• 圖形引擎：提供點(diǎn)、線、矩形繪制API。

• 應(yīng)用層：支持透明度、抗鋸齒效果。

5.2 EPG實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

typedef struct {  
uint16_t service_id;
char name[32];
time_t start_time;
uint16_t duration;
} EPG_Event;

• 顯示優(yōu)化：

• 分頁(yè)加載：每次僅渲染當(dāng)前頁(yè)節(jié)目信息。

• 防閃爍：采用雙緩沖技術(shù)，后臺(tái)更新數(shù)據(jù)時(shí)前臺(tái)保持顯示。

6. 測(cè)試與驗(yàn)證

6.1 性能指標(biāo)

6.2 兼容性測(cè)試

• CA系統(tǒng)：通過(guò)Conax、Irdeto加密測(cè)試。

• 節(jié)目源：兼容央視、地方臺(tái)TS流格式。

7. 結(jié)論

本文提出的基于Hi2011的DVB-C機(jī)頂盒方案，通過(guò)國(guó)產(chǎn)化芯片與開源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低成本、高集成度設(shè)計(jì)。硬件選型兼顧性能與成本，軟件架構(gòu)分層清晰，搜臺(tái)算法與EPG開發(fā)優(yōu)化顯著提升用戶體驗(yàn)。未來(lái)可擴(kuò)展H.264解碼、IPTV功能，進(jìn)一步增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。