1导言
随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，电视系统的数字化是必然趋势。据媒体报道，美国将于2010年停播模拟电视，全面实现数字电视。数字电视(Digital TV)是指从演播室到传输、发射和接收的所有环节都使用数字电视信号，或者系统中的所有信号都通过由0和1数字串组成的数字流传输的电视类型。信号损耗小，接收效果好。电视是从节目采集、节目制作到节目传输到用户端，对信号进行数字化处理的端到端系统。广播和互动基于DVB技术标准的数字电视。采用先进的用户管理技术，可以使节目内容的质量和数量尽善尽美，给用户带来更多的节目选择和更好的节目质量效果。与模拟电视相比，数字电视具有图像质量高、节目容量大(是模拟电视传输通道的10倍以上)、声音效果好等特点。由于数字电视是一个新生事物，一些似是而非的概念如数字电视，全数字电视，全媒体电视和多媒体电视出现在一些相关的报道和文章中，引起公众的困惑和不知所措。其实数字电视指的不是我们普通百姓中的电视机，而是在处理、传输、发射和接收电视信号的过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。具体传输过程是：电视台发送的图像和声音信号经过数字压缩和调制，形成数字电视信号，通过卫星、地面广播或有线电视传输，再由数字电视接收，通过数字解调和数字视音频解码，还原原始图像和伴音。
2 DVB-S2标准的特点
DVB-S.2作为新一代数字卫星广播标准即将出台，草案已经正式发布。新标准在提高原有信道传输能力的同时将大大扩展业务范围，在广电、电信、计算机等领域受到广泛关注。在与以往标准对比的基础上，阐述了新标准的主要技术优势，并简要介绍了标准的研发背景、目前进展及未来应用前景。
新的DVB-S2卫星传输标准在DVB-S的基础上增加了30%的卫星通信链路容量，理论上接近卫星通信的性能极限。结合其他新的编码方法和卫星技术，该标准有助于有效地促进高数据速率的应用。
与DVB-S相比，DVB-S2可以提供除QPSK以外的多种频带利用率更高的调制方式。DVB-S2的16APSK和32APSK调制技术降低了幅度变化，更适用于线性度相对较差的卫星传输信道，使高比特调制方式通过卫星信道传输成为可能。
DVB-S2采用了更强大的前向纠错系统，有效降低了系统的解调门限，距离理论香农限只有0.7~1dB。
DVB-S2频谱成形中的升余弦滚降系数可以从0.35、0.25、0.2中选取，而不是DVB-S中固定的0.35，自然越小。
ST公司DVB-S2卫星数字机顶盒方案
根据DVB-S2的卫星传输标准，ST公司开发了一套DVB-S2卫星数字机顶盒方案[4]。该方案的逻辑结构如图1所示。
图1数字卫星机顶盒方案
机顶盒方案采用三个模块，信号接收和下变频模块，由STB6100完成；信号解调模块，由STV0900完成；信号处理模块，由STi710x完成。
STB6100是ST公司开发的新型前端调谐器，能够满足DVB-S2解码的要求。主要包括低频噪声放大器、下变频混频器、低通基带滤波器、采集控制和低噪声锁相环。STB6100支持8PSK/QPSK调制，输入频率范围为950 MHz至2150MHz，输出差分I信号和Q信号。凭借低功耗和大规模集成，6100只需要几个e
STV0900是ST公司用于卫星数字电视和数据业务的多标准高级双向机顶盒解调器。000具有高速前向纠错功能，每秒可处理180M比特/通道。它不仅能解调DVBS的QPSK，还能解调S2 dv b的QPSK、8PSK和16APSK。
STi710x是新一代高清机顶盒和DVD解码芯片，兼容ST40内核，工作频率266MHz，支持Linux、Win CE和OS2嵌入式系统。提供ROM、Flash、SRAM接口，以及外部ROM、Flash和RAM。包括Windows多媒体9(WMV9)和H.264两种解码器：基于ST总线结构，这种单芯片结构向后兼容，可用于ip客户端的地面广播、卫星、有线、DSL和高清机顶盒。710x内置图像补偿模块和2D图形加速器，还包括数据流链接器，可以将七个不同的流合并为一个处理流，输出各种格式或RGB、YPbPr或HDMI和CVBS格式的高清电视信号。
ST s数字卫星机顶盒方案完成了频道解码和信源解码，输出各种格式的高清数字电视信号。如果只是用来接收和处理数字电视信号，方案已经很完美了。但如果刻录嵌入式操作系统，连接互联网，与家里另一台电脑组成局域网，实现电视节目存储、游戏等功能。这个方案会有点力不从心。
基于ARM9的DVB-S2卫星数字机顶盒方案
ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的知名企业，设计了大量高性能、低成本、低能耗的RISC处理器、相关技术和软件。具有技术性能高、成本低、能耗低的特点。它适用于许多领域，如嵌入式控制、消费/教育多媒体、DSP和移动应用。ARM技术是ARM公司拥有的RISC CPU技术。ARM公司作为知识产权供应商，并不直接从事芯片生产，其独有的芯片由合作公司通过转让设计许可的方式生产。世界美国各大半导体厂商从ARM公司购买自己设计的ARM微处理器内核，并根据各自不同的应用领域添加合适的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
4.1 arm 9的CPU选择
在众多ARM内核的厂商中，Intel生产的ARM9内核的PXA270由于运行速度快，功能强大，被广泛应用于高端嵌入式产品中。PXA270是这款功能强大的卫星数字机顶盒的主CPU。CPU根据从存储器中提取的指令确定其执行行为。在解码阶段，指令被分解成有意义的片段。根据CPU的指令集架构(ISA)定义，数值被解释为指令。指令值的一部分是操作码，它指示要执行哪些操作。其他值通常为指令提供必要的信息，例如加法运算的运算目标。这种操作目标可以提供常数值(即立即值)或空间地址值：寄存器或存储器地址，这由地址模式决定。
(1)运行速度相当快，最高工作频率可达624MHz，而其他ARM9的工作频率只有200MHz左右。
(2)七到八条流水线使得PXA270具有高速和极低的功耗。
(3)32K指令缓冲区和32K数据缓冲区进一步提高了PXA270的速度，而其他ARM9处理器只有16K指令缓冲区和16K数据缓冲区。
(4)PXA270采用Xscale微结构架构；与英特尔的无线多媒体扩展技术，它可以流畅地运行3D游戏和播放高质量的多媒体文章文件。
(5)5)pxa 270的快速捕捉技术使其能够拍摄高达400万像素的图片和文章，并支持低功耗、实时回放处理、24位彩色LCD显示和256K片内SRAM帧缓冲区，与快速捕捉一起加速了图像的回放。
(6)支持英特尔的专用无线SpeedStep动态电源管理技术。SpeedStep技术可以在26MHz到624 MHz之间自由调节PXA270的主频。当系统完全空闲时，PXA270可以运行在26 MHz的主频，此时功耗会低于0.1 mA。
(7)此外还有丰富的外设接口：三个串口，分别是标准串口、蓝牙、全功能串口；红外接口；串行I2C总线接口；AC 97编码器接口；I2S音频编码器接口；USB主机接口和从机接口；用于输入各种显示信号的液晶接口；MMC、SD卡、SDIO卡接口；键盘和测试界面等。
因此，选择PXA270作为DVB-S2标准卫星数字机顶盒的另一个CPU。
4.2基于PXA270的DVB-S2机顶盒逻辑结构图
图2基于PXA270的数字卫星机顶盒方案逻辑图
数字机顶盒由三部分组成，包括前端接收部分、传输流处理部分和节目存储部分。前端部分由ST公司的TB6100和STV0900完成，主要功能是接收、下变频、放大并输出传输流TS；传输流的TS处理部分由ST公司的STi710x完成。其主要功能是对信源进行解码，将分离出来的文章ES和音频ES分别转换成PAL/NTSC电视信号和音频信号，完成解扰功能。
STi710x接收前端输出的传输流，其内部的解复用器解调不同的节目频道，提取相应的音文章流和数据流。它的输出是MPEG-2视听基本流和一些数据有效载荷。MPEG-2解码器数字信息的恢复及相应的分析软件。对于加密的电视节目，条件接收模块可以通过智能卡解扰音文章。解复用和音文章解码STi710x的扩展功能模块如图3所示。
STi710x模块中，E2PROM用于存储工作过程中的配置参数，SDRAM用于运行程序，Flash用于编写启动程序，智能卡接口用于完成条件接收功能。同时扩展模块输出数字电视和VGA显示所需的信号，使用双口RAM完成STi10x与ARM板的通信。
图3解复用、音频和文章解码模块
4.3 CPU PXA270模块
PXA270是Intel公司基于精简指令集设计开发的ARM9核CPU。其工作频率可达600MHz，外设部件丰富，包括内存管理单元MMU、32KB指令缓冲区和32KB数据缓冲区、内存控制器(SDRAM控制器)、NAND Flash和NOR Flash控制器、4通道外部DMA请求控制和3个串口。其PXA270扩展板的逻辑结构如图4所示。
图4 arm 9扩展板的逻辑结构
新一代ARM9处理器，采用了全新的设计和更多的晶体管，可以实现ARM7处理器两倍以上的处理能力。这种处理能力的提高是通过提高时钟频率和减少指令执行周期来实现的。ARM9扩展板由PXA270 CPU、64M闪存、64M同步存储器、键盘和USB接口组成；处理数字电视信号的部件主要由硬盘、互联网接口、红外收发和双口RAM组成。该模块的主要功能是存储数字电视节目，连接互联网，控制红外线，通过I2C接口控制前端调谐器，通过双口RAM与Sti5528交换数据。系统中的64M闪存用于存储CPU和Linux操作系统的启动程序；64M的同步内存用于运行操作系统和应用程序；键盘用来输入数字；USB接口用于外部USB设备；硬盘用于存储数字电视节目及其他信息和数据；互联网接入模块，用于宽带接入互联网；红外模块控制遥控器的发送和接收，选择电视节目或实现其他功能；双端口RAM用于与STi710x交换数据。
卫星数字网络机顶盒的软件和功能
嵌入式系统是用于控制、监测或协助设备、机器或工厂运行的装置。可以看出，嵌入式系统是软件和硬件的结合，也可以覆盖机械和其他辅助设备。目前国内普遍接受的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，可以在软件和硬件上进行裁剪，以满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的专用计算机系统。由于嵌入式系统软件与微处理器密切相关，通常用层次模型来描述。软件层次从下到上分为固件层、驱动层、中间件和应用层。这样，一旦硬件模块发生变化，软件修改只发生在与硬件相关的固件层，中间件和应用层可以保持不变，可以减少编程工作量，缩短软件开发时间。
数字网络机顶盒的硬件组成相当于一台电脑和一个数字机顶盒，所以它的功能可以同时完成电脑和数字机顶盒的功能。数字网络机顶盒的主要功能有：接收数字电视节目；DVB公开解扰算法和条件接收；支持pal/ntsc/secam；支持MPEG2图像和MP3、杜比5.1音质；远程教育；付费电视；电子节目指南；上网；数字电视节目存储；参加文章点播(VOD)；11互动电视游戏等等。可见数字网络电视机顶盒的功能是非常强大的。
6摘要
本文的创新之处在于设计了基于ARM9 PXA270和STi710x的卫星数字机顶盒硬件平台。本文对传统的数字机顶盒和双CPU卫星机顶盒方案进行了比较，给出了卫星机顶盒的硬件逻辑框图、软件模型和功能。该设计实现后，不仅可以完成传统数字机顶盒的功能，还可以完成存储DVB-S2标准电视节目和连接互联网的功能。
