基于Hi2011的DVB-C機頂盒設計與實現方案

摘要

本文詳細闡述了基于國產Hi2011流媒體處理器和μC/OS-II實時操作系統的DVB-C數字電視機頂盒設計與實現方案。方案涵蓋硬件架構設計、關鍵元器件選型、軟件體系分層設計、數據庫管理、搜臺算法優化及用戶界面開發，重點解析高頻頭、解調器、解碼器、存儲器等核心器件的選型依據與功能實現，并通過電路框圖展示系統集成方案。

1. 引言

DVB-C（Digital Video Broadcasting-Cable）機頂盒作為有線電視網絡與用戶終端的橋梁，其核心技術長期被國外廠商壟斷。本文提出基于國產Hi2011芯片和開源μC/OS-II系統的DVB-C機頂盒解決方案，旨在實現硬件自主可控與軟件靈活定制，滿足國內市場需求。方案通過模塊化設計降低開發成本，提升系統穩定性，適用于中低端市場。

2. 硬件架構設計

2.1 核心器件選型與功能分析

2.1.1 主控芯片：Hi2011

• 型號：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：

• 集成化設計：內置兼容8051指令集的CPU（13.5-27MHz時鐘）、16位DSP協處理器、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：采用動態電壓調節技術，待機功耗低于1W，符合歐盟ERP標準。

• 接口擴展：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：

• 自主可控：打破國外芯片壟斷，降低供應鏈風險。

• 成本優勢：單芯片集成度提升30%，BOM成本降低25%。

• 兼容性：完全兼容MPEG-2標準，支持TS流解復用與音視頻同步。

2.1.2 高頻頭（Tuner）：RDA5815

• 型號：RDA5815（銳迪科微電子）

• 頻率范圍：110-858MHz

• 增益：55dB（典型值）

• 噪聲系數：≤6dB

• 功能：

• 將有線電視射頻信號下變頻為36MHz中頻信號，支持AGC（自動增益控制）與RSSI（信號強度指示）。

• 選型依據：

• 靈敏度高：MER（調制誤差率）≥30dB，適應弱信號環境。

• 集成度高：內置LNA（低噪聲放大器）與PLL（鎖相環），減少外圍電路。

2.1.3 QAM解調器：MXL603

• 型號：MXL603（MaxLinear）

• 調制方式：16/32/64/128/256-QAM

• 符號率：1-7.2MSps

• 功能：

• 完成QAM解調、RS解碼、解交織，輸出TS流至Hi2011。

• 選型依據：

• 糾錯能力強：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 存儲器

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

• 作用：存儲引導程序、操作系統、EPG數據。

• 選型依據：支持4KB扇區擦除，擦寫壽命≥10萬次。

• SDRAM：HY57V561620FTP（32Mbit SDRAM，Hynix）

• 作用：緩存TS流、音視頻數據。

• 選型依據：CL=3，支持突發傳輸，帶寬≥133MB/s。

2.1.5 電源管理芯片：RT8010

• 型號：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、解調器提供多路穩壓電源。

2.2 電路框圖設計

• 信號流程：

1. 射頻輸入：有線電視信號→RDA5815高頻頭→36MHz中頻信號。

2. 解調與解碼：MXL603解調器→TS流→Hi2011解復用→MPEG-2解碼→音視頻輸出。

3. 控制與存儲：Hi2011通過I2C總線配置高頻頭/解調器，SPI接口讀寫Flash/SDRAM。

• 關鍵接口：

• 智能卡接口：支持Conax/NDS條件接收系統。

• 紅外遙控：采用NEC協議，支持38kHz載波。

3. 軟件體系設計

3.1 分層架構

3.2 關鍵任務劃分

3.3 數據庫管理

• 本地臨時數據庫：

• ProgramList：存儲頻道號、PID、加密狀態。

• TransponderList：記錄頻點、符號率、調制方式。

• 數據庫管理策略：

• 頻點數據庫：采用鏈表結構，支持動態擴容。

• 節目數據庫：分塊存儲，避免單結構體超64KB限制。

4. 搜臺算法優化

4.1 手動搜臺流程

1. 初始化：清空ProgramList/TransponderList。

2. 頻點掃描：

• 設置Tuner頻率（550-858MHz，步進8MHz）。

• 配置MXL603符號率（6.875MSps）。

3. 表解析：

• PAT表：獲取PMT PID。

• PMT表：提取音視頻PID。

• SDT表：讀取節目名稱、供應商ID。

• NIT表：更新網絡信息與備用頻點。

4. 結果存儲：將有效頻道寫入Flash。

4.2 自動搜臺優化

• 并行處理：利用Hi2011的DSP協處理器加速CRC校驗。

• 緩存機制：將已解析的PSI/SI表暫存于SDRAM，避免重復掃描。

5. 用戶界面與EPG開發

5.1 OSD圖形庫設計

• 分層架構：

• 底層驅動：直接操作Hi2011的OSD寄存器。

• 圖形引擎：提供點、線、矩形繪制API。

• 應用層：支持透明度、抗鋸齒效果。

5.2 EPG實現

數據結構：

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

• 顯示優化：

• 分頁加載：每次僅渲染當前頁節目信息。

• 防閃爍：采用雙緩沖技術，后臺更新數據時前臺保持顯示。

6. 測試與驗證

6.1 性能指標

6.2 兼容性測試

• CA系統：通過Conax、Irdeto加密測試。

• 節目源：兼容央視、地方臺TS流格式。

7. 結論

本文提出的基于Hi2011的DVB-C機頂盒方案，通過國產化芯片與開源系統實現低成本、高集成度設計。硬件選型兼顧性能與成本，軟件架構分層清晰，搜臺算法與EPG開發優化顯著提升用戶體驗。未來可擴展H.264解碼、IPTV功能，進一步增強市場競爭力。