硅 片 调 谐 器 (TUNER) 在 PC-TV 上 的 应 用 高 云 北 京 歌 华 有 线 电 视 网 络 股 份 有 限 公 司, 北 京 (100007) E-mail:gaoyun@bgctv.com.cn 摘 要 : 本 文 介 绍 一 款 USB 接 口 的 A+D 电 视 接 收 盒 的 设 计, 该 设 计 采 用 小 尺 寸 的 硅 片 TUNER 与 EM2880 芯 片 方 案 有 机 组 合, 实 现 了 一 款 小 巧 便 携 的 USB 电 视 接 收 盒 笔 记 本 电 脑 可 以 籍 此 成 为 一 台 集 移 动 电 视, 移 动 录 像 机 和 VCD/DVD 节 目 制 作 功 能 为 一 体 的 数 字 视 频 设 备 关 键 词 :PC-TV; 硅 片 TUNER; 模 块 功 能 1. 引 言 在 电 脑 上 收 看 和 录 制 电 视 节 目 是 对 用 电 视 机 看 电 视 用 录 像 机 录 制 电 视 节 目 方 式 的 一 种 有 效 补 充, 可 以 在 没 有 电 视 机 的 办 公 室 等 环 境 下 收 看 到 重 要 的 新 闻 事 件 精 彩 赛 事 等, 可 以 实 现 用 笔 记 本 电 脑 的 移 动 收 看, 可 以 直 接 录 制 成 数 据 格 式 的 文 件, 便 于 编 辑 保 存 重 放 传 播 在 电 脑 上 收 看 电 视 的 设 备 称 为 电 脑 电 视 接 收 器, 简 称 PC-TV PC-TV 按 照 与 电 脑 的 接 口 不 同 分 为 PCI 接 收 卡 USB 接 收 盒 Card Bus 接 收 卡 等 几 类, 按 照 接 收 信 号 的 不 同 分 为 模 拟 电 视 接 收 器 数 字 电 视 接 收 器 模 拟 + 数 字 电 视 ( 简 称 A+D) 接 收 器 这 三 类 PCI 接 口 卡 只 能 安 装 在 台 式 机 里 使 用,Card Bus 接 口 的 设 备 要 求 笔 记 本 电 脑 上 有 Card Bus 接 口, 所 以 限 制 了 这 两 类 卡 的 使 用,USB 接 收 盒 是 最 方 便 使 用 的, 因 而 适 用 性 最 强 A+D 电 视 接 收 器 既 可 以 接 收 模 拟 电 视 也 可 以 接 收 数 字 电 视, 比 单 一 模 式 的 电 视 接 收 器 功 能 更 强 2. 系 统 方 案 系 统 框 图 如 图 1 所 示 : 图 1 硅 片 TUNER 的 PC-TV 系 统 框 图 天 线 或 有 线 电 视 电 缆 连 接 到 TV_CABLE 处, 将 电 视 射 频 信 号 引 入 硅 片 调 谐 器 XC3028 芯 片 中 模 拟 电 视 射 频 信 号 经 TUNER 解 调 后, 输 出 CVBS 视 频 信 号 送 TI 公 司 的 视 频 解 码 器 芯 片 TVP5150AM, 解 码 成 数 字 视 频 信 号 送 EM2880 的 数 字 视 频 接 口 ; 同 时 TUNER 输 出 SIF 格 -1-
式 的 音 频 信 号 送 EMP202 芯 片 AC_97 解 码 成 数 字 音 频, 送 到 EM2880 的 音 频 接 口 EM2880 对 模 拟 电 视 的 视 频 和 音 频 数 据 进 行 处 理, 经 USB 接 口 传 送 给 计 算 机 DVB-T 数 字 电 视 射 频 信 号 经 TUNER 解 调 后, 输 出 解 调 信 号 经 ZARLINK 公 司 的 MT352 芯 片 进 行 解 码, 输 出 TS 流 送 EM2880 处 理, 经 USB 接 口 传 送 给 计 算 机 计 算 机 通 过 USB 驱 动 程 序 获 得 电 视 视 频 和 音 频 数 据 流, 通 过 WINDVR 软 件 进 行 播 放 或 录 制 3. 主 要 模 块 功 能 3.1 硅 片 TUNER 硅 片 TUNER 选 用 XCEIVE 公 司 的 XC3028 芯 片, 芯 片 功 能 框 图 如 图 2 所 示 [1] 图 2 硅 片 TUNER-XC3028 芯 片 功 能 框 图 XC3028 支 持 42-862MHZ 频 带 范 围 的 全 球 有 线 电 视 信 号 和 地 面 广 播 电 视 信 号 的 调 谐, 具 备 频 道 选 择 解 调 功 能, 不 需 要 外 接 SAW 滤 波 器, 不 需 要 手 工 调 节 它 将 所 选 频 道 转 换 成 中 频 信 号 (IF), 内 部 高 精 度 A/D 对 IF 信 号 进 行 采 样, 转 换 成 数 字 信 号 对 于 信 号 源 是 模 拟 电 视 标 准 的 信 号, 视 频 信 号 被 解 调, 输 出 基 带 组 合 视 频 (CVBS), 同 时 伴 音 被 过 滤 出 来 输 出 为 二 次 中 频 (SIF) 在 DTV 模 式 下, 数 字 电 视 信 号 用 标 准 的 高 抑 制 通 道 滤 波 器 过 滤 出 来, 并 转 换 成 一 种 用 户 可 编 程 的 输 出 频 率, 经 过 D/A 转 换,DTV 信 号 被 高 性 能 平 滑 低 通 滤 波, 经 可 变 增 益 放 大 器 输 出 3.2 MT352 DTV 解 调 器 选 用 ZARLINK 公 司 的 MT352 芯 片 芯 片 功 能 框 图 如 图 3 所 示 [2] -2-
图 3 DTV 解 调 器 -MT352 芯 片 功 能 框 图 MT352 是 一 款 第 三 代 COFDM( 编 码 正 交 频 分 复 用 ) 电 视 解 调 器, 符 合 ETS 300 744 规 定 的 DVB 标 准, 可 以 用 于 6,7,8MHZ 的 频 道 带 宽, 支 持 2K 或 8K 模 式, 适 应 于 各 种 传 输 模 式 芯 片 包 括 一 个 高 性 能 10bits A/D 转 换 器, 能 够 直 接 接 收 36.17 或 43,75MHZ 的 中 频 信 号, 自 动 产 生 适 合 6,7,8MHZ OFDM 信 号 的 采 样 率 芯 片 内 置 一 个 处 理 器 实 现 解 调 算 法, 输 出 标 准 MPEG TS 流 芯 片 配 置 控 制 接 口 很 简 单, 是 2 线 I2C 总 线 接 口 3.3 EM2880 PC-TV 的 核 心 芯 片 是 视 频 捕 获 芯 片, 选 用 了 EMPIA 公 司 的 EM2880 芯 片 EM2880 USB VIDEO CAPTURE 芯 片 是 EMPIA 技 术 公 司 的 高 集 成 度 VLSI 芯 片, 是 一 款 通 过 USB2.0 接 口 做 视 频 捕 获 的 高 性 价 比 解 决 方 案 芯 片 功 能 框 图 如 图 4 所 示 [3] 图 4 EM2880 功 能 框 图 通 常,USB 视 频 子 系 统 包 含 USB 视 频 捕 获 芯 片 视 频 源 和 音 频 源 从 框 图 中 可 以 看 出, EM2880 芯 片 中 包 括 7 个 模 块 : 视 频 接 口 视 频 管 道 音 频 接 口 码 流 缓 冲 串 行 接 口 引 擎 I2C 接 口 视 频 接 口 模 块 接 收 来 自 外 部 视 频 源 的 视 频 数 据, 支 持 多 种 视 频 源 :8 位 视 频 输 入 口 支 持 拜 耳 RGB 格 式 交 织 和 非 交 织 视 频 带 外 同 步 场 ID 的 CCIR-601 4:2:2 YUV 嵌 入 同 步 和 场 ID 的 CCIR-656 YUV 格 式 从 视 频 源 中 提 取 的 视 频 时 钟 VCLK 和 参 考 信 号 VREF,HREF -3-
用 于 选 通 输 入 的 视 频 数 据, 支 持 CCIR-656 协 议 从 输 入 视 频 中 选 择 一 个 矩 形 视 频 子 块 送 到 下 一 个 模 块 : 视 频 管 道 视 频 管 道 模 块 提 供 下 列 操 作 : 黑 对 准 伽 玛 校 正 RGB 增 益 和 偏 置 缺 陷 象 素 补 偿 8 位 拜 耳 到 24 位 RGB 的 上 采 样 色 彩 空 间 转 换 至 YUV 象 素 累 计 下 缩 放 锐 度 增 强 对 比 度 亮 度 饱 和 度 调 整 UV 偏 差 调 整 输 出 整 形 图 像 压 缩 经 过 上 述 处 理, 压 缩 后 得 到 的 视 频 信 号 送 入 码 流 缓 冲 模 块 音 频 接 口 模 块 包 含 一 个 AC97 控 制 器 和 一 个 I2S SLAVE 功 能 块, 同 时 只 有 一 个 功 能 块 能 工 作, 可 通 过 EEPROM 来 配 置 使 用 哪 个 功 能 块 AC97 控 制 器 与 外 部 AC97 编 解 码 器 接 口, 接 口 类 型 是 4 线 AC97 链 路, 支 持 的 音 频 采 样 率 有 48K,44.1K,32K,16K,8K I2S SLAVE 与 外 部 I2S MASTER 接 口, 接 口 类 型 是 3 线 I2S 总 线 MASTER 是 典 型 的 立 体 声 译 码 器, 支 持 音 频 采 样 率 48K,44.1K,32K 音 频 接 口 块 将 串 行 音 频 输 入 转 换 成 PCM16 格 式, 存 储 到 码 流 缓 冲 模 块 中 码 流 缓 冲 模 块 存 储 最 后 的 音 频 和 视 频 数 据, 在 收 到 请 求 后 把 数 据 发 给 串 行 接 口 引 擎 SIE. 码 流 缓 冲 模 块 可 以 支 持 24MB/S 的 反 异 步 视 频 传 输 和 0.2MB/S 反 异 步 音 频 传 输 串 行 接 口 引 擎 可 分 为 2 个 子 模 块 : 前 端 的 SIE 控 制 器 和 后 端 的 USB 端 点 逻 辑 SIE 控 制 器 管 理 USB 数 据 包 及 交 互, 端 点 逻 辑 实 现 视 频 捕 获 所 需 要 的 端 点 规 定 的 逻 辑 SIE 通 过 UTMI 总 线 与 USB2.0PHY 通 信 支 持 模 拟 和 数 字 TV, 有 一 个 数 字 电 视 专 用 的 TS 流 接 口, 支 持 8 位 并 行 TS 流 输 入 1 位 串 行 TS 流 输 入 与 DVB-T 或 ATSC 解 调 器 接 口 EM2880 符 合 USB 电 源 管 理 标 准, 当 USB 总 线 持 续 3MS 空 闲 时, 芯 片 自 动 进 入 挂 起 模 式, 同 时 关 闭 所 有 内 部 时 钟, 并 发 送 关 电 信 号 给 其 它 外 部 器 件 USB 2.0 PHY 包 含 12MH 全 速 收 发 器, 480MHZ 高 速 收 发 器,PLL,UTMI 控 制 器 收 发 器 符 合 USB2.0 电 学 规 定 PLL 支 持 全 片 的 时 钟 UTMI 控 制 器 与 SIE 通 信,PHY 设 计 做 了 低 功 耗 优 化, 因 而 可 以 被 SIE 挂 起 以 节 电 EM2880 使 用 I2C 串 行 总 线 与 NTSC 译 码 器 通 信, 串 口 包 含 SCL 和 SDA 信 号, 都 是 双 向 OC 口, 外 部 需 要 加 上 拉 电 阻 3.4 VIDEO DECODER 视 频 译 码 器 选 用 TI 公 司 的 TVP5150 芯 片 TVP5150 芯 片 是 超 低 功 率 NTSC/PAL/SECAM 视 频 译 码 器, 可 将 输 入 NTSC/PAL/SECAM 视 频 信 号 转 换 成 8 位 ITU-R BT.656 格 式 的 视 频 信 号 输 出, 可 以 得 到 分 离 的 同 步 信 号 该 芯 片 通 过 I2C 总 线 编 程 芯 片 的 功 能 是 将 模 拟 视 频 转 换 成 YCbCr 4:2:2 的 数 字 组 合 视 频, 输 入 格 式 支 持 CVBS 和 S-VIDEO, 采 用 方 式 为 ITU-R BT.601( 从 14.31818-MHZ 晶 振 产 生 的 27MHZ), 输 出 格 式 是 8 位 4:2:2 或 带 嵌 入 同 步 的 8 位 ITU-R BT.656 芯 片 功 能 框 图 如 图 5 所 示 [4] -4-
图 5 视 频 译 码 器 TVP5150 功 能 框 图 芯 片 包 含 以 下 主 要 模 块 : 弹 性 同 步 检 测 带 模 拟 处 理 器 的 ADC 4 线 自 适 应 梳 状 滤 波 器 的 Y/C 分 离 色 度 处 理 器 亮 度 处 理 器 视 频 时 钟 及 定 时 处 理 器 和 节 电 控 制 输 出 格 式 化 I2C 接 口 VBI 数 据 处 理 器 CVBS 和 S-VIDEO 的 微 版 本 检 测 3.5 AUDIO DECODER 音 频 译 码 器 选 用 EMPIA 公 司 的 EMP202 芯 片 芯 片 功 能 框 图 如 图 6 所 示 [5] EMP202 是 2 通 道 20 位 DAC 和 20 位 ADC 全 双 工 AC 97 2.2 兼 容 的 立 体 声 音 频 编 解 码 器, 可 提 供 2 对 音 量 可 独 立 调 节 的 立 体 声 输 出, 一 路 单 声 道 输 出, 一 路 耳 机 输 出 图 6 音 频 译 码 器 EMP202 功 能 框 图 在 本 系 统 中, 来 自 TUNER 的 音 频 从 VIDEO-IN 口 输 入 EMP202 芯 片, 经 芯 片 译 码 后, 数 字 音 频 信 号 从 PCM in 口 输 出 给 EM2880 的 音 频 源 接 口 4. 总 结 本 USB TV 接 收 盒 是 在 EM2880 数 字 + 模 拟 TV 视 频 捕 获 方 案 的 基 础 上 组 合 了 XCEIVE3028 A+D TUNER 和 其 它 音 视 频 编 解 码 器 而 设 计 的, 具 有 功 能 全 体 积 小 功 耗 低 的 特 点, 配 合 相 应 的 软 件 可 实 现 具 备 移 动 电 视 录 像 机 和 VCD/DVD 节 目 制 作 功 能 为 一 体 的 迷 你 型 数 字 视 频 设 备 -5-
参 考 文 献 [1] XC3028 Single-Chip Multi-Standard Tuner+ VIF/SIF for Analog and Digital TV, First Release Datasheet Revision1.1, December 2004, Xceive Corporation. [2] MT352 COFDM Demodulator datasheet, July 2004, ZARLINK Semiconductor. [3] EM2880 USB Video Capture Device, support DVB-T/ATSC and NTSC/PAL/SECAM, hardware specification, 2004, EMPIA Technology. [4] TVP5150A/TVP5150AM1 Ultralow Power NTSC/PAL/SECAM Video Decoder with Robust Sync Detector, Data Manual, May 2004, TEXAS INSTRUMENTS. [5] EMP202 Single-Chip Dual-Channel AC 97 Audio Codec for PC Audio Systems, 2003, EMPIA Technology. Application of Silicon Tuner on PC-TV Gao Yun Beijing Gehua CATV Network Co., Ltd., Beijing, PRC (100007) Abstract In this paper is introduced the design of a A+D TV receiver based on USB interface, in which a small-sized silicon tuner is organically combined with an EM2880 chip to achieve a portable USB TV receiver. Thus, a laptop can become digital video equipment integrating mobile TV, mobile video tape recorder and VCD/DVD programming. Keywords: PC-TV, silicon tuner, modular function 作 者 简 介 : 高 云, 男,1963 年 生, 北 京 邮 电 大 学 硕 士 研 究 生, 高 级 工 程 师, 主 要 研 究 方 向 是 视 音 频 信 号 处 理 -6-