衛星數字電視接收機的工作原理
衛星數字電視接收系統一般由接收天線(包括饋源)、低噪聲下變頻器(高頻頭LNB)和衛星數字電視接收機三部分組成:其中天線、高頻頭稱室外單元:衛星數字電視接收機稱室內單元,或稱綜合解碼接收機(即
IRD),是當代計算機技術、數字通信技術和微電子技術融合的結晶。
1?IRD的功能框圖
IRD的一般功能框圖如圖1所示。由圖可知,一個典型的IRD包括:調諧器、第二中頻信號解調、信道解碼、MPEG一2傳輸流解復用、MPEG一2音/視頻解碼和模擬音/視頻信號處理。
2.信道接收模塊
c波段或Ku波段的衛星下行信號由犬線接收,經過LNB放大和下變頻,形成950~2050?MHz第一中頻信號,經電纜送到IRD的調諧器,高頻調諧器根據所需接收的頻率,通過PLL(鎖相環)環路控制本機振蕩器頻率,把輸入信號變頻成第二中頻(479.5?MHz)信號,送到正交檢相器分解出I、Q兩路模擬信號,經過A/D轉換器再把這兩路模擬信號分別轉換成6比特的并行數字信號,進入QPSK解調電路和信道糾錯電路。
QPSK解調器的核心部分起到載波恢復、尋址、位同步、反混疊、匹配濾波和自動增益控制(AGC)作用。
Butterworth型匹配濾波器用米完成升余弦滾降形狀的脈沖形成濾波變換(α=O.35DVB或α=O.20DSS,DVB數字視頻廣播,DSS數字衛星業務)。
信道糾錯部分包括:Viterbi卷積(1/2,2/3,3/4,5/6,6/7?和7/8,K=7)和RS解碼(204、188DVB)。Viterbi解碼可對誤碼率(BER)為10^-4~10^-2的數據流進行糾錯,以達到RFR為10-4。RS解碼主要對突發性片狀誤碼進行糾錯,以達到BER優于10^-10的結果,最后輸出符合MPEG一2標準的傳輸流(TS),每個數據包為188個字節。早期的信道接收模塊由兩片集成電路完成,如國產的xowJ—1型IRD由集成電路STV0190完成雙路A/D變換,由集成電路sTV0196完成QPSK解調及前向糾錯FEc,目前已將上述兩塊集成電路功能合成到一塊芯片,如:STVD0199,ODM8511等。
3.解復用模塊
TS碼流是一種多路節目數據包(包含視頻、音頻和數據信息),按MPEG協議復接而成的數據流。因此,在解碼前,要先對Ts流進行解復用,根據所要收視節目的包識別號(PID)提取出相應的視頻、音頻和數據包,恢復出符合MPEG標準的打包的節目基本流(PES)。
解復用芯片內部集成了32個用戶可編程的PID濾波器。其中1個用于視頻PID,1個用于音頻PID,余下的30個可用于節目特殊信息(PSI)、服務信息(SI)和專用數據的濾波。PID處理分兩個步驟:
(1)PID預處理:僅進行PID匹配選擇,過濾掉那些PID值不匹配的包,挑出所需收視節目的數據包。
(2)PID后處理:進行傳輸流(TS)層錯誤檢查(包括包丟失、PID不連續性等),同時濾除傳輸包的包頭和調整段,找出有效載荷,按一定次序連接,組合成F'ES流。
系統時鐘為27?MHz,由壓控振蕩器(VC。XO)產生,通過提取碼流中的節目時鐘基準(PCR)控制PLL環路,使IRD的系統時鐘和輸入節目的時鐘同步。
芯片內部還嵌有RIsc?cPU,它具有很強處理能力,與系統軟件一起,能處理IRD復雜的系統任務,如:傳輸字幕、屏幕顯示(OSD)、圖文電視、電子節目指導(EPC)等。
DRAM控制器支持16?MB?DRAM(動態隨機存儲器),由CPU、傳輸和其他功能所共同分享。解復用芯片有CL9110、ST20—TP2等。
4?MPFG一2解碼模塊?
符合CCIR601格式的視頻數據流和PCM音頻數據流,分別送到視頻編碼器和音頻DAC(數模轉換器)按一定電視制式(PAL或NTSC)生成模擬電視信號,供電視機接收。一般PEG一2解碼器的結構如圖2所示。
目前開發的MPEG-2解碼模塊將系統解復用模塊集成到一起,有時稱為單片機,如:ST公司(法國湯姆遜公司)的sTi5500、5505、5512、5518,Hyundai公司的ODM8211,富士通公司的MB87L2250及LSI公司的SC2000等,北京海爾公司也研制了可商品化的MPEG一1解碼芯片,命名為“愛國者一號”。
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