原创 STi7105方案的交互式数字电视机顶盒（一）

STi7105方案的交互式数字电视机顶盒，是一种既能支持IPTV，又能支持DVB数字电视的双模机顶盒。该机顶盒可实现数字电视、视频点播（VOD）、互动游戏、电子商务、交互广告等功能。该机顶盒是以ST公司最新推出的解码芯片STi7105为核心设计的，主要由接收DVB信号的电缆调谐器（Tuner）、QAM解调器、传输流解复用器、H.264\VC-1\MPEG-2 解码器、以太网控制器、IP接口、智能卡读卡器、操作显示面板、电源等组成。

一、交互式数字电视机顶盒的组成

1、主芯片STi7105

STi7105内嵌高性能的ST40 CPU，工作频率为450MHz，支持目前机顶盒市场上所有的中间件，同时能够支持未来的软件升级；支持统一的存储器DDR SDRAM接口，提高了RAM芯片的利用率和性能；嵌入的高性能图像引擎支持图形密集型任务。STi7105具有数字视频接口(DVI)和高清多媒体接口(HDMI)，以确保STB以最小的系统成本获得最高的输出灵活性；通过嵌入的高级音频编码(AAC)解码器，提高了在低码率时的音频功能。内置的高速USB 控制器支持USB2.0接口，数据传输速率可达480Mbps，可连接到DOCSIS2.0CM网关，作为交互式电缆应用；也可以通过USB2.0口作为扩展驱动，以支持DVR应用。内置的串行ATA接口可外接硬盘，支持数字录像机(PVR)、数码相机等应用。

STi7105是新一代高清晰度机顶盒解码芯片，它包含一个H.264/AVC和MPEG解码器，具有双解码功能，其片上系统构成了一个完整的终端处理解决方案，可用于地面、卫星、有线高清晰度机顶盒，兼容于ATSC、DVB、DIRECTV、DCLL、OpenCable和ARIB BS4技术规格。

STi7105围绕Omega2（STB）设计，集成了用于MPEG-4AVC的新型解码器及MPEG-2解码器。STi7105可对单个HD或SD视频流与多声道音频流进行解复用、解密和解码。视频输出两种独立的显示格式：一种供TV监示器使用的全分辨率显示；另一种供VCR或第二个SDTV使用的下采样显示。可通过模拟接口或防拷贝DVI/HDMI接口接到TV或显示器，提供分量输出接到具有宏视保护的VCR。音频与可选的PCM混合输出到S/PDIF接口、PCM接口或一体化立体声音频DAC。

STi7105的数字视频输入接口允许其接收未压缩的SD数字视频，并在解码视频处以主显示和辅助显示成分输出。分离的PCM输入接口允许接收相关的音频信号，在解码的音频处混合和输出。图形子系统包括分离的2D图形处理器和3D用户接口、三个图形平面、两个视频平面。STi7105具有用2D图形加速器显示3个图形平面和视频平面的能力，双显示合成器提供图形与带独立分量的视频混合，用于每个TV和VCR输出。STi7105还有一个码流合并器，可将三个来自不同节目源的传输码流合并在一起进行并发处理。

STi7105芯片内有一个高性能的嵌入式CPU和双DDR SDRAM存储器接口，为视频解码器进行H.264解码提供了足够的存储器带宽。芯片还为存储驻留软件的FLASH存储器提供了第二个存储器总线，该总线可用来连接外部设备。该芯片还集成了许多外围接口，并嵌入了VCXO的时钟产生模块，从而有效地减少了外部器件成本。

STi7105芯片内集成了一个以太网MAC，MAC由标准媒体独立接口（MII）、控制状态寄存器及发送/接收逻辑等部分组成，与外接的PHY组成以太网接口，以支持传输IP数据流。该以太网控制器可接收用户信息并将其处理成为符合IP/TCP协议的数据格式，再通过网口输出到ADSL、Cable Modem等设备，通过IP网络传送到前端服务器。

2、调谐器和解调器

电缆调谐器（Tuner）是专为数字有线接收机设计的，它完全兼容于欧洲数字电缆标准ETS 300 429。该Tuner包括VHF/UHF调谐器、可选的天线环穿功能、用于数字信号的频道滤波器、增益受控的中频放大器等。

QAM解调器完全兼容于ITU-T J.83附录 A/B/C或DVB-C技术规格，能处理平方（16、64、256QAM）和非平方（32、128QAM）星座。QAM解调器由ADC（模数转换器）、模拟AGC控制、数字AGC 、IF基带、Nyquist滤波和符号时序恢复、载波恢复环和自适应均衡器、前向误码校正（FEC）、传输流输出接口、信号品质监视器、I2C控制总线和I2C转发器等部分组成。QAM解调器可处理的符号率范围很宽，即使存在重大的频率偏移，其范围也能从7M波特到低于0.87M波特，还能直接访问各种品质监视参数或锁定状态，可输出延迟的AGC或用于TUNER控制的自由噪声AGC，因此很适合高品质的应用。

3、系统控制电路

在系统控制电路中，嵌入式CPU包含了内部总线系统和内部总线控制器、外部总线系统和外部总线控制器、存储器接口和存储器控制器等。CPU通过内部总线系统和内部总线控制器与QAMi5516芯片内的存储器、DVB解扰器、解复用器、MPEG解码器、视频编码器、音频D/A转换器等内部电路相接；通过外部总线系统和外部总线控制器与外部存储器等片外器件相接；通过I ^2C总线与一体化TUNER、E ²PROM等器件相接。

本例的程序存储器采用1片64M位FLASH ROM（M29W640），用来存储该机的控制程序、操作系统、CA系统和中间件；数据存储器采用1片64M位SDRAM（HY57V651620D），主要用来存储加扰和解扰后的TS码流数据，以及其它专用数据、OSD数据等；还有1片128M位SDRAM（HY57V28160），主要用来存储解码数据、要显示的图像数据等；E ²PROM用了1片24C64（8K×2字节），主要用来存储频道参数及一些专用数据。

4、音、视频电路

音、视频电路包括视频滤波网络和音频放大电路。

视频滤波网络接在STi7105芯片的视频编码器的输出端，作为视频编码器的输出电路，主要由滤波电容、滤波电感等器件组成。视频滤波网络是一个低通滤波电路，用来滤掉视频信号中的高频干扰，以保证输出视频信号的幅频特性。此外，视频滤波网络作为数字卫星接收机与电视机之间的接口，还能实现二者之间的阻抗匹配。

音频放大电路由运算放大器JR4558（U6）及外接的电阻、电容等组成。JR4558是一个双运放，片内有两个运算放大器，分别用来放大音频D/A转换器输出的左右声道立体声音频信号。音频放大电路除放大音频信号外，还具有低通滤波作用，可用来滤去音频信号中的干扰信号，以保证音频幅频特性和实现阻抗匹配。

5、以太网口

以太网口由STi7105芯片内的MAC和外接的PHY组成，PHY包括100Base-TX PCS和发送器、10Base-T TX/RX、AUTO-MDIX。

100Base-T工作方式包括发送和接收两个部分。发送部分由4B5B编码器、加扰器、并/串转换器、NRZ到NRZI编码器、MLT-3转换器和MLT-3驱动器组成，用来将输出数据按100Base-T工作方式编码后转换成串行数据流，通过网口发送出去。接收部分由信号检测模块、适配均衡器、MLT-3到NRZI解码器、时钟恢复模块、NRZI到NRZ解码器、串/并转换器、解扰器、编码组调准模块、4B5B解码器组成，用来接收网口输入的以100Base-T方式工作的数据流。10Base-T工作方式兼容于IEEE802.3U，当工作在10Base-T工作方式时，发送的数据为半字节格式，转换成串行数据流后用曼徹斯特方案编码，然后通过网口发送出去。接收时，对曼徹斯特编码码流解码，然后转换成半字节格式。对于半双工操作，发送和接收信道同时起作用时会检测到冲突。全双工操作禁止冲突检测。在半双工操作中，发送和接收数据期间主持载波感知（CRS）。在全双工操作中，只在接收操作时主持CRS。自动处理提供一种方法，用来交换连接设备之间的信息，并自动构造这两个设备，从而最大限度地利用它们的性能。

自动处理并不测试连接部分的性能，它只发信号给连接部分，识别接受和理解公共操作方式，拒绝非公共操作方式。这种方式允许两个终端设备在较好的公共操作方式上建立连接。自动处理还为不支持自动处理特征的设备提供并行检测功能。在并行检测期间并不交换构造信息，而通过观察接收信号来代替。如果发现信号与接收设备支持的技术匹配，则自动建立使用该技术的连接。这种方式允许设备不支持自动处理但支持公共操作方式建立连接。

6、智能卡读卡电路

该电路由专用于IC卡的接口电路和IC卡座组成。主要用来处理属于某个CA系统的CA信息，利用得到的ECM启动解扰单元，解密并接通授权的用户。除IC卡座外，该电路的核心器件为IC卡接口TDA8004。它作为系统控制电路与智能卡之间的接口，在主CPU的控制下，可完成IC卡的电源保护和读卡功能。

7、操作显示面板

操作显示面板包括键盘、遥控接收器、LED数码显示器及其驱动电路。键盘、遥控接收器和数码显示器。键盘和红外遥控接收器主要提供给用户操作机器、实现人机对话功能。数码显示器则主要用来显示当前节目的频道号。

8、开关电源
    开关电源通常采用脉宽调制式开关稳压电源。这种电源具有功耗小、转换效率高、工作可靠、保护完善和稳压范围宽等特点。该电路主要由输入滤波整流电路、DC-DC变换器、输出稳压电路和保护电路等部分组成。本机电源共输出3.3V、5V、12V三路电压。其中3.3V为该机的主电源，为解调器、主芯片、FLASH、SDRAM等主要器件供电；5V电压为本机数字5V电源和调谐器的模拟5V电源；12V电压用来为音频放大电路等供电。本机其它供电电压均由这三组电压通过LDO或DC-DC电路转换产生。