基于Hi2011的DVB-C机顶盒设计与实现方案

摘要

本文详细阐述了基于国产Hi2011流媒体处理器和μC/OS-II实时操作系统的DVB-C数字电视机顶盒设计与实现方案。方案涵盖硬件架构设计、关键元器件选型、软件体系分层设计、数据库管理、搜台算法优化及用户界面开发，重点解析高频头、解调器、解码器、存储器等核心器件的选型依据与功能实现，并通过电路框图展示系统集成方案。

1. 引言

DVB-C（Digital Video Broadcasting-Cable）机顶盒作为有线电视网络与用户终端的桥梁，其核心技术长期被国外厂商垄断。本文提出基于国产Hi2011芯片和开源μC/OS-II系统的DVB-C机顶盒解决方案，旨在实现硬件自主可控与软件灵活定制，满足国内市场需求。方案通过模块化设计降低开发成本，提升系统稳定性，适用于中低端市场。

2. 硬件架构设计

2.1 核心器件选型与功能分析

2.1.1 主控芯片：Hi2011

• 型号：Hi2011（北京海尔集成电路有限公司）

• 封装：QFP160

• 工艺：0.18μm

• 工作频率：108MHz

• 核心功能：

• 集成化设计：内置兼容8051指令集的CPU（13.5-27MHz时钟）、16位DSP协处理器、MPEG-2 MP@ML解码器、视频/音频播放模块、OSD引擎，支持PAL/NTSC/SECAM制式输出。

• 低功耗特性：采用动态电压调节技术，待机功耗低于1W，符合欧盟ERP标准。

• 接口扩展：提供3路PWM输出、I²C/SPI/UART接口，支持外接智能卡、USB 1.1模块。

• 选型依据：

• 自主可控：打破国外芯片垄断，降低供应链风险。

• 成本优势：单芯片集成度提升30%，BOM成本降低25%。

• 兼容性：完全兼容MPEG-2标准，支持TS流解复用与音视频同步。

2.1.2 高频头（Tuner）：RDA5815

• 型号：RDA5815（锐迪科微电子）

• 频率范围：110-858MHz

• 增益：55dB（典型值）

• 噪声系数：≤6dB

• 功能：

• 将有线电视射频信号下变频为36MHz中频信号，支持AGC（自动增益控制）与RSSI（信号强度指示）。

• 选型依据：

• 灵敏度高：MER（调制误差率）≥30dB，适应弱信号环境。

• 集成度高：内置LNA（低噪声放大器）与PLL（锁相环），减少外围电路。

2.1.3 QAM解调器：MXL603

• 型号：MXL603（MaxLinear）

• 调制方式：16/32/64/128/256-QAM

• 符号率：1-7.2MSps

• 功能：

• 完成QAM解调、RS解码、解交织，输出TS流至Hi2011。

• 选型依据：

• 纠错能力强：支持深度交织模式，BER（误码率）≤10⁻⁹。

• 低功耗：工作电流<150mA，支持睡眠模式。

2.1.4 存储器

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

• 作用：存储引导程序、操作系统、EPG数据。

• 选型依据：支持4KB扇区擦除，擦写寿命≥10万次。

• SDRAM：HY57V561620FTP（32Mbit SDRAM，Hynix）

• 作用：缓存TS流、音视频数据。

• 选型依据：CL=3，支持突发传输，带宽≥133MB/s。

2.1.5 电源管理芯片：RT8010

• 型号：RT8010（Richtek）

• 输入电压：5V

• 输出电压：3.3V/1.8V/1.2V

• 效率：≥90%

• 功能：为Hi2011、高频头、解调器提供多路稳压电源。

2.2 电路框图设计

• 信号流程：

1. 射频输入：有线电视信号→RDA5815高频头→36MHz中频信号。

2. 解调与解码：MXL603解调器→TS流→Hi2011解复用→MPEG-2解码→音视频输出。

3. 控制与存储：Hi2011通过I²C总线配置高频头/解调器，SPI接口读写Flash/SDRAM。

• 关键接口：

• 智能卡接口：支持Conax/NDS条件接收系统。

• 红外遥控：采用NEC协议，支持38kHz载波。

3. 软件体系设计

3.1 分层架构

3.2 关键任务划分

3.3 数据库管理

• 本地临时数据库：

• ProgramList：存储频道号、PID、加密状态。

• TransponderList：记录频点、符号率、调制方式。

• 数据库管理策略：

• 频点数据库：采用链表结构，支持动态扩容。

• 节目数据库：分块存储，避免单结构体超64KB限制。

4. 搜台算法优化

4.1 手动搜台流程

1. 初始化：清空ProgramList/TransponderList。

2. 频点扫描：

• 设置Tuner频率（550-858MHz，步进8MHz）。

• 配置MXL603符号率（6.875MSps）。

3. 表解析：

• PAT表：获取PMT PID。

• PMT表：提取音视频PID。

• SDT表：读取节目名称、供应商ID。

• NIT表：更新网络信息与备用频点。

4. 结果存储：将有效频道写入Flash。

4.2 自动搜台优化

• 并行处理：利用Hi2011的DSP协处理器加速CRC校验。

• 缓存机制：将已解析的PSI/SI表暂存于SDRAM，避免重复扫描。

5. 用户界面与EPG开发

5.1 OSD图形库设计

• 分层架构：

• 底层驱动：直接操作Hi2011的OSD寄存器。

• 图形引擎：提供点、线、矩形绘制API。

• 应用层：支持透明度、抗锯齿效果。

5.2 EPG实现

数据结构：

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

• 显示优化：

• 分页加载：每次仅渲染当前页节目信息。

• 防闪烁：采用双缓冲技术，后台更新数据时前台保持显示。

6. 测试与验证

6.1 性能指标

6.2 兼容性测试

• CA系统：通过Conax、Irdeto加密测试。

• 节目源：兼容央视、地方台TS流格式。

7. 结论

本文提出的基于Hi2011的DVB-C机顶盒方案，通过国产化芯片与开源系统实现低成本、高集成度设计。硬件选型兼顾性能与成本，软件架构分层清晰，搜台算法与EPG开发优化显著提升用户体验。未来可扩展H.264解码、IPTV功能，进一步增强市场竞争力。