便携式设备的移动电视功能实现

自1930年代晚期电视广播开始商业运转以来，电视广播已经成为人类家庭的生活重心之一。根据统计，每人每天平均收看电视节目的时间约3-4小时。除了娱乐功能之外，电视节目也是教育、知识、新闻及信息的重要来源。尽管计算机与宽带网络逐渐普及，但对大多数人而言，电视广播的普及性与便利性，依然有其不可撼动的地位。科技进步引领电视广播相关技术不断的突破，广播信号由模拟走向数字；轻薄短小的精密电子，让用户能随时收看电视也不再是遥远的梦想。本文以联阳科技(ITE)AT9050系列芯片为例，讨论如何具体在手机、个人导航仪(PND)或便携式媒体播放器(PMP)上实现 DVB-T 数字电视接收功能。

什么是模拟电视与数字电视?

电视节目广播依传送媒介主要有三种：卫星电视(Satellite)、有线电视(Cable)与无线电视(Terrestrial)。 无线电视(Terrestrial)在支持移动接收的可行性与成本效益最高，因此在下文将主要讨论无线电视。

传统的模拟电视系统请参考图1。摄影机取得的原始画像经转换(光学影像->RGB->YUV->Composite)后，通过电视发射塔，对大众广播。用户由天线收取无线信号，由电视上呈现原始画像。此外，模拟电视依其影音格式与调变方式有NTSC、PAL与SECAM三种主要制式。

相对于模拟电视，数字电视系统的视频数据会先经过A/D数字化，再由解码器压缩为MPEG-2或H.264码流。音频信号也有类似的处理，不再赘述。因为数字电视频道可同时传送多个影音节目，由一多任务器(Multiplex)复合多路节目成一个Transport Stream，再经Channel Coding与调变后发送出去。在接收端的电视要具备解调数字电视电波与MPEG码流译码能力，方能将数字节目呈现在电视屏幕上。传统的模拟电视机可藉由机顶盒(Set Top Box)来收看数字电视。

目前，全世界的地面无线数字电视系统有四种不同规范，分别是DVB-T(欧盟主导)、ATSC(美国主导)、ISDB-T(日本主导)、D-TMB(中国主导)。在这四种规范里，目前以DVB-T在全世界范围的采用率最高。相关产业的市场规模也最被看好。请参考图3。

由表1可得知，数字电视拥有压倒性的优势。虽然除欧美日及少数先进国家外，多数国家或因经济或因政治原因，数字化过程步履蹒跚，但是关闭模拟电视改为播放数字电视已是全世界不可避免的潮流。

移动电视设计面临的关键问题

在移动设备(如手机、个人导航仪(PND)或便携式媒体播放器(PMP))上实现电视功能，主要面临以下几个关键的设计挑战和问题。

1．功耗与散热

移动设备(车辆除外)大都以电池供电，低功耗设计得以成功的关键之一是延长电池的续航能力。典型的产品应能以电池供电持续收看电视3~6小时以上。散热与功耗是一体两面的问题，高功耗产生的热量会导致轻薄短小的移动设备的散热机制更加复杂，成本也难以掌控。一般来说，TV模块部份的功耗应控制在400mW以下。

2．移动接收

所谓移动接收是指用户在交通工具上收看电视。一般希望在高速公路上行车(至少时速100公里以上)依然能顺畅接收为原则。在无线接收时，当接收端与发射端之间有相对的移动时，会有多普勒效应(Doppler effect)，导致接收频率的偏移，因此接收设备必须能补偿多普勒效应效应造成的差异值。(当相对速度为120kM/小时时，接收频率为666MHz时，多普勒效应效应频偏约为266kHz。)

以DVB-T为例，如果信号采用16QAM编码(如台湾和德国)，具备良好移动接收能力的解调芯片应能以单天线支持到时速120公里以上。如果信号采用64QAM编码(如法国和意大利)，则须以双天线(Diversity)设计方能接收良好

3．接收死角

在大多数国家，数字电视还处于开播初期，甚至只是先期试播，因此信号覆盖率未臻完备。因此，提升接收灵敏度以克服接收死角，是无线电视设计上的重要话题，特别针对移动市场而言。移动设备只配置了小型天线，而用户却可能身处恶劣接收环境中(比如一楼或者地下室)，因此设备必须有良好的接收灵敏度，扩大设备区域可用率，才能吸引更多用户。

对目前调谐器技术而言，以DVB-T信号64QAM,CR:7/8，GI:1/32 为例，大致都可支持到-80dBm以上，加上LNA甚至可到-82dBm~-83dBm。

随着模拟电视关闭，数字电视塔可望以更高功率广播，加上更多转播台的建设，相信未来接收死角的问题将不复存在。

4．处理器的能力

数字电视信号解调后为MPEG-2或H.264传输流。一般的移动设备处理器，除少数自带硬解功能外，都无法以软解方式完整地解开标清的节目内容(D1:分辨率720x576，每秒25帧)。有些处理器的软解方案虽号称可播放D1，却是以牺牲分辨率或丢帧来实现的。当屏幕较大或节目码率较高时，往往可明显看出画面质量与流畅度大打折扣。

对支持欧洲DVB-T TV解码的设备而言，节目内容采用MPEG-2压缩、分辨率720x576、每秒 25 帧，则处理传输流码率要能达到7Mbps以上。

5．电视模块尺寸

便携式设备讲究轻薄短小，如果支持电视功能的相关芯片的集成度不够高，或者芯片尺寸太大，那么要在有限空间内增加电视功能将非常困难。理想上，电视模块部份的占板面积最好低于20x25平方毫米。

了解以上潜在设计挑战和关键问题后，在挑选解决方案时便能客观地评估方案的可行性。

联阳科技(ITE)AT9050系列芯片简介

AT9050系列芯片是联阳科技(ITE)于2008年底推出最新的高集成度DVB-T电视解调及解码单芯片(SOC)，它也是世界第一颗专为便携式电视设备量身订做的DVB-T单芯片产品线。根据封装与内嵌内存的大小，AT9050系列包括AT9056、AT9057、AT9058M与AT9059M，见图4。

参考图5:AT9050系列芯片方块图。AT9050系列芯片内部包含有:(1)联阳科技最新一代高性能DVB-T解调器(DVB-T Demodulator)，可支持高速移动接收与双天线分集(Diversity combining)。(2)MPEG-2 解码硬件，完整支持D1标清(分辨率720x576，每秒25帧)视频解碼，码率达7.5Mbps以上。(3)音频DAC，可直接输出模拟line-out音频信号。(4)视频处理器：内含高效能2D绘图引擎，Scaler与Deinterlacing；支持各种RGB或YUV输出，可直接用来推动LCD屏幕，TV编码器，或摄像头输入接口(RGB或CCIR-601/656)。(5)CPU:32位RISC CPU支持MPEG与AC3音频解码与处理DVB-T相关中间层软件(Middleware)，如扫台、EPG、TeleText、字幕等。(6)内存:AT9058M与AT9059M内嵌8MB或16MB内存，系统运行不须外挂内存。

此外，AT9050系列芯片功耗极低，搭载省电型调谐器，整个TV模块耗电约介于300~350mW，因此非常适用于便携式设备。表2汇总了AT9050系列产品功能与特性。

应用联阳科技 AT9050系列芯片硬件参考设计

AT9050 系列DVB-T芯片与现行广泛使用的YUV/RGB格式的CMOS传感器摄像头在应用上的相似度极高，因此若要在在手机、GPS、PMP等移动便携式设备上集成数字电视接收功能，只要用户的软硬件平台能支持YUV/RGB格式的摄像头，就已具备集成数字电视接收功能的能力。集成的基本概念是让AT9050系列DVB-T TV的视频数据流走原先的摄像头流程，然后再加上音频流处理和I2C(或SPI、UART)的控制功能。用户也可以把数字电视模块视为是一个具有音频输出的特殊的“摄像头”来处理。

下面以一个典型的设计为例，讨论如何在便携式设备上利用AT9058M/9059M芯片来实现DVB-T功能，电路图见图6。根据这个参考设计，将电路分成几个功能块来进一步分析。

1．系统电源、重置与基准时钟

AT9058M/9059M本身需要三组电源：内核(IVDDx)电源1.2V、内嵌SDRAM内存(MOVDD)电源1.8V与I/O(GOVDDx)电源1.8V~3.3V(配合应用处理器选定)。基准时钟可由一独立的振荡器产生，也可直接引用调谐器的时钟。AT9050系列基准时钟藉由引脚strapping决定，可弹性选用8.192MHz~36MHz。在电源与基准时钟稳定后，将重置引脚拉低10ms，来重置芯片内核。一般来说，电源控制(Power on/off)与重置引脚(Reset)会连接到应用处理器的GPIO引脚，由软件控制。

2．调谐器、LNA和GSM滤波器

AT9050系列芯片可支持多种调谐器，用户可依据不同调谐器的性价比与功耗来挑选合适的方案。每一家厂商的调谐器的核心电源都不太一样。需要注意的是，调谐器对电源质量的纯净度要求极高，因此最好有独立的电源(不要与AT9050系列芯片的IVDDx/MOVDD/GOVDDx共接)。

如果AT9058M/9059M的基准时钟来自调谐器，则调谐器的重置时间点要早于AT9058M/9059M重置时间点，以确保AT9058M/9059M重置时有稳定的基准时钟。

有些调谐器会提供LNA选项，以提升接收敏感度。加LNA除了会增加成本与功耗外，也要考虑系统对邻频干扰隔绝能力与接收的信噪比是否受影响。

如果是手机的设计还要考虑是否应加入GSM拒波滤波器。GSM手机的通讯频率有900MHz与1,800MHz两个频段。如果手机销售地的手机通讯采用900MHz频段，则要考虑加入GSM拒波滤波器。 900MHz与DVB-T的最高频点858MHz太接近，会造成高频附近节目接收的干扰，而且过强的GSM RF信号也有可能造成强信号饱和，甚至损坏调谐器。

调谐器容易受内部或外部电磁干扰而影响性能，预留隔离罩空间是有必要的。AT9050系列芯片有一组专属的I2C用来控制调谐器。

3.NOR闪存

AT9058M/9059M运行前要加载固件，不同组态的固件大小也不一样，一般使用2MB或4MB串行NOR闪存就够了。除了从串行NOR闪存加载固件外，也可选择从应用处理器通过控制接口(I2C或 SPI)加载。不过，要考虑控制接口效能与传输整个轫件(约 2M~4MB)所需时间是否可接受。

4.控制接口

应用处理器可通过SPI、I2C或UART来控制AT9058M/9059M。图6所示的参考设计是以I2C为例。I2C是一对多的控制总线，除了应用处理器是主设备， 可以有多个从设备在同一总线上。 因此，要注意从设备间彼此干扰的可能性。UART与SPI接口则是一对一，总线问题相对简单。接口传输效能是另外要考虑的问题。 AT9050系列芯片SPI最高可支持到25Mbps以上，UART为921Kbps，I2C为400Kbps。

5．摄像头视频数据总线

AT9058M/AT9059M可支持多种视频数据总线格式，如CCIR-601、CCIR-656或RGB。由于便携设备的视频数据总线可能被AT9058M/AT9059M与一或多个摄像头共享，考虑应用处理器驱动软件的便利，最好使用相同的视频数据总线格式。如有多个设备共享数据总线，要特别注意I/O电压的一致性与输出引脚负载问题(要注意视频数据电压基准是否可能会被其它设备拉低)。

在数据总线上传输时高分辨率的视频时，容易产生EMI问题(AT9050系列芯片视频数据时钟最高可达27MHz以上)，最好要预留EMI滤波器。

一般应用处理器的摄像头视频数据总线会提供摄像头工作时钟，AT9058M/AT9059M并不需要，所以不必接。AT9050系列芯片视频输出具有高度弹性， 逐行或交替扫描、不同分辨率(包括320x240、480x272、640x480、720x480、800x480或720x576)、不同帧率(1fps~60fps，H-sync/V-sync极性与时序、YUV值域(标准或延伸)等等皆可由软件控制，因此可确保在不同平台的摄像头接口上均能完美整合。

6.音频信号

AT9050系列芯片有内建音频DAC，可直接输出解码后立体声的模拟信号(Line-out)，声音信号应连接到系统的音频处理IC(负责声音放大、音量控制与混音)。图6参考设计假设应用处理器已自带音频处理功能，所以AT9058M/9059M音频输出直接连接到应用处理器。

7．开机组态(Strapping)

AT9050系列芯片的有些运行组态是由某些引脚在系统重置时的电压位准决定的，如UR0_RI与 UR0_DCD。

UR0_RI:固件加载方式

0:NOR Flash boot，由Serial NOR Flash 加载固件

1:Host boot，从 应用处理器通过控制接口加载

UR0_DCD: 控制接口类别

0: I2C

1:SPI

8．双天线分集设计

为支持双天线须加一颗联阳科技的AF9033与调谐器。 AF9033所需的基准时钟必须由 AT9050系列芯片CLK_out提供。AT9050系列芯片还有一组专用I2C用来控制AF9033。此外，两支天线(中心点)摆放位置相距至少应30厘米以上，方能有最佳效能。双天线可有效改善接收敏感度与移动接收能力，但也要注意功耗的增加与天线摆放的限制。

系统软件集成

因为数字电视比模拟电视提供更多的数据服务，如电子节目表、TeleText、字幕等等，所以软件也相对复杂。幸运的是，AT9050系列芯片在内部固件的中间层软件中实现了对这些功能的支持。对应用处理器的应用软件而言，只须实现一些简单的工作，包括芯片初始化、将摄像头视频数据显示在屏幕、传递用户输入(热键或触屏信息)给 AT9050系列芯片。

如图7所示，在应用处理器用户平台端的软件包含有“TV Controller”、“Bus Driver”、”9050 API Library”。其中，“9050 API Library”是由联阳科技提供的源代码，只有“TV Controller”与“Bus Driver”需要在目标平台上实现。“TV Controller”只调用不到10个API函数，便可轻易地初始化与控制AT9050系列芯片。

联阳科技也提供在 Windows XP、Windows CE与Linux上的“TV Controller”与“Bus Driver”参考源代码，以方便开发者能在最短时间内移植到不同平台。

本文小结

联阳科技AT9050系列是一款高集成度的、整合了功能与完备软件支持的先进芯片。集成厂商只需在已有的便携式设备设计上作些修改，便能拥有DVB-T TV接收能力。相信未来具TV功能的便携式设备将益见普及。