自1930年代晚期電視廣播開始商業運轉以來，電視廣播已經成為人類家庭的生活重心之一。根據統計，每人每天平均收看電視節目的時間約3-4小時。除了娛樂功能之外，電視節目也是教育、知識、新聞及信息的重要來源。盡管計算機與寬帶網絡逐漸普及，但對大多數人而言，電視廣播的普及性與便利性，依然有其不可撼動的地位。科技進步引領電視廣播相關技術不斷的突破，廣播信號由模擬走向數字；輕薄短小的精密電子，讓用戶能隨時收看電視也不再是遙遠的夢想。本文以聯陽科技(ITE)AT9050系列芯片為例，討論如何具體在手機、個人導航儀(PND)或便攜式媒體播放器(PMP)上實現 DVB-T 數字電視接收功能。
什么是模擬電視與數字電視?
電視節目廣播依傳送媒介主要有三種：衛星電視(Satellite)、有線電視(Cable)與無線電視(Terrestrial)。無線電視(Terrestrial)在支持移動接收的可行性與成本效益最高，因此在下文將主要討論無線電視。
傳統的模擬電視系統請參考圖1。攝影機取得的原始畫像經轉換(光學影像->RGB->YUV->Composite)后，通過電視發射塔，對大眾廣播。用戶由天線收取無線信號，由電視上呈現原始畫像。此外，模擬電視依其影音格式與調變方式有NTSC、PAL與SECAM三種主要制式。
相對于模擬電視，數字電視系統的視頻數據會先經過A/D數字化，再由解碼器壓縮為MPEG-2或H.264碼流。音頻信號也有類似的處理，不再贅述。因為數字電視頻道可同時傳送多個影音節目，由一多任務器(Multiplex)復合多路節目成一個Transport Stream，再經Channel Coding與調變后發送出去。在接收端的電視要具備解調數字電視電波與MPEG碼流譯碼能力，方能將數字節目呈現在電視屏幕上。傳統的模擬電視機可藉由機頂盒(Set Top Box)來收看數字電視。
目前，全世界的地面無線數字電視系統有四種不同規范，分別是DVB-T(歐盟主導)、ATSC(美國主導)、ISDB-T(日本主導)、D-TMB(中國主導)。在這四種規范里，目前以DVB-T在全世界范圍的采用率最高。相關產業的市場規模也最被看好。請參考圖3。
由表1可得知，數字電視擁有壓倒性的優勢。雖然除歐美日及少數先進國家外，多數國家或因經濟或因政治原因，數字化過程步履蹣跚，但是關閉模擬電視改為播放數字電視已是全世界不可避免的潮流。
移動電視設計面臨的關鍵問題
在移動設備(如手機、個人導航儀(PND)或便攜式媒體播放器(PMP))上實現電視功能，主要面臨以下幾個關鍵的設計挑戰和問題。
1．功耗與散熱
移動設備(車輛除外)大都以電池供電，低功耗設計得以成功的關鍵之一是延長電池的續航能力。典型的產品應能以電池供電持續收看電視3~6小時以上。散熱與功耗是一體兩面的問題，高功耗產生的熱量會導致輕薄短小的移動設備的散熱機制更加復雜，成本也難以掌控。一般來說，TV模塊部份的功耗應控制在400mW以下。
2．移動接收
所謂移動接收是指用戶在交通工具上收看電視。一般希望在高速公路上行車(至少時速100公里以上)依然能順暢接收為原則。在無線接收時，當接收端與發射端之間有相對的移動時，會有多普勒效應(Doppler effect)，導致接收頻率的偏移，因此接收設備必須能補償多普勒效應效應造成的差異值。(當相對速度為120kM/小時時，接收頻率為666MHz時，多普勒效應效應頻偏約為266kHz。)
以DVB-T為例，如果信號采用16QAM編碼(如臺灣和德國)，具備良好移動接收能力的解調芯片應能以單天線支持到時速120公里以上。如果信號采用64QAM編碼(如法國和意大利)，則須以雙天線(Diversity)設計方能接收良好
3．接收死角
在大多數國家，數字電視還處于開播初期，甚至只是先期試播，因此信號覆蓋率未臻完備。因此，提升接收靈敏度以克服接收死角，是無線電視設計上的重要話題，特別針對移動市場而言。移動設備只配置了小型天線，而用戶卻可能身處惡劣接收環境中(比如一樓或者地下室)，因此設備必須有良好的接收靈敏度，擴大設備區域可用率，才能吸引更多用戶。
對目前調諧器技術而言，以DVB-T信號64QAM,CR:7/8，GI:1/32 為例，大致都可支持到-80dBm以上，加上LNA甚至可到-82dBm~-83dBm。
隨著模擬電視關閉，數字電視塔可望以更高功率廣播，加上更多轉播臺的建設，相信未來接收死角的問題將不復存在。
4．處理器的能力
數字電視信號解調后為MPEG-2或H.264傳輸流。一般的移動設備處理器，除少數自帶硬解功能外，都無法以軟解方式完整地解開標清的節目內容(D1:分辨率720x576，每秒25幀)。有些處理器的軟解方案雖號稱可播放D1，卻是以犧牲分辨率或丟幀來實現的。當屏幕較大或節目碼率較高時，往往可明顯看出畫面質量與流暢度大打折扣。
對支持歐洲DVB-T TV解碼的設備而言，節目內容采用MPEG-2壓縮、分辨率720x576、每秒 25 幀，則處理傳輸流碼率要能達到7Mbps以上。
5．電視模塊尺寸
便攜式設備講究輕薄短小，如果支持電視功能的相關芯片的集成度不夠高，或者芯片尺寸太大，那么要在有限空間內增加電視功能將非常困難。理想上，電視模塊部份的占板面積最好低于20x25平方毫米。
了解以上潛在設計挑戰和關鍵問題后，在挑選解決方案時便能客觀地評估方案的可行性。
聯陽科技(ITE)AT9050系列芯片簡介
AT9050系列芯片是聯陽科技(ITE)于2008年底推出最新的高集成度DVB-T電視解調及解碼單芯片(SOC)，它也是世界第一顆專為便攜式電視設備量身訂做的DVB-T單芯片產品線。根據封裝與內嵌內存的大小，AT9050系列包括AT9056、AT9057、AT9058M與AT9059M，見圖4。
參考圖5:AT9050系列芯片方塊圖。AT9050系列芯片內部包含有:(1)聯陽科技最新一代高性能DVB-T解調器(DVB-T Demodulator)，可支持高速移動接收與雙天線分集(Diversity combining)。(2)MPEG-2 解碼硬件，完整支持D1標清(分辨率720x576，每秒25幀)視頻解碼，碼率達7.5Mbps以上。(3)音頻DAC，可直接輸出模擬line-out音頻信號。(4)視頻處理器：內含高效能2D繪圖引擎，Scaler與Deinterlacing；支持各種RGB或YUV輸出，可直接用來推動LCD屏幕，TV編碼器，或攝像頭輸入接口(RGB或CCIR-601/656)。(5)CPU:32位RISC CPU支持MPEG與AC3音頻解碼與處理DVB-T相關中間層軟件(Middleware)，如掃臺、EPG、TeleText、字幕等。(6)內存:AT9058M與AT9059M內嵌8MB或16MB內存，系統運行不須外掛內存。
此外，AT9050系列芯片功耗極低，搭載省電型調諧器，整個TV模塊耗電約介于300~350mW，因此非常適用于便攜式設備。表2匯總了AT9050系列產品功能與特性。
應用聯陽科技 AT9050系列芯片硬件參考設計
AT9050 系列DVB-T芯片與現行廣泛使用的YUV/RGB格式的CMOS傳感器攝像頭在應用上的相似度極高，因此若要在在手機、GPS、PMP等移動便攜式設備上集成數字電視接收功能，只要用戶的軟硬件平臺能支持YUV/RGB格式的攝像頭，就已具備集成數字電視接收功能的能力。集成的基本概念是讓AT9050系列DVB-T TV的視頻數據流走原先的攝像頭流程，然后再加上音頻流處理和I2C(或SPI、UART)的控制功能。用戶也可以把數字電視模塊視為是一個具有音頻輸出的特殊的“攝像頭”來處理。
下面以一個典型的設計為例，討論如何在便攜式設備上利用AT9058M/9059M芯片來實現DVB-T功能，電路圖見圖6。根據這個參考設計，將電路分成幾個功能塊來進一步分析。
1．系統電源、重置與基準時鐘
AT9058M/9059M本身需要三組電源：內核(IVDDx)電源1.2V、內嵌SDRAM內存(MOVDD)電源1.8V與I/O(GOVDDx)電源1.8V~3.3V(配合應用處理器選定)。基準時鐘可由一獨立的振蕩器產生，也可直接引用調諧器的時鐘。AT9050系列基準時鐘藉由引腳strapping決定，可彈性選用8.192MHz~36MHz。在電源與基準時鐘穩定后，將重置引腳拉低10ms，來重置芯片內核。一般來說，電源控制(Power on/off)與重置引腳(Reset)會連接到應用處理器的GPIO引腳，由軟件控制。
2．調諧器、LNA和GSM濾波器
AT9050系列芯片可支持多種調諧器，用戶可依據不同調諧器的性價比與功耗來挑選合適的方案。每一家廠商的調諧器的核心電源都不太一樣。需要注意的是，調諧器對電源質量的純凈度要求極高，因此最好有獨立的電源(不要與AT9050系列芯片的IVDDx/MOVDD/GOVDDx共接)。
如果AT9058M/9059M的基準時鐘來自調諧器，則調諧器的重置時間點要早于AT9058M/9059M重置時間點，以確保AT9058M/9059M重置時有穩定的基準時鐘。
有些調諧器會提供LNA選項，以提升接收敏感度。加LNA除了會增加成本與功耗外，也要考慮系統對鄰頻干擾隔絕能力與接收的信噪比是否受影響。
如果是手機的設計還要考慮是否應加入GSM拒波濾波器。GSM手機的通訊頻率有900MHz與1,800MHz兩個頻段。如果手機銷售地的手機通訊采用900MHz頻段，則要考慮加入GSM拒波濾波器。 900MHz與DVB-T的最高頻點858MHz太接近，會造成高頻附近節目接收的干擾，而且過強的GSM RF信號也有可能造成強信號飽和，甚至損壞調諧器。
調諧器容易受內部或外部電磁干擾而影響性能，預留隔離罩空間是有必要的。AT9050系列芯片有一組專屬的I2C用來控制調諧器。
3.NOR閃存
AT9058M/9059M運行前要加載固件，不同組態的固件大小也不一樣，一般使用2MB或4MB串行NOR閃存就夠了。除了從串行NOR閃存加載固件外，也可選擇從應用處理器通過控制接口(I2C或 SPI)加載。不過，要考慮控制接口效能與傳輸整個軔件(約 2M~4MB)所需時間是否可接受。
4.控制接口
應用處理器可通過SPI、I2C或UART來控制AT9058M/9059M。圖6所示的參考設計是以I2C為例。I2C是一對多的控制總線，除了應用處理器是主設備，可以有多個從設備在同一總線上。因此，要注意從設備間彼此干擾的可能性。UART與SPI接口則是一對一，總線問題相對簡單。接口傳輸效能是另外要考慮的問題。 AT9050系列芯片SPI最高可支持到25Mbps以上，UART為921Kbps，I2C為400Kbps。
5．攝像頭視頻數據總線
AT9058M/AT9059M可支持多種視頻數據總線格式，如CCIR-601、CCIR-656或RGB。由于便攜設備的視頻數據總線可能被AT9058M/AT9059M與一或多個攝像頭共享，考慮應用處理器驅動軟件的便利，最好使用相同的視頻數據總線格式。如有多個設備共享數據總線，要特別注意I/O電壓的一致性與輸出引腳負載問題(要注意視頻數據電壓基準是否可能會被其它設備拉低)。
在數據總線上傳輸時高分辨率的視頻時，容易產生EMI問題(AT9050系列芯片視頻數據時鐘最高可達27MHz以上)，最好要預留EMI濾波器。
一般應用處理器的攝像頭視頻數據總線會提供攝像頭工作時鐘，AT9058M/AT9059M并不需要，所以不必接。AT9050系列芯片視頻輸出具有高度彈性，逐行或交替掃描、不同分辨率(包括320x240、480x272、640x480、720x480、800x480或720x576)、不同幀率(1fps~60fps，H-sync/V-sync極性與時序、YUV值域(標準或延伸)等等皆可由軟件控制，因此可確保在不同平臺的攝像頭接口上均能完美整合。
6.音頻信號
AT9050系列芯片有內建音頻DAC，可直接輸出解碼后立體聲的模擬信號(Line-out)，聲音信號應連接到系統的音頻處理IC(負責聲音放大、音量控制與混音)。圖6參考設計假設應用處理器已自帶音頻處理功能，所以AT9058M/9059M音頻輸出直接連接到應用處理器。
7．開機組態(Strapping)
AT9050系列芯片的有些運行組態是由某些引腳在系統重置時的電壓位準決定的，如UR0_RI與 UR0_DCD。
UR0_RI:固件加載方式
0:NOR Flash boot，由Serial NOR Flash 加載固件
1:Host boot，從 應用處理器通過控制接口加載
UR0_DCD: 控制接口類別
0: I2C
1:SPI
8．雙天線分集設計
為支持雙天線須加一顆聯陽科技的AF9033與調諧器。 AF9033所需的基準時鐘必須由 AT9050系列芯片CLK_out提供。AT9050系列芯片還有一組專用I2C用來控制AF9033。此外，兩支天線(中心點)擺放位置相距至少應30厘米以上，方能有最佳效能。雙天線可有效改善接收敏感度與移動接收能力，但也要注意功耗的增加與天線擺放的限制。
系統軟件集成
因為數字電視比模擬電視提供更多的數據服務，如電子節目表、TeleText、字幕等等，所以軟件也相對復雜。幸運的是，AT9050系列芯片在內部固件的中間層軟件中實現了對這些功能的支持。對應用處理器的應用軟件而言，只須實現一些簡單的工作，包括芯片初始化、將攝像頭視頻數據顯示在屏幕、傳遞用戶輸入(熱鍵或觸屏信息)給 AT9050系列芯片。
如圖7所示，在應用處理器用戶平臺端的軟件包含有“TV Controller”、“Bus Driver”、”9050 API Library”。其中，“9050 API Library”是由聯陽科技提供的源代碼，只有“TV Controller”與“Bus Driver”需要在目標平臺上實現。“TV Controller”只調用不到10個API函數，便可輕易地初始化與控制AT9050系列芯片。
聯陽科技也提供在 Windows XP、Windows CE與Linux上的“TV Controller”與“Bus Driver”參考源代碼，以方便開發者能在最短時間內移植到不同平臺。
本文小結
聯陽科技AT9050系列是一款高集成度的、整合了功能與完備軟件支持的先進芯片。集成廠商只需在已有的便攜式設備設計上作些修改，便能擁有DVB-T TV接收能力。相信未來具TV功能的便攜式設備將益見普及。