数字液晶电视机是当前流行的电视机,其液晶显示屏和信号处理芯片经历了多次升级,使液晶电视机的性能越来越高,功能也越来越丰富,因而成为目前流行的数字平板电视机,目前正在向多功能、智能化、网络化的方向发展——云电视。
图 1-65 所示是数字液晶电视机的电路结构方框图。从图可见,它主要分成三部分,即主电路部分、接口电路部分和液晶屏显示部分。其中接口部分分为前面板接口和背部接口两部分。
图 1-65 数字液晶电视机的电路结构方框图
主电路部分有两个核心电路,即数字电视信号处理器(DTV SoC)和MPEG2 解码/编码电路。
数字电视信号处理器是处理电视信号的芯片,其包括处理有线电视系统传输的信号、卫星接收机的信号、外部输入的各种格式的视频信号及音频信号。
MPEG2 解码/编码电路是处理数字视频信号的电路,它可以将按MPEG2 格式压缩的视频信号进行解压缩处理(解码),还原出原数字视频信号。数字视频还可以按照电视信号的标准进行编码变成PAL制或NTSC制的视频信号。
经过数字电路处理的图像信号经LCD控制器去控制液晶显示屏显示高清晰度图像。
液晶电视机是由液晶显示屏和多个电路板组合而成的。液晶电视机的各单元电路不是独立存在的,在正常工作时,各电路因相互传输信号而存在一定的联系,如图 1-66 所示。
图 1-66 液晶电视机的各单元电路关系图
从图中可以看出,液晶电视机各电路板之间的信号传输关系为直流电压由电源电路板传输到主电路板及背光灯,为液晶电视机供电。操作显示电路为电视机输入人工指令,经主电路板处理后,由微处理器输出各种控制信号,使液晶电视机进入工作状态。操作电视机工作,也可以通过遥控发射器,遥控发射器通过红外光信号为电视机传递红外光信号。遥控器信号发送至主电路板遥控接收电路,经处理后控制电视机工作。
彩色电视机的信号流程如图 1-67 所示。
图 1-67 彩色电视机的信号流程
从图中可以看出,电视机的信号的传输通道大致可分为 4 路,即:音频信号、视频信号、系统控制信号和供电电压。
(1) 音频信号处理流程
图 1-68 所示为音频信号处理的基本流程。
图 1-68 典型液晶电视机音频信号处理的基本流程
其中,来自A/V/YPbPr接口、VGA接口、HDMI接口、调谐器和中频组件处理后解调出的音频信号直接送入数字信号处理电路中的音频信号处理电路部分;来自CN13 高清晰度分量视频接口、CN14 DVD_YPrPb/Audio接口输入的音频信号经切换选择开关电路U14(74HC4052)进行切换和选择后送入数字信号处理电路中进行处理。
各种接口送来的音频信号经U10 内部进行音频解调、伴音处理后,送入音频功率放大器U3(CD1517CP/TDA1517)中进行放大,最后输出伴音信号并驱动扬声器发声。
(2) 视频信号处理流程
视频信号的处理流程比音频信号复杂得多,而且视频信号处理电路的结构也有所不同,如图 1-69 所示为典型液晶电视机视频信号处理的基本流程。
图 1-69 典型液晶电视机视频信号处理的基本流程
由S端子、A/V/YPbPr接口、VGA接口、HDMI接口、调谐器和中频组件处理后解调出的视频图像信号或分量视频信号等直接送入数字信号处理电路U10 中进行处理;由N13 高清晰度分量视频接口、CN14 DVD_YPrPb/Audio接口输入的高清晰度视频信号先经切换选择开关U12(P15 V330)进行切换和选择后,再送入数字信号处理电路U10 中。
上述各种接口送来的视频信号经切换后都由数字信号处理电路U10(SPV7050—QFP128)进行视频解码、去交织处理、图像缩放处理、彩色图像处理、字符混合等处理后输出LVDS信号,去驱动液晶显示屏显示图像。
(3) 控制系统信号处理流程
系统控制微处理器是整机的控制中心,该电路为液晶电视机中的各种集成电路(IC)提供I 2 C总线数据和时钟信号,控制信号包含在总线数据中。若微处理器不正常,可能会引起电视机出现控制失常、图像花屏、自动关机、图像异常、伴音有杂音、遥控不灵等故障,其信号处理流程如图 1-70 所示。
图 1-70 控制系统信号处理流程
(4) 供电系统信号处理流程
液晶电视机多采用内置开关电源组件。开关电源电路将交流 220 V市电经整流滤波、开关振荡、变压器变压、稳压及次级输出等处理后输出+5 V、+12 V直流电压,为整机提供能量,其信号处理流程如图 1-71 所示。
图 1-71 供电系统信号处理流程
液晶显示器是采用液晶显示板的显示器,它可以制成薄板型,体积轻小,特别适合作笔记本电脑的图像显示器,随着性能的提高,目前台式电脑的显示器也基本上采用了液晶显示器,从而取代了显像管式显示器。
图 1-72 所示是目前流行的数字高清晰度液晶显示器的电路结构方框图。它主要包括主电路板、逆变器电路板、电源供电电路板和液晶显示板组件(LCD显示板组件)等部分。前面加上电视信号的接收解码电路和伴音电路就构成了液晶电视机,还可兼作计算机显示器。
图中DDC(Display Data Channel)是显示数据的信道,DDC/CI是显示数据信道/指令接口(Command Interface)的切换电路,TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)是跃变最小化启动信号,LVDS(Low Voltage Differential Signaling)是低压启动信号,OSD(On Screen Display)是屏上显示电路,即字符信号发生器。
图 1-72 数字高清晰度液晶显示器的电路结构方框图
主电路板具有多种信号接口电路,它可以直接接收来自其他视频设备的数字信号,也可以接收来自电脑显卡的VGA模拟视频图像信号(R、G、B),以及DIV的数字信号。每种信号都伴随同步信号。模拟R、G、B信号需要经模拟信号处理电路中的A/D转换器,变成数字视频信号,再进行数字图像处理。
不同格式的视频信号在进行数字处理的同时要进行格式变换,与显示格式相对应。经存储器和控制器、缩放电路、色变换伽玛校正(γ)、驱动信号形成电路(LVDS),变成驱动液晶板的控制信号(X、Y轴驱动)。
逆变器电路是产生背光灯电源信号的电路,可将直流 12 V电源变成约 700 V的交流信号,为背光灯供电,通常大屏幕液晶显示屏后面都设有多个灯管。每个灯管都需要一组交流电压供电。
电源电路是为整个液晶显示器供电的电路,它通常采用开关电源供电的方式,其具体电路可参照后面的内容。
等离子体显示板(Plasma Display Panel)简称PDP。它是一种新型显示器件,其主要特点是整体成扁平状,厚度可以在 10 cm以内,轻而薄,重量只有普通显像管的 1/2。由于它是自发光的器件,亮度高、视角宽(达 160°),因此可以制成纯平面显示器,无几何失真,不受电磁干扰,图像稳定,寿命长。这种器件近年来得到了很快地发展,其性能和质量有了很大提高,很多高清晰度超薄电视显示器和壁挂式大屏幕彩色电视机采用了这种器件。目前等离子体彩色电视机正在进入百姓家中。
等离子体显示板是由几百万个像素单元构成的,每个像素单元中涂有荧光层并充有惰性气体。在外加电压的作用下气体呈离子状态,并且放电,放电电子使荧光层发光,这些单元被称为放电单元,它是组成图像的最小像素单元。所有这些放电单元被制作在两块玻璃板之间,呈平面薄板状图像显示器。由于等离子显示器性能的提高,制作工艺的改善,并且能够发光、亮度高,显示效果好的特点,是一种理想的显示器件。整个显示板的像素数越多清晰度越高图像越细腻,目前已步入高清晰度电视机的行列。
图 1-73 所示为长虹PT4206 型等离子体电视机的整机电路板结构图,由图可知,该等离子电视机主要是由一体化调谐器、音频信号处理电路、数字图像处理电路、逻辑板电路、电源电路和等离子显示屏驱动电路等组成的。
(1) 一体化调谐器
该机的调谐器与中频电路都被制在了一个屏蔽盒内,又称为一体化调谐器。由天线接收的射频信号首先进入调谐器电路中,进行高频放大、本振和混频后输出中频信号送往中频电路,中频电路会将调谐器电路送来的中频信号进行处理,然后解调出视频和第二伴音中频信号。视频和第二伴音中频信号再送往音频信号处理电路和数字图像处理电路进行处理。
(2) 音频信号处理电路
该机的音频信号处理电路与调谐器电路制在一个电路板上,由调谐器电路输出的第二伴音中频信号进入音频信号处理电路中进行第二伴音中频解调,解调出音频信号,该信号再与A/V接口送入的音频信号进行切换和处理,处理后的音频信号送往数字音频功率放大器中,进行功率放大,将音频信号放大到足够的功率后去驱动扬声器发声。
(3) 数字图像处理电路
等离子电视机中的数字图像处理电路是比较重要的一块电路,它主要的功能就是进行视频图像信号的处理,由调谐器、A/V输入接口、S端子、分量视频接口、VGA接口、DVI接口等送来的视频信号分别经视频解码器、模数转换器等电路后,将模拟图像信号转换为数字图像信号,DVI本身就是数字图像信号,只进行格式转换处理。然后送往数字视频处理电路和图像处理器等进行处理,最后经等离子屏驱动信号输出电路输出等离子屏驱动信号。
图 1-73 长虹PT4206 型等离子体电视机的整机电路板结构图
(4) 电源电路
等离子电视机的电源电路主要是为等离子屏和调谐器、音频信号处理电路、视频信号处理电路、逻辑板电路及等离子屏驱动电路提供直流工作电压的电路,交流 220 V电压进入电源电路后,首先经过滤波和抗干扰处理,然后经整流和滤波电路后,形成直流电压,再经开关振荡电路和开关变压器构成的开关电源,输出各组不同的电压值,为等离子体电视机的各部分供电。此外,该机的电源电路中还设有保护电路,当有某路电压出现异常时,会自动关断电源供电,从而对等离子体电视机中的其他电路进行保护。
(5) 逻辑板和等离子屏驱动电路
由数字图像处理电路输出的图像显示信号和行场同步信号经接口送往逻辑电路板,它实际上就是一个逻辑控制单元,该电路将数字图像处理电路送来的信号转换为图像数字信号和扫描驱动信号,该信号被分别送往等离子驱动电路中的数据驱动集成电路及 X 、 Y 信号的扫描驱动电路,从而将图像显示在屏上。
图 1-74 所示为TCL PDP4226 等离子体电视机的整机电路方框图,它主要分为两部分:一部分是电视节目的接收和TV解调电路;这一部分包括视频信号的处理电路、梳状滤波器和画质增强电路,同时还包括音频信号处理和音频功率放大电路。第二部分是等离子体图像显示电路和图像信号处理电路。
图 1-74 TCL PDP4226 型等离子体电视机的整机电路方框图
电视节目的接收电路主要是由调谐器、视频信号处理电路(TDA9321)、画质增强电路(TDA9178T)、梳状滤波器(TDA9181)、音频处理电路(MSP3410)、微处理器、电源和接口电路等部分构成的。调谐器单元中包括调谐器和中频通道的电路。视频检波和伴音解调电路也集成在调谐器内,它直接输出视频信号和第二伴音中频信号,视频信号在TDA9321 中进行解码处理,TDA9321 具有复合视频信号,Y/C分离的S-视频信号及分量视频信号的输入接口,外部视频插口的视频信号可以直接送入TDA9321,在集成电路内进行切换后再进行处理,对于复合视频信号要送到梳状滤波器中进行Y/C分离后再分别进行亮度和色度处理,TDA9181 完成Y/C分离的专用集成电路,它采用数字处理方式进行分离。TDA9321 输出的分量视频YUV信号经TDA9178T对视频画质进行改善处理。MSP3410 对模拟伴音和数字伴音进行处理。最后由接口电路将音频、视频信号送到显示电路。
等离子电视机的图像显示电路就是驱动液晶板的电路,它实际上就是一个逻辑控制电路。视频图像信号和行场同步信号经逻辑控制电路转换成图像数字信号和扫描驱动信号。这个信号送到显示驱动电路。驱动等离子体显示板的电路有数据驱动集成电路(IC),还有 X 、 Y 信号的驱动电路图像信号处理电路和等离子屏驱动电路主要是由视频解码电路(TB1274AF)、A/D转换器(AD9883)、数字图像信号处理电路(FLI2200)及图像缩放电路和显示驱动电路(SiL164)等部分构成的。
图像的缩放处理和等离子驱动电路都是数字信号处理电路,视频信号经解码处理之后要变成数字信号。AD9883 是视频A/D转换器。视频信号变成数字信号后再由图像处理和驱动电路进行处理,最后变成驱动等离子显示屏的信号去驱动显示屏。
电脑的VGA视频信号直接送入图像缩放处理电路。DVI信号经过数字视频接口电路(SiL161)再送到图像缩放电路中直接进行图像处理。
高清晰度数字电视机(HDTV)是处理数字电视信号的电视机。目前已完成从模拟电视到数字电视的过渡。目前我国的卫星电视广播系统和有线电视广播(含网络电视、无线移动电视)都已经完成了从发射到接收的数字化传输。地面电视广播即将完成过渡。因而我们正在迎来全面的数字电视时代。整个社会都将进入数字化、网络化和信息化的时代。
图 1-75 所示是高清晰度数字电视机(HDTV)的电路结构方框图。由图可见,它主要是由显示屏(含驱动器)、TV信号处理器芯片(又称内核媒体引擎)、音频解码和处理、视频解码和处理、调谐器、接口电路和电源等模块构成的。
TV信号处理芯片是整个电视机的核心电路,其中包括数字音频和视频信号的处理及微处理器。它可以处理各种信号源的音频和视频信号,来自天线和有线的电视信号经过各自的调谐器解出视频信号经视频放大器和A/D转换器送到TV信号处理芯片,来自外部音频和视频输入接口的信号经解码器也送到TV信号处理芯片,还有来着网络、USB、1394、HDMZ等接口的数字音频视频信号也可以送到TV信号处理芯片,在芯片内进行切换和处理,经处理后形成显示驱动信号LVDS(低压差动信号),再送往显示器。显示器可采用多种方式,即投影(DLP)方式、液晶显示屏(LCD)方式及等离子(PDP)方式。
图 1-75 高清晰度数字电视机(HDTV)的电路结构方框图
数字电视机顶盒实际上是接收数字电视节目的前端电路。主要是接收有线电视系统传输的数字电视节目或卫星电视系统传输的数字有线电视节目。此外还有网络系统中也有数字电视节目。不同的传输系统中传输的数字电视信号的调制处理方式不同,应采用不同的数字解调方式。此外,目前电视节目的显示器也有很多选择,诸如液晶显示屏、等离子体显示屏、投影机、显像管等方式。因此目前都将数字电视信号接收和处理部分制成一个组件,即机顶盒,而将图像显示部分制成一个整体,以便于用户选配。
图 1-76 所示是数字电视机顶盒的电路结构方框图。由图可见,它主要是由数字电视信号接收电路、数字信号处理电路(含微处理器控制电路)、音频/视频输出电路、外部输入接口电路及外围电路等部分构成的。
有线电视的信号和卫星接收天线接收的信号分别送到各自的调谐器中进行放大、调谐和解调等处理。经处理后解出视频图像信号和伴音信号,再分别送到数据处理芯片中进行处理。经处理后数字信号分别经音频和视频输出电路输出不同格式的视频信号和立体声音频信号。
图 1-76 数字电视机顶盒的电路结构方框图
数字有线机顶盒的功能是接收有线电视中心播出的数字电视节目。解数字解调、解码处理后输出模拟视频信号和模拟音频信号(L/R),该信号可送到模拟电视机的A/V接口,用普通模拟电视机欣赏数字电视节目。机顶盒中还设有射频分路器,将有线电视电缆送来的RF射频信号分出一路直接输出,该信号还可以送到其他视频设备的RF信号输入端。RF信号中有数字有线电视信号,也有模拟有线电视信号。
图 1-77 所示是一种典型的数字有线机顶盒的电路结构方框图,来自有线电视系统的数字电视信号由RF输入插口送入调谐器,该调谐器是一体化的调谐解调器。RF信号的输入端设有射频分路器,将有线输入的RF信号一路送入本机的调谐器,另一路经RF输出端输出,可以送到其他电视机中。
RF信号在调谐器中经高放和混频处理变成中频载波信号,该中频载波信号在QAM解调器中进行数字解调处理,从载波上提取出数字信号。
数字信号送入数字信号处理电路STI5518 中进行解码处理。STI5518 是一种超大规模数字处理芯片,数字信号在其中,先经过传输流解复用电路,然后经解扰处理,再经MPEG—2 音频、视频解压缩处理,还原出数字音频和数字视频信号,数字视频信号再经视频(PAL/NTSC)编码和D/A转换输出模拟亮度和色度信号以及复合视频信号输出。MPEG—2 解码后输出的数字音频信号直接输出送到音频D/A转换器变成模拟音频信号(L/R)。最后视频图像信号和音频信号分别经滤波器和放大器输出。
整机系统控制微处理器(CPU)制作在数字信号处理集成电路之中,通过各种接口电路,分别与操作显示电路、智能卡读卡器、外部存储器(EEPROM、FLASH ROM、SDRAM)和RS232 接口相连。电源电路为整机供电。
图 1-77 数字有线机顶盒的电路结构方框图
(1)数字卫星接收机的基本特点
随着卫星广播技术和数字压缩技术的发展,数字卫星广播已基本取代模拟卫星广播,DVB是目前已被广泛采用的数字卫星广播的技术标准,它是Digital Video Broaelcasting(数字视频广播)的缩写,其中数字处理的关键是采用MPEG—2 的数据压缩标准,MPEG—2 是DVD视盘机,数字录像机等设备对视频图像信号的数据压缩标准。接收数字卫星广播的设备,特别是卫星接收机要适应数字信号的接收和解调。
数字卫星电视接收机接收的是经过数字化编码与压缩并用的方式传输信号。电视节目中的视频和音频信号经过数字化编码与压缩后,去掉了大量的冗余度,极大地提高了传输效率。传输一套节目的模拟信号信道,在传输压缩数字信号时可增加到十余套,从而极大地提高了信道的利用率。模拟传输方式,在传输过程中必然会受到各种干扰信号的影响,不可避免地会产生噪波、干扰和失真。数字传输的方式具有较强的抗干扰性,再加上数字卫星电视接收机采用信道编码技术改善容错性能,也就是说具有纠错能力,因此其可靠性和保真度远远高于模拟信号传输方式。
(2) 数字卫星接收机的基本性能
① 前面我们介绍了数字卫星广播可以在一个信道中传输多套数字节目,因此在接收机中应能对具有多套节目的传输码流,以及符合MPEG—2 编码压缩的视/音频和数据的复用码流进行解复用,即进行多重分离;能对符合MPEG—2 MP—ML格式的视频信号进行解码;能对满足DVB标准的音频信号进行解码。
② 数字卫星信号在发射前主要是进行了QPSK(四相相移键控)调制方式,因而在信号的接收端要能对接收的相移键控(QPSK)调制方式进行解调和误码校正;能对符合ETS/DVB算法的码流进行传输;能对符合DVB标准的数据PES码流进行解扰。
在电路中采用专门的误码掩蔽技术进行纠错,从而保证图像信号的质量。
③ 数字卫星接收机带有RS—232 接口(有的还带有以太网接口),可以同计算机和其他通信设备相接,为开展各种信息业务提供了方便。
另外,接收机还带有SMART卡座或IC卡座,为传输加密信息和开展收费电视等业务提供了方便。
数字卫星接收系统的组成结构图如图 1-78 所示,它是由卫星接收天线(抛物面天线)、数字卫星接收机(机顶盒)和监视用电视机(或监视器)等部分构成的。高频头与天线安装在一起,它实际上是由高频放大和变频电路构成的。变频后的信号被称为第一中频信号,该信号经电缆送到机顶盒中。
图 1-78 数字卫星接收系统的组成结构图
(1) 数字卫星信号的接收
数字卫星接收是将音频和视频信号还原的过程。图 1-79 所示是数字卫星接收系统的信号处理电路方框图,图中天线和高频头与模拟卫星接收系统基本相同。也就是说传输模拟信号可以用C波段或红波段的卫星,同样也可以用C波段或Ku波段的卫星传输数字信号。
图 1-79 数字卫星接收系统的信号处理电路方框图
抛物面天线收到卫星的信号后在高频头中进行放大、混频,然后变成第一中频信号通过电缆传送到接收机的室内单元。室内单元,常被称为数字式卫星接收机,由于它需要电视机做显示器,因而又称机顶盒。它主要是由调谐电路、数字信号的解调、纠错、数据分离,以及音频、视频的解压缩处理电路构成的。A/D转换器将调谐电路输出的模拟信号变成数字信号,然后进行QPSK解调,解调后进行解码和纠错处理,以确保接收信号的质量和保真度。纠错后的信号再进行多重分离,由于数字调制可以在一套载波中传输多套数字节目,因而这里需要再把它们分开。分离后的信号是压缩的数字信号,再经过MPEG—2 解压缩处理电路还原出音频、视频数字信号。这是数字卫星接收机的主要信号处理过程。为了使之成为一个完整的接收机,还要加入系统控制电路、操作显示电路、电源电路等。
(2) 数字卫星接收机的基本结构
数字卫星接收机的接收原理方框图如图 1-80 所示,它主要是由天线和变频器部分(高频头)、调谐器(第二变频器)、卫星信号解码器(QPSK解调、数据流解码解复用)、MPEG—2 解压缩电路及视频编码、视频DAC、音频DAC、射频调制器等部分构成的,信号流程如下。
图 1-80 数字卫星接收机的接收原理方框图
① C波段及Ku波段卫星信号经天线接收后送到安装在天线上的高频头,在高频头中经放大、变频输出标准的 950~2150 MHz的信号即第一中频信号,输入至接收机的IF输入端。调谐器完成信号再放大、混频(选台),经变频后送到QPSK解调器,在解调器中先完成模拟 I 、 Q 信号的A/D转换,转换成数字式 I 、 Q 信号,再经数字式QPSK解调,FEC滤波,还原出MPEG—2 数据流信号。
② 数据流解码解复用器完成MPEG—2 数据流解码和分离,分解出视/音频,同步控制及其他数字信号。MPEG—2 A/V解码器完成视/音频数字信号的解压缩、解码,还原出完整的图像及伴音数字信号。
③ 视频数字编码器将数字图像信号编码,然后再经D/A转换,输出模拟电视机所能接收的全电视信号或 Y 、 C 信号。音频D/A电路将音频数字信号经数字/模拟转换器(D/A)输出左/右(L/R)两路模拟音频信号。
接收数字卫星电视最主要的设备是接收机,因为它的功能是通过解码器处理数字信号,所以又称为集成接收解码器(Integrated Receiver De-coder,简称IRD)。
地面卫星接收天线接收的卫星信号(C频段或Ku频段),经低噪声放大和下变频变成L频段的射频信号进入IRD中的调谐器,经调谐、变频、放大后,变为频率为 70 MHz的中频信号,送至A/D转换器和QPSK解调器,解调出数字信号流,经维特比(Viterbi)解码(维特比解码的比率可用菜单在 1/2,3/4,5/6 和 7/8 中任选),在纠错电路中进行去交织和RS解码,对传输中引入的误码进行纠错,恢复成MPEG—2 传送包数字流,经多重分离电路进行解复用处理,分解出多套节目的数码流,再分别送到MPEG—2视频、音频和数据解码器,经解码、视频再编码、D/A转换等处理后,输出模拟的分量视频信号或复合视频信号,视频编码器的输出信号可以有多种制式(PAL/SECAM/NTSC)。该调谐器能自动地工作在SCPC或MCPC接收方式。由于C频段和Ku频段的接收频谱左右位置不一样,因此,该调谐器还具有频谱倒置功能。
(3) 数字卫星接收机各单元电路的功能
① 频道解调器
频道解调器由调谐器和QPSK解调器组成。调谐器将需要的信号变换成固定的中频信号,再经A/D转换器、QPSK解调器解调出传输流数字信号。该调谐器可通过标准的同轴电缆接收Ku频段和C频段的卫星信号经下变频器变频后的第一中频信号(IF),接收频率范围是 950~2150 MHz,具有双L频段接收功能。
② 纠错电路
纠错电路(里德索罗门解码器)又称解扰器,包括维特比(Viterbi)解码、去交织和RS解码,其功能是对传输中引入的误码进行纠错,恢复成MPEG—2 传输流。
③ 多重分离电路(解复用器)
多重分离电路又称解复用器,根据MPEG—2 标准,将传输流分解成视频、音频及服务信息等数字信号,以便分别处理。
④ 视/音频解码器(MPEG—2 A/V解码)
视/音频解码器将解复用后的视/音频数字信号按MPEG—2 标准进行解压缩处理,恢复成数字视/音频信号。
音频、视频信号在传输前进行了压缩处理,压缩是按MPEG—2 的标准去掉冗余的信息。解压缩是还原成压缩前的数字信号。
⑤ 视频编码器
在我国使用的接收机中,视频编码器是PAL编码器,PAL编码器将数字视频信号进行PAL制编码,然后再进行D/A转换,转换成模拟复合视频信号或Y/C信号输出。
⑥ 音频信号D/A转换器
音频信号D/A转换器将解压缩后的数字音频信号恢复成模拟音频信号输出。
⑦ 微处理器
微处理器通过存储器和外围设备接口读取存储器及IC卡的信息和数据,并接收用户授权管理中心的指令。它除了通过显示屏、指示灯和按键用户界面与人交流信息并相互作用控制解调和解码外,还通过RS232 接口与外部计算机、数字录像机等进行信息传输。
(1) 数字卫星接收机与相关设备
数字卫星接收机与相关设备的结构方框图如图 1-81 所示,数字卫星接收机主要是由前端电路、数字信号解码电路、A/V信号处理电路、系统控制电路、外部设备接口电路等部分构成的。卫星天线收到卫星发射的微波信号后,在高频头中变成第一中频信号,然后送到卫星接收机的前端电路中,前端电路包括调谐器和信通解码器,主要是对QPSK调制的信号进行解调和纠错。数字信号的解码处理是在一个大规模集成电路中进行的,主要是完成数字信号的解扰、多重分离及种种数字处理,经处理后的音频和视频数字信号再送到A/V信号处理电路中进行解压缩和DAC处理,还原出音频和视频信号送到彩色电视机(监视器)中。
图 1-81 数字卫星接收机和相关设备的结构方框图
在接收机中数字处理后的数字音频、视频信号,还可以通过数字录像机(VTR)或多媒体接口与外部多媒体电脑或数字录像设备相连。
系统控制微处理器除对接收机的各个部分进行控制之外,还可通过外围设备接口与IC卡、遥控器及电话线相连。
(2) 接收机的前端电路
前端电路的结构方框图如图 1-82 所示,它是由卫星调谐器和信道解码器构成的,这个电路分成两个电路单元。调谐部分是由前置放大器(AGC)、可调谐滤波器、变频器、声表面波滤波器SAW、中频放大器(AGC)、90°移相电路(π/2)和锁相环(PLL)等部分构成的。信道解码器是由双A/D转换器、QPSK解调器、Viterbi数据解码器、帧同步检出、解扰电路、里德索罗门解码、能量扩散等电路构成的。这两个电路完成数据流的初步解码。
图 1-82 前端电路的结构方框图
前置放大器(AGC)接收来自高频头的第一中频信号,进行低噪声前置放大,经滤波后送到变频器。PLL受微处理器CPU的控制。调谐时,CPU读出预置的片内ROM中的各个频道所需的调谐电压( V T )数据,通过数据总线(SDA)、时钟总线(SCK)送到PLL。变频器将PLL选出的电视信号进行变频,输出固定频率的中频(IF)信号。PLL电路的输出调谐电压 V T ,使本振的频率连续变化从而实现调谐的任务。
由于中频放大器的通频带很宽,中频放大器除了放大有用信号外,其他频率成分也会被放大,因此为了取出有用信号,去掉邻近频道和其他形式的干扰信号,在中频放大电路中加入了带通滤波器。带通滤波器用于消除邻频干扰,抑制镜象噪声,提高载噪比(C/N)。中频带通滤波器采用的声表面波滤波器(SAW),具有很强的抗干扰性。由变频器输出的中频信号幅度较小,为了达到A/D转换所需的信号电平,必须对中频信号进行放大。中频放大器采用宽带放大形式,其频率特性只与中频带通滤波器有关。由于A/D转换器要求输入信号的幅度基本保持稳定,即要求中频信号输出电平保持稳定,在中频放大电路中加入了自动增益控制(AGC)电路,AGC电路用于在中频信号输入端的信号强度发生变化时,自动控制前置放大器和中频放大器的增益,使输出的中频信号电平基本保持恒定。AGC电压是由QPSK解调电路产生的。
调谐器的输出端有一个90°移相器(π/2),其作用是将中频放大器输出的IF信号分成两个相位相差90°的中频信号。
调谐器同时输出两个中频信号(表示 0 相位的 I 信号和表示正交相位的 Q 信号),并同时送到双A/D转换器。这两个A/D转换器分别采样 I 信号和 Q 信号,并重组信息,将 I 信号和 Q 信号转换成两组字长6 位的数字信号,送到DVB解调器,进行QPSK解调。通常A/D转换器采用专用芯片。这里的集成电路芯片有两个模拟信号输入端和两组 6 位数据输出端,可同时输入 I 信号和 Q 信号,分别输出转换成数字的 I 信号和 Q 信号。
DVB解调器MN88411 即信道解码器,主要由QPSK解调器、Viterbi解码器、帧同步检出、解扰电路、里德索罗门解码校正器、能量扩散电路等部分构成。它有三种主要功能:一是解调经过四相相移键控(QPSK)方式调制的传输码流,即QPSK解调;二是Viterbi解码;三是用里德索罗门进行误码校正。
QPSK解调器由多相滤波器、数字振荡器、合成乘法器、相位累加器、窄带AGC、鉴相器、环路滤波器等组成。
A/D转换器输出的 I 、 Q 信号中的基带信号以固定采样速率输入到QPSK解调器,由乘法器将此 I 、 Q 信号与数字振荡器输出的信号相乘,解出基带信号。多相滤波器对基带采样信号进行升余弦平方根滤波。该滤波器始终保持每4个符号采样一次。当符号速率较低时,采用较多的采样次数;当符号速率较高时,采用较少的采样次数。多相滤波器的输出端接有一个精度达0.5dB的数字窄带ACC电路,使QPSK解调器输出的信号以最优的均分送到Viterbi解码器。该解码器从1/2比率开始,依次用2/3,3/4,5/6和7/8的比率搜索正确的码率,测试每种比率的每个同步相位,以及两种可能的载波相位,通过去交织算法解出不同比率的卷积编码,得到最佳的FEC(误码校正器)校正。
Viterbi解码器用主时钟周期的两倍时间处理数据,当符号速率高于采样时钟速率的一半时,便会丢失某些数码率,因此,Viterbi解码器输出的数据速率必须小于采样时钟速率。由于Viterbi解码器有时会接收到相位相反的符号数,故该机由主CPU控制下变频器进行校正。
Viterbi解码器输出的数据以 204 个字节为一块,并且每 204 个字节出现一个帧同步字,送到里德索罗门解码器的字同步电路,通过检测帧同步字的极性,校正Viterbi桢解码器送出的数据极性,进行去交织处理,并产生以 188 个字节为一块的误码校正块进行解扰,产生符合MPEG—2 标准的传输码数据流数据,送到解码电路进行解复用和MPEG—2 解码。
整机中的微处理器(CPU),用于控制QPSK解调器,构造特定的符号速率、载波频率、载波扫频条件和跟踪环带宽。微处理器还能监测接收信号,以确定锁定状态。
(3) 数据流解码器
数据流解码器是由解密、多重分离、数据流解码及高速数据输入、输出电路等部分构成的。
为了理解数据流的解码我们先介绍一下数据流的编码。数字广播的最大特点之一就是一个数据流中可以将多个节目调制在其中进行多重传输,这里的多重方式是按照国际标准MPEG—2 的规格编码的数字信号,又称为数据流。将多个节目合成在一起,即多重化的方法如图 1-83 所示,各套节目的视频和音频信号先经压缩编码处理后,变成一组一组的数据包,同时将表示时间的信息也编成数据包作为辅助信息。为了便于接收信号时的解码,在数据包中还加入一些表示节目构成的信息,PSI(Program Specific Information),SI(Service Information)服务信息,这些以数据段的形式编码。PES数据包与数据段按MPEG—2 的标准数据。视频图像与伴音及服务信息的PES数据包和数据段形成固定长度的数据流,被称为TS数据包。在各个TS数据包中附加表示数据种类的识别码,被称为数据包ID,这些数据还要进行加密处理,然后,将所有的TS数据包进行时间多重合成变成一条数据流。
图 1-83 多重化处理的数据流
数据流的解码就是将收到的数字信号进行分离的处理过程。如图 1-84 所示,它主要完成TS数据包的解密处理,TS数据包的分离,再从分离出的TS数据包中分别取出数据段和PES数据包,将分离的数据再送到卫星接收机中各自的电路内,进行进一步的处理。
图 1-84 数据流的解码处理
数字式万用表是一种便携式检测仪表,主要用于测量直流和交流电压、直流和交流电流以及电阻。此外还能检测晶体管的放大倍数。
图 1-85 是数字式万用表的电路结构方框图。由图可见,它主要是由信号调节和输入信号的A/D转换器、LCD/LED/键盘、数据处理和控制电路、存储器/外设及电源管理电路等部分构成的。
图 1-85 数字式万用表的电路结构方框图
万用表检测外部电路或元器件的(参数)电信号送入到万用表的输入信号接口(直流电压、交流电压、电流或是电阻值)经信号调节和A/D转换电路后变成数字信号,经耦合电路送到微处理器(MCU)。经处理后运算出测量的值,并送到显示电路将测量结果显示在LCD显示屏上。