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年來(lái)，我國廣播電視數字化發(fā)展的進(jìn)程明顯加快，從而直接引發(fā)了對機頂盒(Set-top Box)的巨大市場(chǎng)需求，凸顯了其重要性。在機頂盒的研發(fā)過(guò)程中，信源解碼器的研制是整個(gè)開(kāi)發(fā)工作的基礎和核心。隨著(zhù)機卡分離政策的出臺，信源解碼器的通用性和復雜性，使其在機頂盒終端的開(kāi)發(fā)過(guò)程中變得更加重要。本文論述的即為符合DVB-C標準的數字有線(xiàn)電視機頂盒信源解碼器的設計與實(shí)現。 總體方案 機頂盒大體可以分成兩個(gè)功能部分：信道解調解碼部分和信源解碼部分。信道部分即前端，負責對數字電視信號進(jìn)行解調接收和信道解碼。由于前端的不同，機頂盒可分為數字衛星機頂盒、數字地面機頂盒和數字有線(xiàn)機頂盒三種。 該信源解碼器是針對數字有線(xiàn)電視機頂盒研制的，將配接L64768前端，組成符合DVB-C標準的完整機頂盒方案。本文采用LSI Logic公司的基于SC2005的第二代單片信源解碼方案來(lái)實(shí)現解碼功能。該解碼器的結構框圖如圖1所示，按功能可分為4個(gè)部分：以SC2005為核心的CPU及存儲控制子系統；傳輸流解復用和音視頻解碼子系統；圖形處理和屏幕菜單顯示及輸出子系統；外圍接口子系統。 圖1 機頂盒信源解碼器 硬件實(shí)現 該信源解碼器的啟動(dòng)代碼存儲在Flash Boot ROM中，所用字體則存儲在Flash Font ROM中。SC2005的兩個(gè)SDRAM存儲器接口分別與SDRAM-A和SDRAM-B相接。系統加電后，保存在Flash Boot ROM中的啟動(dòng)代碼被調到SDRAM-B中執行。時(shí)鐘由27MHz壓控振蕩器經(jīng)倍頻后提供。壓控振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號經(jīng)過(guò)74LVC14整形后送到SC2005的VCXO引腳，并通過(guò)SDET引腳的輸出進(jìn)行同步恢復。傳輸流復用、音視頻解碼、圖形處理等功能均由SC2005內部相應的集成模塊配合外部相關(guān)電路來(lái)實(shí)現。 CPU及存儲控制子系統 SC2005集傳輸解復用器 L641x8和MPEG-2音視頻解碼器L64105的功能于一體，內含EZ4102內核、16KB指令Cache和8KB數據Cache，這是SC2005的核心組成部分。 該信源解碼器所用的兩片1M×16bit Flash ROM均為AM29LV160DT-70，使用單一電源供電，讀寫(xiě)和編程均使用3.3V電壓，高速70ns讀寫(xiě)時(shí)間。它們通過(guò)E-Bus與SC2005相連，地址總線(xiàn)A[6:0]和SC2005的ADDR[7:1]相連，A[19:7]和SC2005的AD[28:16]相連，數據總線(xiàn)DQ[15:0]和SC2005的AD[15:0]相連。芯片內部共有35個(gè)扇區，其中4個(gè)作為引導扇區，大小為4k字"16k字，其余31個(gè)扇區為32k字；有一個(gè)字節/字模式選擇引腳BYTE#，本設計中該引腳接高電平，選擇字模式。 81MHz/1M×16bit的SDRAM-A和108MHz/2M×16bit的SDRAM-B通過(guò)S-BUS 與CPU的SDRAM存儲器接口相連。其中SDRAM-A專(zhuān)門(mén)用于MPEG解碼時(shí)存儲視頻幀和相關(guān)信息，SDRAM-B存儲解復用、OSG和外圍設備接口子系統的信息。SDRAM-A與SDRAM-B之間可通過(guò)一個(gè)DMA引擎直接傳送數據。 傳輸流解復用和音視頻解碼子系統 SC2005首先接收來(lái)自信道解碼器或碼流發(fā)生器的TS流，然后自動(dòng)進(jìn)行傳輸包同步檢測。一旦同步建立，就會(huì )將傳輸包發(fā)送到PID預處理器中。PID預處理器分析輸入的傳輸包，檢查它們的PID值，只有和PID表匹配的PID值才能通過(guò)第一步濾波，不匹配的包被丟棄。通過(guò)PID濾波器的傳輸包被送到DVB解擾碼器中，經(jīng)過(guò)解擾的包進(jìn)入PID后處理器，在經(jīng)過(guò)濾波后，音視頻PES數據直接進(jìn)入A/V解碼器中，而其它數據被送到外部SDRAM-B的循環(huán)緩沖器中，CPU能直接從存儲器中讀數據。傳輸流解復用子系統的結構框圖如圖2所示。 圖2 傳輸流解復用子系統 解復用后的音視頻PES流通過(guò)A/V接口進(jìn)入L64105 MPEG-2解碼器進(jìn)行分組解碼。L64105輸出數字視頻和數字音頻信號各兩組。一組數字視頻和一組數字音頻信號直接輸出。另一組的數字視頻信號送到視頻編碼器中，被轉換成全電視信號(CVBS)或S端子信號(Y/C)，經(jīng)過(guò)外部低通濾波后，直接送到電視機中；數字音頻信號送到音頻DAC中，轉換成立體聲模擬信號，經(jīng)外部低通濾波后輸出。 圖形處理和屏幕菜單 顯示輸出子系統 SC2005集成了高性能的OSG(On-Screen Graphics)子系統，該子系統可產(chǎn)生文本和圖形并疊加到解碼的視頻上。OSG子系統產(chǎn)生靜止層、OSD層和光標層；解碼子系統提供視頻層；混合器/編碼器子系統產(chǎn)生背景顏色層，并在視頻輸出之前將上述5層進(jìn)行編碼復合，從而根據需要顯示所要輸出的復合視頻。這個(gè)子系統將來(lái)自OSG子系統的圖形和解碼視頻數據進(jìn)行混合編碼，然后輸出NTSC/PAL/SECAM制式的RGB/YPbPr、CVBS或S視頻信號給電視機或監視器。 圖3 ATA硬盤(pán)接口 外圍接口子系統 該信源解碼器集成了一個(gè)ATA硬盤(pán)接口，如圖3所示。用戶(hù)可以通過(guò)此接口實(shí)現個(gè)人數字錄像機PVR(Personal Video Recorder)功能；還可在硬盤(pán)中開(kāi)設海量緩存區，在播放數字電視的同時(shí)，對節目進(jìn)行長(cháng)達數小時(shí)的實(shí)時(shí)存儲。依賴(lài)這種緩存技術(shù)，用戶(hù)可以進(jìn)行時(shí)移播放。 該解碼器擁有一個(gè)TDA8004T智能卡接口和符合IEEE 1149.1標準的JTAG模塊，提供了基本的調試功能，還提供了LVDS接口，用來(lái)接收碼流發(fā)生器輸出的TS流。由DB-25接口輸入的LVDS信號通過(guò)3片DS90C032進(jìn)行電平變換后，進(jìn)入解碼器。此外，該系統還使用了一個(gè)UART，用于機頂盒的調試和軟件升級。 軟件設計 軟件系統基于一個(gè)分層的框架，其中，部分由LSI Logic在其參考軟件中提供，其它部分需要由用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)。軟件的整體結構如圖4所示。 實(shí)時(shí)操作系統層(RTOS)是所有上層程序代碼運行的基礎，主要負責多任務(wù)調度、系統資源管理、中斷處理、通信操作和同步處理等。本文使用的是WindRiver公司專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統設計和開(kāi)發(fā)的一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統pSOSystem。RTOS層用板級支持包(BSP) 來(lái)實(shí)現與硬件層接口。 操作系統移植層(OSP)實(shí)現兩個(gè)主要功能：一個(gè)是動(dòng)態(tài)配置任務(wù)的屬性，如上下文的切換，優(yōu)先級等；另一個(gè)是管理任務(wù)之間的通信，如數據傳輸與同步。硬件抽象層(HAL)負責直接對硬件寄存器編程；設備驅動(dòng)層(DDL)是硬件抽象層的一個(gè)明了、方便的備份和封裝，主要針對各硬件模塊提供相應的驅動(dòng)程序，如SC2005異常處理的驅動(dòng)、時(shí)鐘服務(wù)模塊的驅動(dòng)和OSG圖形庫的驅動(dòng)等。應用程序接口層(API)為上層的應用程序提供API函數。 驅動(dòng)適配層(DAL)是對設備驅動(dòng)層功能的進(jìn)一步集合，通過(guò)功能組合可以直接應用到應用程序層，它起到了接口的作用。例如對Flash的操作，可以用這樣的一個(gè)驅動(dòng)適配層進(jìn)行功能的進(jìn)一步封裝，以利于上層應用程序的調用。 用戶(hù)應用程序層是機頂盒用戶(hù)應用軟件的主體部分，也是軟件開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。與機頂盒有關(guān)的所有上層功能的實(shí)現都在這層完成，如關(guān)于用戶(hù)界面功能的實(shí)現、EPG的實(shí)現、節目數據庫的管理、用戶(hù)信息輸入/輸出控制和軟件升級等。 性能測試結果 該信源解碼器配接L64768前端后，經(jīng)測試，達到預定功能。其性能特點(diǎn)如下： 1.整機系統完全符合DVB-C/MPEG-2標準 2.信道解碼支持16/32/64/128/256QAM，轉換率為：3MSPS" 7MSPS 3.TS解復用器最大輸入比特率：60Mbps(串行1)/7.5Mbps(并行) 4.視頻解碼分辨率：Max720×576，支持圖文和字幕 5.音頻解碼器采樣率：32/44.1/48kHz，支持32級音量調節 6.支持ATA硬盤(pán)接口 結語(yǔ) 本文實(shí)現了基于SC2005的DVB-C機頂盒信源解碼器，集成了個(gè)人數字錄像機，并配接L64768前端，組成了符合標準的功能樣機。 |
