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本文實現了以SC2005為主芯片的機頂盒信源解碼器,并將該解碼器配接L64768前端,組成了符合DVBC標準的完整機頂盒方案;可對符合MPEG-2 標準的音視頻流進行解碼并兼容PAL/NTSC/SECAM 制式的模擬電視接收｡ 近年來,我國廣播電視數字化發展的進程明顯加快,從而直接引發了對機頂盒(Set-top Box)的巨大市場需求,凸顯了其重要性｡在機頂盒的研發過程中,信源解碼器的研制是整個開發工作的基礎和核心｡隨著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發過程中變得更加重要｡本文論述的即為符合DVBC標準的數字有線電視機頂盒信源解碼器的設計與實現｡ 總體方案 機頂盒大體可以分成兩個功能部分: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機頂盒三種｡ 該信源解碼器是針對數字有線電視機頂盒研制的,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實現解碼功能｡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｡ 硬件實現 該信源解碼器的啟動代碼存儲在Flash Boot ROM中,所用字體則存儲在Flash Font ROM中｡S C 2 0 0 5 的兩個S D R A M 存儲器接口分別與SDRAMA和S D R A M - B 相接｡系統加電后,保存在Flash BootROM 中的啟動代碼被調到SDRAM-B 中執行｡時鐘由27MHz 壓控振蕩器經倍頻后提供｡壓控振蕩器產生的時鐘信號經過74LVC14 整形后送到SC2005 的VCXO 引腳,并通過SDET 引腳的輸出進行同步恢復｡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電路來實現｡ CPU 及存儲控制子系統 S C 2 0 0 5 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× 1 6 b i t F l a s h R O M 均為AM29LV160DT-70,使用單一電源供電,讀寫和編程均使用3.3V電壓,高速70ns 讀寫時間｡它們通過EBUS與SC2005 相連,地址總線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DQ[15:0]和SC2005的AD[15:0]相連｡芯片內部共有35個扇區,其中4個作為引導扇區,大小為4k 字"16k 字,其余31個扇區為32k字;有一個字節/字模式選擇引BYTE#,本設計中該引腳接高電平,選擇字模式｡ 81MHz/1M × 16bit 的SDRAMA和108MHz/2M × 16bit 的SDRAMB通過S-BUS 與CPU 的SDRAM 存儲器接口相連｡其中SDRAM-A 專門用于MPEG 解碼時存儲視頻幀和相關信息,SDRAM-B 存儲解復用､O S G 和外圍設備接口子系統的信息｡SDRAM-A 與SDRAM-B 之間可通過一個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 首先接收來自信道解碼器或碼流發生器的TS流,然后自動進行傳輸包同步檢測｡一旦同步建立,就會將傳輸包發送到PID 預處理器中｡  ID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值才能通過第一步濾波,不匹配的包被丟棄｡通過PID濾波器的傳輸包被送到DVB 解擾碼器中,經過解擾的包進入PID后處理器,在經過濾波后,音視頻PES 數據直接進入A/V 解碼器中, 而其它數據被送到外部SDRAM-B 的循環緩沖器中,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｡解復用后的音視頻PES流通過A/V 接口進入L64105 MPEG-2 解碼器進行分組解碼｡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),經過外部低通濾波后,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 S C 2 0 0 5 集成了高性能的OSG(On-Screen Graphics)子系統,該子系統可產生文本和圖形并疊加到解碼的視頻上｡OSG 子系統產生靜止層､OSD 層和光標層;解碼子系統提供視頻層;混合器/編碼器子系統產生背景顏色層,并在視頻輸出之前將上述5 層進行編碼復合,從而根據需要顯示所要輸出的復合視頻｡這個子系統將來自OSG 子系統的圖形和解碼視頻數據進行混合編碼,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｡ 外圍接口子系統 該信源解碼器集成了一個ATA硬盤接口,如圖3所示｡用戶可以通過此接口實現個人數字錄像機PVR(Personal Video Recorder)功能;還可在硬盤中開設海量緩存區,在播放數字電視的同時,對節目進行長達數小時的實時存儲｡依賴這種緩存技術,用戶可以進行時移播放｡ 該解碼器擁有一個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,用來接收碼流發生器輸出的TS 流｡由DB-25 接口輸入的LVDS 信號通過3 片DS90C032進行電平變換后,進入解碼器｡此外,該系統還使用了一個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自行開發｡軟件的整體結構如圖4 所示｡ 實時操作系統層(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 公司專門為嵌入式系統設計和開發的一個模塊化､高性能的實時操作系統pSOSystem｡RTOS 層用板級支持包(BSP) 來實現與硬件層接口｡ 操作系統移植層(OSP)實現兩個主要功能:一個是動態配置任務的屬性,如上下文的切換,優先級等;另一個是管理任務之間的通信,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;設備驅動層(DDL)是硬件抽象層的一個明了､方便的備份和封裝,主要針對各硬件模塊提供相應的驅動程序,如SC2005異常處理的驅動､時鐘服務模塊的驅動和OSG圖形庫的驅動等｡應用程序接口層(API)為上層的應用程序提供API函數｡ 驅動適配層(DAL)是對設備驅動層功能的進一步集合,通過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,可以用這樣的一個驅動適配層進行功能的進一步封裝,以利于上層應用程序的調用｡ 用戶應用程序層是機頂盒用戶應用軟件的主體部分,也是軟件開發的重點｡與機頂盒有關的所有上層功能的實現都在這層完成,如關于用戶界面功能的實現､EPG 的實現､節目數據庫的管理､用戶信息輸入/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,經測試,達到預定功能｡其性能特點如下: 整機系統完全符合DVB-C/MPEG-2 標準 信道解碼支持16/32/64/128/2 5 6 Q A M ,轉換率為:3 M S P S "7MSPS TS 解復用器最大輸入比特率:60Mbps(串行1)/7.5Mbps(并行) 視頻解碼分辨率:Max720×576,支持圖文和字幕 音頻解碼器采樣率:32/44.1/48kHz,支持32 級音量調節 支持ATA 硬盤接口 結語 本文實現了基于S C 2 0 0 5 的DVB-C 機頂盒信源解碼器,集成了個人數字錄像機,并配接L64768前端,組成了符合標準的功能樣機｡ |
