（通信与信息系统专业论文）第三代hdtv码流发生器的研究.pdf

中文摘要 数字高清晰度电视( h d t v ) 以其潜在的广阔市场和巨大的经济效益，已经 成为国际高科技领域研究开发的热点之一，而我国在该领域的研究也已经开展多 年。目前如何将研究成果产业化，开发出更多h d t v 相关产品，形成完整的产品 系列，开拓国际国内市场，是各电视机厂商广泛关注的问题。为此我们将研究工 作的重点放在了h d t v 产品的检测和展示用仪器的研究和开发上。 本论文的工作主要是介绍与h d t v 信源解码板配套的码流发生器的设计与实 现。本论文在介绍相关标准m p e g 2 和a c 3 以及整个码流发生器功能的基础上 提出了用c y g n a l 公司的芯片c 8 0 5 1 f 0 1 5 驱动硬盘实现h d t v 码流发生器的设 计方案。论文详细分析了各个功能模块的具体设计方法以及实现时应注意的问 题。目前该课题已经成功结题，各项技术指标完全符合合作单位的要求。 关键词：高清晰度电视、码流发生器、信源解码板 a b s t r a c t h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o no - i d t v ) h a sr e c e i v e dc o n s i d e r a b l ea t t e n f i o nf r o ma l l o v e rt h ew o r l dd u et oi t sp o t e n t i a ll a r g em a r k e ta n dh u g ee c o n o m i cp r o f i t i nc h i n a , r e s e a r c h e si nt h i sf i e l dh a v eb e e nd o n ef o rs e v e r a ly e a r s n o wt h e r ea r em a n yk i n d so f h d t vm o n i t o ma n ds e t - t o pb o xp r o d u c t so nt h em a r k e t b u tw ec a nh a r d l yf i n da n y h d t vp r o g r a ms o r r c ea n dt e s t i n ge q u i p m e n t s s oo i l l r e s e a r c hi sf o c u s e do nt h e d e v e l o p m e n to f t e s t i n ga n d e x h i b i t i o n e q u i p m e n t s f o rh d t v p r o d u c t s t i l i st h e s i sw o r kc o n s i s t so ft h ed e s i g no ft sr e c o r d e rm a c h i n e b a s e do nt h e r e l a t e dh 但e g 一2a n da c 一3s t a n d a r d s w eu s e dc 8 0 5 1 f 0 1 5t od r i v eh a r dd i s ki no r d e r t or e a l i z et h ed e s i g ns c h e m ea b o u th d t vt sg e n e r a t o r t h e n 也ei m p l e m e n t a t i o n s c h e m eo ft h eh d t vs o t l r o ：d e c o d e ri sp r e s e n t e d n l ef u n c t i o no fe a c hm o d u l ea n d t h ep r o b l e m si nr e a l i z a t i o na 鹋a n a l y z e di nd e t a i l 啊：l i sp r o j e c th a sb e e nc o m p l e t e d s u c c e s s f i d l y , a n da l li t st e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sa 陀a l i g n w i t l lt h er e q u i r e m e n t k e yw o r d s ：h d t v , t sg e n e r a t o r , s o u l _ c ed e c o d e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得拳鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者擗一主禹呻签字隅槲年d 刚日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼叁壁有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫注盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： f 主翕肆 签字日期：a o o + 年d 月i s 日 导师签名：+ 孑救童 签字日期：。2 一年年文月，f 臼 前言 前言 随着社会的进步和人民生活水平的提高，人们期望新一代的电视能提供更 高级的视听享受，给人以身临其境的感觉，这是发展数字高清晰度电视( h d t v ) 的源动力。另一方面，超大规模集成电路( v l s i ) 和数字视频压缩技术的发展也 为h d t v 提供了技术基础。 h d t v 的研究从七十年代初就开始，其中日本n h k 起步最早，于1 9 7 0 年开 始研究工作，并于1 9 8 3 年提出了m u s e 制的h d t v 。它是一种与现行的电视制 式不兼容的模拟h d t v 系统。自1 9 8 7 年以来，已经使用了各种传输手段对m u s e 制式进行了试验，结果表明m u s e 制技术已经成熟，日本的m u s e 制广播已经 开通多年。但是由于m u s e 制仍为模拟电视，最终将为数字电视所淘汰，所以 日本也推出了新的全数字h d t v 系统采用i s d b t 标准，其设备和发射机已于 1 9 9 8 年6 月在新加坡亚洲电视设备展览会上展出。 欧洲于1 9 8 6 年春设立了e u 9 5 项目，着手研究h d t v 。初期采取基于分量 模拟制的m a c 方式，并于1 9 8 9 年演示了全套系统。随着数字技术的发展，欧 洲决定放弃模拟制的h d - - m a c 的开发，转向数字电视的研究。由于节目源的 限制，欧州目前重点发展标准清晰度数字电视( s d t v ) 。欧洲于1 9 9 2 年建立了 国际委员会欧洲启动组( e l g ) ，该组织已制定了d v b ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g ) - - c ，d v b - - s ，d v b t 等标准，他们都以m p e g 一2 为底本， 但采用了不同的信道编码方法，分别适用于有线电视，卫星电视和地面广播等传 输方式。其中英国走在欧洲的前列，1 9 9 7 年第四季度安装第一台发射机，并生 产第一台民用接收解码器；1 9 9 8 年第一季度生产接收解码芯片；从1 9 9 8 年秋季 开始播出数字电视节目。 与日本和欧洲相比，美国在h d t v 的研究方面起步较晚，但却是发展最快的。 尽管美国曾支持过日本的模拟h d t v 系统制式，但当意识到h d t v 潜在的巨大 市场之后，美国于八十年代末开始了全数字h d t v 的研究。美国在1 9 9 1 1 9 9 2 年对几种建议的h d t v 地面广播制式进行了测试，测试结果表明数字传输的 h d t v 系统性能明显优于模拟传输系统。由于被测试的四种全数字制式在技术和 经济上的优劣没有显著的差别，为了取长补短，统一国内市场，四个数字系统的 提出者于1 9 9 3 年5 月组成了“大联盟”( g a ) ，合作提出了一个统一的标准。1 9 9 5 年4 月a t s c 通过了“a t s c 数字电视标准”，同年8 月g a 样机研制成功。1 9 9 6 年1 2 月f c c 通过a t s c 标准作为国家标准。为了推动h d t v 的发展，f c c 已于1 9 9 7 前言 年4 月3 日正式决定，向全美1 6 0 0 多家电视台每家提供一个频道，用于播出数 字电视节目。 数字h d t v 具有以下优点：1 ) 可利用数字图像处理技术来压缩其频带宽度。 2 ) 传输过程中产生的失真和噪声不积累，抗干扰能力强。3 ) 易于实现加密和各 种信息的复用传输。4 ) 发射功率比模拟低的多，接收机解码所得图像质量与演 播室图像质量可以非常接近。5 ) 适于进入蓬勃发展的数字通信网，可以和计算 机连接，易于进行通信处理。6 ) 易于采用数字方式对多径反射回波( 即重影) 进行抑制。7 ) 易于大规模集成，提高性价比，便予生产和维修。因此数字h d t v 代替模拟电视是必然的发展趋势。我国作为一个拥有十多亿人口的大国，具有巨 大的潜在市场。美国、日本和欧洲争相研制具有自主知识产权的h d t v 系统， 是为了保护本国市场并打向国外市场。在这种情况下，中国人研制自己的h d t v 系统并使之产业化，不仅具有重要的经济效益，更具有重要的社会效益。 鉴于此，我国在8 0 年代末期就开始了h d t v 的研究。1 9 8 9 年，原国家科委 组织了h d t v 软科学研究，并且经过“八五”攻关项目“高清晰度电视研究”， 使我国在h d t v 仿真实验研究方面达到国际先进水平。1 9 9 4 年6 月，国务院召 开专门会议研究加快h d t v 研究开发的问题，决定采取“分两步走”的策略。 1 9 9 6 年4 月，作为第一步目标的高清晰度电视功能样机系统总体实施方案得到 批准。同年在全国范围内公开招标，整个研制工作于1 9 9 6 年7 月全面开展。共 有1 4 个单位，2 0 0 多名研究人员参加这个项目。经过全体人员的努力，用两年 多的时间研制出了我国第一套数字功t v 功能样机系统，该系统的性能达到了 1 9 9 5 年美国“g a ”样机水平。1 9 9 8 年9 月成功地在北京中央电视台进行了开路 演示试验，并且在1 9 9 9 年1 0 月1 日，中华人民共和国建国5 0 周年之际，对天 安门广场的国庆大典进行了现场直播，获得了成功。 且前我国的h d t v 发展已进入产业化阶段，要促进i - i d t v 的产业化，我们 不仅要继续进行有关i - i d t v 节目制作、发送、接收设备的软硬件研究，还应该 着手进行h d t v 相关产品的测试、检测用仪器的开发，这样才能形成一个完美 的产品链条，最大程度的促进h d t v 的产业化。本论文的主要工作就是进行 h d t v 相关产品的测试、检测用仪器的开发。 本论文的组织结构 本论文主要介绍h d t v 码流发生器的设计与实现。 整篇论文包括四个部分的描述：第一部分介绍了与h d t v 相关产品开发密切 相关的国际标准m p e g 2 和a c 3 。第二部分是信源解码器部分的概述。第三部 分详细介绍了h d t v 码流发生器的设计与实现。第四部分介绍了码流发生器的 2 前言 制作与调试过程。 3 第一章m p e g - i i 标准简介 第一章标准介绍 作为数字高清晰度电视视频压缩标准，欧洲和美国都采用了m p e g 一2 标准。作 为数字高清晰度电视的音频压缩标准，欧洲采用了m p e g 一2 音频压缩标准，而美 国采用了a c - 3 标准。以上标准是h d t v 码流发生器研制工作的理论基础，因此有 必要简要介绍一下这些标准。 1 1m p e g - 2 标准的特点 m p e g 一2 在m p e g i 标准的基础上进行了重大的改进和发展，是数字电视系统 中视频压缩标准的基础。它具有下面几个显著的特点： 1 提供演播室级的高质量图像 m p e g 一2 在码率为3 - 5 m b i t s 时，就可以获得具有n t s c p a l s e c a m 档次的图 像质量，当码率取到8 - 1 0 m b i t s ，所获得的图像质量就接近c c i r 6 0 1 标准的图像 质量。 2 具有可变压缩率的编码技术 m p e g 一2 实际的压缩比取决予节目的内容和所需的熏放质量，一般运动和背景 的变化越大，那么它的压缩比就越小，这样就可以在保证高画质的前提下提高压 缩效率。通常当m p e g - 2 的压缩比为大约3 0 ：l 时，就能够提供广播级的图像质量。 3 具备码流的可分级性 m p e g 一2 将所有方面的需求协调成一个单一语法。为避免形成极为复杂的标准， 它采取了一种工具箱式的语法，并相应定义了整个语法的一组子集，称为“类” ( p r o f i l e ) ，根据需要从工具箱选取一个子集以满足某种特定应用的要求。由于 图像分辨率与其它参数相比是一个重要的因素，因此每个“类”根据具体参数的 差异又可分为几个“级”( 1 e v e l ) 。五个“类”和四个“级”的组合对应了不同 的图像质量和压缩比，其中有定义的组合就有十一种，如表1 1 所示。 表中s i m p l e 类的解码无内插图像帧，可以节省r a m 空间。工作在m a i n 类的 则采用了双向预测，虽增加了存储量，但改善了图像质量，只是无可调性。s n r 类是对m a i n 类的改进，给出了按信噪比的可分级性。s p a t i a l 类支持图像空间域 分辨率的可分级性。h i g h 类支持色取样4 ：2 ：2 及全部可分级性。另外，l o w 等级 相当于i t u - th 2 6 1 建议的c i f 或m p e g 一1 的s i f ，m a i n 等级等同于c c i r 6 0 1 常 规电视和d v d ，h i g h l 4 4 0 等级与每行1 4 4 0 取样的h d t v 对应，h i g h 等级与每行 1 9 2 0 取样的h d t v 对应。只要清楚解码器在哪一“类”和“级”上工作，就能知 4 第一章i v l p e g i i 标准简介 道它的工作效率和内存容量。”类”越高，压缩率越高；等级越高，它所支持的 图像分辨率也就越高。 表1 1 v l p e g 2 标准中p r o f i l e l e v e l 组合表 、p r o f i l e s n r s p a t i a l l yh i g h s i m p l e m a i ns c a l a b l e s c a l a b l e( 4 ：2 ：2 ) l e v e l ( 4 ：2 ：0 )( 4 ：2 ：0 )( 4 ：2 ：0 )( 4 ：2 ：0 )( 4 ：2 ：0 ) h i g h m p 固h lh p h l ( h d t vu s a ) h i g h 一1 4 4 0 m p h 1 4 0 0s s p h 1 4 4 0h p h 1 4 4 0 ( h d t vc h n )( h d t ve u r ) m a i ns p m lm p m ls n r p 蛳lh p m l ( c a t v )( c d ，d t v ，v c d ) l o wm p 乱ls n r p l l 4 灵活的复用方式 m p e g 一2 有两种系统复用方式：传送流( t s ) 和节目流( p s ) 。节目流有点类似于 押e g l ，它是由一个或多个p e s 包组成，在节目流中的各个包要具有相同的时间 基准，节目流包的大小是可变的，节目流通常用于基本无误码的环境下，如交互 式多媒体应用等。传送流则由一个或多个节目流构成，它可以包含多个时间基准， 传送流的包长是固定的，大小为1 8 8 个字节，传送流适于可能存在误码的情况下， 如广播及远程通信等。 5 视频码流具备可调性 为了保证解码器能够实现n t s c p a l s e c a m 显示时，图像用m p e g 一2 编码后， 有可能向上兼容h d t v ，向下兼容会议电视，l j p e g 一2 采用了分级压缩编码 ( h i e r a r c h i c a lc o d i n g ) 方式。在非可调句法( m p e g 一1 ) 中，只存在有损编码的基 层。而m p e g 一2 为了达到其兼容的目的，还在基层上添加了一些增强层，这些增 强层采用的是无损压缩算法。基层可以独立解码，而增强层的解码要依靠基层。 分级编码方式可分为四大类：空间可调性( s p a t i a ls c a l a b i li t y ) 、信噪比可调 性( s n r ) 、时间可调性和数据分区。 6 帧场自适应视频处理 当运动较少时，由于帧的相关性大于场，因此帧处理效果优于场处理，可获 得较大程度的压缩。而在多运动或多细节的区域，场处理图像质量要优于帧处理。 m p e g - 2 采用的是帧场自适应处理方法。通过对运动特性和图像细节的丰富程度 作出判定，来选择采用场处理还是帧处理。 第一章m p e g 4 1 标准简介 1 2 m p e g - 2 标准视频部分简介 m p e g - 2 标准充分利用数字图像处理技术的最新发展来尽量压缩数字视频信 号。它根据活动图像的特点和人眼的视觉特性，并利用下列技术对图像数据进行 压缩： 1 采用帧内编码帧( i 帧) 、预测编码帧( p 帧) 和双向预测帧( b 帧) 三种帧结构 模式。p 帧和b 帧采用了运动预测和运动补偿，去除序列图像在时间域上的 相关性，仅传送很小的帧差信号，大大压缩了图像数据。 2 对帧间预测误差或帧内原始图像数据进行8 8 像素块的离散余弦变换，以 消除图像在空间域上的相关性。 3 在离散余弦变换中对8 8 的d c t 系数设置自适应量化器，以充分利用人眼 特性，量化后的系数再利用一定的扫描方式进行排序，以便进行变字长编码。 4 对量化后的d c t 系数采用h u f f m a n 变字长编码实现熵编码：即对于出现概率 小的系数可以采用长字长的码字，对于出现概率大的系数则采用短字长的码 字，这样就可以消除图像中的统计相关性。 5 此外对d c t 系数的游程编码、色度分量的水平垂直亚取样以及编码器总体上 采纳的防止码率上下溢的编码控制策略都极大地提高了系统的编码效率。 p i i _ p 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ 。一 回国固回 图1 i 视频序列多层结构 v i d e os e q u e n ce g r o u po fp i c t u r e 回回国回国回回回回国 m p e g - 2 的视频数据编码采用多层结构。它们从高到低是序列层( s e q u e n c e l a y e r ) 、图像组层( g r o u po fp i c t u r e sl a y e r ) 、图像层( p i c t u r el a y e r ) 、条 层( s l i c el a y e r ) 、宏块层( m a c r o b l o c kl a y e r ) 、块层( b l o c kl a y e r ) ，如图1 1 所示。 6 第一章m p e g i i 标准简介 这种多层嵌套结构使得编出的码流结构明了、易读，便于演播室实现快进、 快退、暂停和插入临时图像组等特技效果。 1 3m p e g - 2 音频标准简介 由于m p e g 一2 音频标准层的算法复杂度很高，所以在欧洲的数字电视标准中 只选用了m p e g 一2 层i 、层i i 的部分，并推荐选用层i i ，而且由于m p e g 音频具有 逐层向下兼容的特性，所以下面主要针对m p e g 一2 层i i 进行介绍。 1 3 1m p e g - 2 音频码流的数据格式 m p e g - 2 音频码流的数据结构以音频帧为最小可单独解码单元。m p e g - 2 音频帧 由m p e g lh e a d e r ，m p e g l e r r o r c h e c k ，m p e g l _ a u d i o d a t a ，m c e x t e n t i o n和 m p e g a u c i l l a r y d a t a 组成。这里前缀m p e g l 表示该结构与m p e g l 相应部分兼容。 m p e g l h e a d e r 中主要包含音频帧的同步和状态信息。m p e 9 1 一e r r o r c h e c k 中包含 m p e g 一1 部分的差错检验信息。m p e g l _ a u d i o d a t a 中包含m p e g 一1 部分的音频样值 信息。m c e x t e n s i o n 用于构成完整的一帧的多声道扩展域。它是由m c _ h e a d e r ， m c e r r o r c h e c k ，m c c o m p o s i t e s t a t u s _ i n f o ，m c a u d i o _ d a t a 和m l a u d i o d a t a 组成的。m p e g l a u c i l l a r y d a t a 是与m p e g l 兼容的辅助数据的部分。 1 3 2m p e g - 2 的主要算法 1 子带划分与d c t 变换编码 在编码器中，输入的音频样值首先要通过分析滤波器组，把按照f s 频率采样 的宽带信号分解为3 2 个均匀分布的子带，其采样频率为f s 3 2 。一帧豹音频样值 在层i 时为3 8 4 个，在层i i 时为1 1 5 2 个。每个子带中的1 2 个或3 6 个样值为一 组进行时频变换。 2 心理声学模型 m p e g 音频的主要特点就是它有效的利用了人耳的听觉特性，通过计算输入信 号的功率谱，利用已知的心理声学模型计算各个频率分量的掩蔽阈值，从而确定 对其它频率分量的掩蔽程度，忽略掩蔽闽值以下的信号，实现更高的压缩比。 3 2 个子带的比特分配基于全部子带的信号掩蔽比率的计算。因此确定每个子 带的最大信号电平和最小掩蔽阐值是必要的。最小掩蔽阈值来自输入p c m 信号的 f f t ，后面跟着进行心理声学模型的计算。信号掩蔽比率的计算基于以下步骤：1 ) 从时域到频域变换的f f t 计算。2 ) 在每个子带中的声压级的确定。3 ) 安静阈值 的确定( 绝对阙值) 。4 ) 寻找音频信号中的有调成分和无调成分。5 ) 掩模的换 第一章i v l p e g i i 标准简介 算，获得相关的掩模。6 ) 各自掩蔽阈值的计算。7 ) 全局掩蔽阈值的确定。8 ) 每个子带最小掩蔽阈值的确定。9 ) 信号掩蔽比率的计算。 1 4a c - 3 音频标准简介 a c 一3 算法通过对声音信号在频域进行量化，可以达到很高的编码增益。首先 把时域内的p c m 样值送入分解滤波器组，进行加窗处理，再经过m d c t 变换将时 域样值变换为频域内成块的一系列变换系数。每个变换系数由二进制指数部分和 尾数部分组成。在编码时对指数部分和尾数部分进行分别处理。指数部分反映了 信号的频谱包络，对其进行编码后得到谱包络，可以粗略的代表信号的频谱，也 就是信号的大致形状。然后一方面将交换系数送给理想比特分配模块准确地计算 比特分配信息。另一方面将频谱包络传给核心比特分配模块计算比特分配信息。 这之后，再将理想比特分配模块与核心比特分配模块各自得到的比特分配信息进 行比较，当两者有差异时，对核心比特分配模块的模型参数进行调整，修正其产 生的比特分配信息，使之与理想比特分配模块产生的比特分配逼近到预定的程 度，并用这个比特分配信息对变换系数中的尾数部分进行动态比特分配，得到量 化后的尾数。最后将尾数、频谱包络以及相关的信息按照a c 一3 的格式进行数据 复用后，得到a c 一3 输出码流。 a c 一3 的编码比特码流由一系列的同步帧组成。一个完整的a c 一3 帧结构是由 帧同步信息s i 、比特流信息b s i 、六个音频数据块a b o a b 5 以及辅助信息a u x d a t a 和c r c 校验部分组成的。其中帧同步信息s i 位于每帧的开始部分，它包括了所 需的同步码。接着是比特流信息b s i ，其中包括了有关编码模式等信息。在比特流 信息b s i 之后是六个音频数据块，每个音频数据块的长度是2 5 6 个采样值，其中 包含了有效的编码信息，以及核心比特分配模块的参数等信息。随后是辅助数据 a u x d a t a 。在帧的末尾是错误校验域，包括了c r c 校验码字，这个码字是可选的。 每个音频数据块中包括块长选择信息，动态范围控制，耦合策略，耦合比， 指数编码模式，指数，比特分配参数和尾数。在块与块之间，有些信患可以共享。 例如b l o c k o 中的指数信息可以被随后的块使用。 嚣 第二章h d t v 码流发生器内置信源解码板的描述 第二章h d t v 码流发生器内置信源解码板的描述 信源解码板是h d t v 码流发生器的重要组成部分，它的基本功能就是对输入的 t s 流进行解复用，分出音视频基本流，再经过音视频解码，输出模拟音频和视频 信号。这部分不是我们实验室承担的任务，但和我们的工作是一体的，所以，在 本论文中单用一章大致描述。 2 。1 实现方案选择 要实现h d t v 信源解码扳的设计，主要有两种方法：一种是采用d s p 或f p g a 等通用器件实现。这种方法可拥有硬件和软件的自主知识产权，易于进行算法改 进和更新换代。但设计极其复杂，开发所需时间长，成本高，因而缺乏商业上的 竞争力。这种方法多用于科研中。另一种方法则是采用专用芯片实现，该方法成 本低，开发所需时间短，在商业上具有很强的竞争力，因而多用于实际产品开发 中。本次课题所研制的h d t v 码流发生器是由厦华天大公司出资进行的一项产品 开发，要求的是尽快地开发出产品并投放入市场，因而采用专用芯片来实现更适 合项目需要。在世界上生产数字电视解码芯片的厂家中，s t 公司的产品在技术上 处于领先地位，其销售额占全世界市场的7 5 以上。尤其是其h d t v 信源解码芯片 组更是一枝独秀，因此最终采用了由s t 公司的专用芯片组实现的方案。 2 2h d t v 倍源解码板概述 整个信源解码板可以分为三个部分：以s t 2 0 为核心的解复用与系统控制子系 统；以s t i 7 0 0 0 为核心的视频解码和后处理子系统；以s t i 4 6 0 0 为核心的音频解 码和后处理子系统。其系统框图如图2 - 1 所示。信源解码板的核心控制芯片是 s t 2 0 t p 4 ，它负责输入t s 流的解复用和时钟恢复，还负责系统初始化和系统控制。 为了配合s t 2 0 t p 4 的运行，需要配备一定数量的d r a m 。为了调试程序需要有j t a g 接口。当然，信源解码板启动时。还需要从r o m ( e p r o m 或f l a s hr 删) 中读取程 序，加载到d r a m 中去运行。为了将来的软件升级，该系统采用了f l a s hr o m 。解 复用后的音频p e s 流将送到s t i 4 6 0 0 进行音频解码，然后再将解码后的数字信号 通过d a c 转变为模拟信号输出。解复用后的视频p e s 流将送到s t i 7 0 0 0 进行视频 解码和格式变换。s t i 7 0 0 0 所配接的s d r a m 将用来缓存p e s 流、解码帧、显示帧、 参考帧及o s d 数据。s t i 7 0 0 0 输出的2 4 位y 、c r 、c b 和p i x c k o 信号加给视频d a 9 第二章h d w 鹂滚发生嚣内餮壤涯解鹣叛貔弦透 蕊片t h s 8 1 3 4 产生模拟y p r p b 分量信号，间时在一个c p l d 的配含下按相应标凇 分别在y 、p r 和p b 分量上迭加三电平或两电平同步储号。带同步的y p r p b 信号 分凳嚣路，一黪经运霎放大耩羧大嚣塞羧簸窭；另一爨缀楚簇交获奄潞交换兔r g b 信号，再经过一个高频模拟歼关切去同步后，和s t i 7 0 0 0 输出的h s y n c 和v s y n c 起从v g a 接口输出。 2 3 电潦鞍缝 图2 - i 玎) 1 弋，倍源解码板框图 信源解码板需要+ 9 v ，- 9 v 和+ 5 v 三种电源。他们均由码流发生器提供，分为 薅缝：+ 9 v 鞠+ 5 v 经丈静三掰疆壅p w r i 髭爨( 毽搀琏) ，+ 9 v 、一9 ￥缀枣豹三麓揍 廉p w r 2 提供( 包括地) 。 本板上+ 5 v 分为v c c ( 数字5 v ) 、v i d e 0 5 v 和a u d i o s v 、a v d d i 和a v d d 2 五种。 v c c 直接壶开关电源经p w r i 掇供，它必数字部分的5 v 芯片提供毫溺；v i d e o s v 由p w r 2 提供静+ 9 v 经7 8 0 5 稳压块( i c 6 3 ) 产生，供褫籁惹处理部分s v 芯片使用； v i d e 0 5 v 分别经l c 滤波厝产生a v d d i 和a v d d 2 ( 均怒5 v ) 供视频d a ct h s 8 1 3 4 使用；a u d l 0 5 v 出p w r i 提供的+ 9 v 经另一个7 8 0 5 稳滕块产生供音频后处理电路 s ￥芯片霞趸。 第二章h d t v 码流发生器内置信源解码板的描述 视频后处理部分的运算放大器需要的一5 v 电源由p w r 2 提供的- 9 v 经7 9 0 5 稳压 块产生。 本板还需要两个3 3 v 电源。一个是v c c 3 v 3 ，它是由数字5 vv c c 经l t l 0 8 4 稳压块产生，提供给数字电路部分的3 3 v 芯片使用。另一个是a c 3 3 v 3 ，它是由 a u d l 0 5 v 经l t l 0 8 4 稳压块产生，供音频后处理电路中的3 3 v 器件使用。 以上这种模拟电路和数字电路、视频和音频分别供电的方法，防止了通过电 源间互相串扰，保证了音、视频信号的质量。 信源解码板的地分为g n d ( 数字地) 、v i d e o g n d ( 视频数字地) 、a g n d ( 视频 模拟地) 、a u d i o g n d ( 音频地) 及a n a l _ g n d ( 仅s t i 4 6 0 0 部分脚用) 。为防止相互 串扰，g n d 和v i d e o g n d 通过0q 电阻一点相连；v i d e o g n d 和a g n d 通过0q 电阻 一点相连；g n d 和a u d i o g n d 通过0q 电阻一点相连；g n d 和a u a l - g n d 通过0q 电 阻一点相连。 在电路板布局上电源单独走一层，各电源占据自己的区域；地也单独走一层， 各自有自己的区域，这些地通过焊接上几个0q 电阻后才互相连通。 2 4 该h d t v 信源解码板所作的简化与改进 该码流发生器配备解码板功能为：直接接收由码流发生器输出的t s 流。对t s 流 解复用、解码，并可有三种形式的输出： 1 输入为并行t s 流，l v r r l 电平： 2 视频输出有，r p b ( 每一个分量中均带有同步，符合s n i p t e 相应标准) 和v g a 两种接口 3 音频输出为5 1 声道 4 视频输出包括1 0 8 0 i 、7 2 0 p 和4 8 0 1 三种格式； 相应的舭项目的软硬件在原h d t v 信源解码器的基础上，进行了简化。 2 4 1 硬件部分改动说明 与以往设计的h d t v 机顶盒设备中的信源解码板相比，本设计硬件部分作了如 下的简化与改进： 1 与s t i 7 0 0 0 所配接的s d r a m 由八片1 6 m b i ts d r a m 变为两片6 4 m b i ts d r a m 。 s t i 7 0 0 0 共生产了b a 、c a 和d a 三个品种。其中最老的品种b a 只支持1 6 m b i ts d r a m 。 与机顶盒配套的信源解码板设计时间较早，当时只有b a 品种芯片，因此采用了 八片1 6 m b i ts d r a m ( 为获得最佳的图像质量，s t i 7 0 0 0 共需配接1 2 8 m b i t 的s d r a m ) ； 本设计采用c a 或d a 品种，它们支持集成度更高的6 4 m b i ts d r a m ：2 * i m * 3 2 b i t ( 片 内有两组，每组1 m ，3 2 位宽) 或4 * 5 1 2 k * 3 2 b i t ( 片内有4 组，每组5 1 2 k ，3 2 位宽) 。 第二章h d t v 码流发生器内置信源解码板的描述 在本设计中，最终选用了两片4 * 5 1 2 k * 3 2 b i t 的s d r a m 。在连线上，基本是s t i 7 0 0 0 与s d r a m 的对应线相连接。需要注意的是：( 1 ) d o d 3 1 ，d 3 2 一d 6 3 要分别与两片 s d r a m 的3 2 根数据线相连。( 2 ) a 1 1 、n o t c s l 要作为s d r a m 的组选择线b a o 、b a i 。 ( 3 ) s d c k i 是s t i 7 0 0 0 由s d r a m 读数据时的时钟参考，即s t i t 0 0 0 在s d c k i 的上 升沿锁存| 由s d r a m 读出的数据。s d c k i 信号直接由加给s d r a m 的s d c k o 信号反接 回来得到。( 4 ) s d r a m 的c k e ( 时钟使能信号，高电平有效) 直接接至v c c 3 v 3 ， 以保证始终有效。 2 p c b 由原来的六层板变为四层板。以前由于采用了八片s d r a m ，布线相对复杂， 曾尝试过使用四层板但未获成功，其主要原因是布线时各地址线长度的差异较 大。这次设计采用了两片s d r a m 的方案，布线相对简单，所以就决定采用四层板 来完成。电路板的布线对保证s d r a m 正确存取至关重要。布线时注意遵循了以下 原则：s d r a m 尽可能靠近s t i 7 0 0 0 ，以使它们之间的连线尽可能短。按照时钟线 一地址线一控制线一数据线的顺序考虑布线：各地址线长度尽可能一致，不可相 差太大。 3 与机顶盒设备的信源解码板相比，还删除了一些不必要的功能以配合码流发生 器的特定需要。a ) 由于不荐需要与信道解码板( 俗称前端) 相连，所以删除了用 于同前端相连的插座。仅保留一个2 6 辱荜插座从码流发生器接收l v t t l 电平的t s 流输入。b ) 由于码流发生器是用作数字h d t v 设备的测试与展示中，不再需要具 有对标准清晰度电视的兼容性，因而删除了d 1 接口以及n t s c 编码器s t v o l l 8 和 相应的标准清晰度电视视频输出电路。c ) 在音频输出方面，s t i 4 6 0 0 有两个输出 接口：s p d i f 输出接口和p c m 输出接口。本设计仅保留了p c m 输出，而不再使用 s p d i f 输出。d ) 本设计还删除了r s 2 3 2 高速数据接口。在原设计中，该接口主要 用于软件升级，即p c 可通过该接口向f l a s hr o l d 中写入新版本的软件。但对于 码流发生器来说，其内薰信源解码板的软件不会经常改动，而且通过j t a g 接口 也可以实现对f l a s hr o m 的程序写入，故不再需要专门设一个r s 2 3 2 接口用于软 件升级。e ) 在机顶盒设备的信源解码板上还使用了e 2 p r o m ，它们的作用是存储节 目数据库的信息及系统状态信息。此外，机顶盒设备的信源解码板还可以经过单 排5 脚插座p 7 0 1 使用5 线扁平电缆与红外遥控接收与手动控制板相连。在本设 计中仍保留了该部分电路，主要是为了方便扳子的调试，即可以通过遥控器对信 源解码板进行控制，检查板子是否工作正常。在产品定型后，该部分电路可以删 去。 2 4 2 软件部分改动说明 简易信源解码器是在原h d t v 信源解码器系统软件的基础上简化而成的。根据需 第二章h d t v 码流发生器内置信源解码板的描述 求，简易信源解码器去掉了原h d t v 信源解码器系统软件中o s d 部分、u s i f 部分、 p s i 分析部分和节目数据库管理部分；在程序初始化时将输入固定为t s 流输入： 根据硬件的r a m 进行软件上的设定。 d t v s i m p l 的主程序m a i n c 的主要任务就是按次序依次初始化各个模块软件 ( i n i t _ _ s y s t e m 0 ，i n i t _ i n t e r r u p t s 0 ，k e r n e l _ s t a r t 0 ，s t t b x _ i n i t 0 ，s t w d g _ i n i t 0 ，s t s y s _ i n i “) ，s t e v t _ i n i t o 等) ，建立若干个同时工作的进程( 在_ i n i t 0 函数中启动) 。 解复用和节目信息： 在m a i n c 中一个比较重要的初始化语句是：t a b l ei n i t ( ) 。该语句启动了一个 进程，专门用来分析提取p a t w m t 表的信息，用以对t s 流进行解复用。 t a b l ei 础( ) 启动了进程t a b l e，该进程不断地提取分析 和process t a s kp a tp m t 表。该进程的流程图如图2 - 2 所示： 图2 - 2t a b l e p r o e e s s _ t a s k 进程流程图 其中e s t _ g e t _ t a b l e 0 1 拘功能是可以分析t s 流中的p a t 表和p m t 表，并将分 析道的数据保存在全局变量t a b l ed a m m a x _ n u m b e r0 f _ p r o g r a m 中。如果 成功地分析了p a t 表和p m t 表( 对表的捕捉是通过调用函数：g e t _ t a b l e 来完成 的；对表的分析基本上是按照语法结构进行分析的) ，函数将返回t a b l e _ s e t u p _ o k ， 否则，返回其他错误信息值。 以上提到的全局变量t a b l e _ d a t a m a x _ n u m b e ro f p r o g r a m 是用来存 储节目信息的结构体t a b l e的一个实例。 的每一个成员都对应e l e m e n t _ t t a b l ed a t a 着一路节目，序号标志节目号。 该结构体的定义如下： t y p e d e fs t r u c t b o o l e a ni n u s e ；标志是否可用 第二章h d t v 码流发生器内置信源解码板的描述 e l e m e n t a r y _ te l e m e n t 5 ；存储每一路节目的基本流信息 u 1 6 p e r _ = _ p i d ；保存该路节目的p c r _ p i d t a b l ee l e m e n t _ t ； 其中结构体e l e m e n t a r y _ _ t 的定义是： t y p e d e fs t r u e t 、u 8a t o m _ t y p e ；基本流类型 u 1 6 e l e m e n t a r y _ p i d ；基本流p i d ) e l e m e n t a r y _ t ； 如图2 2 所示，当分析p a t w m t 表成功得到了节目信息后，就会调用 s e t _ o n e _ p r o g r a m _ p i d ( p r o g r a m _ n u r n ) 函数来实现解码和现实功能( 包括设置 a u d i o _ p i d ，v i d e o _ p i d ，和p c r _ p i d 三个部分) 。 t s ( l v d s ) 流直接输入的实现： 在 m a i n c中调用 d e vs e l e c tt s )实现在设备初始化时就被设置为ts流_input(tsln_pins)(l285 输入。 为适应硬件部分的s d r a m 的改变，软件部分所作的修改为： 参看文件s y s _ i n i c 中l i n e7 2 9 一l i n e 7 3 1 撑i f d e fs d r a m6 4 m 产6 4m b i td e v i c e s + s t s y s _ w f i t e c f g r e g g ( c f g _ m s t , c f g _ m s t _ m 6 4 s t s y s s d r a m _ r e f r e s h _ i n t e r v a l ) ； 托t s e产1 6 i td e v i c e s + s t s y s _ w f i t e c f g r e g g ( c f g _ m s t , s t s y s _ s d r a m _ r e f r e s h _ i n t e r