（信号与信息处理专业论文）dvbc机顶盒信源解码部分硬件的研究.pdf

摘要 数字电视机顶盒是由模拟电视向数字电视过渡的中间产品。在我 国，对数字有线电视机顶盒的开发具有重要的实际意义。在数字电视 机顶盒的开发研制中，机顶盒硬件的设计是整个开发工作的基础和重 要组成部分，而信源解码板的研制则在机顶盒的硬件设计中处于核心 地位。 本论文的主要工作是完成机项盒信源解码部分硬件系统的设计与 调试。该信源解码板以l s il o g i c 公司的单片信源解码器s c 2 0 0 0 为 主芯片进行设计，主要完成解复用、音视频解码、视频编码、音频 d a c 、图形处理等功能。它的输入为传输流( t s ) ，作为一个独立的部 分，该板可以配接多种信道解码前端，如o f d m 、q p s k 、q a m 等。 因而无论采用什么样的信道传输方式，本课题所研制的信源解码板都 能进行解码。另外，它还有一个同步并行接口( s p i ) ，接收基于l v d s 电平的信号。硬件调试主要使用l s il o g i c 公司提供的j t a g 工具， 并结合p c 机的r s 2 3 2 串口进行。本课题研制的信源解码板经过调试， 已经较好的实现了预期的功能。 本论文首先简述了数字电视机顶盒以及m p e g 2 和d v b 标准， 而后详细介绍了信源解码板硬件系统，最后介绍了信源解码部分硬件 系统的布线与调试过程，并给出了印刷线路版图。另外，文中还对主 芯片s c 2 0 0 0 和p s o s 操作系统进行了简单介绍。 关键词：机顶盒，数字视频广播，智能卡，同步动态存储器，s c 2 0 0 0 ， j t a g a b s t r a c t d i g i t a lt vs e t t o pb o x i st h ei n t e r m e d i a t ep r o d u c tf r o ma n a l o g u e t vt od i g i t a lt v , s oi ti si m p o r t a n tt od e v e l o ps t b i nt h er e s e a r c ho f s t b h a r d w a r ed e v e l o p m e n ti s o n eo ft h eb a s i cw o r k si nt h ed e s i g no f s t b ，a n dt h ed e v d o p m e n t o fs o u r c ed e c o d e rb o a r di st h ek e yc o m p o n e n t o ft h es t bh a r d w a r e d e s i g n t h et h e s i sa i m sa tt h ed e s i g na n dd e b u g g i n go ft h es o u r c ed e c o d e r b o a r d t h es o l u t i o nb a s e so nl s i ss c 2 0 0 0 ，w h i c ha c c o m p l i s hd e m u x ， d e c o d e r , d a c ，i m a g ep r o c e s s i n ga n ds oo n a sa ni n d i v i d u a lp a r t ，t h e b o a r dc a nb eu s e dw h a t e v e rt h ec h a n n e li s o nt h eb o a r dt h e r ei sa l s oa s y n c h r o n o u sp a r a l l e l i n t e r f a c e ( s p i ) ，w h i c hc a nr e c e i v el o wv o l t a g e d i f f e r e n t i a ls i g n a l w i t ht h eh e l po fl s i sj t a ga n dr s 2 3 2p o r t ，t h e s o u r c ed e c o d e rb o a r dh a sb e e nd e b u g g e da n dr e a l i z e d f i r s t l y ，t h et h e s i si n t r o d u c e sd i g i t a lt vs e t - t o pb o x ，m p e g 一2a n d d v bs t a n d a r d ；s e c o n d l y ，p r e s e n t st h eh a r d w a r ed e s i g no ft h es o u r c e d e c o d e rb o a r di nd e t a i l ；f i n a l l yt e l l so f t h et e c h n i q u eo f l a y o u t , h a r d w a r e d e b u g g i n g a n d p r e s e n t sap c bd r a w i n g i na d d i t i o n ，t h et h e s i si n t r o d u c e s s c 2 0 0 0a n d p s o s y s t e m k e y w o r d s ：s e t - t o pb o x ，d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ( d v b ) ，s m a r t c a r d ， s d r a m ，s c 2 0 0 0 ，j t a g 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。也不包含为获得鑫洼盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同t 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。 学位论文作者签名：马凤皋 签字日期：工口口；年工月2 l 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘生有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞鲞盘鲎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：弓目牟 签字日期：2 0 0 3 年2 月2 | 1 日 导师躲冬战 签字日期：弘以年。月t 夕目 第一章绪论 1 1 数字电视发展概述 第一章绪论 在信息技术迅猛发展的推动下，电视数字化的步伐加快了。2 0 世纪9 0 年代 以来，世界发达国家都在积极研究开发数字电视广播。目前，许多国家已经在卫 星广播、有线电视广播和地面广播中采用数字电视技术。数字电视的重要性表现 在以下几个方面：第一，信号压缩技术提高了频谱利用率，传输一路模拟电视的 带宽可以传送4 1 0 路标准清晰度数字电视节目：第二，信道编码技术提高了信 号的传输质量：第三，数字电视能够提供多方面的信息服务，而不仅是将原有模 拟电视数字化。或提高和改进原有电视的某些性能指标。数字电视作为一个信息 传输平台，除提供电视广播外，还将提供其它多种业务。数字电视促进了电视、 计算机和通信业务的融合；第四，电视是人们日常获取信息和娱乐的重要途径， 数字电视的发展必将影响到千家万户。因此各国政府出于对本国政治利益和经济 利益的考虑，对数字电视的研究开发、标准制订和产业发展给予积极的影响和支 持。 首先，谈一下数字电视和高清晰度电视的概念及它们之间的关系。从时间 上讲，先有高清晰度电视，后有数字电视。电视技术在完成了黑白电视向彩色电 视的过渡之后，人们希望能够进一步提高电视图像的清晰度，以达到电影胶片的 图像质量。日本人最早提出高清晰度电视( h d t v ) 的概念，并在8 0 年代初期 ( 1 9 8 1 ) 完成世界第一套高清晰度电视演示系统。按照国际电联( i t u ) 的定义， 高清晰度电视是观看者在距h d t v 显示屏高度三倍距离上所看到的图像质量具 有观看原始景物或表演所得到的印象。换句话说，高清晰度电视的图像质量应相 当于3 5 m m 胶片的质量。高清晰度电视在水平和垂直方向上的清晰度是原有电视 清晰度的两倍，其包含的信息量大约是常规电视的五倍，显然，用原有的电视节 目传输方法传送高清晰度电视节目是不现实的。h d t v 是8 0 年代提上日程的， 日本率先开发出h d t v 。它于1 9 8 9 年就试播了m u s e h d t v ( 多莺抽样编码) 。 几乎同时欧洲掀起了m a c 和h d m a c 制的研究，并于1 9 9 2 年在巴塞罗那奥运 会上正式采用h d m a c 转播。无论是m u s e h d t v 还是h d - m a c ，其信号的 传输形态仍然是模拟调频( f m ) ，频谱很宽，一套节目就要占用一个卫星转发器 频道( 2 4 m h z - 3 0 m h z ) ，使节日的扩展和频道的利用率受到限制。因此，在高 清晰度电视传输方案上，无论日本首先提出的m u s e 体制，还是欧洲随后提出 第童绪论 h d - m a c 体制，二者的应用都局限猩卫星广播上。在技术上，混合传输方式不 可髓实瑗蠲一个模掇嚷键撅莲蒋送一鼹高清嚷瘦壤巍节嚣。嚣辩，实鞋绩送痔硪 图像的黼要，促进数字视频压缩技术的发展。当数字视频压缩技术能够把图像的 信息量压缩2 0 5 0 倍时，就出现了数字电视。数字嫩视为高清晰度电视节目提供 了一个凝的更经济更蜜角豹传输手段，丽高遣磁度旗搅只是数字电视广播的业务 之。鬻诧，现在不露肇弦谈谂赢漶鞭度毫褪，弼跫强调数字电褫这个大橛念。 由于数字音视频编码压缩技术的迅速发展与实用化，使得数字高清晰度电 视广播肖了一条新的出路。1 9 9 5 年，美国通信蛰员会( f c c ) 提出了美国数字 毫飒标壤戆建议。1 9 9 6 年1 2 是，f c c 通过了“a t s c 数字蛰鼹酝礁”，1 9 9 7 每4 月。f c c 为全美1 6 5 0 个电视台指派了用于数字电视广播的频道，并公布了到2 0 0 6 年所有电视台全部实现数字播出，彻底停止现行模拟广播的日程袭。美国提出的 全数字频道兼容m p e g - 2 压缩编码的h d t v 体制既适合卫星广播也适合地砸广 撵窝纛线电程系缝镥簸，它投占瘸一个荚容熬墙瑟广播毫褪强遴 ( 6 m h z 一8 m h z ) ，丽艇1 0 0 0 线以j 二的高清晰度碱面和5 1 声道的环绕立体声达 到了视听的理想境界。同时，数字传输的特点为多种信号复用提供了方便。因此 这耱全数字颓遭兼容h d t v 已为擞爨各国所公认秘接受。美国予1 9 9 8 年1 2 曩 2 5 露蘸按照美国政藤翎定静髂睾稼准裙蕊侠数字电视遗嚣广掇进程的摇絮文 件，分j 阕兰个主要电视网的2 6 个电视台正式广播了h d t v 节目，并且决定在2 0 0 6 年前停此全国的模拟电视广播，代之以数字电视广播。 焱奖蓍豢囊下，敬溯迮舞始磷剿数字毫裁并劐霆垂己弱数字电援标准，靼 d v b 标准。欧洲研话6 数字电视虽然在美国之后，键它们很重视数字电视可以增 加节目内容这个潜在的优势。它们淡化处理1 0 0 0 线以上的高漓晰度( h d ) 和 5 0 0 线庭右的标准清暾魔( s d ) 之阈的界限，丽是抓住数据压缩可以比模拟制式 更苓餐带宽这个褥纛，潜心于卫星数字挠频广摇( d v b s ) 窝毒线数字褪菝广攒 ( d v b - c ) 这两项开发，努力把更多的节目通过卫星送往全国，通过光纤和电 缆传送到家庭。数字视频广播( d v b ) 1 9 9 3 年在欧洲兴起，短斑几年时间已谶 入实用纯和产品化阶嫒，芽以糠人蚋速度发震。d v b 系统包括d v b s 、d v b c 稆d v b - t ，其中最突蹬髂是d v b - s ，由于其广攒方式簿单。波备投资少，k u 波段广播用o 4 5 o 6 m 的天线就能接收到清晰的圈像，而被许多豳家广泛采用。 与此同时，亚洲、澳洲也纷纷为其辩展数字广播积极地做准备，纷纷制定各自的 数字毫撬标准帮广搔溉援全瑟数字纯戆誊淫安接，澎袋一羧全臻纯翡数字渡潮。 数字技术与汁辫机授术的出现，使世界电子技术跨入了一个新时代，我国也 一直紧躐世界技术的步伐。在我国众多省市、地方电视台都实现了电视节目的数 字卫星广播和接收。中央电视台和许多地方省台都在通过卫星囱全国传送数字卫 第一章绪论 星节目。电视台的发送和接收设备大都实现了数字化，只是当电视台将数字节目 簌卫星上接致下来之嚣，耱然褥其变成模聿羹售号逶避鸯线奄程网遴舞各家庭。冬 以往的模拟电视业务相比，数字电视不仅在节省频谱资源、提高节目质量方面带 来了一场革命，而且，猩传送业务倍息方面，也开辟了一个新的时代。自因特嗍 避入实髑以来， 乍为一种巍型数字偿想传辕业务，葜业务葶申类秘用户数量不颧增 加，几擎达到“无蹙不巍”髂程度。熊有上潮测筵新功毙的电秘梳w e b t v 应运 而生，成为生产厂家和网络服务商们巍争的热点。 l 。2 数字邀巍规预盒发展概述 无论魁以前的模拟彩电还是现农的数字处理电视都不具备对数字电视信母 进行解码的功能( 数字电视接收和聂示一体机除辨) ，因而需要种能够接收数 字毫筏绩芍并转变或搂稼信号赣密斡中阙设备，这簸蹙数字毫褫橇续盒。它是态 当着电视台发送的数字电视信号与用户的显示设备二者之间桥梁的一种接收装 置，是随赣数字电视广播的发展而出现的。 数字电视规硬盒分为数字卫星飘项盒，数字撬落瓿疆盒，数字鸯线电视瓿 顶盒，其中，数字卫羹税项盒称为综仑监务接收祝( i r d ) ，靥来接收数字卫星广 播节目。我们所看的许多卫视节目都怒有线电视台通过专业的i r d 从卫星接收下 来，再通过电缆转发至家庭的。数字地面机顶盒的功能与数字卫凝机顶盒类似， 瘊不霹鹣只是黄辕夯凌藏翌星售遂变躐了蘧瑟_ 广搔壤遘。该类辊溪鑫繇使惩频搴 为v h f 和u h f ，但由于这种无线信道盼情况比有线电视阏络复杂樽多，所以它的 信号传输技术与数字有钱电视机顶盒也有较大差别。数字地面机顶盒的关键技术 是编码歪变频分复用d 瀚，该技术埘蠢效她解决数字蟪疆广搔中艨存在豹多经 接收、邻猿予抗等闯禚。在模羧毫褫广撵系统审，多经接牧舅逡蔽瓣像重影，褒 数字电视广播系统中，菜些特定相位的多径信号可能因信号间相位叠加，导致接 收失败。另外，数字广播信号与模拟广播信号之间以及数字广播倍号之间会存在 邻频予抗，数字广播羞簧剃疆邻频投拳提毫带宽剩捌率，频道蠹懿襄效辏葑功率 剐必须低予模拟电视广耩的有效辕瓣骢率，并且态保持频谱功零密度恒定。正交 频分复用c o f d m 克服了上述的问题，它将串行数据流划分为多个比特的码元，每 个码元可有数千比特，然后用这些比特去调制被置于个频段内阐隔很小韵数下 令据互燕交豹载波。逶l 霪没置这些载波的缳妒闽舔帮选豢能量瓣穰攫，镬菜一特 定载波在邻近频道上的能量为零，从而提供较好的邻频抑制能力。我国己计划在 十年内以数字电视取代现有的模拟电视机，并对全园的电视台进行数字化改造， 这个过稷楚相当长的，因此，在这个避渡时期，数字溉强规顶盒的商场应是非常 第一章绪论 大豹。数字窍线电视规磁愈的基本原理姆数字卫星飙璎鑫、数字地融机项盒媚嗣， 只是信号传输奔质是全电缆网络或炎纾嗣轴混台蹋。毽由于有线龟褫网络较好 的传输质擞以及电缆调制解调器技术的成熟，使得该类机顶盒可以实现各种交互 式应用，势拨业界广泛潜好。事实上，该类机顶盒可以支持几乎所谢的广播和交 互式多媒终应嗣，妻瑟数字邀疆广播接狡、毯子节嚣疆窝( e p g ) 、准视频点撵( n v o d ) 、 按次付费观看( p p v ) 、软件在线升级、数据广播、i n t e r n e t 接入、电子邮件、 i p 电话和视频点播等。 数字电视的发展方向肓两个方露：一方面，璃游磷度的图像怒人们追求的 理想簿毫褫螽蔼效莱，掰黻数字毒清壤发电筏是数字魄褫静嚣标之一；另一方瑟， 在数字电视系统中提供多种创新的服务功能也是一个重要的发展方向，所以数字 电视机顶窳技术的发展会朝着这两个方向前进，而且最终会是将二者集于一身。 目翦，用予接瘦标准瀵灏攫数享电视节髫静杭顶鑫熬主要发曩方国怒数据骚务鞠 交互式服务。 数字电视的多方面的优越性及其猩功能和市场中的巨大潜力使得d t v 和新 一代数字电视机项盒成为众人瞩目的焦点。在国外，数字有线电视机顶盒市场正 在燕子繁蘩玲毅。在孛瓣，专线毫撬跫避入予家万户，麸摸援电褫翻嵩凑辑瘦数 字电视，估计过渡藕为十几年。在此期间，模拟电视与数字电视将共存。目前， 全国模拟彩电的社会拥肖量2 亿台以j = = ，对用户来说，用机顶盒收肴数字电视悬 最经济、最有效豹过渡方案。我国有上亿个有线电视翔户，两且每年以近i o 的 速度增长，如果鸯蕊戆壤户希望接收数字毫筏节瓣，翔需要蔻哥万台数字辊矮 盒。巨大的潜在市场，吸引着i t 、电子、信息服务以及娱乐业匣头纷纷加入竞 争。由于逐步认识到数警机项盒的巨大市场潜力，消费电子厂家、计算机公司、 逶售设套公越以及广撂旗援公司等纷纷舞始捻占辊璎焱颁域酶剿惑点。 1 3本论文的任务 本谈熬熬整薅餐务楚鹾鞠骜台d v b 。c 菰准熬数字莠线电褪橇璞鑫，包括硬 件和软件。目前，国外的很多芯片生产商对于标准清晰度的数字电视机顶盒有较 完整的解决方案，如s t 公司的s f i 5 5 0 0 的单片方案l s il o g i c 公司的 l 6 4 0 0 8 + l 6 4 0 0 5 的两片方寨和s 0 2 0 0 0 擎片方案。擞攥多方露豹调磷，确定采用 l s il o g i c 公砑懿单芯冀煞决方案。在魏基韬上辩梳琰鑫的功髓舞爨一定的要求， 通过硬件和软件的各自阡发和相互配合完成机顶盒的研制工作。 本课题的任务主要可以分为两个部分：一、硬件部分的研制羊开发：二、 软 孛部分懿设诗翻开发。其中硬转疆裁主要分残傣添解羁攫秘信遘缀嚣部分。较 第一颦绪论 谗豹开发主要包括用户器蘑和频道接收控制的设讨。 本论文工终是整个谍蘧豹一部分，主要任务楚橇矮盒信源解蕊蔽硬侔懿设 计和开发。信源解码掇作为一个独立的部分，可以配接多种信邋解码前端， o f d m 、q p s k 、q a m 等。这样，刁i 镣采用什么样的信道传输方式，本课题所研 割豹蓿滚勰鹳叛都能连接，势糍进 亍熬鹤。零论文熬任务灸： 1 研究m p e g 2 标准羊旺d v b 标准的相美部分。 2 研究s c 2 0 0 0 ，s d r a m ，f l a s h 等相应芯片资料。 3 设讨、制作和调试信源解码板硬件部分，并参加整个机顶盒的系统调试。 第二章m p e g 2 和d v b 标准简介 第二章m p e g - 2 和d v b 标准简介 2 1 m p e g 2 标准概述 2 1 1 m p e g 概述 m p e g ( m o v i n g p i c t u r ee x p e r t g r o u p ) 即“运动图像专家组”，这个专家组的 任务是给用于数字储存介质、电视广播和通信的运动图像及伴音制定一种通用的 编码方法。符合这种编码方法的视频可以作为计算机数据的形式加以管理，可以 存储于各种存储媒体，可以在现有的或将来的网络上进行传送和接收，也可以在 现有的和将来的广播频道中进行分配。 m p e g 专家组开始为数字视频压缩制定语法规则时，其目标是将视频灌入激 光盘，传输率为1 4 1 6 m b s ，图像分辨率为n t s c ：3 5 2 x 2 4 0 ，p a l ：3 5 2 x 2 8 8 ，它是 一个面向帧的句法而不是面向场的句法，称为m p e g 1 。m p e g 一1 已经有效的用 于v c d ( v i d e o c d ) 和c d r o m 等光盘产品中，c d 盘的激光唱片能够储存7 4 分钟的、经m p e g 1 压缩的视频和音频数据，活动图像的质量相当于v h s 水平。 m p e g 一2 专家组为广播方面的应用制定了m p e g 2 ，m p e g 一2 规定的图像格 式符合i t u - rb t 6 0 1 建议( n t s c ：7 0 4 x 4 8 0 ，p a l ：7 0 4 x 5 7 6 ) ，规定的码率为 4 m b s - 8 m b s 。另外，m p e g - 2 中不仅有逐行扫描，也有隔行扫描，1 6 ：9 宽高比， 在一个系统码流中可以有多个视频信道。此外，m p e g 2 也包含了h d t v 标准。 m p e g - 2 已经被国际上公认为h d t v 信源压缩编码的标准，它被广泛用于d v d 、 广播电视、多媒体、信息高速公路、电子影院等多种领域中。 m p e g 被一致认为是比较成功的运动图像压缩标准，主要得益于它选用的关 键技术的广泛适用性和有效性。m p e g 中的关键压缩技术有三个：d c t ，运动补 偿和h u f f m a n 编码。d c t 大大减小了图像的空间冗余度，运动补偿大大减小了 时间冗余度，而h u f f m a n 编码则在信息表示方面大大减小了冗余度。这几种技术 的综合运用，使m p e g 适用性强，压缩率较高。 2 1 2 m p e g 2 标准简介 m p e g 一2 是m p e g 制定的第二个m _ p e g 标准，由系统、视频、音频几个部 分组成，另外附加一个性能测试部分。m p e g - 2 是m p e g 1 的进一步发展， m p e g 一1 是针对s i f ( s t a n d a r dt a p u tf o r m a t ) 视频清晰度电视的数字压缩标准。 第二章m p e g - 2 i ld v b 标准简介 m p e g 2 是针对标准视频清晰度电视的数字压缩嬷准。无论是m p e g 一1 还怒 m p e g - 2 ，都不是精确豹矮箨实麓搽磴，瑟是臻定惫样把螽豫、声鸯穰鼗舞嚣绣 后复接到一串数据包流程中，以供传输的通用性描6 述。换句话说，m p e g 标准精 确规定的是编码后的数据流格式，而不是编码过稷。 2 。1 。2 。1m p e g - 2 夔类帮级 m p e 6 2 标准覆盖一个广泛的应用范围，因此有较强的通用性；但是在实现的 时候，如果要求解码嚣全面满足算法规定的全部语法，那么解碣器就会很复杂r 也是缀遗；经济的，这戴要求锗对不瓣瘫用有其特殊拣。 为了解决通用健釉特殊性的矛鼹，在单一的语法基础上，针辩不两应焉，标 准规定藩下个语法予集，这就是p r o f i l e ，即类。它对应于不同的编码复杂程度 分为5 种：简单类、擞类、s n r 可分级类、空间域可分级类和商级类。在同一 个语法子集蠹，霹溺一个类连，嚣要疆理夔瑟檬参数毪毒攫大不弱，m p e g 一2 逐 规定了若干个l e v e l ( 缀) 加以区剐对待。级对应予不同的图像格式可分为4 稀： 低级、主级、高1 4 4 0 级和高级。如袭2 - 1 所示。 筇二：章m p e g ，2 和d v b 标准简介 表2 - 1 “类”稻“级”戮表示意蔼 类( p r o f i l e ) 级( l e v e l ) 简单类主类信嵘比可空间城可分商级类 ( 觳蕊妈辜) ( s i m p l e )( m a i n ) 分级类缓类( s p a t i 幽( h i 辩) ( s n r ) 高级( h i g h ) ( 8 0 m b i f f s )m p m lh p h l 1 9 2 0 x 1 0 8 2 x 3 0 1 9 2 0 x 1 1 5 2 x 2 5 高1 4 4 0 级 ( h i g 珏1 4 4 0 ) m p h 1 4 4 0 ls s p h , 稿曩h p h 1 4 4 0 ( 6 0 m b a s ) 1 4 4 0 x 1 0 8 0 x 3 0 1 4 4 0 x l l 5 2 x 2 5 主缀( m a i n ) ( 1 5 m b i f f s ) s p m lm p m ls n r p mh p ：m l 7 2 0 x 4 8 0 x 3 0l 7 2 淑5 7 6 x 2 5 低级( l o w ) ( 4 m b i f f s ) m p l ls n r p l 3 5 2 x 2 4 0 x 3 0l 3 5 2 x 2 8 8 x 2 5 癸 目前，m p e g 一2 系统中存在5 个类( p r o f i l e ) ，每个类都会比它的前个类更 加复杂、更加完善弗提供更多的= e 具，同时其对应设备的价格也更商。 炎懿耪绥列 羧麓擎粪，该癸澄寄b 穰，罴爆4 ：2 ：2 ，没毒爵分续；疆君楚变类， 它 匕简单类增加了编码双向预测的功能，即：b 帧。在使用同样码流的情况下， 第二章m p e g ，2 和d v b 标准简介 它的质量会更好，但算法更加复杂，使用的芯片更多。主类的解码芯片可以兼容 简单类编码的解码，这种向下兼容性贯穿整个系列的“类”。主类使用4 ：2 ：0 无法分级。 在主类之后，是信嗓比可分级类及空间域可分级类。信噪比可分级：使用b 帧和4 ：2 ：0 ，有信噪比可分级。空间域可分级：使用b 帧和4 ：2 ：0 。这两种类分 别可以调整信噪比及图像清踌渡与码率之间的关系。由于其编码较复杂以及接收 设备价格昂贵，d v b 标准目前不支持这两种类。最高级的高级类不仅兼容前面的 低级类，兼备所有功能，而且可以进行多行的同时编码。而前面的类只能进行逐 行编码。高级类使用b 帧和4 ：2 ：0 或4 ：2 ：2 。 并不是所有的类和级的组合都有实际应用，其2 0 个组合中只有1 1 个是有用 的，称为m p e g - 2 适用点( m p e g 一2c o r nf o r m a n c ep o i n t s ) ，见表2 l 。目前主 要应用于数字卫星和电缆电视广播的是m p m l ，美国的g a 高清晰度电视用的 是r a p h l 。第一代欧洲d v b 接收机将提供直到“6 2 5 行演播室质量”( i t u r b t 6 0 1 ) 的图像，可以按4 ：3 或1 6 ：9 宽高比显示。确定了适用哪种适用点 后，还要根据服务要求确定所用的码率。一般地说，所选码率越高，图像质量越 好，但占用频带越宽。码率的选用与图像内容也有很大关系，对于运动较快的图 像，如体育节日等，需要较高的码率i 而对于卡通片等节目，月目所需的码率要低 一些。因此，目前在将多个节目比特流复用成一个比特流的情况下。都采用统计 复用的方法，它能在不同码率需求的节目之间灵活分配总码率。另外，m p e g - 2 的规定也只是码流句法规定，因此为在将来进行质量改进而不必改动解码器留有 余地。但就目前的技术水平来看，为了满足所有种类素材的要求，i t u r b t , 6 0 1 演播室质量所需数码率为9 m b i t s ，p a l s e c a m 搔出质量所需的数码率为5 m b i v s 。 在类中存在两种图像采样方式，即4 ：2 ：2 和4 ：2 ：0 格式。电视复合信号 可以分成亮度信号分量( y ) 和色差信号分量( r y 、b y ) 。4 ：2 ：2 格式是对 亮度信号进行4 个采样，对色差信号( r - y 、b y ) 各进行2 个采样，4 ：2 ：0 格式的色差信号( r - y 、b y ) 制作隔行采样，见图2 - 1 。如果使用8 b i t 采样，可 以算出对标准p a l 制电视信号进行采样后的4 ：2 ：2 格式图像码率如下： 亮度信号码率为：7 2 0 x 5 7 6 x 2 5 帧，秒x 8 b i t = 8 2 9 4 4 m b i t s 色度信号码率为；2 x l 2 x 7 2 0 x 5 7 6 x 2 5 帧秒x s b i # 8 2 。9 4 4m b i u s 总码率为：8 2 9 4 4m b i t s + 8 2 9 4 4m b i f f s ；1 6 5 8 8 8m b i t s 可以看到，没有压缩的电视图像码率非常高，占用带宽太宽，不适用于传输， 即使采用4 ：2 ：0 格式，图像码率也高达1 2 4 4 1 6m b i t s 。m p e g 2 的压缩算法采用 除去电视视频信号的时间冗余和空间冗余的算法，使码率降到3 8m b i t s 仍可获 第二章m p e g ，2 和d v b 标准简介 褥质量潦濑豹圈像，搜数字电视的转辕成为可我。 级 圈圈圈 圈囫圈 囫囫圈 圈圈围 r 圈圈 囹 园囵图 ( 由 v i l t - y _ * y - - 4 ：4 ：4 ( 格式) ；y 样点 口：r y 样点 ：w 榉赢 ( b ) m r - y b - v 叫：2 ：2 ( 格式) ；y 撵点 口：r i y 样点 l b y 样点 ( n y 碡y j b y - - - - 4 ：z ：a ( g h 式 ：y 样点 口二r y 样点 ：b i y 样点 凿2 1 亮度麓号、色差信母穰式 摄撼强像苇强源熬瀵激度由 囊到麓熬不弱，d v bm p e g 一2 标壤分藏诲多级 第二章m p e g 。2 和d v b 标准简介 最低的照低级( l o wl e v e l ) ，其清晰艘是i t u rb t , 6 0 1 建议的汹分之一，即： 3 5 2 x 2 8 8 x 2 5 顿黟：主缀( m a i nl e v e l ) 怒完全符台i t u rb t 6 0 1 建议豹标准，帮： 7 2 0 x 5 7 6 x 2 5 帧，秒；高1 4 4 0 级( h i g h1 4 4 0l e v e l ) 采用了每行1 4 4 0 个样点的采 样方法，宅适应长宽比4 ：3 屏幕的高滴晰度电视；商级( h i g hl e v e l ) 采用了黛 高熬每抒1 9 2 0 撑点熬采撵方法，它逶瘦长宽比为1 6 19 屏幕熬离瀵壤废电视。 霞前在世赛上最常用的m p e g 2 标准是m p m l , 即：m a i np r o f i l e m a i n l e v e l ，它熄第一代数宁肖线电视和数字卫星电视的基础，节目撼供者可以提供 5 0 0 线质檄的节目，图像的长宽比可以是4 ：3 或1 6 ：9 。至于码率，它是由节目提 貘者攫撰繁茂匿量寒选焱夔，强豫霞鬃越裹，瑟鬟璐率越裹；爱之翊越低。 2 1 2 2m p e g - 2 码流复用及服势信息 参照图2 _ 4 数字电视传输方框图，音频、视频及数字信号首先经过m p e g 一2 编码纂遴纷数据压薅，遴过节曩蔓淄嚣影藏基搴弱濂( e s ) ，基零褥滚经过打蕊 后形成谢包头的基本弼流( p e s ) 。代袭不同音频、视频信号的p e s 被送入传输 复用器j 皴彳亍系统复用，复用后的码流叫传输流( t s ) 。传输流中包括多个节目源 豹不同傍号，为了区分这些信号，农系统复用嚣上褥要加入i 艮务信息0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 - 是 k u s e g 0 x 1 f f f f f f f 0 x l f f f f f f f 0 0 1 o l l0 x 2 0 0 0 0 0 0 0 - 0 x 2 0 0 0 。0 0 0 0 - 否 k u s e g 0 x 7 f f f f f f fo x 7 f f e f f f f 1 0 00 x 8 0 0 0 0 0 0 0 一0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 一是 k s e ：g o ( c a c h e d ) 0 x 9 f f f f f f f0 x l f f e f f f f 1 0 10 x a 0 0 0 0 0 0 0 一0 x 0 0 0 0 。0 0 0 0 一 是 k s e g l o x b f f f l f f f fo x l f f f | f f f f ( u n c a c h e d ) l l o 。l l lo x e 0 0 0 0 0 0 0 - 0 x e 0 0 0 0 0 0 0 - 否 k s e 9 2 o x f f f f + f f f fo x f f f e f f f f k u s e g 霹在鑫竣每霜户模式中游滔，主要雳予臻户程t | 葶熬访勰，疑露提供对 内核模式中的相同地址进行壹接访问，k u s e g 的地址直接映射到物理地址。k u s e 9 2 第三章数字电视机顶盒功能结构概述 不可以被用户程序使用。不可缓存的k s e g l 是为了访问外围设备和其它不需缓存 的代码，比如初始化代码，c p u 执行从虚拟地址到物理地址的转换。k s e 9 0 和 k s e g l 的虚拟地址通常被映射到相同的物理地址空间，表现为5 1 2 m 字节物理地 址的1 6 m 空间。一般使用k s e g o 和k s e g l 地址段。c p u 子系统的物理地址是从 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 到0 x l f f f f f f f ，这5 1 2 m 字节可划分为s b u s 地址范围、e b u s 地 址范围、i - b u s 地址范围、基本信息单元和缓冲控制器( b b c c ) 、i c e 端口寄存 器以及保留部分。其中，i - b u s 地址范围共1 6 m 字节，分为7 个1 m 的空间，分 别用于微控制器、s d r a m 控制器、传输、解码、o s g 、混合器编码器和外设接 口的寄存器，剩余9 m 字节保留为未来使用。 3 3 2 1 2 计时器 s c 2 0 0 0 的c p u 子系统包括6 个3 2 位的计时器，其中汁时器0 3 的时钟频率 为5 4 m h z ，计时器4 5 的时钟频率为1 0 8 m h z ，计时器4 - 5 是由c p u 核心使用 的。计时器0 - 1 是有中断能力的通用计时器，它可以执行一次性操作( 计数到0 时停止) 也可以执行连续操作( 计数到0 后又从头开始) 。 计时器2 是芯片专用的看门狗计时器，当中断没有应答时，它通过程序使芯 片软件复位。如果计时器2 工作在连续模式，当它计数到1 后，又从初始值开始 计数，当它再次到1 后，状态寄存器中的中断位置1 ，燕个芯片硬件复位。如果 中断位由软件置0 ，计时器2 将它重新置1 ，又从初始值开始计数。 计时器3 是一个访问监视计时器它用于监视对c p u 的访问。当一次访问 开始时，计时器3 从初始值开始计数，如果它计数到0 后，访问还没有完成，状 态寄存器中的中断位置1 ，c p u 子系统执行一个清除操作，并通知微处理器产生 了总线错误。计时器3 不但监视来自于c p u 的访问，而且监视e b u s 上的写操 作。 3 3 2 2 传输解复用子系统 这个子系统集成了m p e g 2 传输层的所有解复用功能，从传输流中取出音视 频基本流，发送到各自的解码器中。信道接口从前端接收到m p e g - 2 传输包后， 自动进行传输包同步检测。一巨同步建立，就会将传输包发送到p i d 预处理器 中。p i d 预处理器分析输入的传输包，检查它们的p i d 值，只有和p i d 表匹配的 p i d 值才能通过第一步滤波，不匹配的包被丢弃。p i d 表选择视频和音频p e s 数 据、节目专用信息( p s i ) 、服务信息( s i ) 和私有数据。通过p i d 滤波器的传输 包被送到d v b 解扰码器中，经过解扰的包进入p i d 后处理器，在经过几次滤波 后，视音频p e s 数据直接进入a v 解码器中，而其它数据被送到外部s d r a m b 的循环缓冲器中，c p u 能直接从存储器中读数据。 第三章数字电视机顶盒功能结构概述 s c 2 0 0 0 有一个p c r 时钟恢复模块用于锁定和跟踪本地时钟，它能直接和一 个外部压控振荡器相连，后面有详细介绍。 3 3 2 3 音视频解码子系统 s c 2 0 0 0 的音视频解码子系统可以接收多种压缩数据；由传输子系统提供的视 频打包基本流( p e s ) 和音频打包基本流；m p e g 一1 系统流或m p e g 2 节目流( p s ) ： 视频和音频基本流( e s ) 。它与m p e g 2 标准完全兼容，支持自适应场帧间运动 补偿、双重初始运动补偿、运动矢量掩码、块扫描交替、3 ：2p u l ld o w n 和1 8 象素精度运动搜索。该子系统包括三个部分：视频解码器，音频解码器和音频 d a c ，它们都工作在8 1 m h z 时钟下。 1 系统分层解码 s c 2 0 0 0 对数据包和p e s 层进行系统分层解码，其日的是为了支持视频和音 频定时标记的提取以达到同步。s c 2 0 0 0 能对m p e g 2 数据包层和视频、音频p e s 包进行解析，其它形式的p e s 包被丢弃，它也能解析m p e g 一1 系统流。以m p e g 2 的p e s 包为例，说明系统分层解码过程。视频和音频流被分解成信息头和有效 载荷，分别存入s d r a m 中相互独立的缓存器中，因此有4 个缓存器以存放：视 频有效负载、视频p e s 头信息、音频有效负载和音频p e s 头信息。p e s 头信息 排队等待挂起的头信息。喜至解码时间到来。c p u 可以在任意时间读取p e s 头 信息缓存器的内容。c p u 从p e s 头信息缓存器中读取当前的定时标记，依照系 统延时进行调整，并将调整值写回解码子系统中，从而与音频和视频同步。调整 的值和一个参考了音频和视频单元的本地系统时钟进行比较，可以估训出实际的 当前时间和需要的当前时间之间的差值。根据产生错误的标记和数量，音频利视 频解码器可以独立的发出命令，跳过或重复某一帧。这个处理过程一直持续到解 码器与系统参考时钟同步。其它p e s 头信息中的参数可以根据需要读取，并受 到可编程p e s 头信息缓存器长度的限制。 2 视频解码模块 视频解码是数字电视机顶盒具备的最基本也是最蘑要的功能，视频解码的能 力体现了整个机顶盒的技术水平。视频解码的目的是将经过帧内编码、帧间编码、 统计编码等编码手段压缩过的视频图像数据重现出来。 本设计使用的主芯片s c 2 0 0 0 具有很强的解码能力，视频解码器支持m p e g 一2 丛野蛰吐l ( 主级，主类) 标准，图像分辨率虽高可达7 2 0 x 5 7 6 ，帧频为2 5 h z ，( n t s c 制：7 2 0 x 4 8 0 3 0 h z ) 。另外，它也能解码m p e g 一1 字节流。视频解码模块框图 如图3 - 5 所示。来自传输解复用模块的字节流，进入信道接口后，在预分析器中 分成包头和有效载荷数据分别存储到s d r a m 的不同缓冲区中( 视频包有效载荷 存储在s d r a m 的视频基本流信道缓冲区中) 。然后视频数据被送入信道读f i f o 第三章数字电视机项盒功能结构概述 中。后分析器对输入数据进行语法分析，然后对相应的数据进行i d c t 变换，结 果作为位图图像放在s d r a m 中。辅助数据f i f o 存储每个语法层的特定参数， 这些参数用于控制视频解码；用户数据f i f o 中存储m p e g - 1 m p e g - 2 字节流中 紧跟在用户数据起始代码后面的数据。c p u 通过输出寄存器读这些数据。视频 接口从s d r a m 中读图像数据，和s p u 数据混合后，输出到混合器编码器子系 统。 图3 - 5 视频解码模块框图 3 音频解码模块 s c 2 0 0 0 的音频解码器能处理线性p c m 和m p e g ( m u s i c a m ) 两种类型的输 入字节流：它有两个输出接口：音频d a c 接口和i e c 6 0 9 5 8s p d i f 接口。音频 解码框图如图3 - 6 所示。开始解码时，从s d r a m 的音频基本流信道缓冲区中取 出音频帧送到m p e o 解码器或线性p c m 解码器中。每个音频帧以一个同步字开 始，包括固定的字节数。音频解码器找到第一个同步字后立即开始解码，但是直 到它检测到下一帧的同步字，才能建立同步。解码的音频取样可以是1 6 b i t 、2 0 b i t 或2 4 b i t ，将它带符号扩展到3 2 b i t 串行数据后输出到d a c 接口。格式器从s d r a m 音频基本流信道缓冲区输入m p e g 字节流，加一个前同步码，并在后面填充若 下个0 。转换成i e c6 0 9 5 8 格式后输出到s pd i f 接口。i e c6 0 9 5 8 数据格式如图 第三章数字电视机顶盒功能结构概述 3 7 所示。m p e g 解码器和格式器同步运行，如果某一时刻，格式器检测到与解 码器- t n 步，它就会等待解码器或跳过当前正在处理的数据帧而重建同步。在 p c mf i f o 模式，c p u 通过接口寄存器将解码的p c m 音频字节写入f i f o 中。 s c 2 0 0 0 通过软件控制解码模式，解码器、格式器和p c mf i f o 经过复用输出到 音频d a c 或s p d i f 接口。 图3 - 6 音频解码框图 1u u 7 j o m 7 前同步码有效载荷填充位 + 一前同步码卜 一m p e g 数据帧- 一全0 图3 7i e c6 0 9 5 8 数据格式 第三章数字电视机顶盒功能结构概述 4 音频d a c s