科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展使廣播電視進(jìn)入了由彩色電視向高清晰度電視HDTV（High-Definition Television）跨越的過(guò)渡時(shí)代?隨著HDTV在全球的興起以及數(shù)字技術(shù)的日趨成熟，音/視頻產(chǎn)品數(shù)字化?高清晰度化已成為未來(lái)家電視聽(tīng)產(chǎn)品的大趨勢(shì)?HDTV采用了國(guó)際上流行的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)?MPEG-2規(guī)定了數(shù)字圖像的音?視頻編解碼算法以及傳送的碼流應(yīng)該符合的語(yǔ)法和語(yǔ)義，而其編解碼算法又參考了聽(tīng)覺(jué)心理模型和視覺(jué)心理模型?HDTV的圖像格式為1920×1080i，傳輸碼率高達(dá)20Mbps，同時(shí)采用視頻壓縮技術(shù)可使HDTV的每一幀包含更多的信息，大大提高了圖像的清晰度?HDTV在音頻壓縮方面采用了數(shù)字音頻的編碼和壓縮技術(shù)?現(xiàn)有的數(shù)字音頻編碼壓縮方案有MPEG-2?Dolby AC-3和美國(guó)AT&T的MPAC以及歐洲的MIX?它們都能實(shí)現(xiàn)5.1聲道，即三個(gè)前面的聲道（L?C?右聲道R）?兩個(gè)環(huán)繞聲道（左環(huán)繞聲道Ls?右環(huán)繞聲道Rs）和一個(gè)低音效果聲道LFE，使聲音效果可以達(dá)到家庭影院的音響效果?HDTV聲光效果上的優(yōu)勢(shì)，注定它的發(fā)展有著技術(shù)和市場(chǎng)的雙重必然性?為了適應(yīng)當(dāng)前電視市場(chǎng)的過(guò)渡時(shí)期，需要一種即能接收數(shù)字電視信號(hào)，又能解碼輸出用于顯示的中間設(shè)備--機(jī)頂盒，充當(dāng)電視臺(tái)信號(hào)與用戶顯示設(shè)備之間的橋梁?機(jī)頂盒是隨著數(shù)字電視廣播的發(fā)展而出現(xiàn)的，同時(shí)也必然隨著數(shù)字電視廣播的發(fā)展而不斷發(fā)展?本文論述的信源解碼器則是機(jī)頂盒的關(guān)鍵部件?

1 總體方案

根據(jù)本課題的任務(wù)和內(nèi)容，選擇了ST公司的數(shù)字高清晰度電視機(jī)頂盒系統(tǒng)解決方案，即ST20+Sti7000+Sti4600的三片方案?該方案采用ST20-TP4作為系統(tǒng)的主控制芯片，它負(fù)責(zé)將前端或LVDS板輸入的TS流解復(fù)用，同時(shí)負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化和系統(tǒng)音?視頻解碼控制?為了配合ST20TP4ST20TP4的運(yùn)行，需要配備一定數(shù)量的DRAM來(lái)提供運(yùn)行程序的存儲(chǔ)空間，并存儲(chǔ)TS流?解復(fù)用后的音?視頻PES流數(shù)據(jù)等?TS流經(jīng)ST20TP4解復(fù)用后分兩路輸出：一路是解復(fù)用后的音頻PES流，這路信號(hào)將被送入Sti4600STI4600進(jìn)行音頻解碼，解碼后的數(shù)字信號(hào)再通過(guò)DAC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://www.1cnz.cn/analog/" target="_blank">模擬信號(hào)輸出？另一路解復(fù)用后的視頻PES流將送入Sti7000STI7000進(jìn)行視頻解碼和格式變換?Sti7000所配的SDRAM用來(lái)緩存PES流?解碼幀?顯示幀?參考幀及OSD數(shù)據(jù)?解碼后的圖像以4:4：4的高清晰度格式送入視頻DAC電路進(jìn)行D/A變換?另外，為了配合實(shí)際需求，視頻模擬輸出要求兼容VGA（R，G，B，Hs，Vs）和Y，Pr，Pb兩種接口?其中，Y，Pr，Pb信號(hào)要帶有三電平或兩電平同步信號(hào)?

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)以ST20TP4為核心展開(kāi)，依據(jù)主控制芯片的總線結(jié)構(gòu)規(guī)劃視頻接口?音頻接口以及各類(lèi)存儲(chǔ)器?ST20TP4有一個(gè)32位帶符號(hào)的2的補(bǔ)碼地址空間?按32位地址尋址，總的地址空間大小為4G字節(jié)?（所謂“帶符號(hào)的2的補(bǔ)碼地址空間”是指該空間地址排列是由底部MixInt#80000000向下增長(zhǎng)至#FFFFFFFF，接著是#00000000然后增長(zhǎng)到MaxInt#7FFFFFFF）?整個(gè)尋址空間分為四個(gè)區(qū)（每區(qū)1G字節(jié)），由地址A31?A30決定?

需要注意：3區(qū)（A31A30=01 #40000000~#7FFFFFFF）為外部存儲(chǔ)器空間?外部存儲(chǔ)器接口（EMI）把它又分為4組，不同的外部存儲(chǔ)器和外部設(shè)備可以映射到其中?這4組中組0?組1和組3是通用存儲(chǔ)器組，每一個(gè)都可以通過(guò)有關(guān)寄存器的設(shè)置來(lái)選擇時(shí)序;組0和組1可以選擇DRAM型或SRAM型器件，組3僅支持SRAM型器件?EMI組2（#60000000~#6FFFFFFF）指定與MPEG音視頻解碼芯片接口?它提供4個(gè)選通信號(hào)：兩個(gè)MPEG解碼器IC的片選notCS0-1;兩個(gè)解碼器壓縮數(shù)據(jù)選通信號(hào)notCDSTRB0-1?其中notCS0-1用來(lái)請(qǐng)求一個(gè)MPEG解碼器寄存器存取周期，而notCDSTRB0-1用來(lái)請(qǐng)求壓縮數(shù)據(jù)寫(xiě)周期?這4個(gè)選通信號(hào)有效與否取決于組2的地址范圍，也就是說(shuō)可以依靠地址來(lái)區(qū)分不同的MPEG解碼器及同一MPEG解碼器的寄存器和壓縮數(shù)據(jù)接收FIFO?此外，為了與各種速度的MPEG解碼器件接口，當(dāng)選擇不同地址時(shí)，notCS0-1可以有不同的時(shí)序（可分別插入1~4個(gè)等待狀態(tài)）?

3 軟件編程

在機(jī)頂盒這種實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，由于CPU要同時(shí)對(duì)解復(fù)用?視頻解碼?音頻解碼等多個(gè)方面的事件進(jìn)行處理，其中既有通信問(wèn)題，又有同步等問(wèn)題?因而有必要采取多任務(wù)多進(jìn)程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的方式?應(yīng)用程序可以被分割成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)共享系統(tǒng)資源?本課題軟件開(kāi)發(fā)中使用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是ST公司的STLite/OS20?該操作系統(tǒng)已提供的內(nèi)容包括：較完整的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件?部分硬件驅(qū)動(dòng)和部分testtool命令?能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括：各種接口功能，如I2C?UART等;MPEG和AC-3音頻解碼?MPEG視頻解碼和顯示?基本流解復(fù)用?section濾波?OSD測(cè)試功能?時(shí)鐘恢復(fù)和SD輸出等?具體如圖1所示?

需要開(kāi)發(fā)的部分主要有：新增加和變動(dòng)的硬件模塊的驅(qū)動(dòng)?前端或LVDS輸入的控制?節(jié)目操作和管理模塊軟件的開(kāi)發(fā)?節(jié)目操作的軟件開(kāi)發(fā)中，節(jié)目信息的獲取?分析?保存和更新及節(jié)目數(shù)據(jù)庫(kù)的操作是非常關(guān)鍵的部分，這是因?yàn)椋阂环矫妫c前端或LVDS輸入模塊?解復(fù)用模塊?音?視頻解碼模塊等硬件驅(qū)動(dòng)層都有很大的聯(lián)系;另一方面，要實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒的音?視頻解碼功能，就必須從碼流中找到所有基本流的PID，需要對(duì)節(jié)目特定信息（PSI）進(jìn)行提取和分析? PSI（Program Specific Information）節(jié)目特殊信息包含了解碼器端解復(fù)用所需要的數(shù)據(jù)?在MPEG-2系統(tǒng)層標(biāo)準(zhǔn)中，每路數(shù)字節(jié)目都包含一個(gè)或多個(gè)基本流，每個(gè)基本流都分配了一個(gè)PID值作為標(biāo)記?節(jié)目?基本流或其中的部分內(nèi)容可能會(huì)被加密，但是PSI信息作為解碼的前提是不會(huì)被加密的?

傳輸流中的PSI信息可以分成四種表的結(jié)構(gòu)，每種表又可以分成多個(gè)section?這四種表分別為：節(jié)目組合表PAT（Program Association Table）?節(jié)目映射表PMT（Program Map Table）?有條件接收表CAT（Conditional Access Table）和網(wǎng)絡(luò)信息表NIT（Network Information Table）?PAT包含了所有的節(jié)目號(hào)及其相關(guān)PMT的PID值;PMT給出PAT表中列出的所有節(jié)目的基本流PID信息;CAT的任務(wù)在于準(zhǔn)備解密數(shù)據(jù)組用的信息（加密系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)?存取權(quán)的分配及各碼序的發(fā)送）;NIT可以傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和頻帶?轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)?通帶寬度等參數(shù)，MPEG對(duì)此表的內(nèi)容沒(méi)有做詳細(xì)規(guī)定?每個(gè)TS流中都應(yīng)該有PAT表，因?yàn)樗蠵MT和NIT表的PID值都在PAT表中給出，PAT的PID固定為0x0000，當(dāng)PAT表內(nèi)容更新時(shí)，表中的版本號(hào)version_number會(huì)增1?當(dāng)TS流中有一個(gè)或多個(gè)基本流被加擾，則需要在TS流里傳送一個(gè)PID值固定為 0x0001的CAT，提供有關(guān)加擾了的流的信息?PMT也是TS流中所必需的表，它包含了各個(gè)節(jié)目的基本流PID信息，這是解復(fù)用必不可少的，PMT的PID在PAT中給出?NIT表在TS流里不是必需的，它的內(nèi)容屬于私有數(shù)據(jù)表（private），如果TS流里存在NIT表，則它的PID值由PAT的內(nèi)容提供，且TS流中應(yīng)包含若干個(gè)private section?ISO/IEC 13818-1 MPEG-2系統(tǒng)層標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于PSI信息定義了四個(gè)section結(jié)構(gòu)，分別代表四個(gè)表的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?這四個(gè) section 結(jié)構(gòu)分別為：Program Association Section?Conditional Access Section?Transport Stream Program Map Section和Private Section?對(duì)各表信息的分析實(shí)際是對(duì)這些section結(jié)構(gòu)的內(nèi)容進(jìn)行分析?

對(duì)符合MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的傳輸流進(jìn)行音?視頻解碼前必須先經(jīng)過(guò)解復(fù)用分出音?視頻基本流?為了可以解復(fù)用分出音?視頻基本流，首先要分析PSI表的各 Section并從中提取基本流PID信息?尋找基本流PID主要對(duì)PAT和PMT兩個(gè)表進(jìn)行處理?這兩個(gè)表與基本流PID的關(guān)系可以用圖2表示?

解復(fù)用的過(guò)程是這樣的：首先，得到完整的PAT表，根據(jù)PAT的Section結(jié)構(gòu)找到所有的節(jié)目號(hào)和各節(jié)目號(hào)所對(duì)應(yīng)的PMT PID;然后，分別對(duì)PAT中列出的每一個(gè)節(jié)目進(jìn)行如下操作：根據(jù)該節(jié)目的PMT PID得到PMT表中對(duì)應(yīng)節(jié)目號(hào)的Section，按照PMT Section的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，進(jìn)而找到所有該節(jié)目的基本流PID值加以保存?

下面以加入新頻道為例，簡(jiǎn)要介紹分析PAT和PMT得到解復(fù)用所需的各基本流PID信息的過(guò)程?首先，系統(tǒng)會(huì)發(fā)來(lái)一個(gè)消息，要求分析最新版本的PAT，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)（PSI_ProcessForPAT）得到PAT后，調(diào)用PAT分析函數(shù)？如圖3 得到各節(jié)目對(duì)應(yīng)的PMT表的信息，并將信息存入指定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中;然后此任務(wù)向系統(tǒng)發(fā)一個(gè)消息，通知系統(tǒng)PAT分析完畢;接著，按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中各PMT的PID，系統(tǒng)會(huì)依次向本任務(wù)發(fā)送要求分析各PMT表的消息?本任務(wù)在調(diào)用相應(yīng)函數(shù)（PSI_ProcessForPMT）得到所需PMT表后調(diào)用分析PMT表的函數(shù)（如圖3）進(jìn)行分析，得到各個(gè)基本流信息的PID，并將信息存入指定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存，發(fā)送消息通知系統(tǒng)PMT分析完畢;最后，如果需要，系統(tǒng)會(huì)發(fā)消息要求分析其他PSI信息，分析過(guò)程類(lèi)似?

得到各基本流信息的PID后，要選擇此頻道的哪一個(gè)節(jié)目，只要調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序提供的pti_set_pid（pid）和pti_set_pcr_pid？pcr_pid 分別設(shè)置節(jié)目相對(duì)應(yīng)的音視頻PID和PCR_PID就可以驅(qū)動(dòng)硬件解碼了?

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