科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展使廣播電視進入了由彩色電視向高清晰度電視HDTV（High-Definition Television）跨越的過渡時代?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家電視聽產(chǎn)品的大趨勢?HDTV采用了國際上流行的MPEG-2標準?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)該符合的語法和語義，而其編解碼算法又參考了聽覺心理模型和視覺心理模型?HDTV的圖像格式為1920×1080i，傳輸碼率高達20Mbps，同時采用視頻壓縮技術(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AT&T的MPAC以及歐洲的MIX?它們都能實現(xiàn)5.1聲道，即三個前面的聲道（L?C?右聲道R）?兩個環(huán)繞聲道（左環(huán)繞聲道Ls?右環(huán)繞聲道Rs）和一個低音效果聲道LFE，使聲音效果可以達到家庭影院的音響效果?HDTV聲光效果上的優(yōu)勢，注定它的發(fā)展有著技術(shù)和市場的雙重必然性?為了適應(yīng)當(dāng)前電視市場的過渡時期，需要一種即能接收數(shù)字電視信號，又能解碼輸出用于顯示的中間設(shè)備--機頂盒，充當(dāng)電視臺信號與用戶顯示設(shè)備之間的橋梁?機頂盒是隨著數(shù)字電視廣播的發(fā)展而出現(xiàn)的，同時也必然隨著數(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，它負責(zé)將前端或LVDS板輸入的TS流解復(fù)用，同時負責(zé)系統(tǒng)初始化和系統(tǒng)音?視頻解碼控制?為了配合ST20TP4ST20TP4的運行，需要配備一定數(shù)量的DRAM來提供運行程序的存儲空間，并存儲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，這路信號將被送入Sti4600STI4600進行音頻解碼，解碼后的數(shù)字信號再通過DAC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://www.asorrir.com/analog/" target="_blank">模擬信號輸出？另一路解復(fù)用后的視頻PES流將送入Sti7000STI7000進行視頻解碼和格式變換?Sti7000所配的SDRAM用來緩存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電路進行D/A變換?另外，為了配合實際需求，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信號要帶有三電平或兩電平同步信號?

2 硬件設(shè)計

硬件電路設(shè)計以ST20TP4為核心展開，依據(jù)主控制芯片的總線結(jié)構(gòu)規(guī)劃視頻接口?音頻接口以及各類存儲器?ST20TP4有一個32位帶符號的2的補碼地址空間?按32位地址尋址，總的地址空間大小為4G字節(jié)?（所謂“帶符號的2的補碼地址空間”是指該空間地址排列是由底部MixInt#80000000向下增長至#FFFFFFFF，接著是#00000000然后增長到MaxInt#7FFFFFFF）?整個尋址空間分為四個區(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）為外部存儲器空間?外部存儲器接口（EMI）把它又分為4組，不同的外部存儲器和外部設(shè)備可以映射到其中?這4組中組0?組1和組3是通用存儲器組，每一個都可以通過有關(guān)寄存器的設(shè)置來選擇時序;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個選通信號：兩個MPEG解碼器IC的片選notCS0-1;兩個解碼器壓縮數(shù)據(jù)選通信號notCDSTRB0-1?其中notCS0-1用來請求一個MPEG解碼器寄存器存取周期，而notCDSTRB0-1用來請求壓縮數(shù)據(jù)寫周期?這4個選通信號有效與否取決于組2的地址范圍，也就是說可以依靠地址來區(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，notCS0-1可以有不同的時序（可分別插入1~4個等待狀態(tài)）?

3 軟件編程

在機頂盒這種實時系統(tǒng)中，由于CPU要同時對解復(fù)用?視頻解碼?音頻解碼等多個方面的事件進行處理，其中既有通信問題，又有同步等問題?因而有必要采取多任務(wù)多進程實時操作系統(tǒng)的方式?應(yīng)用程序可以被分割成多個相對獨立的任務(wù)共享系統(tǒng)資源?本課題軟件開發(fā)中使用的實時操作系統(tǒng)是ST公司的STLite/OS20?該操作系統(tǒng)已提供的內(nèi)容包括：較完整的實時操作系統(tǒng)軟件?部分硬件驅(qū)動和部分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測試功能?時鐘恢復(fù)和SD輸出等?具體如圖1所示?

需要開發(fā)的部分主要有：新增加和變動的硬件模塊的驅(qū)動?前端或LVDS輸入的控制?節(jié)目操作和管理模塊軟件的開發(fā)?節(jié)目操作的軟件開發(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)庫的操作是非常關(guān)鍵的部分，這是因為：一方面，它與前端或LVDS輸入模塊?解復(fù)用模塊?音?視頻解碼模塊等硬件驅(qū)動層都有很大的聯(lián)系;另一方面，要實現(xiàn)機頂盒的音?視頻解碼功能，就必須從碼流中找到所有基本流的PID，需要對節(jié)目特定信息（PSI）進行提取和分析? 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)層標準中，每路數(shù)字節(jié)目都包含一個或多個基本流，每個基本流都分配了一個PID值作為標記?節(jié)目?基本流或其中的部分內(nèi)容可能會被加密，但是PSI信息作為解碼的前提是不會被加密的?

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)在于準備解密數(shù)據(jù)組用的信息（加密系統(tǒng)的標識?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?通帶寬度等參數(shù)，MPEG對此表的內(nèi)容沒有做詳細規(guī)定?每個TS流中都應(yīng)該有PAT表，因為所有PMT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，表中的版本號version_number會增1?當(dāng)TS流中有一個或多個基本流被加擾，則需要在TS流里傳送一個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private section?ISO/IEC 13818-1 MPEG-2系統(tǒng)層標準中關(guān)于PSI信息定義了四個section結(jié)構(gòu)，分別代表四個表的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?這四個 section 結(jié)構(gòu)分別為：Program Association Section?Conditional Access Section?Transport Stream Program Map Section和Private Section?對各表信息的分析實際是對這些section結(jié)構(gòu)的內(nèi)容進行分析?

對符合MPEG-2標準的傳輸流進行音?視頻解碼前必須先經(jīng)過解復(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PAT和PMT兩個表進行處理?這兩個表與基本流PID的關(guān)系可以用圖2表示?

解復(fù)用的過程是這樣的：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)目號和各節(jié)目號所對應(yīng)的PMT PID;然后，分別對PAT中列出的每一個節(jié)目進行如下操作：根據(jù)該節(jié)目的PMT PID得到PMT表中對應(yīng)節(jié)目號的Section，按照PMT Section的結(jié)構(gòu)進行分析，進而找到所有該節(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信息的過程?首先，系統(tǒng)會發(fā)來一個消息，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）進行分析，得到各個基本流信息的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)會發(fā)消息要求分析其他PSI信息，分析過程類似?

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

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