科學技術的高速發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字技術的日趨成熟，音/視頻產品數字化?高清晰度化已成為未來家電視聽產品的大趨勢?HDTV采用了國際上流行的MPEG-2標準?MPEG-2規定了數字圖像的音?視頻編解碼算法以及傳送的碼流應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字音頻的編碼和壓縮技術?現有的數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5.1聲道，即三個前面的聲道（L?C?右聲道R）?兩個環繞聲道（左環繞聲道Ls?右環繞聲道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聲光效果上的優勢，注定它的發展有著技術和市場的雙重必然性?為了適應當前電視市場的過渡時期，需要一種即能接收數字電視信號，又能解碼輸出用于顯示的中間設備--機頂盒，充當電視臺信號與用戶顯示設備之間的橋梁?機頂盒是隨著數字電視廣播的發展而出現的，同時也必然隨著數字電視廣播的發展而不斷發展?本文論述的信源解碼器則是機頂盒的關鍵部件?

1 總體方案

根據本課題的任務和內容，選擇了ST公司的數字高清晰度電視機頂盒系統解決方案，即ST20+Sti7000+Sti4600的三片方案?該方案采用ST20-TP4作為系統的主控制芯片，它負責將前端或LVDS板輸入的TS流解復用，同時負責系統初始化和系統音?視頻解碼控制?為了配合ST20TP4ST20TP4的運行，需要配備一定數量的DRAM來提供運行程序的存儲空間，并存儲TS流?解復用后的音?視頻PES流數據等?TS流經ST20TP4解復用后分兩路輸出：一路是解復用后的音頻PES流，這路信號將被送入Sti4600STI4600進行音頻解碼，解碼后的數字信號再通過DAC轉換電路轉變為模擬信號輸出？另一路解復用后的視頻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數據?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 硬件設計

硬件電路設計以ST20TP4為核心展開，依據主控制芯片的總線結構規劃視頻接口?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?（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（每區1G字節），由地址A31?A30決定?

需要注意：3區（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寄存器的設置來選擇時序;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;兩個解碼器壓縮數據選通信號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用來請求壓縮數據寫周期?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分不同的MPEG解碼器及同一MPEG解碼器的寄存器和壓縮數據接收FIFO?此外，為了與各種速度的MPEG解碼器件接口，當選擇不同地址時，notCS0-1可以有不同的時序（可分別插入1~4個等待狀態）?

3 軟件編程

在機頂盒這種實時系統中，由于CPU要同時對解復用?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多進程實時操作系統的方式?應用程序可以被分割成多個相對獨立的任務共享系統資源?本課題軟件開發中使用的實時操作系統是ST公司的STLite/OS20?該操作系統已提供的內容包括：較完整的實時操作系統軟件?部分硬件驅動和部分testtool命令?能夠實現的功能包括：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?基本流解復用?section濾波?OSD測試功能?時鐘恢復和SD輸出等?具體如圖1所示?

需要開發的部分主要有：新增加和變動的硬件模塊的驅動?前端或LVDS輸入的控制?節目操作和管理模塊軟件的開發?節目操作的軟件開發中，節目信息的獲取?分析?保存和更新及節目數據庫的操作是非常關鍵的部分，這是因為：一方面，它與前端或LVDS輸入模塊?解復用模塊?音?視頻解碼模塊等硬件驅動層都有很大的聯系;另一方面，要實現機頂盒的音?視頻解碼功能，就必須從碼流中找到所有基本流的PID，需要對節目特定信息（PSI）進行提取和分析? PSI（Program Specific Information）節目特殊信息包含了解碼器端解復用所需要的數據?在MPEG-2系統層標準中，每路數字節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?節目?基本流或其中的部分內容可能會被加密，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構，每種表又可以分成多個section?這四種表分別為：節目組合表PAT（Program Association Table）?節目映射表PMT（Program Map Table）?有條件接收表CAT（Conditional Access Table）和網絡信息表NIT（Network Information Table）?PAT包含了所有的節目號及其相關PMT的PID值;PMT給出PAT表中列出的所有節目的基本流PID信息;CAT的任務在于準備解密數據組用的信息（加密系統的標識?存取權的分配及各碼序的發送）;NIT可以傳送網絡數據和頻帶?轉發信號?通帶寬度等參數，MPEG對此表的內容沒有做詳細規定?每個TS流中都應該有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PAT表內容更新時，表中的版本號version_number會增1?當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，它包含了各個節目的基本流PID信息，這是解復用必不可少的，PMT的PID在PAT中給出?NIT表在TS流里不是必需的，它的內容屬于私有數據表（private），如果TS流里存在NIT表，則它的PID值由PAT的內容提供，且TS流中應包含若干個private section?ISO/IEC 13818-1 MPEG-2系統層標準中關于PSI信息定義了四個section結構，分別代表四個表的信息數據結構?這四個 section 結構分別為：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結構的內容進行分析?

對符合MPEG-2標準的傳輸流進行音?視頻解碼前必須先經過解復用分出音?視頻基本流?為了可以解復用分出音?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的關系可以用圖2表示?

解復用的過程是這樣的：首先，得到完整的PAT表，根據PAT的Section結構找到所有的節目號和各節目號所對應的PMT PID;然后，分別對PAT中列出的每一個節目進行如下操作：根據該節目的PMT PID得到PMT表中對應節目號的Section，按照PMT Section的結構進行分析，進而找到所有該節目的基本流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得到解復用所需的各基本流PID信息的過程?首先，系統會發來一個消息，要求分析最新版本的PAT，調用相應函數（PSI_ProcessForPAT）得到PAT后，調用PAT分析函數？如圖3 得到各節目對應的PMT表的信息，并將信息存入指定的數據結構中;然后此任務向系統發一個消息，通知系統PAT分析完畢;接著，按照數據結構中各PMT的PID，系統會依次向本任務發送要求分析各PMT表的消息?本任務在調用相應函數（PSI_ProcessForPMT）得到所需PMT表后調用分析PMT表的函數（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據結構中保存，發送消息通知系統PMT分析完畢;最后，如果需要，系統會發消息要求分析其他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目，只要調用驅動程序提供的pti_set_pid（pid）和pti_set_pcr_pid？pcr_pid 分別設置節目相對應的音視頻PID和PCR_PID就可以驅動硬件解碼了?

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