一種DVD和HDR二合一錄放機的設計方法

摘　要：本文介紹一種基于32位RISC多媒體處理器進(jìn)行控制的DVD和HDR二合一錄放機。該系統可以將電視射頻RF信號按照MPEG-2格式進(jìn)行編碼，輸出MPEG-2 MP@ML的PS流信號按照中央處理器指令存儲在硬盤(pán)中，也可以隨機播放DVD信號和硬盤(pán)中的信號。

關(guān)鍵詞：MPEG-2；硬盤(pán)；DVD；ATAPI標準

引言

　　HDR硬盤(pán)錄像機并非一個(gè)新的概念，在上世紀九十年代安防產(chǎn)品上就已經(jīng)大量地使用了硬盤(pán)錄像技術(shù)，但由于當時(shí)MPEG的壓縮/解壓縮技術(shù)、硬盤(pán)容量以及價(jià)格等因素的限制，在圖像質(zhì)量、錄像時(shí)間、價(jià)格等方面均無(wú)法達到家電市場(chǎng)的要求。但是，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，硬盤(pán)容量飛速發(fā)展，價(jià)格也已降了很多，而且隨著(zhù)高質(zhì)量的MPEG-2壓縮芯片的出現，錄像的圖象質(zhì)量也得到了大幅度的提高，因此，HDR得到了迅猛發(fā)展。近幾年市場(chǎng)上出現了一些PVR (個(gè)人電視錄放機)產(chǎn)品，就是HDR系列中的一種，它們多是進(jìn)口品牌，價(jià)格比較貴，目前，我們通過(guò)對市場(chǎng)和技術(shù)方面的調查，認為采用最新出的32位RISC多媒體處理器芯片，將HDR與DVD相結合，充分共用它們基于MPEG-2 MP@ML的解碼通道，則可以大大地減少成本，并且具有硬盤(pán)錄像和DVD的功能。

系統結構

本系統的方案(見(jiàn)圖1)說(shuō)明如下：

　　電視射頻RF信號進(jìn)入調諧器后，經(jīng)FM（4~7MHz）解調，得到的視頻信號輸入PAL/NTSC/SECAM視頻解碼器，或直接通過(guò)Video/S_Video信號線(xiàn)輸入，解碼得到的ITU-656/601格式信號送入MPEG-2編碼器；而解調得到的音頻信號通過(guò)音頻ADC后直接送入MPEG-2編碼器。MPEG-2編碼器對接收的數字信號進(jìn)行超級噪聲濾波和運動(dòng)估計，同時(shí)按照MPEG-2格式編碼，輸出MPEG-2 MP@ML的PS流信號按照中央處理器指令存儲在HDR中。中央32位RISC多媒體處理器核在外部IR/VFD信號控制下，可以通過(guò)A/V編碼轉換器，把MPEG流信號在TV終端進(jìn)行播放。該系統也可以通過(guò)IR/VFD信號控制，隨機播放DVD信號。其實(shí)現途徑，也是通過(guò)ATAPI接口由RISC多媒體處理器來(lái)完成。

圖1  基于32位RISC多媒體處理器的DVD/HDR錄放機系統結構

實(shí)現途徑

　　本系統的硬件實(shí)現說(shuō)明如下：

　　● VIF信號的輸入和TPA9880T的FM解調器：VIF輸入頻率范圍38MHz~58.75MHz，TPA9880T具有Tuner AGC和VIF AGC功能，進(jìn)行音頻放大和Video解調與放大，使用5V電壓供電，4MHz晶振輸入。

　　● Video輸入和SAA7114H電視格式解碼器：SAA7114H可以同時(shí)接收TPA9880T輸出的Video CVBS信號和直接通過(guò)外部Video/S-Video輸入，其內部集成了2路9bit的Video ADC；自動(dòng)檢測50Hz/60Hz信號，并有自適應梳狀濾波器把二維Y/C分離，以減小色度處理帶寬而不影響亮度成分；水平/垂直同步檢測，為視頻壓縮提供場(chǎng)同步時(shí)鐘。

　　SAA7114H的輸出可以通過(guò)X端口按照ITU-656格式（XPD7~XPD0擴展端口輸出），并支持YUV 4:2:2、4:2:0和4:1:1轉換輸出。滿(mǎn)足A/V編碼SAA6752HS的后處理要求。SAA7114H：使用軟件可控上電模式,3.3V~3.6V數字輸入，可編程I2C總線(xiàn)控制。

　　●  音頻輸入和SAA7367變換處理：TPA9880T輸出的Audio信號由SAA7367變換處理。SAA7367是數字化的音頻位流變換ADC芯片，它的(THD+N)=-88dB，動(dòng)態(tài)范圍為DR=93dB，S/N=97dB，并支持I2S串行輸出。

　　●視頻和音頻編碼器SAA6752HS：SAA6752HS接收Video輸入與預處理，輸入ITU-R 656(8Bit/27MHz)格式的視頻數據流，同時(shí)接收I2S格式或EIAJ（16Bit、18Bit/20Bit）的音頻。SAA6752HS可以對輸入信號進(jìn)行自適應中值濾波和運動(dòng)補償濾波，以及4:2:2 到4:2:0色度格式轉換。其實(shí)現的功能主要是：

　　a)按照MPEG-2 MP@ML 實(shí)時(shí)編碼，產(chǎn)生MPEG-2 TS/PS流并輸出，封裝后的PES和ES兼容DVD、D-VHS和DVB標準；

　　b) 按照AC-3兩通道356Kbps/384Kbps進(jìn)行音頻壓縮；

　　c) 支持的最高比特率：25Mbps(I幀編碼)，15Mbps(IP或IBP幀編碼)；

　　d) 可編程GOP的結構。

　　SAA6752HS的輸出接口是：并行8Bit 3態(tài)輸出，與IEEE 1394無(wú)縫連接，輸出口是[DEBI/DIO]。所有控制由I2C總線(xiàn)通過(guò)RISC多媒體處理器完成。

　　SAA6752HS使用3.3V I/O電壓，27MHz外部時(shí)鐘，支持單片SDRAM。SDRAM要求的最小速度是125MHz，它可以作為SAA/6752HS的輸出碼流緩沖。我們選擇Samsung公司K4S641632D作為SDRAM芯片。

　　●接口轉換/時(shí)序FPGA控制：SAA6752HS通過(guò)[DEBI/DIO]口輸出MPEG-2 PS數據流，為了把數據流存儲到HDR中，必須進(jìn)行接口與數據格式轉換，同時(shí)為了避免數據的上/下溢出也需要FPGA進(jìn)行時(shí)序控制。我們選擇Xilinx公司的CXS20/XL芯片作為FPGA。

　　目前的HDR硬盤(pán)接口均采用ATAPI標準，為實(shí)現SAA6752HS的輸出向ATAPI接口寫(xiě)入數據，使用FPGA完成從SAA6752HS的輸出協(xié)議向ATAPI接口標準轉換，完成握手邏輯，以及根據多媒體處理器SPCA720發(fā)出的控制命令，通過(guò)ATAPI接口向HDR發(fā)出相應控制指令的兩項任務(wù)。

　　SAA7114H、SAA7367和SAA6752HS都是飛利浦公司的芯片。

圖2  HDR系統的傳輸存儲過(guò)程

　　故在本方案中，硬盤(pán)寫(xiě)入采用PIO（編程I/O）方式，FPGA的輸出端依次將ADDR、DIOR/DIOW和IORDY等控制寄存器按照ATAPI接口的數據輸入時(shí)序要求置位，從而實(shí)現與ATAPI接口的握手邏輯，直接接收SAA6752HS的8位數據輸出信息。

　　當主控CPU SPCA720向FPGA發(fā)出硬盤(pán)寫(xiě)控制命令后，FPGA需要將控制命令轉化成ATAPI協(xié)議所規定的控制指令并寫(xiě)入相應的控制寄存器。本方案的整個(gè)傳輸存儲系統如圖2所示。

　　● 32bit RISC處理器（MPEG解碼器）SPAC720A：SPAC720A的A/V解碼器實(shí)現MPEG-1和MPEG-2解碼并進(jìn)行回放。其內部集成了32bit RISC控制器和音頻解碼器。SPAC720A結合了典型的DVD系統的所有必要功能，同時(shí)包含了一個(gè)靈活的可編程接口。它的ATA-5 ATAPI/IDE接口正是我們實(shí)現HDR的物理基礎。

　　SPAC720A實(shí)現的視頻解壓縮功能是：MPEG-1視頻解碼到720*576；MPEG-2 MP@ML解碼；可編程混合視頻糾錯。

　　SPAC720A實(shí)現的音頻解壓縮功能是：MPEG音頻層1、2、3（符合ISO 13818-3標準）解壓縮；AC-3 5.1通道解壓縮；自動(dòng)音頻糾錯；自動(dòng)音量控制和鍵盤(pán)控制。

　　SPAC720A支持NTSC/PAL TV標準。SPAC720A使用2.5V(核電壓)，3.3V(I/O)和外部5V電壓。

　　在本方案中，我們利用SPAC720A的可編程I/O口獲得SAA6752HS和FPGA的狀態(tài)信息，同時(shí)根據IR/VFD狀態(tài)輸出控制外部設備。所以，SPAC720A通過(guò)FPGA完成了HDR的寫(xiě)入控制以及通過(guò)ATAPI接口實(shí)現DVD和HDR的讀出與解碼。

　　● 音視頻輸出顯示與SPAC711和PCM1720：SPCA711對SPCA720輸出的ITU656

　　格式圖象數據進(jìn)行視頻編碼，輸出全電視信號，而PCM1720則對SPCA720輸出的數

　　字音頻信號進(jìn)行D/A轉換，并輸出音頻信號。

　　本方案的整個(gè)傳輸播放系統如圖3所示。

圖3  DVD+HDR系統的傳輸播放過(guò)程