淺談H.264 DVB-T機頂盒解決方案

H.264作為新一代的視頻編解碼技術(shù)，與傳統的MPEG-2相比，其卓越的壓縮性能，使其能在較小帶寬下實(shí)現更高畫(huà)質(zhì)的視頻傳輸，在視頻數據存儲中占用更少的存儲空間。

傳統的DVB-T市場(chǎng)，MPEG-2是主流視頻編解碼格式。近年來(lái)，隨著(zhù)帶寬和頻率資源越來(lái)越珍貴，歐洲新興地區、俄羅斯、土耳其等地區的運營(yíng)商選擇H.264作為視頻編解碼格式，形成了一定規模的市場(chǎng)，引起了機頂盒廠(chǎng)商的關(guān)注。

上海富瀚微電子有限公司在幾年前就看到這一需求，推出了H.264解碼芯片FH8601。這款ASIC芯片與業(yè)已成熟的DVB-T機頂盒芯片組合成一種雙芯片解決方案。FH8601作為協(xié)處理器可接收來(lái)自主芯片(如LSI9700、NEC61123)的指令和H.264碼流數據，解碼后再將圖像通過(guò)601/656顯示接口送回主芯片，由主芯片做顯示處理。此方案已被俄羅斯DVB-T運營(yíng)商量產(chǎn)選用。

如何在傳統的DVB-T機頂盒平臺基礎上實(shí)現新一代具有H.264視頻解碼能力的解決方案?工程師在實(shí)現這樣的雙芯片組合解決方案時(shí)需要解決哪些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題?本文將主要針對H.264解碼芯片FH8601在與傳統平臺進(jìn)行集成的過(guò)程中需要注意的如下技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)做出闡述：

1.控制接口和視頻I/O接口;

2.實(shí)現視音頻(A/V)同步;

3.應對H.264編碼碼流兼容性;

4.主機系統軟件。

控制接口和視頻I/O接口

如圖所示，在一個(gè)機頂盒終端中，FH8601是作為一個(gè)協(xié)處理器來(lái)實(shí)現視頻解碼。它提供了與主芯片通信和數據傳輸的接口，即最基本的LocalBus接口。只要主芯片可以提供訪(fǎng)問(wèn)RAM或Nor型閃存的數據地址總線(xiàn)，就可以實(shí)現對FH8601的控制和視頻數據傳送。而主芯片怎樣獲得FH8601解碼后的視頻數據也是系統工程師需要考慮的一個(gè)問(wèn)題，FH8601為此提供了標準的ITU601/656視頻輸出接口。

主機接口LocalBus：FH8601芯片可以通過(guò)16位或8位的數據寬度來(lái)與主機傳輸數據，8位或16位寬度可配置。主機對FH8601的操作主要包括復位、配置、下載固件、寫(xiě)碼流數據和查詢(xún)狀態(tài)。

視頻數據輸出接口：視頻數據完全兼容ITU601/656標準，主機必須能夠提供相應的視頻輸入接口。視頻輸出接口的同步時(shí)鐘可以有0度相位和180度相位兩種選擇。

音視頻同步

音視頻的同步是所有開(kāi)發(fā)機頂盒方案的音視頻應用工程師應該重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。工程師往往也在這一技術(shù)點(diǎn)上花費了較多的精力來(lái)使系統獲得最好的音視頻效果。從基于FH8601已實(shí)現方案的實(shí)際效果來(lái)看，其音視頻同步的效果很好。

1.MPEG規范中實(shí)現音視頻同步的保證

MPEG規范提供了可絕對保證音視頻(A/V)同步的恰當工具。每個(gè)音頻和視頻幀都有一個(gè)能讓解碼器同步對聲音和圖像進(jìn)行重建的顯示時(shí)間戳(PTS)。這些PTS值由MPEG編碼器中的復用器來(lái)賦予。解碼器在這些PTS之前接收到音頻和視頻數據，于是便能利用這些值來(lái)同步地播放視頻和音頻。在MPEG系統中，由于時(shí)分多路復用中的位時(shí)隙、路時(shí)隙、幀之間具有嚴格的時(shí)間關(guān)系，這就是同步。為了恢復節目，先對ES進(jìn)行解碼。聲音、圖像信號的重現需要同步顯示，從而要求收發(fā)兩端數據流要達到同步。

2.FH8601提供的同步機制

FH8601具有自動(dòng)音頻視頻同步功能。這一功能簡(jiǎn)化了系統軟件的復雜度。具體來(lái)說(shuō)，主芯片需要將FH8601中的同步功能打開(kāi)。在解碼過(guò)程中，主芯片需要將音頻的當前PTS寫(xiě)給FH8601，以便FH8601自動(dòng)進(jìn)行視頻音頻的同步。視頻PTS伴隨著(zhù)碼流數據一起寫(xiě)入FH8601。

編碼碼流兼容性和可升級性

H.264標準雖然早在2003年就已經(jīng)確定，但畢竟還處于應用的早期階段，編碼器遠沒(méi)有像MPEG2那樣成熟，因此，解碼器必須面臨編碼碼流不標準和經(jīng)常升級的問(wèn)題。FH8601在芯片實(shí)現的定義階段就考慮到了怎樣應對這些問(wèn)題。通過(guò)固件的方式，我們把標準中那些可以靈活變化的部分以軟件的方式來(lái)實(shí)現。而固件的所有變化，并不需要方案設計工程師的參與，而只是簡(jiǎn)單的替代原有固件并以在線(xiàn)方式下載即可。

碼流兼容性：目前FH8601除通過(guò)所有ITU兼容性碼流測試外，還與所有主流編碼器實(shí)現了對接。

在線(xiàn)更新固件：需要升級固件時(shí)，只需要富瀚提供一個(gè)新的固件數據文件，用戶(hù)直接替換原有的文件重新編譯就可以輕松完成升級。

系統軟件設計

對于DVB-T/H.264這樣的新興解決方案，任何一個(gè)不愿放棄原有軟件資源和代碼積累的工程師都會(huì )想到軟件復用。很顯然，對于那些已經(jīng)有過(guò)DVB-T機頂盒方案的設計公司來(lái)說(shuō)，雙芯片方案給系統工程師帶來(lái)的一個(gè)最直接的便利，就是所有的系統資源都可以直接放在新的項目中。在接下來(lái)，我們也需要考慮對原有軟件資源的復用。事實(shí)上，在主機并沒(méi)有發(fā)生改變的情況下，原有的軟件和代碼并不會(huì )發(fā)生任何的浪費，除非你認為它們本身已經(jīng)過(guò)時(shí)。我們只需根據新增加的H.264解碼功能，進(jìn)行少量的驅動(dòng)移植以及接口函數調用測試工作。

不同方案的對比

市場(chǎng)風(fēng)險：從技術(shù)角度來(lái)看，由FH8601與成熟的DVB-T芯片組成的雙芯片方案與其他支持H.264解碼的單芯片SoC方案比較，在研發(fā)投入、開(kāi)發(fā)周期、方案成熟度方面都有明顯的優(yōu)勢，可大大降低產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的風(fēng)險。

價(jià)格優(yōu)勢：同時(shí)，從價(jià)格方面考慮，由于原有的DVB-T芯片已大批量出貨，市場(chǎng)價(jià)格已非常低，加上一顆低成本的H.264解碼器FH8601，其機頂盒終端的BOM價(jià)格，相對于其它基于SoC單芯片的終端的BOM價(jià)格，低30%～50%。

開(kāi)發(fā)繼承：針對目前市場(chǎng)上的單芯片SoC方案，設計公司在選擇這樣的方案時(shí)，基本放棄了原有的軟件資源積累，采用全新的軟件架構和中間件資源，軟件開(kāi)發(fā)人員的需要重新開(kāi)始一個(gè)平臺的學(xué)習，勢必造成了整個(gè)代碼開(kāi)發(fā)周期加長(cháng)，測試任務(wù)也隨之加重。而市場(chǎng)的等待卻同樣是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程。

我們從單芯片SoC方案中關(guān)于視頻部分的特性描述，可以看到它們對視頻支持的標準都很廣，代表了未來(lái)可能出現的幾種標準H.264、VC-1等，這在給機頂盒帶來(lái)了功能多樣化和靈活性同時(shí)，隨之而來(lái)的是終端成本增加，而采用FH8601的雙芯片方案專(zhuān)門(mén)針對H.264標清解碼市場(chǎng)，切合了當前市場(chǎng)的需求。