基于地面高清機頂盒的PVR系統設計與開(kāi)發(fā)

2 軟件結構
本系統采用sigma Designs公司提供的配套軟件開(kāi)發(fā)包(SDK)，主要分為兩個(gè)部分：Armutils開(kāi)發(fā)包與EM8623L開(kāi)發(fā)包。
Armutils開(kāi)發(fā)包主要包含uClinux內核、文件系統、編譯工具、編譯環(huán)境等與ARM芯片相關(guān)的軟件。使用Armutils開(kāi)發(fā)包來(lái)生成PVR機頂盒的運行內核，以及機頂盒應用程序的編譯與調試環(huán)境。
EM8620L開(kāi)發(fā)包主要包含Envision EM8623L開(kāi)發(fā)板的相關(guān)驅動(dòng)，啟動(dòng)引導程序(Boot Loader)，以及名為DCC(Decoding Chain Control)的用戶(hù)接口，用戶(hù)程序可通過(guò)DCC庫的調用實(shí)現對底層硬件的訪(fǎng)問(wèn)，PVR機頂盒應用程序的開(kāi)發(fā)都是基于這些接口與驅動(dòng)之上的。圖2簡(jiǎn)單描述了解決方案提出的軟件開(kāi)發(fā)層次結構。

3 關(guān)鍵實(shí)現技術(shù)
3．1 音、視頻同步技術(shù)
電視信號錄制產(chǎn)生的音、視頻數據各自以PES包的形式存儲在硬盤(pán)上，當它們被讀出并且被解碼播放時(shí)，隨之就會(huì )產(chǎn)生音頻和視頻之間的同步問(wèn)題。
數字電視廣播的MPEG-2數字碼流中包括兩種時(shí)間信息：用于機頂盒本地系統時(shí)鐘與廣播系統前端時(shí)鐘同步的節目時(shí)鐘參考(Program Clock Reference，PCR)，位于TS包的首部；以及用于音視頻同步的展現時(shí)間戳／解碼時(shí)間戳(Presentation Time stamp／Decoding Timestamp，PTS／DTS)，位于PES包的首部。在本PVR系統中，由于音、視頻數據是以PES包的格式被存儲到硬盤(pán)的，所以PCR并沒(méi)有被存儲；而另外一方面，在播放已錄節目時(shí)，音、視頻數據是實(shí)時(shí)從硬盤(pán)中讀出的，讀取數據和播放數據都同屬于PVR系統內部的操作，所以并不存在系統間時(shí)鐘同步的問(wèn)題，因此，在PVR系統的回放操作中不用考慮PCR。所以在錄像回放過(guò)程中，只能利用PTS／DTS來(lái)維持音頻與視頻的同步。播放錄像時(shí)，幀速率(FrameRate)決定了視頻數據的解碼速率，所以可以將視頻PTS作為基準，將音頻PTS與之相比較，以此調整音頻解碼的速率，從而達到使音頻與視頻同步的目的，具體采用的方法如下：
(1)視頻數據被傳送到解碼單元的視頻緩沖區的過(guò)程中，對它進(jìn)行解析，記錄其中的PTS，并構建視頻PTS表；
(2)對于音頻數據，也同樣構建音頻PTS表；
(3)在解碼過(guò)程中將視頻PTS作為基準，修正解碼單元中由系統時(shí)鐘驅動(dòng)的SCR(系統時(shí)鐘參考)計數器的值；
(4)根據音頻緩沖區指針的位置，在音頻PTS表中查找相應的PTS值，將此值與SCR計數器的值相比較，作為調整音頻解碼速率的依據，從而控制音頻解碼器解碼動(dòng)作，實(shí)現音頻數據跟隨視頻數據的同步。
3．2 緩存技術(shù)
如圖2所示，經(jīng)過(guò)前端解調得到的TS流經(jīng)由2D圖像引擎處理后進(jìn)入DEMUX模塊。DEMUX模塊是一個(gè)集成在主控芯片中的特殊微處理器，主要任務(wù)是進(jìn)行TS流的分析和解復用。由于硬盤(pán)的傳輸速率有限，因此為了減少磁盤(pán)讀寫(xiě)次數，系統在內存中開(kāi)辟一塊緩沖區用以緩沖音、視頻數據，當緩沖區數值達到門(mén)限時(shí)，將其存儲數據寫(xiě)入硬盤(pán)。寫(xiě)數據與寫(xiě)硬盤(pán)兩個(gè)操作采用并行的線(xiàn)程來(lái)執行，線(xiàn)程間通過(guò)信號進(jìn)行同步。
而在錄像文件的回放過(guò)程中，從硬盤(pán)中讀出的音、視頻PES文件分別放入音、視頻緩沖區中，系統不斷檢測緩沖區數據大小，如果數據小于門(mén)限值，則通知數據傳輸線(xiàn)程把新數據送入。
錄像文件的記錄方式包括兩種。正常錄制的文件大小隨著(zhù)錄制時(shí)長(cháng)的增長(cháng)而增加，直到節目錄制完成或者硬盤(pán)空間耗盡為止。而在時(shí)移錄制模式下，錄像文件大小固定，它包括了寫(xiě)指針和讀指針。在開(kāi)始時(shí)移錄制時(shí)，寫(xiě)指針開(kāi)始往后移動(dòng)，畫(huà)面靜止在開(kāi)始錄制的時(shí)刻。當回復收看時(shí)，讀指針與寫(xiě)指針同步向后移動(dòng)，寫(xiě)指針在節目結束時(shí)停止移動(dòng)，而讀指針自然在與寫(xiě)指針重合時(shí)停止移動(dòng)。需要指出的是，由于時(shí)移錄制并不以錄制文件并回放為目的，所以播放過(guò)的節目即被丟棄，因此該文件是一個(gè)循環(huán)文件，寫(xiě)指針與讀指針在到達文件末尾時(shí)跳回文件開(kāi)頭。由于硬盤(pán)空間所限，循環(huán)文件大小即為最大時(shí)移錄制時(shí)長(cháng)，超過(guò)該時(shí)長(cháng)則時(shí)移模式失效。
通過(guò)緩存技術(shù)的使用，系統大幅度減少了硬盤(pán)I／O次數，提高了系統效率，同時(shí)也達到了保護硬盤(pán)的效果。同時(shí)，緩存技術(shù)和音、視頻同步技術(shù)相結合，實(shí)現了電視節目的回放以及時(shí)移播放，真正體現了數字化PVR的強大人機交互功能。