基于單片機的IPTV機頂盒的設計

基于數字媒體處理器芯片EM8620L的IP機頂盒的電路，外圍電路簡(jiǎn)單，實(shí)用性強，可實(shí)現各種高質(zhì)量的視頻、音頻輸出，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )支持視頻點(diǎn)播。

IPTV是利用寬帶網(wǎng)基礎設施，以家用電視機（或計算機）作為顯示設備、集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議（IP）向家庭提供包括數字電視在內多種交互式數字媒體服務(wù)的新技術(shù)。機頂盒分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是通過(guò)接收數字編碼的電視信號（來(lái)自衛星或有線(xiàn)電視網(wǎng)，使用MPEG壓縮方式），獲得更清晰，更穩定的圖像和聲音質(zhì)量，這種機頂盒一般稱(chēng)為電視機頂盒。另外一類(lèi)機頂盒內部包含操作系統和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽軟件，通過(guò)電話(huà)網(wǎng)或有線(xiàn)電視網(wǎng)連接互聯(lián)網(wǎng)，使用電視機作為顯示器，從而實(shí)現沒(méi)有電腦的上網(wǎng)，這種機頂盒叫做網(wǎng)絡(luò )機頂盒，本文就是介紹的就是這種IPTV機頂盒。

IPTV機頂盒特點(diǎn)

（1）高質(zhì)量的音視頻輸出。采用高清技術(shù)視頻解碼格式和杜比數字技術(shù)音頻解碼輸出，用戶(hù)就可以在家里體驗到多聲道數字立體聲和清晰逼真的節目帶來(lái)的震撼。

（2）節目錄制。要求機頂盒帶有硬盤(pán)，在機頂盒中實(shí)現相應的軟件功能，還需要機頂盒端支持兩路傳輸流的解調：一路用于節目收看，一路用于節目錄制。

（3）多媒體文件的儲存和播放。儲存多媒體文件要求機頂盒帶有硬盤(pán)。并支持相應的標準外接接口。為了瀏覽或播放儲存的多媒體文件，機頂盒還需要相應的軟件功能支持，例如圖片瀏覽器、視頻播放器、MP3播放器等。
（4）視頻點(diǎn)播（video on demand）。基于雙向平臺的視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)，將充分滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化節目需求。視頻點(diǎn)播將使節目資源得到最大限度的開(kāi)發(fā)和利用，不同的節目將被合理地分配給不同需求的用戶(hù)，實(shí)現交互功能，要求機頂盒具有雙向功能，可以采用以太網(wǎng)形式，通過(guò)ADSL或其他方式回傳信息。

EM8620L芯片

本課題采用的主處理芯片是sigma design公司生產(chǎn)的EM8620L，它具有以下特性：MPEG解碼，可以同時(shí)解碼兩路MPEG視頻流；WMV9解碼；支持多種DVD/媒體格式，包括音頻、JPEG、MP3和MPEG－4 AVI文件；音頻解碼和I/O，內嵌基于DSP的音頻解碼器，支持DVD音頻、杜比數字5.1聲道、MPEG－4AAC、窗式媒體音頻、16位線(xiàn)性PCM等；視頻處理和顯示，最多可以處理五個(gè)獨立的視頻或圖像位面，支持2維圖像加速，支持數字輸出、模擬輸出和分量模擬輸出；比特流的多路分解；PCI和外設總線(xiàn)，PCI總線(xiàn)是工作在33或66MHz的32位總線(xiàn)，外設總線(xiàn)接口可編程為多種模式，包括通用模式，接外部設備ISA－like總線(xiàn)，接硬盤(pán)的IDE總線(xiàn)和接flash ROM的存儲器總線(xiàn)模式；系統內存，支持32位、166MHz的（DDR）SDRAM，最多可掛64MB；嵌入式的支持ARM－4T RISC指令集的CPU，支持獨立的直接映射指令和數據緩存。

設計

硬件系統設計

IPTV機頂盒硬件框圖如圖1所示。

本課題采用數字媒體處理器芯片EM8620L，內存接64M（DDR）SDRAM，前端有前面板控制器，接收紅外信號遙控輸入。該系統視頻支持高清輸出，也可以模擬方式輸出。音頻方面通過(guò)DA轉換，可轉為模擬音頻輸出，并可通過(guò)PCI總線(xiàn)連接以太網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)支持視頻點(diǎn)播功能。

前面板控制器采用的是NEC公司生產(chǎn)的UPD16311芯片，該芯片是一塊支持FIP或者VFD顯示的芯片，該芯片支持兩種顯示模式：12段16位或者20段8位。與EM8620L的連接非常簡(jiǎn)單，為串行方式（CLK，STB，Din，Dout）。

紅外線(xiàn)輸入部分采用的是NEC公司的RC5協(xié)議格式的接收芯片IRDC367，采用異步串行方式工作。該芯片采用低功耗功率高效率COMS技術(shù)的微處理器開(kāi)發(fā)的紅外線(xiàn)譯碼IC，它可以接收NEC 6121/2格式的紅外線(xiàn)編碼IC。

音頻方面EM8620L自帶了音頻DSP處理器，因此本課題中沒(méi)有外接外部codec解碼芯片。接口方面主處理芯片支持IIS總線(xiàn)也可通過(guò)S/PDIF光纖輸出。在本課題中采用IIS總線(xiàn)形式，外界國家半導體公司生產(chǎn)的LM4921DAC芯片輸出模擬音頻信號。

視頻方面EM8620L內建了3路12位視頻DAC，因此不用再外接DAC，較清輸出分辨率最高可達1920×1080i。在網(wǎng)絡(luò )接口方面，因為IPTV的數據量還是比較大的，而且目前的寬帶網(wǎng)絡(luò )也比較普及了，因此采用了比較常用且實(shí)用的以太網(wǎng)接口。在本課題中主處理芯片EM8620L通過(guò)PCI總線(xiàn)，通過(guò)物理層（PHY）芯片與網(wǎng)絡(luò )處理模塊中的MAC配對，通過(guò)RJ4 5與10/100T的以太網(wǎng)相接，完全可以滿(mǎn)足IPTV的帶寬要求。

軟件模塊設計

本課題軟件部分是基于Espial公司的EVO平臺的設計。其中的底層視頻播放部分的核心軟件模塊是基于EVO平臺的。模塊調用流程如圖2所示。圖3為本課題的一個(gè)用戶(hù)應用軟件設計流程圖。

其中初始化各種選項包括初始化視頻、音頻和顯示選項。之后是創(chuàng )建用戶(hù)API例程并，為其分配內存空間，解碼鏈控制（decoding chain control）打開(kāi)并設置是各種解碼器源，如果失敗就跳到Clean up結束。如果所有設置均正確，就進(jìn)入死循環(huán)，等待鍵盤(pán)輸入并執行相應的操作，包括媒體播放的暫停、搜索、快進(jìn)等基本操作，設置音量，設置制式（NTSC或PAL制式），設置輸出模式，設置流監視、OSD和比特率，改變屏幕大小，增減像素值讀取并顯示每個(gè)流的類(lèi)型和語(yǔ)言等操作。

本文介紹了IPTV機頂盒的關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)，設計了基于數字媒體處理器芯片EM8620L的IP機頂盒的電路，外圍電路簡(jiǎn)單，實(shí)用性強，可實(shí)現各種高質(zhì)量的視頻、音頻輸出，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )支持視頻點(diǎn)播，如果時(shí)間及條件許可，可以通過(guò)外設總線(xiàn)接口外掛硬盤(pán)，實(shí)現節目錄制，多媒體文件存儲播放等功能，隨著(zhù)寬頻網(wǎng)絡(luò )和數字電視的普及和發(fā)展，IPTV市場(chǎng)將越來(lái)越開(kāi)放，IPTV機頂盒將在功能上進(jìn)一步擴展和完善，得到更加廣泛的應用。