DSP的寬帶信息終端設計與實(shí)現

隨著(zhù)家電、通信、消費電子“3C”合一的大趨勢，基于IP寬帶網(wǎng)絡(luò )的IPTV系統逐漸成為熱點(diǎn)。IPTV(Internet Protocol TV or InteracTIve Personal TV)也叫交互式網(wǎng)絡(luò )電視，是利用寬帶網(wǎng)的基礎設施，一般以IP機頂盒作為主要終端設備，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體，通過(guò)IP協(xié)議向家庭用戶(hù)提供包括數字電視在內的多種交互式數字媒體服務(wù)的嶄新技術(shù)。

　　本文提出并設計實(shí)現了一種基于Blackfin BF561的寬帶信息終端。該終端采用目前計算機領(lǐng)域最為活躍的嵌入式系統技術(shù)，以高性能DSP處理器和嵌入式Linux操作系統為核心[1]，對寬帶信息終端進(jìn)行設計實(shí)現。

　　該寬帶信息終端實(shí)際上是一款低端的IPTV機頂盒，可為用戶(hù)提供互聯(lián)網(wǎng)信息瀏覽和流媒體視頻播放服務(wù)。該終端在國內電信運營(yíng)商現有網(wǎng)絡(luò )條件(主要是網(wǎng)絡(luò )帶寬)下，能夠呈現比較理想的媒體播放效果。

　　該終端已經(jīng)成功商用，在四川電信的農村信息化工程中得到批量采購。目前，依托四川電信部署的農村綜合信息內容平臺，已有數千臺該款寬帶信息終端推廣到四川各地農村使用。

　　2 系統設計

　　2.1 系統總體設計

　　基于DSP的寬帶信息終端的系統設計原理如圖1所示，uClinux操作系統、音視頻解碼、各種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、嵌入式瀏覽器、流媒體播放器、圖形用戶(hù)界面均由BF561處理，通過(guò)PPI、SPORT、UART等多種通訊接口，和外接外圍器件進(jìn)行連接。

　　圖1 基于DSP的寬帶信息終端系統設計原理圖

　　Blackfin BF561是Analog Devices公司近年針對高端多媒體應用推出的雙核DSP處理器。BF561作為對稱(chēng)多處理器(SMP)器件，它的每一顆內核都有自己的高速L1指令和數據存儲器，同時(shí)兩顆內核共享128KB的L2存儲器。每顆內核都能訪(fǎng)問(wèn)多種外設，包括視頻接口、串口和定時(shí)器等。[2] 此外，Blackfin處理器還擁有高性能處理器內核、高帶寬DMA性能、專(zhuān)為增強視頻處理定義的指令集、高效控制處理、分層存儲器、動(dòng)態(tài)電源管理等特性。[3]

　　在設計中，采用BF561的一顆內核處理所有“MCU型”任務(wù)，例如圖形重疊、網(wǎng)絡(luò )管理和流程控制，同時(shí)運行uClinux操作系統；另一顆內核則執行主要的DSP功能。我們將MP3音頻解碼也置于處理“MCU型”任務(wù)的那顆內核中，而另一顆內核則只進(jìn)行MPEG4視頻解碼處理。[4]

　　下面從視頻流程、音頻流程、網(wǎng)絡(luò )通訊對系統主機進(jìn)行描述。

　　2.1.1 視頻信號的再現

　　從網(wǎng)絡(luò )傳輸到本地的視頻信號（視頻、文本），經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)控制器的信號處理，通過(guò)總線(xiàn)輸入到BF561，經(jīng)過(guò)MPEG4解碼器處理成ITU656格式，再經(jīng)過(guò) DAC轉換成CVBS或Y/C信號，在電視上顯示，從而實(shí)現了視頻圖像的重現。DAC采用Analog Devices公司的ADV7179KCP芯片。

　　2.1.2 音頻信號的拾取和再現

　　從網(wǎng)絡(luò )傳輸到本地的音頻信號（MP3），經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)控制器的信號處理，通過(guò)總線(xiàn)輸入到BF561，經(jīng)過(guò)MP3解碼器處理成ITU656格式，再經(jīng)過(guò) DAC轉換成模擬音頻信號，在電視上實(shí)現重放。DAC采用WOLFSON公司的WM8731S芯片。[5]

　　2.1.3 網(wǎng)絡(luò )處理

　　本系統采用單網(wǎng)口設計。以太網(wǎng)控制器采用SMSC公司的LAN9115全雙工16BIT以太網(wǎng)控制器, 可適應100Base-TX/10Base-T。

　　2.2 系統軟件設計

　　系統軟件設計原理如圖2所示，系統應用程序運行于uClinux操作系統之上，內核版本為2.6.11，終端應用采用多進(jìn)程并行和進(jìn)程間通信機制。

　　系統軟件由運行于uClinux內核的驅動(dòng)程序、內核任務(wù)以及用戶(hù)程序組成。

　　● 內核驅動(dòng)程序

　?、啪W(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)；⑵PPI視頻輸出模塊；⑶基于SPORT0音頻驅動(dòng)程序；⑷和另一核交互的模塊。

　　● 運行于內核態(tài)的功能模塊

　?、呕赥imer驅動(dòng)的視頻解碼模塊；

　?、仆瓿梢纛lAdaptive Jitter Buffer功能以及音頻解碼。

　　● 用戶(hù)程序

　?、臛UI用戶(hù)程序界面模塊；⑵嵌入式瀏覽器模塊；⑶RTSP流媒體播放器模塊；⑷解碼器接口，RTP/RTCP模塊。

3 系統實(shí)踐

　　該終端已經(jīng)實(shí)現，并經(jīng)過(guò)數輪系統測試與質(zhì)量改進(jìn)，已成功推向市場(chǎng)，并在現階段具有優(yōu)異的成本優(yōu)勢和良好的擴展性。如圖3所示，是該終端圖形用戶(hù)界面的主菜單截圖。

　　在實(shí)現過(guò)程中，由于是面向客戶(hù)進(jìn)行定制設計，視頻解碼和音頻解碼分別取定為MPEG4和MP3。實(shí)際上，基于BF561的DSP特性，還可以在系統中設計H264、AVS等其它多種解碼器，從而實(shí)現支持多種解碼器格式的寬帶信息終端，具有良好的擴展性。而事實(shí)上，Analog Devices公司的很多合作伙伴，都已經(jīng)在BF561上成功實(shí)現MPEG4/H264的CIF/D1解碼器。

　　4 結論

　　本系統成本優(yōu)勢明顯。其中采用的Blackfin uClinux操作系統，由ADI公司支持的技術(shù)網(wǎng)站(http://blackfin.uclinux.org)免費提供；ADI公司還攜該網(wǎng)站一起，向用戶(hù)提供持續的技術(shù)支持(如版本升級、新項目資源提供等)。

　　實(shí)際上，由于A(yíng)DI BF561天然具備對稱(chēng)多處理器(SMP)體系結構的特性，它采用完全的兩個(gè)處理器通過(guò)高速通道相連，并共享外設和存儲器空間[2]，使得開(kāi)發(fā)人員可以將大量的運算應用均勻分配到每顆內核上，從而最大限度地利用雙核處理器資源，有效控制成本。另一方面，由于DSP的可編程特性，本系統除了能充分利用處理器資源，在多種解碼能力(如AVS)的后續擴展方面，優(yōu)勢也非常顯著(zhù)。

　　總之，本文結合當前的“3C”融合趨勢和IPTV技術(shù)發(fā)展現狀，提出并設計實(shí)現了一種基于DSP的寬帶信息終端。該終端具有很高的可靠性、良好的擴展性和優(yōu)異的性能價(jià)格比，并已在市場(chǎng)批量推廣中得到了有效驗證