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基于SAA7214與SAA7215機頂盒的系統(tǒng)設計

作者: 時間:2007-08-30 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:本文介紹了PHILIPS公司推出的適合于交互式數(shù)字電視應用的芯片的功能特點及結(jié)構(gòu)。提出了二者相結(jié)合組成的交互式數(shù)字有線電視的方案,并給出了具體的軟件和硬件構(gòu)成。
關(guān)鍵詞:有線電視;;音頻;視頻

0 前言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,通信技術(shù)、電視技術(shù)以及計算機技術(shù)已進入了相互結(jié)合的新時代。交互式電視(ITV)正是這種結(jié)合的具體體現(xiàn)。所謂交互式電視,是一種受用戶控制的電視,在節(jié)目間和節(jié)目內(nèi)用戶能夠作出選擇和決定,是一種非對稱雙工通信模式的新型電視技術(shù)。其中,數(shù)字(STB)是實現(xiàn)交互功能的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為ITV中的用戶終端,它是普通電視與寬帶傳輸網(wǎng)絡之間的橋梁。通過STB用戶坐在家中的電視機前,可以實現(xiàn)視頻點播(VOD)、家庭購物、家庭辦公、電子游戲等多種服務,而且還能在普通電視機上收看到高清晰度的數(shù)字電視節(jié)目。

1 功能特點及結(jié)構(gòu)

是PHILIPS公司推出的一套STB解決方案。前者負責實時性要求較高的硬件解復用、視頻音頻源解碼,并分離出視音頻數(shù)據(jù)流,以及與解碼相關(guān)聯(lián)的外圍I/O設備控制等。后者負責音頻、視頻和圖形的解碼、編碼,并將解碼后的數(shù)據(jù)流分成音頻信號和視頻信號輸出。

1.1 SAA7214的功能特點及接口

SAA7214主要用來傳輸MPEG―2格式信息的源解碼器。SAA7214內(nèi)含一個MIPS PR3001芯片,該芯片是一個通過擴展能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)置控制的32位每秒百萬條指令的RISC規(guī)格的CPU,該芯片工作主頻為40.5MHZ。SAA7214還包含有通用異步收發(fā)器(UART)、I2C單元和IEEE1284接口。SAA7214的串行通信控制器包括三個UART。它具有兩個UART特性的TxD和RxD管腳,并且通過兩條數(shù)據(jù)線RTS和CTS來支持自動的數(shù)據(jù)流控制。另一UART是唯一的雙工接口(TXD、RXD)且支持RTS、CTS數(shù)據(jù)流控制。UART也能工作在雙線方式,且在這種方式下他們通過RXD和TXD簡單接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。SAA7214的I2C控制器包括2個串行接口,它適合I2C總線規(guī)格,并且支持標準和快速I2C總線模式。在相同的總線情況下,通過不同的編程I2C邏輯可以在主發(fā)送器模式、主接受器模式、從發(fā)送器模式、從接受器模式中任選一個進行操作。

1.2 SAA7215的功能特點和結(jié)構(gòu)

SAA7215是一個包括音頻解碼和視頻解碼的MPEG-2格式的源解碼器。除了一些基本的MPEG功能外,SAA7215還提供像編碼輸出視頻一樣的增強圖表p背景顯示和滿屏顯示的方法。由于對音頻和視頻解碼有著最佳的結(jié)構(gòu),因此能夠在外部存儲器和CPU處理能力方面最大限度地支持圖表處理功能。

SAA7215有著完善的存儲器結(jié)構(gòu),用于低端設備的16Mbits和用于中高端設備的32Mbits,因此它能很好地進行MPEG數(shù)據(jù)流和圖表的處理和控制。當訪問圖表寄存器時,其還為CPU提供了高的帶寬和短的等待時間。SAA7215內(nèi)部集成了帶有Y/C,CVBS和RGB輸出的視頻編碼器。SAA7215具有以下幾個特征:

(1)有單個或兩個外部同步DRAM。由于在MPEG解碼器中有效地使用了存儲器,因而有超過1Mbit的存儲空間用于圖表處理,而在雙SDRAM配置中可用的存儲空間為17Mbit。

(2)在以字節(jié)寬度或串行位格式的PES或ES中,有專用于壓縮音頻和視頻的輸入設備,并用選通信號來區(qū)分視頻和音頻數(shù)據(jù)。

(3)靈活的存儲器分配能最好地區(qū)分不同任務的存儲器。

(4)支持邊界掃描測試和外部SDRAM自檢。

2 SAA7214與SAA7215的系統(tǒng)硬件

根據(jù)SAA7214和SAA7215的功能特點,該系統(tǒng)硬件電路采用模塊化結(jié)構(gòu),主要由四部分組成:通信模塊、主控模塊、控制面板模塊、IC卡模塊。各模塊可各自獨立更換,系統(tǒng)硬件功能框圖如圖1所示。


圖1 系統(tǒng)硬件功能框圖

2.1 通信模塊

通信模塊具體包括:QAM解調(diào)板和電話板(或雙向模塊)。

QAM解調(diào)板可將HFC網(wǎng)傳送來的經(jīng)QAM調(diào)制的信號,經(jīng)調(diào)諧頻率變換,QAM解碼、解交織、解RS碼、解擾等處理后,輸出MPEG―2解復用前的標準碼流(即TS流)。這部分主要由一片VES1820X芯片完成。

電話板采用DTMF方式調(diào)制上行信號,以電話網(wǎng)作為上行通道,下行采用64QAM的數(shù)字調(diào)制方式。有線電視網(wǎng)進行雙向改造后,可選用雙向模塊實現(xiàn)交互功能,雙向模塊采用BPSK方式調(diào)制上行信號,以有線電視網(wǎng)作為上行通道。

2.2 主控模塊

主控模塊:具體指主板。主要有SAA7214、SAA7215、UDA1320A芯片和存儲器組成。

SAA7214芯片能將TS流進行MPEG-2源解碼,并分離出視頻和音頻數(shù)據(jù)流,以及與解碼相關(guān)聯(lián)的外圍I/O設備的控制等。

SAA7215負責音頻、視頻以及圖形的解碼、編碼,并將解碼后的數(shù)據(jù)流分成音頻信號和視頻信號,視頻信號由SAA7215輸出。SAA7215還具有完善的存儲器結(jié)構(gòu),采用了DRAM、SDRAM、FLASH等,通過這些存儲芯片使軟件的運行速度大大加快。

音頻信號由UDA1320A輸出。UDA1320A是一個具備位數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換技術(shù)的單芯片正相立體DAC,它具有低功率消耗和低電壓工作模式;具有256、384和512三種不同頻率的系統(tǒng)時鐘;通過靜態(tài)管腳控制可以選擇不同的頻率;支持16KHZ至48KHZ的抽樣頻率;集成了數(shù)字濾波和正相DAC。

2.3 控制面板模塊

控制面板模塊包括:鍵控板和顯示板。它是通過一塊AT89C2051單片機來控制面板的各項功能,并與主板模塊中的SAA7214相聯(lián)系。將已解調(diào)、解碼和編碼后的視頻、音頻信號(即模擬信號)分別由機頂盒的各相應端口輸出,完成對STB的功能控制和顯示。同時可用遙控器實現(xiàn)所有基本功能的控制與切換。

2.4 IC卡模塊

IC卡模塊:指IC卡板,具有智能IC卡CA解擾功能。該板中使用了TDA8004接口芯片,它位于IC卡與微處理器之間,無需接大量的外部元件就能完成保護和控制功能。信號通過接口與主板中的SAA7214相連,具有相應的權(quán)限確認功能,當機頂盒接收到權(quán)限確認信息后,才對數(shù)字電視節(jié)目進行解碼,供用戶收看。實現(xiàn)有條件接收解密處理,這樣通過IC卡可實現(xiàn)收費電視、付費點播、征訂等業(yè)務。

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

該機頂盒系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可以分為三個層次:業(yè)務軟件應用層、實時事件處理層、系統(tǒng)內(nèi)核及驅(qū)動層。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

業(yè)務軟件應用程序

實時事件處理層

系統(tǒng)內(nèi)核及驅(qū)動層

硬 件 層


圖2軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 業(yè)務軟件應用層

業(yè)務軟件應用層相當是覆蓋在驅(qū)動和操作系統(tǒng)之上的一層接口,它是根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務需要而制定的,為用戶應用程序?qū)崿F(xiàn)機頂盒的各種功能服務的。如綜合信息、電子商務、電子游戲等。

3.2 實時事件處理層

實時事件處理層是將應用程序與低層的操作系統(tǒng)、硬件細節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境,它使應用程序不依賴于具體的硬件平臺,是業(yè)務軟件應用程序與硬件平臺的中間件,此軟件系統(tǒng)采用了OpenTV中間件。OpenTV中間件提供給用戶應用程序完整的應用程序接口,使應用程序只需調(diào)用這些函數(shù),就可以實現(xiàn)機頂盒系統(tǒng)所應具有的所有功能。這樣,使得用戶應用程序部分的工作變得非常簡單。

3.3 系統(tǒng)內(nèi)核及驅(qū)動層

本系統(tǒng)所采用的操作系統(tǒng)是pSOS,硬件驅(qū)動層主要是針對各種硬件模塊,提供相應的驅(qū)動程序。主要的驅(qū)動包括:接口模塊,包括I2C接口操作控制,智能卡的控制等;音頻模塊;視頻模塊;解復用模塊;解碼模塊,F(xiàn)lash驅(qū)動模塊等。

4 結(jié)束語

以上介紹了SAA7214與SAA7215芯片的有線電視機頂盒軟軟硬件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能框圖。該系統(tǒng)采用高度開放的模塊化結(jié)構(gòu)設計,系統(tǒng)前端將模擬的視、音頻信號經(jīng)MPEG-2視像編碼壓縮成數(shù)字信號,把多路數(shù)字信號經(jīng)復接器復接后,再進行QAM調(diào)制發(fā)射,作為用戶的下行數(shù)字信號。用戶采用電話DTMF或BPSK作為上行,通過上行通道就能把用戶的選擇信息傳送給系統(tǒng)服務中心(系統(tǒng)前端)。這樣就能夠在寬帶網(wǎng)(既有線電視網(wǎng))中實現(xiàn)交互式視頻點播(VOD)、股票信息及分析和及時交易、遠程教育、信息發(fā)送等。且該有線電視機頂盒的操作系統(tǒng)和應用軟件可由控制服務器通過下行信道廣播下來,如需擴展機頂盒的應用能力,只須修改或增加相應的軟件即可,無需對機頂盒的硬件作大的改動,給系統(tǒng)升級帶來了方便。

目前,國內(nèi)廣播電視系統(tǒng)已開始了向數(shù)字電視的轉(zhuǎn)變,雖然近期的數(shù)字應用更多的還是將模擬彩電數(shù)字化,但隨著用戶對功能需求的增加,以及有線運營商服務內(nèi)容的豐富,具有多功能的交互式的有線電視機頂盒也會得到日益廣泛的應用,并且會有較大的市場。

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