數(shù)字電視中DSP技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字電視是在研究高清晰度電視(HDTV)的基礎(chǔ)上提出并發(fā)展起來(lái)的。

目前實(shí)現(xiàn)DTV的核心技術(shù)是它的壓縮編解碼采用MPEG-2 ISO/IEC13818標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2涵蓋了從標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SDTV)到HDTV范圍內(nèi)的視頻壓縮業(yè)務(wù)，共制定了5類(lèi)4級(jí)11種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

HDTV的接收實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在MPEG-2的TS流解復(fù)用、MPEG-2的解碼與系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的控制，目前的實(shí)現(xiàn)主要有兩種途徑：采用ASIC技術(shù)和采用高速通用DSP技術(shù)。

在DTV的ASIC實(shí)現(xiàn)技術(shù)中，其物理基礎(chǔ)通常是雙CPU結(jié)構(gòu)，如Philips公司的PNX8500、PNX8300，其中一個(gè)是高速VLIW(超長(zhǎng)指令字)核作為系統(tǒng)的信號(hào)處理，另一個(gè)是高速MIPS 3940核完成操作系統(tǒng)的控制運(yùn)行。

在DSP領(lǐng)域，美國(guó)TI公司的DSP系列產(chǎn)品(占有世界市場(chǎng)75%的份額)，其主要的特點(diǎn)是高速(CPU可達(dá)到350MHz)、專(zhuān)用硬件乘法器和改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、多處理器單元等。因此，DSP的這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能完全可以完成ASIC實(shí)現(xiàn)HDTV的VLIW core 和OS MIPS CPU core的全部功能。因此，高速DSP技術(shù)的發(fā)展為HDTV系統(tǒng)核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供了靈活的物理基礎(chǔ)，DSP的應(yīng)用推動(dòng)了整個(gè)電子信息領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展研究，同時(shí)也有助于研究人員制訂下一代DTV的標(biāo)準(zhǔn)。

HDTV接收機(jī)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)模式，主要功能包括：MPEG-2視頻解碼器、MPEG-2(或AC-3)音頻解碼器、MPEG-2傳輸層解復(fù)用器、信道解調(diào)器、前向糾錯(cuò)處理器、圖形硬件和外圍設(shè)備等不同部分。這些功能的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在DSP 所擅長(zhǎng)的數(shù)字運(yùn)算當(dāng)中。其中，使用嵌入式DSP技術(shù)可以完成系統(tǒng)的控制功能。

DSP實(shí)現(xiàn)HDTV接收機(jī)的軟件結(jié)構(gòu)主要包括：

·硬件驅(qū)動(dòng)層：各硬件模塊的驅(qū)動(dòng)程序和初始化；

·中心層：系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，完成進(jìn)程的創(chuàng)建和執(zhí)行各進(jìn)程間的通信等；

·命令解析層：解釋?xiě)?yīng)用程序和用戶(hù)發(fā)出的命令；

·應(yīng)用層：軟件結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用模式，有E-mail、VOD、Internet接入等。

使用通用DSP芯片實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用VLIW core和OS MIPS CPU Core的最大好處是系統(tǒng)運(yùn)行功能完全可以由開(kāi)發(fā)者通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)自己定義，如在MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)情況可以通過(guò)軟件修正DCT變換、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以及對(duì)圖象進(jìn)行后置掩蓋差分編碼處理等。對(duì)多通道Audio信號(hào)使用修正的Dolby Pro Logic AC-3算法來(lái)改善傳輸性能等，但它的缺點(diǎn)是需要很強(qiáng)的DSP專(zhuān)業(yè)知識(shí)且開(kāi)發(fā)周期可能較長(zhǎng)。

DSP實(shí)現(xiàn)DTV的一種結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。DSP在DTV中主要用軟件實(shí)現(xiàn)MPEG-2數(shù)據(jù)流的解碼、處理和顯示，也通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)解擾、解復(fù)用和PID濾波等。主要功能描述如下：

·解復(fù)用/PID濾波；

·時(shí)序控制、碼率緩沖控制以及存儲(chǔ)控制；

·MPEG-2解碼，Audio解碼，圖形處理。

使用高速的DVP(數(shù)字視頻處理器)存儲(chǔ)器總線(xiàn)和雙PI總線(xiàn)連接片上的CPU和其它單元；使用PCI總線(xiàn)則可完成上網(wǎng)功能。圖2是整個(gè)實(shí)現(xiàn)的流程框圖。

DSP軟件可以通過(guò)匯編和C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。核心處理算法需要匯編語(yǔ)言，而控制程序可以通過(guò)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)可以通過(guò)pSOS或Windows CE實(shí)現(xiàn)，最好使用pSOS平臺(tái)。

由于ASIC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中VLIW core的時(shí)鐘頻率通常為幾十MHz～200MHz，而MIPS core的時(shí)鐘頻率也為幾十MHz～150MHz；存儲(chǔ)器速度為143MHz，容量要求16/32/64MB。所以，DSP可以考慮使用浮點(diǎn)處理器TMS320C40或雙處理器結(jié)構(gòu)的TMS320C5420。TMS320C40具有速度275MOPS和320Mbyte/s的吞吐量，6個(gè)DMA通道可以實(shí)現(xiàn)I/O操作與CPU的并行，并且具有16GB連續(xù)的程序/數(shù)據(jù)/外設(shè)地址空間，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)最大的靈活性；而TMS320C5420是雙CPU結(jié)構(gòu)，且片上有32K DARAM和168K SARAM，同時(shí)它有1個(gè)16位的HPI接口，可以很方便地與PCI總線(xiàn)連接。

最近TI高性能的C6000系列DSP的出現(xiàn)與發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)了DTV的全數(shù)字化接收、解調(diào)、音視頻處理與控制。C6000內(nèi)有8個(gè)并行的處理單元，采用VLIW結(jié)構(gòu)。芯片最高時(shí)鐘頻率達(dá)到300MHz，指令集可以進(jìn)行字節(jié)尋址以獲得8位/16位/32位數(shù)據(jù)。C6000的存儲(chǔ)器尋址空間為4GB，其中內(nèi)部集成了1M～7Mb的SRAM。同時(shí)，TI公司推出了世界上第一個(gè)效率可達(dá)70%～80%的匯編語(yǔ)言級(jí)C編譯器，以及實(shí)時(shí)在線(xiàn)性能分析與實(shí)時(shí)操作的CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境。C6000的這些配置無(wú)疑是我國(guó)研究界、工業(yè)界實(shí)現(xiàn)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DTV不可缺少的工具，對(duì)DTV的實(shí)現(xiàn)必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的歷史意義?！?/font>