數字電視在世界范圍內得到了非常迅速的發展,電視廣播的全部流程,即從節目的拍攝、制作、傳輸到播出等正在逐步實現數字化。MPEG視頻/音頻壓縮標準的出現,解決了電視信號數字化后信息量過大而信道帶寬有限的問題;數字視頻硬件產品的不斷進步,促進了各種數字視頻產品的推出,給觀眾帶來了高品質的畫面和音響效果。這一切,都預示著電視廣播全面步入了數字化的時代。

    目前世界上的數字電視系統標準有歐洲的DVB系統、美國的ATSC系統和日本的ISDB系統。這幾種系統在視頻壓縮上都采用MPEG-2標準[2],我國也正在積極地制定自己的數字電視標準。本文將介紹PHILIPS公司生產的芯片SAA6752,它能在開發歐洲DVB標準常規數字電視和DVD的前端系統的產品過程中,實現MPEG-2編碼。

    1 SAA6752的主要特點

    SAA6752又稱為EMPRESS， 是PHILIPS公司第二代實時MPEG-2編碼芯片。它將音頻、視頻編碼和復用集成在一個芯片中,具有很強的功能,外部只需加入簡單的相關芯片就能實現整個編碼系統,從而降低系統成本。同時,所有的視頻、音頻壓縮算法都運行在EMPRESS的內部MIPS處理器上,編碼軟件都已固化在芯片中,無需額外的軟件開發,系統主控芯片通過I2C總線就可以設定必要的編碼參數。此外,由于它較好地解決了視頻編碼中的主要問題——噪音過濾和運動預測,所以可以在低碼率情況下實現高品質視頻編碼,從而達到在存儲介質上可以存儲更多視頻和音頻信息的目的。

    該芯片主要提供以下功能[1]:

    (1)視頻壓縮

    ?實時MPEG-2編碼 (符合MP@ML)

    ?支持分辨率: D1、2/3D1、1/2D1和SIF

    ?在所有模式下支持IPB、IP和I幀編碼

    ?支持的碼率: 1.5～25Mbps(對于只有I幀編碼)

    1.5～15Mbps(對于只有IP幀編碼)

    1.5～15Mbps(對于只有IPB幀編碼)

    ?支持CBR(Constant Bit Rate)和VBR(Variable Bit Rate)

    ?具有可編程的GOP(Group of PICture)結構

    (2)音頻壓縮

    ?AC-3音頻編碼:碼率為256kbps或384kbps

    ?MPEG-1 Layer 2音頻編碼(16或20位):碼率為256kbps或384kbps

    (3)系統復用

    ?符合MPEG系統標準(ISO 13818-1)的視頻和音頻流的復用

    ?產生和輸出符合DVD、D-VHS和DVB標準的MPEG-2傳輸流(TS)、 MPEG-2節目流(PS)、打包的基本流(PES)和基本流(ES)

    ?產生和插入MPEG時間標記(PTS/DTS/SCR/PCR)

    2 基于SAA6752的MPEG-2編碼系統

    2.1 系統框圖

    因為SAA6752沒有片內CPU,為了實現編碼功能,所以必須由一個片外CPU對其進行控制。而對SAA6752的所有控制(例如碼率控制、PS流和TS流輸出等)均是通過I2C總線[3]完成的,因而非常簡單。圖1給出了基于SAA6752的MPEG-2編碼系統的方框圖。

    該編碼系統主要分為視頻輸入部分、音頻輸入/輸出部分、EMPRESS部分、復位部分、輸出接口、電源部分以及I2C和UART接口。

    2.1.1 視頻輸入部分

    視頻輸入部分提供兩路模擬輸入接口,一路為CVBS信號,另一路為YC信號。該部分可以由PHILIPS SAA7114完成,對其所有的控制均通過I2C總線完成。

    2.1.2 音頻輸入/輸出部分

    由于EMPRESS 提供了音頻I2S接口,該部分主要完成模擬音頻轉換為數字音頻I2S信號的功能。

    2.1.3 EMPRESS部分

    由于SAA6752采用多個處理器模塊,各個處理器和控制模塊之間相互獨立,所以模塊之間的數據傳送主要通過FIFO存儲器或外部SDRAM來實現。該系統采用16Mbit或64Mbit SDRAM。EMPRESS SAA6752可以產生打包的基本流,其碼流可以根據不同的應用進行設定,一種是對應于DVD格式的PES流,其碼率是可變的;另一種是對應于TS的PES流,其碼率是恒定的。

    2.1.4 復位部分

    該系統提供兩種復位方式:一種是硬復位;另一種是利用I2C控制軟件實現軟復位。

    2.1.5 輸出接口部分

    該系統提供兩種TS并行輸出接口:一種是TTL接口;另一種是標準LVDS接口。

    2.2 軟件編程

    為了控制EMPRESS的編碼,I2C接口線被用來將該系統與計算機相連以實現計算機控制EMPRESS芯片的目的,同時初始化SAA7114。所有的相關操作均是通過I2C總線訪問寄存器實現的。在I2C控制軟件中,需要確定EMPRESS和SAA7114的I2C讀寫地址。

    EMPRESS的I2C讀寫地址:

    (1)當EMPRESS的I2C選擇信號為低時,其I2C寫地址為40H,讀地址為41H。

    (2)當EMPRESS的I2C選擇信號為高時,其I2C寫地址為42H,讀地址為43H。

    SAA7114的I2C讀寫地址:

    (1)當SAA7114的I2C選擇信號為低時,其I2C寫地址為40H,讀地址為41H。

    (2)當SAA7114的I2C選擇信號為高時,其I2C寫地址為42H,讀地址為43H。

    為了防止EMPRESS和SAA7114的I2C地址發生沖突,將EMPRESS的I2C選擇信號設置為低電平,則EMPRESS的I2C寫地址定義為40H;將SAA7114的I2C選擇信號設置為高電平,則SAA7114的I2C寫地址定義為42H。

    控制軟件應實現以下的I2C接口函數:

    (1)Void I2C_Read_One_Byte(int address，int subaddress，int value)

    該函數主要實現對給定寄存器一個字節的讀取,address 確定需要訪問的芯片,subaddress確定需要訪問的寄存器, value為返回寄存器值。

    (2)I2C_Write_One_Byte(int address，int subaddress，int value )

    該函數主要實現對給定寄存器一個字節的寫入,address確定需要訪問的芯片,subaddress確定需要訪問的寄存器,value為要寫入寄存器值。

    (3)I2C_Read_Muiti_Bytes(int address，int subaddress， int count， int *buffer)

    該函數主要實現對給定寄存器多個字節的讀取,address 確定需要訪問的芯片,subaddress確定需要訪問的寄存器,buffer為返回多個寄存器值。

    (4)I2C_Write_Multi_Bytes(int address，int subaddress， int count， int *buffer)

    該函數主要實現對給定寄存器多個字節的寫入,address 確定需要訪問的芯片,subaddress確定需要訪問的寄存器,buffer為要寫入多個寄存器值。

    通過調用這些函數,就可由I2C接口對EMPRESS和SAA7114的片內寄存器進行設置。

    使用I2C控制軟件,可以任意修改參數(PID、碼率等)產生和輸出所需要的TS、PS、PES、ES流。在設定輸出碼率為5～9Mbit/s時,可以得到較高品質的視頻圖像。

    SAA6752采用噪聲過濾和運動估計技術,使得基于SAA6752的MPEG-2編碼系統在低碼率壓縮情況下,對于有干擾的輸入信號仍能提供高質量編碼效果。這特別適合于以較低碼率壓縮的應用,例如DVD視頻刻錄和個人視頻刻錄(Personal Video Recording)。

    在保證高編碼質量的同時,基于SAA6752的MPEG-2編碼系統設計非常簡單,易于實現。當使用該芯片設計MPEG-2編碼系統時,只需在外圍添加視頻模/數轉換芯片、音頻模/數轉換芯片和外部SDRAM,普通的模擬視頻和音頻信號就可以被壓縮成高質量的MPEG-2視頻流和MPEG-1 layer2或AC-3音頻流,復用成為PS或TS,提供給存儲或廣播媒介。由于所有的視頻和音頻編碼算法和軟件都是運行在片內處理器中,因而只需較少的系統控制資源。而主控芯片只要通過I2C總線設置編碼參數即可,無需用戶具有較多的MPEG編碼經驗或投入過多的設計成本,縮短了設計周期。

    因此,用SAA6752設計低成本高品質的編碼系統,可以被廣泛應用于新的消費類數字視頻產品中。