采用H.264視頻編解碼技術(shù)的DVB-T機(jī)頂盒系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

H.264作為新一代的視頻編解碼技術(shù)，與傳統(tǒng)的MPEG-2相比，其卓越的壓縮性能，使其能在較小帶寬下實(shí)現(xiàn)更高畫質(zhì)的視頻傳輸，在視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中占用更少的存儲(chǔ)空間。

傳統(tǒng)的DVB-T市場(chǎng)，MPEG-2是主流視頻編解碼格式。近年來(lái)，隨著帶寬和頻率資源越來(lái)越珍貴，歐洲新興地區(qū)、俄羅斯、土耳其等地區(qū)的運(yùn)營(yíng)商選擇H.264作為視頻編解碼格式，形成了一定規(guī)模的市場(chǎng)，引起了機(jī)頂盒廠商的關(guān)注。

H.264解碼芯片FH8601，這款ASIC芯片與業(yè)已成熟的DVB-T機(jī)頂盒芯片組合成一種雙芯片解決方案。FH8601作為協(xié)處理器可接收來(lái)自主芯片(如LSI9700、NEC61123)的指令和H.264碼流數(shù)據(jù)，解碼后再將圖像通過(guò)601/656顯示接口送回主芯片，由主芯片做顯示處理。此方案已被俄羅斯DVB-T運(yùn)營(yíng)商量產(chǎn)選用。

如何在傳統(tǒng)的DVB-T機(jī)頂盒平臺(tái)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)新一代具有H.264視頻解碼能力的解決方案？工程師在實(shí)現(xiàn)這樣的雙芯片組合解決方案時(shí)需要解決哪些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題？本文將主要針對(duì)H.264解碼芯片F(xiàn)H8601在與傳統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行集成的過(guò)程中需要注意的如下技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)做出闡述：

1.控制接口和視頻I/O接口；

2.實(shí)現(xiàn)視音頻(A/V)同步；

3.應(yīng)對(duì)H.264編碼碼流兼容性；

控制接口和視頻I/O接口

如圖所示，在一個(gè)機(jī)頂盒終端中，F(xiàn)H8601是作為一個(gè)協(xié)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻解碼。它提供了與主芯片通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，即最基本的LocalBus接口。只要主芯片可以提供訪問(wèn)RAM或Nor型閃存的數(shù)據(jù)地址總線，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)FH8601的控制和視頻數(shù)據(jù)傳送。而主芯片怎樣獲得FH8601解碼后的視頻數(shù)據(jù)也是系統(tǒng)工程師需要考慮的一個(gè)問(wèn)題，F(xiàn)H8601為此提供了標(biāo)準(zhǔn)的ITU601/656視頻輸出接口。

圖1

主機(jī)接口LocalBus：FH8601芯片可以通過(guò)16位或8位的數(shù)據(jù)寬度來(lái)與主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，8位或16位寬度可配置。主機(jī)對(duì)FH8601的操作主要包括復(fù)位、配置、下載固件、寫碼流數(shù)據(jù)和查詢狀態(tài)。

視頻數(shù)據(jù)輸出接口：視頻數(shù)據(jù)完全兼容ITU601/656標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)必須能夠提供相應(yīng)的視頻輸入接口。視頻輸出接口的同步時(shí)鐘可以有0度相位和180度相位兩種選擇。

音視頻同步

音視頻的同步是所有開(kāi)發(fā)機(jī)頂盒方案的音視頻應(yīng)用工程師應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。工程師往往也在這一技術(shù)點(diǎn)上花費(fèi)了較多的精力來(lái)使系統(tǒng)獲得最好的音視頻效果。從基于FH8601已實(shí)現(xiàn)方案的實(shí)際效果來(lái)看，其音視頻同步的效果很好。

1．MPEG規(guī)范中實(shí)現(xiàn)音視頻同步的保證

MPEG規(guī)范提供了可絕對(duì)保證音視頻(A/V)同步的恰當(dāng)工具。每個(gè)音頻和視頻幀都有一個(gè)能讓解碼器同步對(duì)聲音和圖像進(jìn)行重建的顯示時(shí)間戳(PTS)。這些PTS值由MPEG編碼器中的復(fù)用器來(lái)賦予。解碼器在這些PTS之前接收到音頻和視頻數(shù)據(jù)，于是便能利用這些值來(lái)同步地播放視頻和音頻。在MPEG系統(tǒng)中，由于時(shí)分多路復(fù)用中的位時(shí)隙、路時(shí)隙、幀之間具有嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系，這就是同步。為了恢復(fù)節(jié)目，先對(duì)ES進(jìn)行解碼。聲音、圖像信號(hào)的重現(xiàn)需要同步顯示，從而要求收發(fā)兩端數(shù)據(jù)流要達(dá)到同步。

2．FH8601提供的同步機(jī)制

FH8601具有自動(dòng)音頻視頻同步功能。這一功能簡(jiǎn)化了系統(tǒng)軟件的復(fù)雜度。具體來(lái)說(shuō)，主芯片需要將FH8601中的同步功能打開(kāi)。在解碼過(guò)程中，主芯片需要將音頻的當(dāng)前PTS寫給FH8601，以便FH8601自動(dòng)進(jìn)行視頻音頻的同步。視頻PTS伴隨著碼流數(shù)據(jù)一起寫入FH8601。

編碼碼流兼容性和可升級(jí)性

H.264標(biāo)準(zhǔn)雖然早在2003年就已經(jīng)確定，但畢竟還處于應(yīng)用的早期階段，編碼器遠(yuǎn)沒(méi)有像MPEG2那樣成熟，因此，解碼器必須面臨編碼碼流不標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)常升級(jí)的問(wèn)題。FH8601在芯片實(shí)現(xiàn)的定義階段就考慮到了怎樣應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。通過(guò)固件的方式，我們把標(biāo)準(zhǔn)中那些可以靈活變化的部分以軟件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。而固件的所有變化，并不需要方案設(shè)計(jì)工程師的參與，而只是簡(jiǎn)單的替代原有固件并以在線方式下載即可。

碼流兼容性：目前FH8601除通過(guò)所有ITU兼容性碼流測(cè)試外，還與所有主流編碼器實(shí)現(xiàn)了對(duì)接。

在線更新固件：需要升級(jí)固件時(shí)，只需要富瀚提供一個(gè)新的固件數(shù)據(jù)文件，用戶直接替換原有的文件重新編譯就可以輕松完成升級(jí)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于DVB-T/H.264這樣的新興解決方案，任何一個(gè)不愿放棄原有軟件資源和代碼積累的工程師都會(huì)想到軟件復(fù)用。很顯然，對(duì)于那些已經(jīng)有過(guò)DVB-T機(jī)頂盒方案的設(shè)計(jì)公司來(lái)說(shuō)，雙芯片方案給系統(tǒng)工程師帶來(lái)的一個(gè)最直接的便利，就是所有的系統(tǒng)資源都可以直接放在新的項(xiàng)目中。在接下來(lái)，我們也需要考慮對(duì)原有軟件資源的復(fù)用。事實(shí)上，在主機(jī)并沒(méi)有發(fā)生改變的情況下，原有的軟件和代碼并不會(huì)發(fā)生任何的浪費(fèi)，除非你認(rèn)為它們本身已經(jīng)過(guò)時(shí)。我們只需根據(jù)新增加的H.264解碼功能，進(jìn)行少量的驅(qū)動(dòng)移植以及接口函數(shù)調(diào)用測(cè)試工作。

不同方案的對(duì)比

市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)：從技術(shù)角度來(lái)看，由FH8601與成熟的DVB-T芯片組成的雙芯片方案與其他支持H.264解碼的單芯片SoC方案比較，在研發(fā)投入、開(kāi)發(fā)周期、方案成熟度方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，可大大降低產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。

價(jià)格優(yōu)勢(shì)：同時(shí)，從價(jià)格方面考慮，由于原有的DVB-T芯片已大批量出貨，市場(chǎng)價(jià)格已非常低，加上一顆低成本的H.264解碼器FH8601，其機(jī)頂盒終端的BOM價(jià)格，相對(duì)于其它基于SoC單芯片的終端的BOM價(jià)格，低30%～50%。

開(kāi)發(fā)繼承：針對(duì)目前市場(chǎng)上的單芯片SoC方案，設(shè)計(jì)公司在選擇這樣的方案時(shí)，基本放棄了原有的軟件資源積累，采用全新的軟件架構(gòu)和中間件資源，軟件開(kāi)發(fā)人員的需要重新開(kāi)始一個(gè)平臺(tái)的學(xué)習(xí)，勢(shì)必造成了整個(gè)代碼開(kāi)發(fā)周期加長(zhǎng)，測(cè)試任務(wù)也隨之加重。而市場(chǎng)的等待卻同樣是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

我們從單芯片SoC方案中關(guān)于視頻部分的特性描述，可以看到它們對(duì)視頻支持的標(biāo)準(zhǔn)都很廣，代表了未來(lái)可能出現(xiàn)的幾種標(biāo)準(zhǔn)H.264、VC-1等，這在給機(jī)頂盒帶來(lái)了功能多樣化和靈活性同時(shí)，隨之而來(lái)的是終端成本增加，而采用FH8601的雙芯片方案專門針對(duì)H.264標(biāo)清解碼市場(chǎng)，切合了當(dāng)前市場(chǎng)的需求。