HDTV信源解碼器

摘要: 本論文提出一種基于TMS320C6701 DSP實現HDTV信源解碼器的方案。用C6701實現系統控制、解復用、AC-3音頻解碼，用STi7000視頻解碼。與現有的HDTV信源解碼方案相比，本方案將核心芯片由三片(系統控制+解復用、視頻解碼和音頻解碼)減少到兩片，有利于系統集成，代表了HDTV信源解碼器的發展方向之一。
引言
數字高清晰度電視（HDTV）是繼黑白電視和彩色電視之后的新一代電視，HDTV接收機或機頂盒具有廣闊市場和巨大經濟效益，已經成為國際高科技領域研究開發的熱點之一。
HDTV接收系統由信道解碼、信源解碼、顯示終端組成。目前，多數HDTV信源解碼方案均由三片或三片以上的核心芯片組成，分別用于系統控制+解復用、視頻解碼、音頻解碼。為了提高系統的集成度，信源解碼方案正向著兩片方案過渡，最終可能實現單片解碼方案。本文提出一種兩片解碼方案：用TI的TMS320C6701完成系統控制、解復用、音頻解碼；用STi7000完成視頻解碼。

圖1 信源解碼器硬件框圖

圖2 信源解碼器軟件結構框圖

圖3 軟件解碼數據流圖
硬件設計
本信源解碼方案的硬件設計如圖1所示。
系統的核心為TMS320C6701 DSP，采用EPROM固化系統程序。C6701配接SD RAM用來存儲數據和工作程序。FIFO1用來輸入TS。視頻解碼器STi7000映射到C6701存儲空間。STi7000配有SDRAM用來存儲視頻PES、各種圖像（解碼、參考和顯示幀圖像）及OSD數據。視頻后處理部分由THS8134 DAC、CPLD及運放組成。系統本地時鐘和PWM產生器由FPGA實現，它與VCXO、RC低通濾波器一起在C6701解復用軟件配合下完成27MHz時鐘恢復。音頻解碼由C6701軟件完成。音頻輸出部分由FIFO2、一個 74LS157和三個D/A芯片組成。音頻輸出所用時鐘和控制信號也由FPGA實現。
系統控制、解復用和音頻解碼
C6701是TI的高性能浮點DSP，時鐘為167MHz，具有1336MIPS能力。C6701的Memory Map選為Map0。在其存儲器的 CE0 空間中放置了1M*32位的SDRAM。在CE1空間放置了1M*16位EPROM。本系統使用ROM boot process，因此C6701的BOOTMODE[4:0] 引腳置為“10010”。C6701的程序超過64K字節，因此從0地址開始執行的是一個Loader，它把EPROM中其他程序繼續傳送到SDRAM中。傳送完成后，CPU開始從Loader以下的地址開始執行程序。CE2空間用來放置異步器件，此時它的大小為4Mbytes。它被GAL內部的譯碼器等分為四個部分。前兩個部分放置STi7000；第三部分放置FIFO1；第四部分放置實現本地時鐘和PWM的FPGA。CE3空間僅放置FIFO2。
C6701 PLL模式被選為 *4 , 即輸入引腳CLKMODE[1:0] = 11b。41.75MHz由5V晶體振蕩器產生，經過LVT125做電平變換后輸入給C6701。C6701的SDCLK輸出加給零延遲時鐘緩沖器CY2308后分兩路分別提供給SDRAM。C6701所用的3.3V（VCC3）和1.9V（VCC1.9）由PT6921產生。本系統有一個 14腳插座, 它可與XDS510 emulator(硬件仿真器)連接起來實現仿真。C6701的HPI和串口1不被使用，相應引腳與跳線連接，以便系統功能擴展時使用。
本系統輸入為并行TS，輸入接口由TS數據(TSData[7:0])，DVALID，BCLK and ERROR組成。當TS數據輸入達到2KB時，FIFO的/HF信號有效，它作為一個中斷信號加給C6701 INT6腳。接到此中斷后，C6701運行有關中斷子程序，DMA將2KB TS數據取出傳輸到C6701片內的SRAM中。該FIFO映射到C6701 EMIF CE2空間。
27MHz系統時鐘恢復由FPGA(EPF10K20)中的計數器/PWM模塊、外部低通濾波器和VCXO在C6701相應軟件的控制下完成。VCXO輸出的時鐘信號輸入給FPGA中的一個42位計數器產生本地時鐘LMCR。當C6701按一定算法求得PCR與本地時鐘的差值后，將此差值輸出給FPGA的PWM模塊，該模塊將此差值轉換為PWM信號后輸出給低通濾波器，取出直流后控制VCXO輸出頻率。經一定時間的調整后，得到與發射方同步的27MHz。VCXO輸出的27MHz時鐘也提供給視頻解碼器使用。
視頻解碼
視頻解碼由ST公司的STi7000在C6701的相應軟件控制下實現。STi7000完成如下功能：a)接收C6701傳來的視頻PES并進行句法分析，取出ES存入SDRAM，取出DTS、PTS存入相應寄存器。b)找到ES中各層的開始碼并提取頭部信息，存入相應寄存器中，發中斷給C6701。C6701讀取這些頭部信息，并據此控制解碼流水線工作。c）STi7000的核心是硬件SLICE層以下解碼流水線。它從SDRAM中讀出ES，進行解壓縮(VLD-反掃描-IDCT-運動補償)得到重構圖像，并根據其類型(I、B或P幀)存入SDRAM相應區內。在流水線開始每一幀圖像解碼前，C6701要根據該幀類型等參數向STi7000發解碼命令。解碼流水線另一個重要功能是實現隱錯。d)視頻格式轉換：圖像輸出前，可進行各種格式變換(水平分辨率上下變換；垂直行數上下變換；隔行(I)和逐行(P)相互變換；3：2電影下拉模式和幅型比(4：3或16：9)變換(FULL、ZOOM、LETTERBOX和SIDEBAR)。e)實現OSD功能。
STi7000約有110個寄存器，分為配置、控制、存儲器存取、解碼指令、顯示、OSD、時鐘/鎖相環、D1接口、PES等9類。 C6701對STi7000各寄存器的存取通過STi7000的8位微控制器接口進行。該接口映射入C6701 EMIF CE2空間最低1MB內。其8位數據線接到LVT16245一邊；8位地址線接LVT16244輸出邊；片選(notA_cs)接GAL相應的輸出，讀寫(A_RnotW)接LVT16244輸出/B_AWE上。中斷請求信號(notA_IRQ)接C6701 INT4腳。C6701通過STi7000的8位并行數據接口向STi7000寫入視頻壓縮數據。該接口與上述8位微處理器接口共用8位數據線。壓縮數據請求信號接C6701 INT5腳。壓縮數據選通輸入notA_STRB則由GAL提供。
STi7000需要128Mbit的SDRAM存儲器，由兩片4*512K*32-Bit的100MHz SDRAM芯片組成。STi7000要求SDRAM具有如下特點：全頁Burst長度；連續Wrap；3周期CAS Latency。SDRAM和STi7000實現“glueless(無膠合)”連接。
本系統采用TI的THS8134實現視頻輸出D/A變換。本系統只實現HD輸出方式。STi7000的24Bit Y、Cb、Cr數字視頻信號和PIXCLK直接輸出給THS8134，產生模擬Y、Pb、Pr分量信號。STi7000的PIXCLK、HSYNC和VSYNC信號加給一個CPLD(EPM7128)。該CPLD控制THS8134按照相應的標準(1080I格式對應SMPTE274M；720P格式對應SMPTE296M；480P格式對應SMPTE293M；480I格式對應SMPTE170M)分別在Y、Pb、Pr分量上疊加三電平(1080I和720P)或兩電平(480P)復合同步信號，然后經運算放大器放大后輸出。這四種格式由C6701 TOUT0和TOUT1輸出的Displaymode0和1選擇。
當音頻開始輸出時，C6701先將4KB數據寫入FIFO2中。FIFO2映射入C6701 EMIF CE3空間。FIFO2的滿標志/FF信號有效，它觸發FPGA內相應模塊開始工作，將音頻主時鐘12.2880MHz時鐘分頻產生LRCLK(左右時鐘信號，頻率48KHz)和SCLK(串行時鐘，頻率為3.072MHz)。SCLK信號作為FIFO2的讀信號，而LRCLK則作為74LS157的輸入選擇信號。當LRCLK為高電平時，左(左環、中央聲道)數據輸出給三個DAC芯片；當LRCLK為低電平時，右(右環、LFE)數據輸出給三個DAC芯片。MCLK、LRCLK和SCLK同時輸入給三個DAC芯片。由三個DAC輸出的5.1聲道經放大后分別輸出。當FIFO2中已輸出2KB數據時，其/HF無效，此信號接至C6701 INT7輸入腳，觸發該中斷。C6701執行相應的中斷子程序，再向FIFO2輸出2KB數據，如此循環，保證音頻信號持續輸出。

軟件設計
系統的軟件結構如圖2所示。
在C6701內部有64Kbytes的數據SRAM和64Kbytes的Cache/Program SRAM。程序SRAM經初始化用作Cache。64K字節的片內數據RAM被組織成兩個塊。它們的地址分別為8000 0000h到8000 7FFFh和8000 8000h到8000 FFFFh。當CPU的Side A和Side B或者DMA控制器同時使用不同塊時，不會引起沖突。因此，同時訪問的數據位于不同塊時，不需考慮它們的地址。整個片內數據RAM分為五個部分：TS_Buffer(4K字節)用來緩沖輸入的TS；V_PES_Buffer(16K字節)用來存放視頻PES； A_PES_Buffer(8K字節) 用來存放音頻PES/ES； A_Buffer(32K字節) 用來存放解壓縮后的音頻數據；剩余的部分用于緩存中間計。
算數據。每一部分Buffer又分成兩個塊，以乒乓方式使用。即一塊由CPU使用時，另一塊可以同時進行存貯或由DMA使用。
軟件整個系統解碼數據流圖如圖3所示。首先FIFO1接收到的TS數據到其存儲量的一半(2KB)，發出中斷(INTa)激活DMA3。DMA3把FIFO1里一半的數據倒到C6701的片內存儲器TS_Buffer中，并在傳輸完成時發出中斷(INTb)，INTb的中斷服務程序發出信號semPES激活解復用任務。解復用任務從片內存儲器中取出TS數據進行相應處理，然后把分離出的音視頻PES數據送回片內存儲器，當A_PES_Buffer填充一半時，通過信號量semAudio激活音頻處理任務。音頻處理任務從A_PES_Buffer中取出音頻PES數據，解碼后存到A_Buffer。當A_Buffer中的數據積累到一定數量時，激活DMA2。DMA2把解碼后的4KB音頻數據輸出給FIFO2，FIFO2的/FF信號(滿標志)啟動音
頻數據由FIFO2的讀出。音頻輸出FIFO2半空時會發出中斷INTc，激活DMA2。DMA2把A_Buffer中的數據再傳送2KB到FIFO2去，如此繼續下去。視頻PES數據由DMA0從V_PES_Buffer不斷地倒到片外SDRAM中，當接到STi7000請求時，激活DMA1，把SDRAM中緩存的的視頻PES數據輸出給STi7000，進行解碼，然后，經視頻后處理后輸出給顯示器。
解復用的功能包括：PSI分析，時鐘恢復以及對傳輸包拆包并傳給相應的buffer(緩存器)。
視頻解碼的功能是對視頻PES進行解壓縮，恢復出視頻流。在系統中，Video Driver的中斷的優先級被設為最高。視頻解碼系統主要是通過中斷來觸發其它過程的進行，中斷是視頻解碼主線，操縱著整個視頻解碼的過程。
音頻解碼的功能是對音頻PES進行AC-3解壓縮，恢復出音頻流。音頻解碼從音頻PES包解碼開始，在6701片內的數據存儲區中開辟A_PES_Buffer(由兩塊各4KB對稱的存儲區組成)，解復用得到的音頻PES數據以乒乓方式存儲到這兩個區域。經過拆包PES數據得到的ES數據直接覆蓋PES數據所處區域。然后開始音頻解碼的核心計算，將解碼輸出的PCM數據格式化后存儲到片內數據存儲區中開辟的兩塊(各16K)PCM緩沖區中，利用DMA2將其中的數據輸出給片外的FIFO。

結語
本論文提出了一種基于通用DSP C6701的HDTV信源解碼器兩片解決方案。隨著技術的進步，將來可能會提出HDTV信源解碼器單片解決方案。即在單個功能強大的芯片的基礎上，很多工作可以由軟件控制實現。本論文提出的HDTV信源解碼器解決方案對于下一代HDTV信源解碼器的研制具有重要的參考價值。

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2009-05-03 23:48:59

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2009-05-05 09:18:56

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2010-01-06 15:02:20

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無線解碼器接口校驗

無線解碼器接口校驗無線解碼器接口的常見校驗形式有奇校驗和偶校驗。奇校驗規定：

2010-01-06 15:10:21

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2010-01-06 15:13:44

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基于SC2005的DVB-C機頂盒信源解碼器

　　在機頂盒的研發過程中，信源解碼器的研制是整個開發工作的基礎和核心。隨著機卡分離政策的出臺，信源解碼器的通用性和復雜性，使其在機頂盒終端的開發過程中變得更

2010-09-11 17:39:13

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大眾中控為什么改家用需要解碼器！解碼器是什么# 硬聲創作季

解碼器電工技術中控系統電路維修

電子學習發布于 2022-11-13 19:09:36

有效的golomb解碼器設計

本文設計了一種有效的適合硬件實現的golomb 解碼器 ，并且完成了解碼器電路的硬件實現。本設計采用有限狀態機與計數器相結合的解碼結構，并且對有限狀態機的實現進行了優化

2011-06-29 18:05:44

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學習電子發布于 2022-11-20 11:40:09

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學習電子發布于 2022-11-20 14:07:09

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2016-05-24 10:53:17

什么是視頻解碼器_有什么用

　視頻解碼器是指一個能夠對數字視頻進行壓縮或者解壓縮的程序或者設備。專業級視頻解碼器IRD2600是一種可根據用戶特殊應用而“量身定做的” MPEG-2/DVB標準的綜合接收解碼器，IRD-2600/H提供各種專業或選定的視頻、音頻接口。

2018-03-22 15:23:23

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步布高解碼器下載及安裝教程

本文主要介紹了步布高解碼器下載及安裝教程。

2018-06-21 08:55:21

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Ravi C.S.描述了Xilinx Kintex-7器件上的CoreEL 4K AVC長GOP解碼器，4K AVC幀內編解碼器，音頻 - 視頻解碼器模塊和HEVC幀內解碼器演示。

2018-11-28 06:05:00

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高清解碼器（xunwei）的主要作用在于接收前端高清編碼圖像或網絡攝像頭信號并解碼，然后通過自身的各種視頻輸出接口，如HDMI、DVI、SDI、VGA、BNC輸出顯示到顯示設備上。編碼器和解碼器

2018-12-10 15:47:43

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如今是科技快速發展的時代，監控技術也日趨完善，視頻解碼器是監控系統中比較核心的部分，以下為大家介紹一下監控系統視頻解碼器的作用，可供參考。

2018-12-10 16:32:08

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2018-12-10 16:35:54

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解碼器的使用方法步驟

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2018-12-10 16:39:49

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為什么編解碼器需要解碼器模型

通常來說，視頻解碼器聲明支持某個配置文件和級別。配置文件可以指定有關比特深度和色度二次采樣的視頻格式，以及解碼器需要支持的以解碼比特流的一組編碼工具。

2020-08-10 16:50:16

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HiFi音響有必要配解碼器嗎 hifi解碼器起什么作用

HiFi解碼器在音頻系統中起到以下幾個重要作用：　　1. 解碼數字音頻信號：HiFi解碼器可以將數字音頻信號（如Dolby Digital、DTS、FLAC、ALAC等格式）解碼成模擬

2023-08-23 15:56:31

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