專利名稱：一種數(shù)字電視信源解碼芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及音視頻多媒體處理、數(shù)字電視、機(jī)頂盒信源解碼等領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字電視信源解碼芯片。
背景技術(shù)：
目前，數(shù)字多媒體處理器芯片如數(shù)字電視信源解碼芯片的主要來源是國外廠商，如意法半導(dǎo)體(ST)、飛利浦(Philips)及富士通(Fujitsu)等國外大公司提供，典型的有ST公司的STi5518、STi5516及Fujitsu公司的MB87M2141等。該類芯片規(guī)模大、系統(tǒng)復(fù)雜、成本高。
我國數(shù)字媒體技術(shù)、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為迅猛，已成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)，前景十分廣闊，但是國內(nèi)數(shù)字電視及寬帶產(chǎn)品市場芯片供應(yīng)不足，目前國內(nèi)只有很少幾家公司能推出成熟的相關(guān)芯片。但還存在諸多問題，如CPU處理能力低，接口少等問題，導(dǎo)致在使用過程中無法進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)展開發(fā)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)字電視信源解碼芯片，該芯片性能高、成本低、擴(kuò)展性強(qiáng)，內(nèi)嵌32位RISC CPU，集成多種實(shí)用性外圍接口，包括硬盤、網(wǎng)絡(luò)、USB、SPI等，0.18um CMOS工藝，采用BGA256封裝，工作頻率可以到135MHz。
本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型的目的采用的技術(shù)方案如下一種數(shù)字電視信源解碼芯片，主要由CPU，條件接收模塊、音視頻解碼器、視頻后處理模塊、音視頻輸出模塊、總線及時鐘管理、外部存儲控制器和通用接口組成，它們主要通過系統(tǒng)總線和通用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。
進(jìn)一步地，該芯片還包括用來管理CPU外部模塊中斷的中斷控制器。
本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的數(shù)字電視信源解碼芯片對系統(tǒng)頻率要求低，在系統(tǒng)時鐘54MHz時，即可實(shí)現(xiàn)正常的音視頻解碼。從而能達(dá)到低功耗、對SOC設(shè)計(jì)工藝要求低、實(shí)現(xiàn)高性價比的目的。另外，它具有豐富的接口功能和內(nèi)嵌32位RISC CPU，非常有利于用戶的二次開發(fā)，在功能擴(kuò)展的同時，成本基本不變，從而增強(qiáng)了應(yīng)用系統(tǒng)的競爭力。


圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的條件接收模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實(shí)用新型的視頻解碼結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本實(shí)用新型的視頻解碼詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型的音頻解碼結(jié)構(gòu)框圖；圖6是本實(shí)用新型的視頻后處理模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的目的和效果將更加明確。
本實(shí)用新型的數(shù)字電視信源解碼芯片采用可擴(kuò)展的MASTER組和SLAVE組結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了以MPEG2標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的音視頻處理結(jié)構(gòu)。此芯片總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)從脈寬調(diào)制器Tuner接收傳輸流(TS)，條件接收模塊首先對傳輸流進(jìn)行解擾解復(fù)用得到用戶選擇的節(jié)目所對應(yīng)的傳輸流，然后進(jìn)行解密處理分別分離出音頻基本流和視頻基本流。條件接收模塊將解得的音頻、視頻基本流分別存儲到SDRAM的音視頻基本流緩沖區(qū)。音視頻解碼器檢測到音視頻基本流緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)后，通過總線從SDRAM中讀入基本流分別進(jìn)行解碼。音頻解碼器將解得的PCM直接通過音視頻輸出模塊輸出。而視頻解碼器將解得的幀先存入SDRAM的視頻幀緩沖區(qū)提供給視頻解碼器的運(yùn)動補(bǔ)償作為參考幀，然后通過視頻后處理模塊疊加上菜單等信息輸入到音視頻輸出模塊中的視頻DAC輸出模擬CVBS、Y/C或數(shù)字ITU-656格式。另外，通過豐富的外圍接口，本實(shí)用新型的數(shù)字電視信源解碼芯片還可以擴(kuò)展出很多功能。比如系統(tǒng)可以通過硬盤控制器，將條件接收模塊中解得的傳輸流保存到硬盤中，實(shí)現(xiàn)硬盤錄像功能。當(dāng)然，也可以實(shí)現(xiàn)硬盤回放功能。
以下詳細(xì)說明幾個主要部件的功能及結(jié)構(gòu)。
1、CPU本芯片中CPU為32位RISC CPU，可采用杭州中天微系統(tǒng)有限公司的CK510，它的主要特點(diǎn)是(1)高性能的32位CPU，16位指令長度，7級流水線，完全對軟件透明；(2)高性能片上高速緩存；(3)支持big endian和little endian；(4)內(nèi)部硬件調(diào)試模塊支持片上硬件調(diào)試；(5)支持快速中斷，支持向量中斷和自動向量中斷；(6)高度可配置性，指令cache和數(shù)據(jù)cache大小可變，相關(guān)組的個數(shù)可變。
為配合CPU更有效地工作，系統(tǒng)中還加入了中斷控制器等部件。中斷控制器用來管理CPU外部模塊的中斷，再向CPU發(fā)送中斷請求和相應(yīng)的中斷號。CPU允許兩層中斷嵌套，普通中斷和快速中斷。
2、條件接收模塊條件接收模塊由解復(fù)用器，解擾器和ES形成模塊組成。如圖2所示，系統(tǒng)接收到加密傳輸流，根據(jù)用戶指定的節(jié)目，通過解復(fù)用器形成音視頻加密流和程序流。程序流經(jīng)PID濾波過濾出ECM、EMM消息，并通過智能卡控制器傳送給智能卡。智能卡接收到ECM、EMM消息后，分別對其進(jìn)行相關(guān)的處理，將授權(quán)寫入智能卡的用戶授權(quán)數(shù)據(jù)區(qū)，并根據(jù)授權(quán)條件及指定的密鑰解出加擾控制字CW，同時將CW傳送給本數(shù)字電視信源解碼芯片，芯片接收到CW后，將其傳送給解擾器對音視頻加密流進(jìn)行解擾。并送出解擾后的包含音視頻壓縮信息的音視頻清流，解擾后的音視頻清流數(shù)據(jù)經(jīng)ES形成模塊處理，恢復(fù)出音頻、視頻ES數(shù)據(jù)。恢復(fù)出的音視頻ES數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的緩存中，以供音視頻解碼器模塊進(jìn)行MPEG2解碼。另外，條件接收模塊在解擾后送出音視頻清流的同時可以將清流進(jìn)行錄制，通過硬盤，實(shí)現(xiàn)節(jié)目的錄放功能。
3、音視頻解碼器音視頻解碼器由視頻解碼模塊和音頻解碼模塊組成。音視頻解碼模塊分別從條件接收模塊解得的基本流ES(Elementary Stream)數(shù)據(jù)緩存中讀取相應(yīng)碼流，并分別進(jìn)行解碼。如圖3所示，視頻解碼是通過空域(Spatial)解碼、時域(Temporal)解碼、重構(gòu)(Reconstruction)等過程恢復(fù)出原始視頻數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)寫入到相應(yīng)的存貯器中供視頻輸出或作預(yù)測參考圖之用。視頻解碼模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，根據(jù)ISO/IEC 13818-2標(biāo)準(zhǔn)，編碼數(shù)據(jù)也就是上面提到的基本流ES，首先根據(jù)ISO/IEC 13818-2提供視頻流語法信息和變長編碼表進(jìn)行變長碼解碼，同時根據(jù)語法結(jié)構(gòu)提取碼流中所有的有效信息位。變長碼解析后，根據(jù)游程編碼原理進(jìn)行反掃描，通過Z掃描或交替掃描方式恢復(fù)出編碼過程中被量化的塊矩陣。隨后，通過反量化和反DCT恢復(fù)出各宏塊DCT編碼前的矩陣值。從反掃描到反DCT，所有的操作可以歸納為圖3中的空域解壓部分。而時域解壓也就是圖4中的運(yùn)動補(bǔ)償部分，運(yùn)動補(bǔ)償是幀間預(yù)測的逆過程。運(yùn)動補(bǔ)償根據(jù)編碼出來的碼流中得到的運(yùn)動矢量以及各種預(yù)測信息，由以前的解碼圖像中預(yù)測出當(dāng)前幀的過程。通過預(yù)測出來的象素值與反DCT輸出的數(shù)據(jù)組合，恢復(fù)出最終的解碼樣本，這樣就完成了視頻解碼的整個過程。
音頻解碼模塊由控制及碼流提取、CRC檢錯、反量化和子帶綜合濾波等模塊組成。條件接收模塊分離出來的音頻基本流或MP1，MP2音頻文件先經(jīng)過控制及碼流提取模塊，根據(jù)ISO/IEC 11172-3的語法，提取所有相關(guān)信息，包括比特位分配、比例因子、采樣等信息。同時根據(jù)音頻層次的不同對碼流的不同比特位進(jìn)行CRC檢錯，CRC校驗(yàn)通過后，對采樣信息進(jìn)行反量化及子帶綜合濾波等一系列處理，恢復(fù)左右聲道的PCM值。這是的PCM存入PCM緩沖區(qū)與視頻同步，然后以I2S等數(shù)字格式直接輸出，或以PCM格式送給音頻DAC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
4、視頻后處理模塊視頻后處理模塊的主要功能是進(jìn)行多圖層疊加，視頻層任意縮小等處理。其五個圖層分別是背景色層，靜態(tài)圖層，視頻層，OSD層，和子圖層。如圖6所示，首先從內(nèi)存讀入解碼后的視頻數(shù)據(jù)，如果需要做縮小處理，則可以通過軟件修改控制寄存器來實(shí)現(xiàn)任意面積的縮小?？s小過程中，由另一路通道讀入靜態(tài)圖層或者背景色數(shù)據(jù)，根據(jù)寄存器指定的坐標(biāo)位置實(shí)現(xiàn)視頻層與靜態(tài)圖層，或者視頻層與背景色層的疊加，再送入ITU-656編碼器，否則直接將全屏幕數(shù)據(jù)送入ITU-656編碼器，生成ITU-656格式的視頻流。生成的視頻流再通過OSD、子圖疊加模塊進(jìn)行OSD、子圖疊加等處理，完成五個圖層的疊加。如果選擇外部視頻流，則繞過ITU-656編碼器，直接送入OSD、子圖疊加模塊進(jìn)行菜單，子圖等疊加處理。最后，視頻后處理模塊以27MHZ的時鐘將ITU-656視頻數(shù)據(jù)送入視頻DAC，完成整個視頻后處理的工作。
5、音視頻輸出模塊音視頻輸出模塊由音頻輸出模塊、視頻輸出模塊組成，它們又可以分成數(shù)字輸出模式和模擬輸出模式兩大類。
音頻輸出的數(shù)字接口格式支持業(yè)內(nèi)通用的3種格式，可用參數(shù)設(shè)置。(1)、I2S音頻格式；(2)、左對齊音頻格式；(3)、右對齊音頻格式。而模擬輸出模式從音頻解碼器接收16bit精度PCM數(shù)據(jù)流，通過音頻DAC將它轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，再經(jīng)過濾波和變換，最后將立體聲模擬信號輸出到外接音頻設(shè)備。
視頻輸出模塊可以直接輸出視頻后處理模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字格式ITU-656格式。也可以通過視頻DAC輸出模擬視頻信號。
6、總線及時鐘管理總線及時鐘管理模塊分總線管理和時鐘管理等模塊。系統(tǒng)中包含兩級總線系統(tǒng)總線SBUS(System BUS)和通用總線GBUS(General Bus)。系統(tǒng)總線SBUS采用地址/數(shù)據(jù)分離的流水式操作，支持固定長/不定長猝發(fā)(burst)傳送和多個主設(shè)備的總線管理，具有高帶寬、高性能特性，適合于嵌入式處理器與高性能外圍設(shè)備、片內(nèi)存儲器及接口功能單元的連接。通用外圍設(shè)備駐留在低速的GBUS外圍總線上，GBUS外圍總線通過橋與系統(tǒng)總線SBUS相連。在SBUS總線通信過程中，所有總線主設(shè)備發(fā)出它們想要執(zhí)行傳送的地址和控制信號，然后由總線管理模塊中的仲裁器決定把哪個主設(shè)備的地址和控制信號路由到所有從設(shè)備，總線管理模塊中的中央地址譯碼器譯碼地址信息產(chǎn)生相應(yīng)的從設(shè)備選擇信號，同時控制從設(shè)備到主設(shè)備多路選擇器把被尋址從設(shè)備的讀數(shù)據(jù)和反應(yīng)信號路由到所有到主設(shè)備。GBUS外圍總線作為局部的二級總線，為系統(tǒng)總線提供了低功耗和接口設(shè)計(jì)簡單的協(xié)議擴(kuò)展，它整體上可看作一個SBUS從設(shè)備。GBUS數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議相對SBUS協(xié)議要簡單許多，它僅支持一個主設(shè)備(總線橋)與多個從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，不支持性能高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。圖1中通用接口中的USB、串口、智能卡、紅外、I2C等控制器全是GBUS總線上的設(shè)備。他們通過總線橋與系統(tǒng)總線SBUS相連。
7、網(wǎng)卡接口控制器網(wǎng)卡接口控制器向下連接物理層PHY模塊，兼容RTL8201系列物理層芯片，向上連接系統(tǒng)SBUS總線，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)功能。功能包括硬件32位CRC生成與校驗(yàn)，全雙工和半雙工收發(fā)，10Mb/s和100Mb/s收發(fā)速度，支持查詢和中斷模式。
8、外部存儲控制器一個SOC肯定具有外部存儲控制器，本實(shí)用新型數(shù)字電視信源解碼芯片也不例外。它包括SDRAM控制器，F(xiàn)lash控制器，還有IDE控制器。在系統(tǒng)中，它們負(fù)責(zé)與芯片外部存儲設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取操作，共同完成整個數(shù)字電視信源解碼芯片的解碼工作。
上述實(shí)施例用來解釋說明本實(shí)用新型，而不是對本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字電視信源解碼芯片，其特征在于，主要由CPU，條件接收模塊、音視頻解碼器、視頻后處理模塊、音視頻輸出模塊、總線及時鐘管理、外部存儲控制器和通用接口組成，它們主要通過系統(tǒng)總線和通用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字電視信源解碼芯片，其特征在于，該芯片還包括用來管理CPU外部模塊中斷的中斷控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字電視信源解碼芯片，其特征在于，所述條件接收模塊包括一解復(fù)用器，用于對指定的PID號，提取相應(yīng)的傳輸流；一解擾器，用于對加密的傳輸流進(jìn)行解擾，恢復(fù)出非加密的傳輸流；和一ES形成模塊，用于對非加密的傳輸流進(jìn)行解析，提取音視頻基本流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字電視信源解碼芯片，其特征在于，所述音視頻解碼器包括一視頻解碼模塊，用于對MPEG2視頻碼流進(jìn)行解析，通過時域解碼和空域解碼恢復(fù)圖象；和一音頻解碼模塊，用于對MPEG1，MPEG2的第一層和第二層的碼流進(jìn)行解析，提取碼流中的相關(guān)信息，通過CRC檢錯，反量化，子帶綜合濾波等步驟恢復(fù)聲音。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字電視信源解碼芯片，其特征在于，所述音視頻輸出模塊由音頻輸出模塊、視頻輸出模塊組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種數(shù)字電視信源解碼芯片，該芯片主要由CPU，條件接收模塊、音視頻解碼器、視頻后處理模塊、音視頻輸出模塊、總線及時鐘管理、外部存儲控制器，通用接口等組成，它們主要通過系統(tǒng)總線和通用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。本實(shí)用新型的數(shù)字電視信源解碼芯片對系統(tǒng)頻率要求低，在系統(tǒng)時鐘54MHz時，即可實(shí)現(xiàn)正常的音視頻解碼。從而能達(dá)到低功耗、對SOC設(shè)計(jì)工藝要求低、實(shí)現(xiàn)高性價比的目的。另外，它具有豐富的接口功能和內(nèi)嵌32位RISC CPU，非常有利于用戶的二次開發(fā)，在功能擴(kuò)展的同時，成本基本不變，從而增強(qiáng)了應(yīng)用系統(tǒng)的競爭力。
文檔編號H04N7/16GK2798442SQ20052010259
公開日2006年7月19日 申請日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者郭斌林, 莫國兵, 楊雪燕, 傅利泉, 朱江明 申請人:杭州晶圖微芯技術(shù)有限公司