發布日期：2022-07-14 點擊率：96
視頻編解碼技術,與傳統的MPEG-2相比,其卓越的壓縮性能,使其能在較小帶寬下實現更高畫質的視頻傳輸,在視頻數據存儲中占用更少的存儲空間。
傳統的DVB-T市場,MPEG-2是主流視頻編解碼格式。近年來,隨著帶寬和頻率資源越來越珍貴,歐洲新興地區、俄羅斯、土耳其等地區的運營商選擇作為視頻編解碼格式,形成了一定規模的市場,引起了機頂盒廠商的關注。
上海富瀚微電子有限公司在幾年前就看到這一需求,推出了解碼芯片FH8601。這款ASIC芯片與業已成熟的DVB-T機頂盒芯片組合成一種雙芯片解決方案。FH8601作為協處理器可接收來自主芯片(如LSI9700、NEC61123)的指令和碼流數據,解碼后再將圖像通過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運營商量產選用。
如何在傳統的DVB-T機頂盒平臺基礎上實現新一代具有視頻解碼能力的解決方案？工程師在實現這樣的雙芯片組合解決方案時需要解決哪些關鍵的技術問題？本文將主要針對解碼芯片FH8601在與傳統平臺進行集成的過程中需要注意的如下技術關鍵點做出闡述:
1.控制接口和視頻I/O接口；
2.實現視音頻(A/V)同步；
3.應對編碼碼流兼容性；
4.主機系統軟件。
控制接口和視頻I/O接口
如圖所示,在一個機頂盒終端中,FH8601是作為一個協處理器來實現視頻解碼。 它提供了與主芯片通信和數據傳輸的接口,即最基本的Local Bus接口。只要主芯片可以提供訪問RAM或Nor型閃存的數據地址總線,就可以實現對FH8601的控制和視頻數據傳送。而主芯片怎樣獲得FH8601解碼后的視頻數據也是系統工程師需要考慮的一個問題,FH8601為此提供了標準的ITU 601/656視頻輸出接口。
主機接口Local Bus:FH8601芯片可以通過16位或8位的數據寬度來與主機傳輸數據,8位或16位寬度可配置。主機對FH8601的操作主要包括復位、配置、下載固件、寫碼流數據和查詢狀態。
視頻數據輸出接口:視頻數據完全兼容ITU 601/656標準,主機必須能夠提供相應的視頻輸入接口。視頻輸出接口的同步時鐘可以有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發機頂盒方案的音視頻應用工程師應該重點關注的一個問題。工程師往往也在這一技術點上花費了較多的精力來使系統獲得最好的音視頻效果。從基于FH8601已實現方案的實際效果來看,其音視頻同步的效果很好。
1．MPEG規范中實現音視頻同步的保證
MPEG規范提供了可絕對保證音視頻(A/V)同步的恰當工具。每個音頻和視頻幀都有一個能讓解碼器同步對聲音和圖像進行重建的顯示時間戳(PTS)。這些PTS值由MPEG編碼器中的復用器來賦予。解碼器在這些PTS之前接收到音頻和視頻數據,于是便能利用這些值來同步地播放視頻和音頻。在MPEG系統中,由于時分多路復用中的位時隙、路時隙、幀之間具有嚴格的時間關系,這就是同步。為了恢復節目,先對ES 進行解碼。聲音、圖像信號的重現需要同步顯示,從而要求收發兩端數據流要達到同步。
提供的同步機制
FH8601具有自動音頻視頻同步功能。這一功能簡化了系統軟件的復雜度。具體來說,主芯片需要將FH8601中的同步功能打開。在解碼過程中,主芯片需要將音頻的當前PTS寫給FH8601,以便FH8601自動進行視頻音頻的同步。視頻PTS伴隨著碼流數據一起寫入FH8601。
編碼碼流兼容性和可升級性
標準雖然早在2003年就已經確定,但畢竟還處于應用的早期階段,編碼器遠沒有像MPEG2那樣成熟,因此,解碼器必須面臨編碼碼流不標準和經常升級的問題。FH8601在芯片實現的定義階段就考慮到了怎樣應對這些問題。通過固件的方式,我們把標準中那些可以靈活變化的部分以軟件的方式來實現。而固件的所有變化,并不需要方案設計工程師的參與,而只是簡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除通過所有ITU兼容性碼流測試外,還與所有主流編碼器實現了對接。
在線更新固件:需要升級固件時,只需要富瀚提供一個新的固件數據文件,用戶直接替換原有的文件重新編譯就可以輕松完成升級。
系統軟件設計
對于DVB-T/這樣的新興解決方案,任何一個不愿放棄原有軟件資源和代碼積累的工程師都會想到軟件復用。很顯然,對于那些已經有過DVB-T機頂盒方案的設計公司來說,雙芯片方案給系統工程師帶來的一個最直接的便利,就是所有的系統資源都可以直接放在新的項目中。在接下來,我們也需要考慮對原有軟件資源的復用。事實上,在主機并沒有發生改變的情況下,原有的軟件和代碼并不會發生任何的浪費,除非你認為它們本身已經過時。我們只需根據新增加的解碼功能,進行少量的驅動移植以及接口函數調用測試工作。
不同方案的對比
市場風險:從技術角度來看,由FH8601與成熟的DVB-T芯片組成的雙芯片方案與其他支持解碼的單芯片SoC方案比較,在研發投入、開發周期、方案成熟度方面都有明顯的優勢,可大大降低產品進入市場的風險。
價格優勢:同時,從價格方面考慮,由于原有的DVB-T芯片已大批量出貨,市場價格已非常低,加上一顆低成本的解碼器FH8601,其機頂盒終端的BOM價格,相對于其它基于SoC單芯片的終端的BOM價格,低30%～50%。
開發繼承:針對目前市場上的單芯片SoC方案,設計公司在選擇這樣的方案時,基本放棄了原有的軟件資源積累,采用全新的軟件架構和中間件資源,軟件開發人員的需要重新開始一個平臺的學習,勢必造成了整個代碼開發周期加長,測試任務也隨之加重。而市場的等待卻同樣是一個漫長的過程。
我們從單芯片SoC方案中關于視頻部分的特性描述,可以看到它們對視頻支持的標準都很廣,代表了未來可能出現的幾種標準、VC-1等,這在給機頂盒帶來了功能多樣化和靈活性同時,隨之而來的是終端成本增加,而采用FH8601的雙芯片方案專門針對標清解碼市場,切合了當前市場的需求。
圖:雙芯片機頂盒終端解決方案系統框圖。
作者:萬建軍
技術部經理
劉建虎
現場應用工程師
上海富瀚微電子有限公司
