基于PC機(jī)的視頻點(diǎn)播機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞： 機(jī)頂盒 , 視頻點(diǎn)播

機(jī)頂盒是視頻點(diǎn)播(VOD)系統(tǒng)的終端設(shè)備，是用戶與VOD服務(wù)器之間的智能接口。它用于視頻業(yè)務(wù)的接收和用戶請(qǐng)求的發(fā)送。因此，VOD系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸被分成兩個(gè)通路：下行通路用于把視頻信息傳送到用戶；上行通路用于把用戶的點(diǎn)播需求傳送到發(fā)送端?；赑C機(jī)的機(jī)頂盒是將機(jī)頂盒的功能做成普通的ＰＣ插卡形式，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播的所有功能。這樣做有幾點(diǎn)好處：

1 充分利用微機(jī)的軟、硬件資源，從而降低了用戶終端設(shè)備的成本；
2 兼容性好，可適應(yīng)不同的接入網(wǎng)和不同類型的業(yè)務(wù)；
3 軟件維護(hù)和升級(jí)方便，適應(yīng)未來發(fā)展；
4 可設(shè)計(jì)易操作、美觀和基于Windows95/98的用戶界面。

該機(jī)頂盒由兩塊普通PC機(jī)插卡構(gòu)成，它們分別完成下行數(shù)據(jù)的接收和上行數(shù)據(jù)的發(fā)送。上行數(shù)據(jù)的發(fā)送由一塊內(nèi)置MODEM卡通過電話線完成，下行數(shù)據(jù)的接收則由另一塊插卡通過CATV網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

本文研究的主要內(nèi)容是在微機(jī)上如何實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)的正常接收。為此，提出了一種以數(shù)字調(diào)諧器、最新QAM數(shù)字解調(diào)芯片和高性能MPEG-2解復(fù)用芯片為核心的機(jī)頂盒設(shè)計(jì)方案。在機(jī)頂盒的硬件設(shè)計(jì)中，采用了先進(jìn)的I2C總線技術(shù)、QAM數(shù)字解調(diào)技術(shù)、MPEG-2解復(fù)用技術(shù)、FIFO存儲(chǔ)器技術(shù)以及通用的ISA總線接口技術(shù)；在軟件設(shè)計(jì)中，采用了VC++編程技術(shù)和Windows95/98環(huán)境下利用VToolsD開發(fā)虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序即VxD的技術(shù)。

1 機(jī)頂盒的硬件設(shè)計(jì)

機(jī)頂盒的主要功能是為人們提供一個(gè)訪問VOD業(yè)務(wù)的途徑，為合法用戶提供一個(gè)友好的界面，其接收部分的總體硬件框圖如圖1所示。

在圖1中，來自CATV網(wǎng)的下行數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字調(diào)諧電路實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)選擇，某一頻點(diǎn)上的數(shù)據(jù)流中包含了十幾路節(jié)目的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在發(fā)送端經(jīng)過了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)復(fù)用。該電路輸出中頻信號(hào)，然后由模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)，作為QAM解調(diào)電路的輸入。上述過程中的頻點(diǎn)選擇和QAM解調(diào)均由微處理器經(jīng)I2C總線控制。

QAM解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)送到MPEG-2解復(fù)用電路，實(shí)現(xiàn)通道選擇，即選出用戶點(diǎn)播的一路節(jié)目。該節(jié)目的數(shù)據(jù)為MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的壓縮形式。為了節(jié)約成本和簡(jiǎn)化電路，并考慮到目前微機(jī)的速度很高、且為Windows95操作系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中不采用硬件解壓縮方式，而是將數(shù)據(jù)經(jīng)主機(jī)接口電路以DMA傳輸方式傳送到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，用軟件方法對(duì)該路節(jié)目進(jìn)行實(shí)時(shí)解壓縮處理并播放出來。

上述整個(gè)電路可分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，下面分別對(duì)它們進(jìn)行介紹。

1.1 數(shù)字調(diào)諧電路

數(shù)字調(diào)諧電路實(shí)際上就是一個(gè)高頻頭，它的作用是接收來自CATV網(wǎng)的下行數(shù)據(jù)，根據(jù)微處理器的指令，實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)選擇(與模擬電視相似)。某一選定頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)流中仍含有多路節(jié)目的數(shù)字信號(hào)，每個(gè)用戶只收看某一頻點(diǎn)中的一路節(jié)目。頻點(diǎn)選擇由微處理器通過I2C總線控制。數(shù)字調(diào)諧電路與后級(jí)電路的連接如圖2所示。

1.2 A/D視頻轉(zhuǎn)換電路

高頻頭輸出的模擬中頻信號(hào)的幅值已滿足A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求，因此將它直接送給A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，以供后續(xù)的數(shù)字電路進(jìn)一步處理。該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采用Philips公司的芯片，它將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼的數(shù)字視頻信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路的連接如圖2所示。

1.3 QAM解調(diào)電路1～2?

QAM解調(diào)電路是機(jī)頂盒接收部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，芯片的選型十分重要。它的作用是將A/D視頻轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行QAM解調(diào)和其它處理后輸出基帶數(shù)字信號(hào)。

QAM解調(diào)電路采用最新QAM數(shù)字解調(diào)芯片。該芯片的功能強(qiáng)大，全數(shù)字化處理，芯片外部不需要反饋環(huán)路，支持16、32、64、128和256QAM的解調(diào)。為了實(shí)現(xiàn)芯片的強(qiáng)大功能，其內(nèi)部有大批的控制/配置寄存器供用戶編程使用，這些寄存器可通過I2C總線或并行總線進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。芯片輸出糾錯(cuò)后的MPEG-2傳輸流。

上述介紹的調(diào)諧電路、A/D視頻轉(zhuǎn)換電路和QAM解調(diào)電路組成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的整體，它們的應(yīng)用電路框圖如圖2所示。

1.4 I2C總線控制電路3～4?

在上述電路中，調(diào)諧電路的頻點(diǎn)選擇、QAM解調(diào)芯片內(nèi)部一系列寄存器的讀寫操作均由微處理器通過I2C總線控制。而微處理器芯片內(nèi)沒有I2C總線接口? 因此需要設(shè)計(jì)I2C總線控制電路。該電路由I2C 總線控制器芯片PCF8584構(gòu)成，它可用作大多數(shù)并行總線與串行的I2C總線之間進(jìn)行雙向通信的接口。 利用它可以很方便地將微處理器接入I2C總線?實(shí)現(xiàn)芯片間的數(shù)據(jù)傳輸和控制。

I2C總線控制電路與其它電路的連接方法如圖3所示。