摘 要: 隨著數(shù)字視頻技術(shù)的深入推廣,MPEG-2標準得到了日益廣泛的應(yīng)用,MPEG-2編解碼芯片成為許多數(shù)字視頻設(shè)備中的核心部件。詳細介紹了C-Cube公司新一代實時MPEG-2編解碼芯片Dvxpert-II,并給出了一個應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞: MPEG-2 Dvxpert-II 編碼
C-Cube公司研發(fā)的MPEG-2編解碼芯片Dvxpert-II采用308腿BGA封裝,將MPEG-2視頻編碼、視頻解碼和視頻編譯碼(CODEC)功能集于一體,具有可編程、可升級擴展的平臺結(jié)構(gòu),能夠有效地實現(xiàn)基于運動補償(MC)、分塊離散余弦變換(block/DCT)視頻壓縮算法的實時編碼,圖1給出了芯片的功能方框圖。芯片的軟件部分是一種叫做微碼(Microcode)的指令集,利用微碼可由主機HOST向芯片發(fā)送編解碼命令,并由編碼芯片返回工作狀態(tài)信息。該芯片可提供高質(zhì)量的4:2:0及4:2:2的MPEG-2圖像。單芯片能夠?qū)崿F(xiàn)主級主類(ML@MP)數(shù)字視頻廣播標準的實時編碼和解碼、主級高類(ML@4:2:2 Professional Profile)標準的實時解碼以及主級簡單類(ML@SP)標準的編譯碼,雙芯片級聯(lián)可以實現(xiàn)主級高類標準的實時編碼。為實現(xiàn)MPEG-2視頻實時編碼,Dvxpert-II內(nèi)部集成了一個32位、工作頻率110MHz的RISC核心,一個每秒鐘可執(zhí)行近16億個算術(shù)操作的DSP協(xié)處理器和一個可編程運動估計協(xié)處理器。
1 硬件接口
Dvxpert-II的硬件接口包括視頻輸入輸出接口、音頻輸入輸出接口、SDRAM接口、PCI總線接口、串行EPROM接口以及可編程I/O總線接口等。
1.1 視頻輸入輸出接口
視頻輸入接口接收8位或10位數(shù)字視頻,該視頻源由CCIR-656(并行D1口)或視頻解碼芯片(例如Philips公司的SAA7111A芯片)提供。圖2給出了視頻輸入接口的結(jié)構(gòu)框圖。在沒有軟件干預(yù)的條件下,視頻輸入接口從每場輸入圖像中捕捉兩個可編程的矩形窗,還可以捕捉垂直插入時間碼(VITC)和閉路電視字幕(closed caption)。在一個窗結(jié)束和下一個窗開始之間的行消隱期間對輸入通道重新編程可捕捉附加的窗口。視頻輸入接口處理的圖像分辨率是可編程改變的,在主級主類(ML@MP)下,水平分辨率可為720、640、320等;垂直分辨率為480(NTSC制)以及576 (PAL制)。視頻輸入接口還包括了PTS時鐘輸入端口,PTS時鐘是PTS計數(shù)器的時間指示。視頻輸出接口輸出8位CCIR-656格式的數(shù)字視頻信號。
1.2 音頻輸入輸出接口
音頻輸入接口從音頻A/D或者AES/SPDIF設(shè)備接收16位到32位數(shù)字音頻數(shù)據(jù)用以壓縮,相對的音頻輸出接口向音頻D/A輸出解壓后的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。音頻輸入輸出接口各有四個輸入通道,每個通道處理一對聲道(左、右聲道)的數(shù)據(jù),因此音頻接口可以同時處理8個聲道的數(shù)據(jù)。所有的通道都與一個音頻時鐘(ACLK)同步,ACLK與編碼芯片的其余時鐘均為異步。AI_FSYNC為幀同步信號,指示新的音頻數(shù)據(jù)幀的開始;AI_STATUS為音頻編碼狀態(tài)信息。編碼芯片的音頻接口與現(xiàn)在市面上大多數(shù)流行芯片的數(shù)據(jù)格式兼容。
1.3 SDRAM接口
SDRAM接口有64位數(shù)據(jù)總線和12位地址總線,可連接4片SDRAM。每片的容量為1M×16bit,其中包含兩塊Bank,每塊大小為512×16bit,這些SDRAM是并行工作的。芯片內(nèi)部的SDRAM控制器產(chǎn)生所有的SDRAM控制信號,例如時鐘使能(CKE)、寫使能(
)、行選中(
)、列選中(
)等。所有的SDRAM芯片工作在統(tǒng)一的時鐘下,這個時鐘由芯片內(nèi)部提供,與芯片工作頻率相同,為110MHz。SDRAM支持瘁發(fā)方式的讀寫操作,瘁發(fā)方式的頻率可編程設(shè)置,其帶寬峰值為880Mb/s。
1.4 PCI接口
芯片的PCI總線接口與PCI規(guī)范2.1修訂版本(PCI Specification Revision 2.1)相兼容。該接口為32位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用,它將芯片連接到PCI總線上,主機通過PCI總線設(shè)置芯片的工作狀態(tài),并與芯片交互信息及傳輸碼流。PCI接口必須由主機PCI時鐘驅(qū)動,頻率為33MHz,主機時鐘與芯片的工作時鐘是異步的。PCI接口在5V和3.3V電源環(huán)境下均能工作。PCI規(guī)范中允許在每塊PCI插卡上有一條PCI總線通路,若有多塊芯片連接到PCI總線上,則需要使用PCI-to-PCI橋。
1.5 串行EPROM接口
芯片包括一個與串行ROM的接口。在某些情況下,連在PCI總線上的芯片帶有串行ROM,其中有自引導(dǎo)程序和初始化數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中,串行ROM的SDA和SCLK管腿與芯片的SDA和SCLK管腿是直接相連的,SDA管腿上還應(yīng)該有一上拉電阻。如果沒有使用串行ROM,SDA管腿應(yīng)通過一電阻接地。這樣,串行ROM的讀時序?qū)惓Ｖ兄?子系統(tǒng)的ID寄存器不會裝載,控制總線的寄存器不會初始化,RISC處理器核心在復(fù)位時將被掛起,所有串行ROM執(zhí)行的功能都要求由主機傳送給編碼芯片的控制信息完成。
1.6 可編程I/O總線接口
芯片利用微碼可使這個接口完成串行接口的功能,與Philips公司的I2C總線可以類比:PIO-0管腿相當于串行數(shù)據(jù)線(SDA),而PIO-1管腿相當于串行時鐘(SCLK)。另外這個接口還可以產(chǎn)生一些其它格式的串行信號,可以方便地對外圍音、視頻芯片進行參數(shù)設(shè)置和初始化。
1.7 其它接口
以下提到的接口在大多數(shù)設(shè)計中并不使用,只作簡略介紹。
IPC(Inter Processor Communication)接口:當需要提高視頻編碼的分辨率時(比如用作高清晰度電視HDTV的信源),要使用多芯片級聯(lián)進行編碼,IPC接口就是用來與鄰近的芯片進行通信的。如果是單芯片進行壓縮編碼,則LID[0:3]、RID[0:3]接地而LOACK、ROACK接高電平。
JTAG測試接口:用以測試數(shù)據(jù),符合IEEE 1149.1標準。當沒有使用JTAG接口時,應(yīng)將TCK和
管腿接地。
2 軟件
Dvxpert-II采用Firmware(固件)的方式來存儲指令集(微碼,即Mircocode)，從而提供了可編程、可升級擴展的平臺結(jié)構(gòu),使用相當靈活便捷。利用微碼通過PCI總線可在主機和芯片之間建立命令—消息通信機制:在每一場時間內(nèi),主機向芯片發(fā)送命令,芯片返回工作信息,從而可以利用軟件有效地控制整個編解碼過程。在應(yīng)用中,針對所在區(qū)域電視制式(PAL制還是NTSC制)以及具體的視頻等級要求(主級主類ML@MP還是主級簡單類ML@SP),通過主控軟件的界面選擇相應(yīng)的微碼向芯片上載即可實現(xiàn),這使得該芯片的應(yīng)用范圍相當廣泛。
3 應(yīng)用實例
此處給出的實例是利用Dvxpert-II設(shè)計的DVB系統(tǒng)前端MPEG-2編碼器,該設(shè)計只使用了芯片的編碼功能。原理圖如圖3所示,輸入的模擬視頻信號經(jīng)SAA7111進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)格式處理后,得到CCIR-656格式的數(shù)字視頻碼流送給Dvxpert-II進行壓縮編碼并打包成視頻PES包。輸入的模擬立體聲信號經(jīng)過CS4218進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到標準格式的數(shù)字音頻幀傳給Dvxpert-II,芯片本身并不進行音頻的壓縮,只是記錄下視頻、音頻的同步信息,然后通過PCI總線傳給主機,由軟件進行音頻壓縮并將壓縮數(shù)據(jù)打包成音頻PES包。編碼芯片將視頻PES包由PCI總線通過DMA方式傳給主機內(nèi)存,主控軟件將音、視頻PES包送給另一塊PCI插卡,在其上完成TS打包并送給后級供傳輸或者復(fù)用。
參考文獻
1 C-Cube Processor Hardware User＇s Manual. C-Cube公司,1999年1月
2 C-Cube Processor Applications Programming Interface (API) Reference Guide. C-Cube公司,1999年1月