天津大學(xué)電信學(xué)院(300072) 國澄明 劉 康 呂宏偉 高宏偉 傅建軍

數(shù)字電視與模擬電視相比，不僅圖像質(zhì)量有了很大提高，而且還提供了模擬電視所無法提供的多種服務(wù)業(yè)務(wù)。應(yīng)用于數(shù)字電視的數(shù)字視頻錄像機，采用硬盤作為數(shù)字電視節(jié)目的載體，除可完成傳統(tǒng)磁帶式錄像機的基本功能外，還可以實現(xiàn)時移播放這種新的播放功能。本文主要研究如何在標(biāo)準(zhǔn)清晰度機頂盒上實現(xiàn)個人數(shù)字視頻錄像機系統(tǒng)(PVR)，開發(fā)出了機頂盒新的功能，提高了其應(yīng)用價值。

1 PVR概念和技術(shù)介紹

隨著硬盤技術(shù)的發(fā)展，硬盤的容量和速度在不斷地提高，基于硬盤的個人視頻錄像機已成為新型消費類產(chǎn)品，將逐步取代磁帶式錄像機。PVR的突出特點是以硬盤作為存儲媒介，建立本地的海量緩沖區(qū)和巨大的節(jié)目存儲庫，利用數(shù)字化處理技術(shù)對節(jié)目進行控制和管理。硬盤容量大、數(shù)字式、訪問快速的存儲特性使得機頂盒PVR與傳統(tǒng)的錄像機相比具有如下特點：

(1)存儲容量巨大，能夠進行更長時間的節(jié)目存儲。以40G硬盤為例，能錄制長達20小時的標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視節(jié)目；

(2)硬盤的尋道和定位速度非�？�，可以輕易找到已錄制的節(jié)目，立即播放，節(jié)省了倒帶時間。

(3)硬盤載體中數(shù)據(jù)的存儲和讀取非常準(zhǔn)確，有效地降低了存儲和讀取過程中可能出現(xiàn)的誤碼現(xiàn)象。

(4)可以實現(xiàn)時移播放功能。

時移播放是PVR技術(shù)的一大特點，也是機頂盒PVR的基本功能。機頂盒PVR在硬盤中開設(shè)了海量緩存區(qū)，在播放數(shù)字電視的同時，對節(jié)目進行實時存儲，緩存區(qū)間可以錄制長達數(shù)小時的節(jié)目。通過緩存技術(shù)，用戶可以對正在播放的電視節(jié)目進行暫停，過一段時間后又可以從節(jié)目的暫停處繼續(xù)播放，就好象時間發(fā)生了移動一樣，如圖1所示。

2 PVR數(shù)字電視機頂盒硬件平臺

本課題的研究內(nèi)容是開發(fā)一種應(yīng)用于有線電視的具有PVR功能的標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視機頂盒。系統(tǒng)采用ST公司的單片信源解碼器芯片STi5518實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視解碼，其內(nèi)嵌的ATAPI接口實現(xiàn)了與硬盤的無縫連接，為機頂盒實現(xiàn)PVR功能提供了條件。機頂盒的原理框圖如圖2所示。信號經(jīng)過QAM解調(diào)后，以TS流的形式傳入STi5518，通過解復(fù)用將其分解為音、視頻PES包。PES包既可以被送往音、視頻解碼器解碼，也可以被送到ATAPI接口作為數(shù)據(jù)存入硬盤。

3 STi5518與硬盤接口的連接

STi5518內(nèi)嵌的ATAPI接口可提供最高為PIO模式4的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率為16．7MB／s。ATAPI設(shè)備可作為STi5518的存儲器映像設(shè)備。本系統(tǒng)將硬盤映射到CPU可編程的外部存儲器接口EMI的BANKl上。圖3給出了STi5518與硬盤的接口圖。

STi5518地址線的第20、19位分別與硬盤的CSl、CS0相連，地址線的第18、17、16位分別與硬盤的DA2、DAl、DA0相連，這樣可通過訪問BANKl的存儲空間實現(xiàn)對硬盤的讀寫操作。ST5518提供的可編程I／O口中的ATAPI_WR和ATAPI_RD專門用來連接硬盤的DIOW和DIOR。ST5518的讀寫信號CPU_RW用來控制傳輸門的數(shù)據(jù)傳送方向。

4硬盤基本讀寫操作的控制

主機對硬盤的操作是通過將命令代碼和訪問的地址寫入硬盤控制電路中的相應(yīng)I／O寄存器來實現(xiàn)的。以寫一個扇區(qū)的操作為例。首先，主機查詢硬盤狀態(tài)寄存器，如果BSY位為0、DRDY位為1，則可以執(zhí)行操作。然后把所要寫的CHS參數(shù)或LBA參數(shù)寫入扇區(qū)號寄存器、柱面低位寄存器、柱面高位寄存器、扇區(qū)數(shù)寄存器和設(shè)備／磁頭號寄存器，同時將寫扇區(qū)命令號0x30h寫入命令寄存器。如果沒有發(fā)生錯誤，查詢狀態(tài)寄存器的DRQ位。如果為1，表示硬盤已經(jīng)做好傳送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。最后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寄存器并查詢狀態(tài)寄存器的ERR位，如果沒有發(fā)生錯誤則寫扇區(qū)成功。

5機頂盒中PVR的系統(tǒng)軟件設(shè)計

在系統(tǒng)軟件設(shè)計上，沒有用到中間件，所有開發(fā)的上層應(yīng)用程序都是直接利用ST公司提供的底層硬件驅(qū)動庫完成的。PVR的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。主要分三個層次：

(1)ATAPI接口驅(qū)動層，用來實現(xiàn)讀寫硬盤的基本控制。這部分的軟件設(shè)計主要是利用ANSI制訂的ATAPI接口標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的命令格式來實現(xiàn)STi5518對硬盤數(shù)據(jù)的讀寫控制。

(2)文件系統(tǒng)驅(qū)動層，主要是建立文件系統(tǒng)，實現(xiàn)操作節(jié)目文件的基本功能。

(3)節(jié)目管理層，用來完成節(jié)目記錄、回放、管理等功能。

5．1 PVR的音視頻文件系