一种DVD和HDR二合一录放机的设计方法

摘　要：本文介绍一种基于32位RISC多媒体处理器进行控制的DVD和HDR二合一录放机。该系统可以将电视射频RF信号按照MPEG-2格式进行编码，输出MPEG-2MP@ML的PS流信号按照中央处理器指令存储在硬盘中，也可以随机播放DVD信号和硬盘中的信号。

关键词：MPEG-2；硬盘；DVD；ATAPI标准

引言

　　HDR硬盘录像机并非一个新的概念，在上世纪九十年代安防产品上就已经大量地使用了硬盘录像技术，但由于当时MPEG的压缩/解压缩技术、硬盘容量以及价格等因素的限制，在图像质量、录像时间、价格等方面均无法达到家电市场的要求。但是，随着技术的进步，硬盘容量飞速发展，价格也已降了很多，而且随着高质量的MPEG-2压缩芯片的出现，录像的图象质量也得到了大幅度的提高，因此，HDR得到了迅猛发展。近几年市场上出现了一些PVR (个人电视录放机)产品，就是HDR系列中的一种，它们多是进口品牌，价格比较贵，目前，我们通过对市场和技术方面的调查，认为采用最新出的32位RISC多媒体处理器芯片，将HDR与DVD相结合，充分共用它们基于MPEG-2MP@ML的解码通道，则可以大大地减少成本，并且具有硬盘录像和DVD的功能。

系统结构

本系统的方案(见图1)说明如下：

　　电视射频RF信号进入调谐器后，经FM（4~7MHz）解调，得到的视频信号输入PAL/NTSC/SECAM视频解码器，或直接通过Video/S_Video信号线输入，解码得到的ITU-656/601格式信号送入MPEG-2编码器；而解调得到的音频信号通过音频ADC后直接送入MPEG-2编码器。MPEG-2编码器对接收的数字信号进行超级噪声滤波和运动估计，同时按照MPEG-2格式编码，输出MPEG-2MP@ML的PS流信号按照中央处理器指令存储在HDR中。中央32位RISC多媒体处理器核在外部IR/VFD信号控制下，可以通过A/V编码转换器，把MPEG流信号在TV终端进行播放。该系统也可以通过IR/VFD信号控制，随机播放DVD信号。其实现途径，也是通过ATAPI接口由RISC多媒体处理器来完成。

图1 基于32位RISC多媒体处理器的DVD/HDR录放机系统结构

实现途径

　　本系统的硬件实现说明如下：

　　● VIF信号的输入和TPA9880T的FM解调器：VIF输入频率范围38MHz~58.75MHz，TPA9880T具有Tuner AGC和VIF AGC功能，进行音频放大和Video解调与放大，使用5V电压供电，4MHz晶振输入。

　　● Video输入和SAA7114H电视格式解码器：SAA7114H可以同时接收TPA9880T输出的Video CVBS信号和直接通过外部Video/S-Video输入，其内部集成了2路9bit的Video ADC；自动检测50Hz/60Hz信号，并有自适应梳状滤波器把二维Y/C分离，以减小色度处理带宽而不影响亮度成分；水平/垂直同步检测，为视频压缩提供场同步时钟。

　　SAA7114H的输出可以通过X端口按照ITU-656格式（XPD7~XPD0扩展端口输出），并支持YUV 4:2:2、4:2:0和4:1:1转换输出。满足A/V编码SAA6752HS的后处理要求。SAA7114H：使用软件可控上电模式,3.3V~3.6V数字输入，可编程I2C总线控制。

　　● 音频输入和SAA7367变换处理：TPA9880T输出的Audio信号由SAA7367变换处理。SAA7367是数字化的音频位流变换ADC芯片，它的(THD+N)=-88dB，动态范围为DR=93dB，S/N=97dB，并支持I2S串行输出。

　　●视频和音频编码器SAA6752HS：SAA6752HS接收Video输入与预处理，输入ITU-R 656(8Bit/27MHz)格式的视频数据流，同时接收I2S格式或EIAJ（16Bit、18Bit/20Bit）的音频。SAA6752HS可以对输入信号进行自适应中值滤波和运动补偿滤波，以及4:2:2 到4:2:0色度格式转换。其实现的功能主要是：

　　a)按照MPEG-2MP@ML实时编码，产生MPEG-2 TS/PS流并输出，封装后的PES和ES兼容DVD、D-VHS和DVB标准；

　　b) 按照AC-3两通道356Kbps/384Kbps进行音频压缩；

　　c) 支持的最高比特率：25Mbps(I帧编码)，15Mbps(IP或IBP帧编码)；

　　d) 可编程GOP的结构。

　　SAA6752HS的输出接口是：并行8Bit 3态输出，与IEEE 1394无缝连接，输出口是[DEBI/DIO]。所有控制由I2C总线通过RISC多媒体处理器完成。

　　SAA6752HS使用3.3V I/O电压，27MHz外部时钟，支持单片SDRAM。SDRAM要求的最小速度是125MHz，它可以作为SAA/6752HS的输出码流缓冲。我们选择Samsung公司K4S641632D作为SDRAM芯片。

　　●接口转换/时序FPGA控制：SAA6752HS通过[DEBI/DIO]口输出MPEG-2 PS数据流，为了把数据流存储到HDR中，必须进行接口与数据格式转换，同时为了避免数据的上/下溢出也需要FPGA进行时序控制。我们选择Xilinx公司的CXS20/XL芯片作为FPGA。

　　目前的HDR硬盘接口均采用ATAPI标准，为实现SAA6752HS的输出向ATAPI接口写入数据，使用FPGA完成从SAA6752HS的输出协议向ATAPI接口标准转换，完成握手逻辑，以及根据多媒体处理器SPCA720发出的控制命令，通过ATAPI接口向HDR发出相应控制指令的两项任务。

　　SAA7114H、SAA7367和SAA6752HS都是飞利浦公司的芯片。

图2 HDR系统的传输存储过程

　　故在本方案中，硬盘写入采用PIO（编程I/O）方式，FPGA的输出端依次将ADDR、DIOR/DIOW和IORDY等控制寄存器按照ATAPI接口的数据输入时序要求置位，从而实现与ATAPI接口的握手逻辑，直接接收SAA6752HS的8位数据输出信息。

　　当主控CPU SPCA720向FPGA发出硬盘写控制命令后，FPGA需要将控制命令转化成ATAPI协议所规定的控制指令并写入相应的控制寄存器。本方案的整个传输存储系统如图2所示。

　　● 32bit RISC处理器（MPEG解码器）SPAC720A：SPAC720A的A/V解码器实现MPEG-1和MPEG-2解码并进行回放。其内部集成了32bit RISC控制器和音频解码器。SPAC720A结合了典型的DVD系统的所有必要功能，同时包含了一个灵活的可编程接口。它的ATA-5 ATAPI/IDE接口正是我们实现HDR的物理基础。

　　SPAC720A实现的视频解压缩功能是：MPEG-1视频解码到720*576；MPEG-2MP@ML解码；可编程混合视频纠错。

　　SPAC720A实现的音频解压缩功能是：MPEG音频层1、2、3（符合ISO 13818-3标准）解压缩；AC-3 5.1通道解压缩；自动音频纠错；自动音量控制和键盘控制。

　　SPAC720A支持NTSC/PAL TV标准。SPAC720A使用2.5V(核电压)，3.3V(I/O)和外部5V电压。

　　在本方案中，我们利用SPAC720A的可编程I/O口获得SAA6752HS和FPGA的状态信息，同时根据IR/VFD状态输出控制外部设备。所以，SPAC720A通过FPGA完成了HDR的写入控制以及通过ATAPI接口实现DVD和HDR的读出与解码。

　　● 音视频输出显示与SPAC711和PCM1720：SPCA711对SPCA720输出的ITU656

　　格式图象数据进行视频编码，输出全电视信号，而PCM1720则对SPCA720输出的数

　　字音频信号进行D/A转换，并输出音频信号。

　　本方案的整个传输播放系统如图3所示。

图3 DVD+HDR系统的传输播放过程