基于PC机的视频点播机顶盒的设计
摘 要:提出了CATV网络环境下视频点播(VOD)机顶盒的设计。机顶盒由五大模块组成:数字调谐器,QAM数字解调芯片,MPEG-2解复用芯片,I2C总线控制器和接口电路。它由一块PC机插卡实现,该插卡运行在Windows 95环境下。作为其软件支持的虚拟设备驱动程序完成插卡与微机之间的通信。通过多次调试和试验,它能够成功地实现视频业务的正常接收。 |
机顶盒是视频点播(VOD)系统的终端设备,是用户与VOD服务器之间的智能接口。它用于视频业务的接收和用户请求的发送。因此,VOD系统中的数据传输被分成两个通路:下行通路用于把视频信息传送到用户;上行通路用于把用户的点播需求传送到发送端。基于PC机的机顶盒是将机顶盒的功能做成普通的PC插卡形式,利用计算机实现视频点播的所有功能。这样做有几点好处: |
1 机顶盒的硬件设计 机顶盒的主要功能是为人们提供一个访问VOD业务的途径,为合法用户提供一个友好的界面,其接收部分的总体硬件框图如图1所示。 |
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在图1中,来自CATV网的下行数据经数字调谐电路实现频点选择,某一频点上的数据流中包含了十几路节目的数据,这些数据在发送端经过了MPEG-2标准的系统复用。该电路输出中频信号,然后由模/数转换电路输出数字信号,作为QAM解调电路的输入。上述过程中的频点选择和QAM解调均由微处理器经I2C总线控制。 QAM解调后的数字信号送到MPEG-2解复用电路,实现通道选择,即选出用户点播的一路节目。该节目的数据为MPEG-1标准的压缩形式。为了节约成本和简化电路,并考虑到目前微机的速度很高、且为Windows95操作系统,本设计中不采用硬件解压缩方式,而是将数据经主机接口电路以DMA传输方式传送到计算机的内存中,用软件方法对该路节目进行实时解压缩处理并播放出来。 上述整个电路可分为几个相对独立的模块,下面分别对它们进行介绍。 1.1 数字调谐电路1 数字调谐电路实际上就是一个高频头,它的作用是接收来自CATV网的下行数据,根据微处理器的指令,实现频点选择(与模拟电视相似)。某一选定频点的数据流中仍含有多路节目的数字信号,每个用户只收看某一频点中的一路节目。频点选择由微处理器通过I2C总线控制。数字调谐电路与后级电路的连接如图2所示。 |
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1.2 A/D视频转换电路2 高频头输出的模拟中频信号的幅值已满足A/D转换器的输入要求,因此将它直接送给A/D转换器数字化,以供后续的数字电路进一步处理。该模/数转换器采用Philips公司的芯片,它将模拟视频信号转换成二进制编码的数字视频信号。A/D转换电路的连接如图2所示。 1.3 QAM解调电路1~2? QAM解调电路是机顶盒接收部分的重点和难点之一,芯片的选型十分重要。它的作用是将A/D视频转换电路输出的数字信号进行QAM解调和其它处理后输出基带数字信号。 QAM解调电路采用最新QAM数字解调芯片。该芯片的功能强大,全数字化处理,芯片外部不需要反馈环路,支持16、32、64、128和256QAM的解调。为了实现芯片的强大功能,其内部有大批的控制/配置寄存器供用户编程使用,这些寄存器可通过I2C总线或并行总线进行读或写操作。芯片输出纠错后的MPEG-2传输流。 上述介绍的调谐电路、A/D视频转换电路和QAM解调电路组成了一个相对独立的整体,它们的应用电路框图如图2所示。 1.4 I2C总线控制电路3~4? 在上述电路中,调谐电路的频点选择、QAM解调芯片内部一系列寄存器的读写操作均由微处理器通过I2C总线控制。而微处理器芯片内没有I2C总线接口? 因此需要设计I2C总线控制电路。该电路由I2C 总线控制器芯片PCF8584构成,它可用作大多数并行总线与串行的I2C总线之间进行双向通信的接口。 利用它可以很方便地将微处理器接入I2C总线?实现芯片间的数据传输和控制。 I2C总线控制电路与其它电路的连接方法如图3所示。 |
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1.5 MPEG-2 系统解复用电路1~2?5 |
2 机顶盒的软件设计 |
DMA虚拟设备驱动程序采用VtoolsD编写,可由Win32应用程序动态装载。驱动程序负责将外设中的数据以DMA方式传送到内存中的两块缓冲区里,应用程序分别从这两块缓冲区轮流读取数据。实现方法如下: |
3 实验结果 |
参考文献 1 Philips Semiconductors.INTEGRATED CIRCUITS DATA SHEET. Product specification 1996. 2 Philips Semiconductors.INTEGRATED CIRCUITS DATA SHEET. Preliminary specification?1996. 3 Philips Semiconductors.The I2C-bus and how to use it.Philips document ordering number 9398 393 40011. 4 Philips Semiconductors.PCF8584- I2C-bus controller.Product specification 1994. 5 黎洪松.数字视频技术及其应用.北京:清华大学出版社,1997. 6 王换招等.PC系列微机总线.西安:西安交通大学出版社?1995. 7 路友荣.PC系列微机接口扩展卡设计.成都:成都科技大学出版社?1994 8 董渭清?王换招.高档微机接口技术及应用.西安:西安交通大学出版社?1995. 9 Karen Hazzah.Writing Windows VxDs and Device Drivers.RD Publications Inc.1995. 10 Vireo Software.VtoolsD 帮助文件. 1995~1996 |
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