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-2 mp@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-2 mp@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-2 mp@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-2 mp@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-2 mp@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