用於數字影視壓縮標準傳輸碼流傳輸的usb主機控制器的製作方法

2023-04-30 07:59:56 12

專利名稱：用於數字影視壓縮標準傳輸碼流傳輸的usb主機控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於MPEG TS即數字影視壓縮標準傳輸碼流傳輸的USB主機控制器， 尤其是一種基於現有的通用USB主機控制晶片的USB主機控制器；以及一種帶有TS接口的適 用於TS傳輸的USB主機控制晶片，和利用該晶片設計的USB主機控制器。
技術背景MPEG即數字影視壓縮標準是運動圖像專家組制定的一系列數字壓縮手段使運動圖象壓縮 的國際標準。MPEG在數位電視、CD、 DVD、視頻點播等領域得到了廣泛的應用。MPEG標準規 定了一種可以在有噪信道中進行遠距離傳輸的傳送碼流TS (Transport Stream)。 TS是具有 共同時間基準或具有獨立時間基準的一個或多個節目基本流組合而成的單一的數據流，它是 傳輸MPEG數據時候的傳輸層接口 。目前，標準的MPEGTS的基帶傳輸接口有兩種同步並行接口 SPI (synchronous parallel interface)和同步串行接口 SSI (synchronous serial interface)。現有的MEPG解碼晶片、 MPEG編碼晶片等通常都帶有標準的SPI或/和SSI。USB是一款性能優良應用廣泛的通用串行總線接口。 USB主要有如下幾個特點具有良好 的通用性，可以連接不同類型的USB設備； 一個USB接口可以擴展出多個接口，從而可以連 接多個外圍設備；傳輸速率高，支持視音頻等實時數據傳輸；支持熱插拔；價格便宜。隨著USB技術的發展和USB接口的普及，將來在MEPG TS處理設備中將會越來越多地集 成USB接口 ，因此在很多場合採用USB傳輸TS將發展成為一種必然的趨勢。但是由於MPEG TS 是同步的、實時的、連續的流數據，而USB則是採用共享總線的、異步的、突發的串行傳輸 機制；因此利用USB傳輸MPEG TS還存在一些亟待解決的問題，比如數據緩衝、接口轉換、 傳輸方向切換等。USB可以組成金字塔狀的星形網絡，其中處在塔尖的是USB主機，往下各層可以是USB集 線器也可以是USB設備。USB採用的是主機主動、設備從動的數據傳輸機制，所有的數據傳 輸都是由主機發起的。利用USB傳輸TS,首先要解決的一個關鍵問題就是設計適用於實時數 據流傳輸的USB主機控制器。現有的USB主機控制晶片的接口一般包含USB下行接口、 CPU接口和DMA即直接存儲適 配器接口。其中，USB下行接口是USB控制晶片所必須的；CPU接口用於訪問USB控制晶片內 部的寄存器和端點緩衝區，有的USB主機控制晶片內部集成了 CPU,因此可能就不會有CPU
接口；通過USB傳輸大量數據時， 一般都會採用DMA接口來進行USB控制晶片內部端點緩衝 區與外部數據緩衝區之間的數據搬運，因此一般的USB主機控制晶片都會包含一組甚至多組 DMA接口。但是，現有的USB主機控制晶片都沒有標準的TS接口(即SPI或SSI接口)，因此 無法將其與帶TS接口的晶片或設備直接互連，也就是說無法直接利用現有的USB主機控制芯 片進行TS的傳輸。 發明內容本發明的目的在於，提供一種適用於TS傳輸的USB主機控制器。該USB主機控制器除了 包含通用USB主機控制器的USB串行接口引擎、物理收發器和USB下行接口外，還包含一個 TS處理模塊、 一組輸入TS接口和/或一組輸出TS接口。該USB主機控制器可以與其它帶TS 接口的TS處理晶片或設備直接相連，從而實現通過USB雙向、實時地傳輸實時的、連續的 MPEG TS數據的一種方法。本發明提出了該USB主機控制器的兩種實現方法。第一，基於現有的通用USB主機控制 晶片設計的適用於TS傳輸的USB主機控制器；第二，提出了一種帶TS接口的USB主機控制 晶片(T-USB)，以及基於T-USB晶片設計的USB主機控制器。從接口上看，本發明提出的USB主機控制器具有如下特徵至少包含一個USB下行接口，用於連接USB設備或集線器。至少包含一個或多個輸入TS接口 (TSI)或/和一個或多個輸出TS接口 (TS0):輸入TS 接口直接與其它TS設備或晶片的輸出TS接口相連，輸入TS接口上的TS數據通過USB總線 傳輸給USB設備；輸出TS接口直接與其他TS設備或晶片的輸入TS接口相連，從IJSB設備接 收到的TS數據通過輸出TS接口直接送給其他TS設備或晶片。如果該USB主機控制器需要具 有雙向傳輸TS的功能，那麼輸入TS接口和輸出TS接口都是必須的；如果該USB主機控制器 不需要具有向設備端發送TS數據的能力，可以不包含輸入TS接口；如果該USB主機控制器 不需要具有接收或輸出設備端的TS數據的能力，可以不包含輸入TS接口。其中，TS接口是 標準的SPI或/和SSI。可以包含一個控制器接口， 一般是CPU接口，用於訪問USB主機控制器內部寄存器和端 點緩衝區。如果USB主機控制器內部集成了控制器，那麼可以不包含控制接口。從內部結構看，本發明提出的USB主機控制器至少包括-一個USB物理收發器，它的主要功能是進行USB物理層的協議解析。 一方面，它接收USB 總線上高頻的串行數據並將其轉換成並行數據；另一方面，它將待發送的並行數據轉成串行 數據，並將其驅動至USB總線。一個USB串行接口引擎，它的主要功能是進行USB協議層的協議解析和處理，比如PID
檢測、生成，數據提取、封裝，比特提取、填充，CRC檢驗、生成等。至少一個輸入TS緩衝器(TSI-FIF0)或/和一個輸出TS(TSO-FIFO)緩衝器，該(TSI-FIFO) 輸入端與所述(TSI)接口相連，緩衝實時的連續的TS數據；該(TSO-FIFO)緩衝異步的、 突發的USB數據；一個TS同步電路，輸入端與所述(TSO-FIFO)的輸出端相連，而該TS同步電路的輸出 端與所述(TSO)接口相連，對從(TS0-FIF0)取出的數據，進行同步處理後，再從所述(TS0) 接口輸出；一組寄存器，用於控制該USB主機控制器的工作模式並反映其工作狀態。 從功能上看，本發明提出的USB主機控制器具有如下特徵該USB主機控制器具有通用的USB主機控制器的功能，其下行接口可以連接其它USB設 備或USB集線器。該USB主機控制器的輸入TS接口可以直接與其它TS設備/晶片的輸出TS接口直接相連， 從而將輸入TS接口上TS通過USB總線傳輸給USB設備。該USB主機控制器的輸出TS接口可以直接與其它TS設備/晶片的輸入TS接口直接相連， 從而將從USB設備接收到的TS數據通過輸出TS接口直接送給其它TS設備/晶片。在輸入TS接口和輸出TS接口同時存在的情況下，該USB主機控制器可以具有雙向傳輸 TS的功能。即，將輸入TS接口上的TS傳送給設備的同時，從設備端接收TS並從輸出TS接 口輸出。在輸入TS接口和輸出TS接口同時存在的情況下，該USB主機控制器可以具有旁通功能 即將輸入TS接口的TS數據直接從輸出TS接口旁通輸出。針對上文所述的USB主機控制器，本發明提出了它的兩種實現方法。第一種是基於現有 的通用USB主機控制晶片，再加上其它外圍的邏輯電路來實現，如下文的實施方案一所述。 此外，本發明重點提出了一種帶USB接口的USB主機控制晶片(T-USB)，實施方案二給出了 T-USB晶片的一種實現方法。


圖1示出了基於目前已有的通用USB主機控制晶片設計的一種適用於TS傳輸的USB主機 控制器。圖2示出了 T-USB晶片的一種功能結構框圖。 實施方案一這一部分介紹基於目前巳有的通用USB主機控制晶片的適用於TS傳輸的USB主機控制器的一種實現方法。圖1示出了一種基於現有的通用USB主機控制晶片的適用於TS傳輸的USB主機控制器 1100。 USB主機控制器1100由通用USB主機控制晶片1101和外圍邏輯1102兩大部分組成。 USB主機控制器1100包含 一個USB下行接口 1104，可以與設備端的USB上行接口直接相連； 一組輸入TS接口 1105，可以與其它設備或晶片的標準輸出TS接口直接相連； 一組輸出TS 接口 1106，可以與其它設備或晶片的標準輸入TS接口直接相連； 一組CPU接口1107，外部 的控制器可以通過它來訪問控制器1100。通用USB主機控制晶片1101是控制器1100的關鍵組成，它可以由現有的大多主機端USB 控制晶片來承當。控制器IIOO對控制晶片1101的基本要求如下-1、 至少包含一組USB下行接口 1104，用以與USB設備或集線器相連。2、 至少包含一個USB物理收發器1119，用於解析物理層的USB協議。3、 至少包含一個USB串行接口引擎1118，用於解析協議層的USB協議。USB串行接口引 擎1118至少支持一個控制端點，用來進行USB設備枚舉過程中的控制信息的傳輸；至少支持 一個BULK或/和ISO傳輸的OUT端點，記為TSI-OUT端點，它用於將TS數據從USB主機發送 給USB設備；至少支持一個BULK或/和ISO傳輸的IN端點，記為TSO-IN端點，它用於從USB 設備接收TS數據。4、 至少包含一個對應於TSI-OUT端點的端點緩衝區OUT-FIFO 1115，用來緩衝從主機端 發送給設備端的TS數據。5、 至少包含一個對應於TSO-IN端點的端點緩衝區IN-FIFO 1116，用來緩衝從設備端發 送給主機端的TS數據。6、 如果控制晶片1101內部沒有包含CPU,那麼至少要包含一組CPU接口 1107，用於訪 問USB控制晶片內部的寄存器和FIFO;如果控制晶片1101內部包含CPU，那麼CPU接口 1107 不是必須的。CPU在軟體的協同下，通過對寄存器1120的控制來解析功能層的USB的協議。7、 至少包含一組DMA接口 1103和DMA控制器A 1111，用於在控制晶片1101內外進行 TS數據的搬運，當然在數據量不大的情況下也可以用CPU接口進行數據的搬運。DMA接口 1103 連接著DMA控制器A 1111和DMA控制器B 1112。 DMA控制器A 1111至少必須包含一路DMA 通道，當然也可以包含多路DMA通道；如果只有一路DMA通道，那麼進行雙向TS傳輸的時候， 兩路的TS數據的搬運必須分時進行。DMA接口 1103和CPU接口 1107也可以共享數據總線和 其它的一些控制信號，如讀寫控制信號等；在這種情況下，TS數據的搬運和CPU訪問必須分 時進行。外圍邏輯1102是USB控制器1100的特殊部件,它可以有多種實現方法，比如可以用FPGA
來實現。外圍邏輯1102包含 一組與DMA控制器A 1111相對應的DMA控制器B 1112， DMA 控制器B 1112也至少必須包含一路DMA通道，其DMA接口信號必須與DMA控制器A 1111相 匹配； 一個TSI-FIFO 1113，用於暫存TSI接口 1105上的TS數據； 一個TSO-FIFO 1114，用 於暫存從設備端接收到的TS數據； 一個TS同步模塊1110，其同步原理是從TS中尋找數 據0x47，如果兩個0x47的間距為188位元組，則認為該0x47是TS數據包的同步頭； 一些寄 存器1H7，用於配置外圍邏輯1102。USB主機控制器1100支持以下幾種TS傳輸模式-1、 單向地將輸入TS接口 1105上的TS數據從主機端傳給設備端。2、 單向地接收設備端發送過來的TS，並從輸出TS接口 1106輸出。3、 在主機和設備之間進行雙向的TS傳輸，即將輸入TS接口 1105上的TS數據從主機端 傳給設備端的同時接收設備端發送過來的TS，並從輸出TS接口 1106輸出。4、 此外，USB主機控制器1100也可以實現輸入TS接口 1105的數據直接從輸出TS接口 1106短路輸出。圖l未示出。從USB主機傳送給USB設備的TS在控制器1100中的傳輸過程如下第一，TS從輸入TS接口 1105輸入。第二，接口 1105上的TS數據被存入TSI-FIFO 1113。第三，通過DMA接口簡將TSI-FIFO 1113中的數據移入USB控制晶片1101中OUT端 點的緩衝區1115。第四，USB控制晶片1101將TSI-OUT端點1115緩衝區中的數據發送給設備。從USB設備傳送給USB主機的TS在控制器1100中的傳輸過程如下-第一，主機控制晶片接收到USB設備的數據後，存入TSO-IN端點1116的緩衝區。第二，通過DMA接口 1103將IN端點的緩衝區1116中的數據移入TSO-FIFO 1114。第三，TS同步模塊1110從TSO-FIFO 1114中取出數據，然後進行TS同步處理。第四，同步處理之後的TS從TSO接口 1106輸出。實施方案二這一部分介紹本發明提出的帶TS接口的USB主機控制晶片(T-USB)的一種實現方法。雖然實施方案一所述的USB主機控制器已經能夠實現通過USB實時、連續地傳輸TS的目的；但是採用這種方法電路結構複雜、設計周期長、成本高。為此，本發明提出了一種帶有TS接口 USB主機控制晶片(T-USB)。 T-USB晶片有多種實現方法，將圖1所示的通用USB主機控制晶片1101和外圍邏輯1102集成到一個新的晶片，就是一顆T-USB晶片。但是，這種T-USB晶片還可以進行優化，為了提高系統的性能、減小晶片的面積，本方案給出了 T-USB晶片的另一種實現方法。圖2示出了T-USB晶片2000的功能結構框圖，其中，1、 包含一組USB下行接口 2104，用以與USB設備或集線器相連。2、 包含一個USB物理收發器2109，用於解析物理層的USB協議。3、 包含一個輸入TS接口 2105和一個輸出TS接口 2106。4、 包含一個USB串行接口引擎2108，用於解析協議層的USB協議。USB串行接口引擎 2108至少支持一個控制端點，用來進行USB設備枚舉過程中的控制信息的傳輸；至少支持一 個BULK或/和ISO傳輸的OUT端點，記為TSI-OUT端點，它用於將TS數據從USB主機發送給 USB設備；至少支持一個BULK或/和ISO傳輸的IN端點，記為TSO-IN端點，它用於從USB 設備接收TS數據。5、 包含一個TSI-FIFO 2113， 一方面它緩衝來自輸入TS接口 2105的數據；另一方面 TSI-OUT端點從中讀出數據並發送給USB設備。6、 包含一個TSO-FIFO 2114， 一方面它緩衝來自USB設備的數據；另一方面TS同步模 塊2101從中取出數據，進行同步後從輸出TS接口 2106輸出。7、 包含一個TS同步模塊2101，它根據TS數據中的0x47同步頭進行TS數據的同步。8、 包含寄存器2102，外部控制器可以通過CPU接口 2107來讀寫寄存器2102，從而控制 T-USB晶片2000。T-USB晶片2000支持以下幾種TS傳輸模式1、 單向地將輸入TS接口 2105上的TS數據從主機端傳給設備端。2、 單向地接收設備端發送過來的TS，並從輸出TS接口 2106輸出。3、 在主機和設備之間進行雙向的TS傳輸，即把輸入TS接口 2105上的TS數據從主機端 傳給設備端的同時接收設備端發送過來的TS，並從輸出TS接口 2106輸出。4、 此外，還可以實現輸入TS接口 2105的數據直接從輸出TS接口 2106短路輸出。圖2 未示出。從USB主機傳送給USB設備的TS在T-USB晶片2000中的傳輸過程如下第一，TS從輸入TS接口 2105輸入。第二，接口 2105上的TS數據被存入TSI-FIFO 2113。第三，串行接口引擎中2108中的TS-OUT端點從TSI-FIFO中取出數據，然後發送給USB 設備。從USB設備傳送給USB主機的TS在T-USB晶片2000中的傳輸過程如下 第一，T-USB晶片2000接收到USB設備的數據後，存入緩衝區TSO-FIFO 2114。 第二， TS同步模塊2101從TS0-FIF0 2114中取出數據，然後進行TS同步處理。 第三，同步處理之後的TS從輸出TS接口 2106輸出。
權利要求
1、用於數字影視壓縮標準傳輸碼流傳輸的USB主機控制器，其特徵在於，包含一個通用USB主機控制晶片，用於進行USB協議的解析處理；至少包含一個或多個輸入TS接口(TSI)或/和一個或多個輸出TS接口(TSO)該(TSI)直接與其它TS設備或晶片的輸出TS接口相連，該(TSI)上的TS數據通過USB總線傳輸給USB設備；該(TSO)直接與其他TS設備或晶片的輸入TS接口相連，從USB設備接發送過來的TS數據通過該(TSO)直接送給其他TS設備或晶片；一個TS處理邏輯電路，含有至少一個輸入TS緩衝器(TSI-FIFO)或/和一個輸出TS緩衝器(TSO-FIFO)，該(TSI-FIFO)輸入端與所述(TSI)相連，緩衝實時的連續的TS數據；該(TSO-FIFO)緩衝異步的、突發的USB數據；一個TS同步電路，輸入端與所述(TSO-FIFO)的輸出端相連，輸出端與所述(TSO)接口相連；該同步電路從(TSO-FIFO)取出數據，進行同步處理後，再從所述(TSO)接口輸出；一個直接存儲適配器(DMAB)，該適配器的一個輸入端與所述(TSI-FIFO)的輸出端相連，另一個輸出端與所述(TSO-FIFO)的輸入端相連，一個輸入/輸出端與所述通用USB主機控制晶片的一個直接存儲適配器(DMAA)相互連；該(DMAB)把輸入的TS數據經(TSI-FIFO)後載入所述通用USB主機控制晶片的TSI-OUT端點緩衝器，同時把TSO-IN端點緩衝器的TS數據讀出到所述(TSO-FIFO)；寄存器(B)，與所述寄存器(A)共享總線及包括寫控制信號在內的控制信號。
2、 根據權利要求1所述的用於數字影視壓縮標準傳輸碼流傳輸的USB主機控制器，其特 徵在於，所述通用USB主機控制晶片含有至少一組USB下行接口，用以與USB設備或集線器相連； 至少包含一個USB物理收發器，用於解析物理層的USB協議；至少一個USB串行接口引擎，與所述USB物理收發器互連，用於解析協議層的USB協議， 該USB串行接口引擎至少包含一個控制端點進行USB設備枚舉過程中控制信息的傳輸；至少 包含一個TSI-OUT端點，把TS數據從USB主機發送給USB設備；至少包含一個TS0-IN端點， 從USB設備接收TS數據；至少包含一個對應於所述TSI-OUT端點的端點緩衝器(0UT-FIF0)，該(0UT-FIF0)的輸 出端與所述串行接口引擎的一個輸入端相連，緩衝從主機端發送給位於所述一組USB下行接 口的設備端和TS數據； 至少包含一個對應於TSI-IN端點的端點緩衝器(IN-FIF0),該(IN-FIFO)和輸入端與 所述串行接口引擎的一個輸出端相連，用於緩衝從位於所述一組USB下行接口的設備端發送 給主機端的TS數據；至少包含一組直接存儲適配器(DMAA)接口以及一個直接存儲適配器(DMAA)，設(DMAA) 的輸出端與所述(OUT-FIFC)的輸入端相連，而輸入端與所述(IN-FIFO)的輸出端相連，輸 入/輸出端與所述TS處理邏輯電路中的直接存儲適配器(DMAB)的相應端相連，該(DMAA) 用以在所述通用USB主機控制晶片內外搬運數據；至少包含一組CPU接口，該CPU接口允許與所述(DMAA)共享數據總線和包括讀寫控制 信號在內的控制信號，以訪問所述通用USB主機控制晶片內部的寄存器(A)和(OUT-FIFO)、 (IN-FIFO)。
3、 根據權利要求1所述的用於影視壓縮標準傳輸碼流傳輸的USB主機控制器，其特徵在 於，所述TS接口是同步並行接口 SPI或/和同步串行接口 SSI。
4、 用於數字影視壓縮標準傳輸碼流傳輸的USB主機控制器，其特徵在於，該主機控制器 是一個帶TS接口的USB主機控制晶片(T-USB),包含至少一個USB下行接口，連接USB設備和集成器；一個USB物理收發器，輸出端與所述USB下行接口相連，用於解析物理層的USB協議； 一個USB串行接口引擎，與所述物理收發器互連，該串行接口引擎用於解析協議層的USB 協議，包含至少一個控制端點，進行USB設備枚舉過程中的信息傳輸；至少一個TSI-OUT端點，把TS數據從USB主機發送給位於所述USB下行接口的USB設備； 至少一個TSO-IN端點，從位於所述USB下行接口的USB設備接收TS數據； 至少一個輸入TS緩衝器(TSI-FIFO)或/和一個輸出TS緩衝器(TSO-FIFO)，該(TSI-FIFO)的輸出端與所述USB串行接口引擎的一個輸入端相連，緩衝實時的、連續的數據；該 (TSO-FIFO)的輸入端與所述USB串行接口引擎的相應輸出端相連，緩衝突發的、快速的USB數據；一個TS同步電路，輸入端與所述(TSO-FIFO)的輸出端相連，用於從該(TSO-FIFO)中 取出數據進行同步處理；至少包含一個輸入TS接口(TSI)或/和一個輸出TS接口 (TSO);該(TSI )與所述(TSI-FIFO) 輸入端相連，接收TS數據，該(TSO)與所述TS同步電路的輸出端相連，輸出經過同步處理 後的TS數據。
全文摘要
本發明涉及MPEG TS傳輸控制技術領域，其特徵在於，USB主機控制器的兩種實現方法基於現有的通用USB主機控制晶片設計的適用於TS傳輸的USB主機控制器，以及基於帶TS接口的USB主機控制晶片(T-USB)的USB主機控制器。本發明中的TS處理邏輯至少包括一個輸入TS緩衝器或/和一個輸出TS緩衝器以及一個TS同步電路。本發明實現的USB主機控制器可以通過輸入TS接口、輸出TS接口與其它帶TS接口的設備直接互連，還可以通過USB接口與USB設備或集線器直接互連，從而實現實時、連續的TS在USB主機端與設備端之間的單向或雙向傳輸，同時也可以實現輸入TS接口和輸出TS接口的旁通。
文檔編號H04N7/26GK101399981SQ20071012254
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者王興軍, 詹克團 申請人:北京數字太和科技有限責任公司