一種數位電視信源解碼晶片的製作方法
2023-06-23 23:40:31
專利名稱：一種數位電視信源解碼晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及音視頻多媒體處理、數位電視、機頂盒信源解碼等領域，尤其涉及一種數位電視信源解碼晶片。
背景技術：
目前，數字多媒體處理器晶片如數位電視信源解碼晶片的主要來源是國外廠商，如意法半導體(ST)、飛利浦(Philips)及富士通(Fujitsu)等國外大公司提供，典型的有ST公司的STi5518、STi5516及Fujitsu公司的MB87M2141等。該類晶片規模大、系統複雜、成本高。
我國數字媒體技術、應用及產業發展極為迅猛，已成為信息產業發展的亮點，前景十分廣闊，但是國內數位電視及寬帶產品市場晶片供應不足，目前國內只有很少幾家公司能推出成熟的相關晶片。但還存在諸多問題，如CPU處理能力低，接口少等問題，導致在使用過程中無法進行進一步擴展開發。
實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有技術的不足，提供一種數位電視信源解碼晶片，該晶片性能高、成本低、擴展性強，內嵌32位RISC CPU，集成多種實用性外圍接口，包括硬碟、網絡、USB、SPI等，0.18um CMOS工藝，採用BGA256封裝，工作頻率可以到135MHz。
本實用新型為實現實用新型的目的採用的技術方案如下一種數位電視信源解碼晶片，主要由CPU，條件接收模塊、音視頻解碼器、視頻後處理模塊、音視頻輸出模塊、總線及時鐘管理、外部存儲控制器和通用接口組成，它們主要通過系統總線和通用總線進行數據的交互。
進一步地，該晶片還包括用來管理CPU外部模塊中斷的中斷控制器。
本實用新型的有益效果是本實用新型的數位電視信源解碼晶片對系統頻率要求低，在系統時鐘54MHz時，即可實現正常的音視頻解碼。從而能達到低功耗、對SOC設計工藝要求低、實現高性價比的目的。另外，它具有豐富的接口功能和內嵌32位RISC CPU，非常有利於用戶的二次開發，在功能擴展的同時，成本基本不變，從而增強了應用系統的競爭力。
圖1是本實用新型的系統結構框圖；圖2是本實用新型的條件接收模塊結構框圖；圖3是本實用新型的視頻解碼結構框圖；圖4是本實用新型的視頻解碼詳細結構圖；圖5是本實用新型的音頻解碼結構框圖；圖6是本實用新型的視頻後處理模塊結構框圖。
具體實施方式
下面根據附圖和實施例詳細說明本實用新型，本實用新型的目的和效果將更加明確。
本實用新型的數位電視信源解碼晶片採用可擴展的MASTER組和SLAVE組結構，實現了以MPEG2標準為基礎的音視頻處理結構。此晶片總體結構如圖1所示。系統從脈寬調製器Tuner接收傳輸流(TS)，條件接收模塊首先對傳輸流進行解擾解復用得到用戶選擇的節目所對應的傳輸流，然後進行解密處理分別分離出音頻基本流和視頻基本流。條件接收模塊將解得的音頻、視頻基本流分別存儲到SDRAM的音視頻基本流緩衝區。音視頻解碼器檢測到音視頻基本流緩衝區中有數據後，通過總線從SDRAM中讀入基本流分別進行解碼。音頻解碼器將解得的PCM直接通過音視頻輸出模塊輸出。而視頻解碼器將解得的幀先存入SDRAM的視頻幀緩衝區提供給視頻解碼器的運動補償作為參考幀，然後通過視頻後處理模塊疊加上菜單等信息輸入到音視頻輸出模塊中的視頻DAC輸出模擬CVBS、Y/C或數字ITU-656格式。另外，通過豐富的外圍接口，本實用新型的數位電視信源解碼晶片還可以擴展出很多功能。比如系統可以通過硬碟控制器，將條件接收模塊中解得的傳輸流保存到硬碟中，實現硬碟錄像功能。當然，也可以實現硬碟回放功能。
以下詳細說明幾個主要部件的功能及結構。
1、CPU本晶片中CPU為32位RISC CPU，可採用杭州中天微系統有限公司的CK510，它的主要特點是(1)高性能的32位CPU，16位指令長度，7級流水線，完全對軟體透明；(2)高性能片上高速緩存；(3)支持big endian和little endian；(4)內部硬體調試模塊支持片上硬體調試；(5)支持快速中斷，支持向量中斷和自動向量中斷；(6)高度可配置性，指令cache和數據cache大小可變，相關組的個數可變。
為配合CPU更有效地工作，系統中還加入了中斷控制器等部件。中斷控制器用來管理CPU外部模塊的中斷，再向CPU發送中斷請求和相應的中斷號。CPU允許兩層中斷嵌套，普通中斷和快速中斷。
2、條件接收模塊條件接收模塊由解復用器，解擾器和ES形成模塊組成。如圖2所示，系統接收到加密傳輸流，根據用戶指定的節目，通過解復用器形成音視頻加密流和程序流。程序流經PID濾波過濾出ECM、EMM消息，並通過智慧卡控制器傳送給智慧卡。智慧卡接收到ECM、EMM消息後，分別對其進行相關的處理，將授權寫入智慧卡的用戶授權數據區，並根據授權條件及指定的密鑰解出加擾控制字CW，同時將CW傳送給本數位電視信源解碼晶片，晶片接收到CW後，將其傳送給解擾器對音視頻加密流進行解擾。並送出解擾後的包含音視頻壓縮信息的音視頻清流，解擾後的音視頻清流數據經ES形成模塊處理，恢復出音頻、視頻ES數據。恢復出的音視頻ES數據保存到相應的緩存中，以供音視頻解碼器模塊進行MPEG2解碼。另外，條件接收模塊在解擾後送出音視頻清流的同時可以將清流進行錄製，通過硬碟，實現節目的錄放功能。
3、音視頻解碼器音視頻解碼器由視頻解碼模塊和音頻解碼模塊組成。音視頻解碼模塊分別從條件接收模塊解得的基本流ES(Elementary Stream)數據緩存中讀取相應碼流，並分別進行解碼。如圖3所示，視頻解碼是通過空域(Spatial)解碼、時域(Temporal)解碼、重構(Reconstruction)等過程恢復出原始視頻數據，並把這些數據寫入到相應的存貯器中供視頻輸出或作預測參考圖之用。視頻解碼模塊的詳細結構框圖如圖4所示，根據ISO/IEC 13818-2標準，編碼數據也就是上面提到的基本流ES，首先根據ISO/IEC 13818-2提供視頻流語法信息和變長編碼表進行變長碼解碼，同時根據語法結構提取碼流中所有的有效信息位。變長碼解析後，根據遊程編碼原理進行反掃描，通過Z掃描或交替掃描方式恢復出編碼過程中被量化的塊矩陣。隨後，通過反量化和反DCT恢復出各宏塊DCT編碼前的矩陣值。從反掃描到反DCT，所有的操作可以歸納為圖3中的空域解壓部分。而時域解壓也就是圖4中的運動補償部分，運動補償是幀間預測的逆過程。運動補償根據編碼出來的碼流中得到的運動矢量以及各種預測信息，由以前的解碼圖像中預測出當前幀的過程。通過預測出來的象素值與反DCT輸出的數據組合，恢復出最終的解碼樣本，這樣就完成了視頻解碼的整個過程。
音頻解碼模塊由控制及碼流提取、CRC檢錯、反量化和子帶綜合濾波等模塊組成。條件接收模塊分離出來的音頻基本流或MP1，MP2音頻文件先經過控制及碼流提取模塊，根據ISO/IEC 11172-3的語法，提取所有相關信息，包括比特位分配、比例因子、採樣等信息。同時根據音頻層次的不同對碼流的不同比特位進行CRC檢錯，CRC校驗通過後，對採樣信息進行反量化及子帶綜合濾波等一系列處理，恢復左右聲道的PCM值。這是的PCM存入PCM緩衝區與視頻同步，然後以I2S等數字格式直接輸出，或以PCM格式送給音頻DAC進行數模轉換。
4、視頻後處理模塊視頻後處理模塊的主要功能是進行多圖層疊加，視頻層任意縮小等處理。其五個圖層分別是背景色層，靜態圖層，視頻層，OSD層，和子圖層。如圖6所示，首先從內存讀入解碼後的視頻數據，如果需要做縮小處理，則可以通過軟體修改控制寄存器來實現任意面積的縮小。縮小過程中，由另一路通道讀入靜態圖層或者背景色數據，根據寄存器指定的坐標位置實現視頻層與靜態圖層，或者視頻層與背景色層的疊加，再送入ITU-656編碼器，否則直接將全屏幕數據送入ITU-656編碼器，生成ITU-656格式的視頻流。生成的視頻流再通過OSD、子圖疊加模塊進行OSD、子圖疊加等處理，完成五個圖層的疊加。如果選擇外部視頻流，則繞過ITU-656編碼器，直接送入OSD、子圖疊加模塊進行菜單，子圖等疊加處理。最後，視頻後處理模塊以27MHZ的時鐘將ITU-656視頻數據送入視頻DAC，完成整個視頻後處理的工作。
5、音視頻輸出模塊音視頻輸出模塊由音頻輸出模塊、視頻輸出模塊組成，它們又可以分成數字輸出模式和模擬輸出模式兩大類。
音頻輸出的數字接口格式支持業內通用的3種格式，可用參數設置。(1)、I2S音頻格式；(2)、左對齊音頻格式；(3)、右對齊音頻格式。而模擬輸出模式從音頻解碼器接收16bit精度PCM數據流，通過音頻DAC將它轉換為模擬電流信號，再經過濾波和變換，最後將立體聲模擬信號輸出到外接音頻設備。
視頻輸出模塊可以直接輸出視頻後處理模塊產生標準的數字格式ITU-656格式。也可以通過視頻DAC輸出模擬視頻信號。
6、總線及時鐘管理總線及時鐘管理模塊分總線管理和時鐘管理等模塊。系統中包含兩級總線系統總線SBUS(System BUS)和通用總線GBUS(General Bus)。系統總線SBUS採用地址/數據分離的流水式操作，支持固定長/不定長猝發(burst)傳送和多個主設備的總線管理，具有高帶寬、高性能特性，適合於嵌入式處理器與高性能外圍設備、片內存儲器及接口功能單元的連接。通用外圍設備駐留在低速的GBUS外圍總線上，GBUS外圍總線通過橋與系統總線SBUS相連。在SBUS總線通信過程中，所有總線主設備發出它們想要執行傳送的地址和控制信號，然後由總線管理模塊中的仲裁器決定把哪個主設備的地址和控制信號路由到所有從設備，總線管理模塊中的中央地址解碼器解碼地址信息產生相應的從設備選擇信號，同時控制從設備到主設備多路選擇器把被尋址從設備的讀數據和反應信號路由到所有到主設備。GBUS外圍總線作為局部的二級總線，為系統總線提供了低功耗和接口設計簡單的協議擴展，它整體上可看作一個SBUS從設備。GBUS數據傳輸協議相對SBUS協議要簡單許多，它僅支持一個主設備(總線橋)與多個從設備之間的數據通信，不支持性能高的數據傳輸帶寬。圖1中通用接口中的USB、串口、智慧卡、紅外、I2C等控制器全是GBUS總線上的設備。他們通過總線橋與系統總線SBUS相連。
7、網卡接口控制器網卡接口控制器向下連接物理層PHY模塊，兼容RTL8201系列物理層晶片，向上連接系統SBUS總線，實現乙太網功能。功能包括硬體32位CRC生成與校驗，全雙工和半雙工收發，10Mb/s和100Mb/s收發速度，支持查詢和中斷模式。
8、外部存儲控制器一個SOC肯定具有外部存儲控制器，本實用新型數位電視信源解碼晶片也不例外。它包括SDRAM控制器，Flash控制器，還有IDE控制器。在系統中，它們負責與晶片外部存儲設備進行數據的存取操作，共同完成整個數位電視信源解碼晶片的解碼工作。
上述實施例用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種數位電視信源解碼晶片，其特徵在於，主要由CPU，條件接收模塊、音視頻解碼器、視頻後處理模塊、音視頻輸出模塊、總線及時鐘管理、外部存儲控制器和通用接口組成，它們主要通過系統總線和通用總線進行數據的交互。
2.根據權利要求1所述的數位電視信源解碼晶片，其特徵在於，該晶片還包括用來管理CPU外部模塊中斷的中斷控制器。
3.根據權利要求1所述的數位電視信源解碼晶片，其特徵在於，所述條件接收模塊包括一解復用器，用於對指定的PID號，提取相應的傳輸流；一解擾器，用於對加密的傳輸流進行解擾，恢復出非加密的傳輸流；和一ES形成模塊，用於對非加密的傳輸流進行解析，提取音視頻基本流。
4.根據權利要求1所述的數位電視信源解碼晶片，其特徵在於，所述音視頻解碼器包括一視頻解碼模塊，用於對MPEG2視頻碼流進行解析，通過時域解碼和空域解碼恢復圖象；和一音頻解碼模塊，用於對MPEG1，MPEG2的第一層和第二層的碼流進行解析，提取碼流中的相關信息，通過CRC檢錯，反量化，子帶綜合濾波等步驟恢復聲音。
5.根據權利要求1所述的數位電視信源解碼晶片，其特徵在於，所述音視頻輸出模塊由音頻輸出模塊、視頻輸出模塊組成。
專利摘要本實用新型公開了一種數位電視信源解碼晶片，該晶片主要由CPU，條件接收模塊、音視頻解碼器、視頻後處理模塊、音視頻輸出模塊、總線及時鐘管理、外部存儲控制器，通用接口等組成，它們主要通過系統總線和通用總線進行數據的交互。本實用新型的數位電視信源解碼晶片對系統頻率要求低，在系統時鐘54MHz時，即可實現正常的音視頻解碼。從而能達到低功耗、對SOC設計工藝要求低、實現高性價比的目的。另外，它具有豐富的接口功能和內嵌32位RISC CPU，非常有利於用戶的二次開發，在功能擴展的同時，成本基本不變，從而增強了應用系統的競爭力。
文檔編號H04N7/16GK2798442SQ20052010259
公開日2006年7月19日 申請日期2005年6月1日 優先權日2005年6月1日
發明者郭斌林, 莫國兵, 楊雪燕, 傅利泉, 朱江明 申請人:杭州晶圖微芯技術有限公司