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基于SAA6752的MPEG-2的編碼系統(tǒng)
摘要：介紹了PHILIPS公司的第二代實(shí)時MPEG-2編碼芯片SAA6752的主要功能及性能特點(diǎn)，提出了一種基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)，并且對該編碼系統(tǒng)的硬件框圖和軟件編程進(jìn)行了簡要說明。關(guān)鍵詞：SAA6752MPEG-2編碼系統(tǒng)
數(shù)字電視世界范圍內(nèi)得到了非常迅速的發(fā)展，電視廣播的全部流程，即從節(jié)目的提攝、制作、傳輸?shù)讲宄龅日谥鸩綄?shí)現(xiàn)數(shù)字化。MPEG視頻/音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，解決了電視信號數(shù)字化后信息量過大而信道帶寬有限的問題；數(shù)字視頻硬件產(chǎn)品的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了各種數(shù)字視頻產(chǎn)品的推出，給觀眾帶來了高品質(zhì)的畫面和音響效果。這一切，都預(yù)示著電視廣播全面步入了數(shù)字化的時代。
目前世界上的數(shù)字電視系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)有歐洲的DVB系統(tǒng)、美國的ATSC系統(tǒng)和日本的ISDB系統(tǒng)。這幾種系統(tǒng)在視頻壓縮上都采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)[2]，我國也正在積極地制定自己的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。本文將介紹PHILIPS公司生產(chǎn)的芯片SAA6752，它能在開發(fā)歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)數(shù)字電視和DVD的前端系統(tǒng)的產(chǎn)品過程中，實(shí)現(xiàn)MPEG-2編碼。
1SAA6752的主要特點(diǎn)
SAA6752又稱為EMPRESS，是PHILIPS公司第二代實(shí)時MPEG-2編碼芯片。它將音頻、視頻編碼和復(fù)用集成在一個芯片中，具有很強(qiáng)的功能，外部只需加入簡單的相關(guān)芯片就能實(shí)現(xiàn)整個編碼系統(tǒng)，從而降低系統(tǒng)成本。同時，所有的視頻、音頻壓縮算法都運(yùn)行在EMPRESS的內(nèi)部MIPS處理器上，編碼軟件都已固化在芯片中，無需額外的軟件開發(fā)，系統(tǒng)主控芯片通過I2C總線就可以設(shè)定必要的編碼參數(shù)。此外，由于它較好地解決了視頻編碼中的主要問題——噪音過濾和運(yùn)動預(yù)測，所以可以在低碼率情況下實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)視頻編碼，從而達(dá)到在存儲介質(zhì)上可以存儲更多視頻和音頻信息的目的。
該芯片主要提供以下功能[1]：
(1)視頻壓縮
·實(shí)時MPEG-2編碼（符合MP@ML）
·支持分辨率：D1、2/3D1、1/2D1和SIF
·在所有模式下支持IPB、IP和I幀編碼
·支持的碼率：1.5～25Mbps(對于只有I幀編碼)
1.5～15Mbps（對于只有IP幀編碼）
1.5～15Mbps（對于只有IPB幀編碼）
·支持CBR(ConstantBiRate)和VBR（VariableBitRate）
·具有可編程的GOP（GrupofPicture）結(jié)構(gòu)
(2)音頻壓縮
·AC-3音頻編碼：碼率為256kbps或385kbps
·MPEG-1Layer2音頻編碼（16或20位）：碼率為256kbps或384kbps
（3）系統(tǒng)復(fù)用
·符合MPEG系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（ISO13818-1）的視頻和音頻流的復(fù)用
·產(chǎn)生和輸出符合DVD、D-VHS和DVB標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2傳輸流（TS）、MPEG-2節(jié)目流（PS）、打包的基本流（PES）和基本流（ES）
·產(chǎn)生和插入MPEG時間標(biāo)記（PTS/DTS/SCR/PCR）
2基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)框圖
因?yàn)镾AA6752沒有片內(nèi)CPU，為了實(shí)現(xiàn)編碼功能，所以必須由一個片外CPU對其進(jìn)行控制。而對SAA6752的所有控制（例如碼率控制、PS流和TS流輸出等）均是通過I2C總線[3]完成的，因而非常簡單。圖1給出了基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)的方框圖。
該編碼系統(tǒng)主要分為視頻輸入部分、音頻輸入/輸出部分、EMPRESS部分、復(fù)位部分、輸出接口、電源部分以及I2C和UART接口。
2.1.1視頻輸入部分
視頻輸入部分提供兩路模擬輸入接口，一路為CVBS信號，另一路為YC信號。該部分可以由PHILIPSSAA7114完成，對其所有的控制均通過I2C總線完成。
2.1.2音頻輸入/輸出部分
由于EMPRESS提供了音頻I2S接口，該部分主要完成模擬擬音頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻12S信號的功能。
2.1.3EMPRESS部分
由于SAA6752采用多個處理器模塊，各個處理器和控制模塊之間相互獨(dú)立，所以模塊之間的數(shù)據(jù)傳送主要通過FIFO存儲器或外部SDRAM來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)采用16Mbit或64MbitSDRAM。EMPRESSSAA6752可以產(chǎn)生打包的基本流，其碼流可以根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)定，一種是對應(yīng)于DVD格式的PES流，其碼詣可變的；另一種是對應(yīng)于TS的PES流，其碼率是恒定的。
2.1.4復(fù)位部分
該系統(tǒng)提供兩種復(fù)位方式：一種是硬復(fù)位；另一種是利用I2C控制軟件實(shí)現(xiàn)軟復(fù)位。
2.1.5輸出接口部分
該系統(tǒng)提供兩種TS并行輸出接口：一種是TTL接口；另一種是標(biāo)準(zhǔn)LVDS接口。
2.2軟件編程
為了控制EMPRESS的編碼，I2C接口線被用來將該系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制EMPRESS芯片的目的，同時初始化SAA7114。所有的相關(guān)操作均是通過I2C總線訪問寄存器實(shí)現(xiàn)的。在I2C控制軟件中，需要確定EMPRESS和SAA7114的I2C讀寫地址。
EMPRESS的I2C讀寫地址：
（1）當(dāng)EMPRESS的I2C選擇信號為低時，其I2C寫地址為40H，讀地址為41H。
（2）當(dāng)EMPRESS的I2C選擇信號為高時，其I2C寫地址為42H，讀地址為43H。
SAA7114的I2C讀寫地址：
(1)當(dāng)SAA7114的I2C選擇信號為低時，其I2C寫地址為40H，讀地址為41H。
（2）當(dāng)SAA7114的I2C選擇信號為高時，其I2C寫地址為42H,讀地址為43H。
為了防止EMPRESST和SAA7114的I2C地址發(fā)生沖突，將EMPRESS的I2C選擇信號設(shè)置為低電平，則EMPRESS的I2C寫地址定義為40H；將SAA7114的I2C選擇信號設(shè)置為高電平，則SAA7114的I2C寫地址定義為42H。
控制軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下的I2C接口函數(shù)：
(1)VoidI2C_Read_One_Byte（intaddress,intsubaddress,intvalue）
該函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)對給定寄存器一個字節(jié)的讀取，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，value為返回寄存器值。
(2)I2C_Write_One_Byte(intaddress,intsubaddress,intvalue)
該函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)對給定寄存器一個字節(jié)的寫入，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，value為要寫入寄存器值。
(3)I2C_Read_Muiti_Bytes(intaddress,intsubaddress,intcount,int*buffer)
該函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)對給定寄存器多個字節(jié)的讀取，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，buffer為返回多個寄存器值。
(4)I2C_Write_Multi_Bytes(intaddress,intsubaddress,intcount,int*buffer)
該函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)對給定寄存器多個字節(jié)的寫入，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，buffer為要寫入多個寄存器值。
通過調(diào)用這些函數(shù)，就可由I2C接口為EMPRESS和SAA7114的片內(nèi)寄存器進(jìn)行設(shè)置。
使用I2C控制軟件，可以任意修改參數(shù)（PID、碼率等）產(chǎn)生和輸出所需要的TS、PS、PES、ES流。在設(shè)定輸出碼率為5～9Mbit/s時，可以得到較高品質(zhì)的視頻圖像。
SAA6752采用噪聲過濾和運(yùn)動估計(jì)技術(shù)，使得基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)在低碼率壓縮情況下，對于有干擾的輸入信號仍能提供高質(zhì)量編碼效果。這特別適合于以較低碼率壓縮的作用，例如DVD視頻刻錄和個人視頻刻錄（PersonalVideoRecording）。
在保證高編碼質(zhì)量的同時，基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常簡單，易于實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用該芯片設(shè)計(jì)MPEG-2編碼系統(tǒng)時，只需在外圍添加視頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、音頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和外部SDRAM，普通的模擬視頻和音頻信號就可以被壓縮成高質(zhì)量的MPEG-2視頻流和MPEG-1layer2或AC-3音頻流，復(fù)用成為PS或TS，提供給存儲或廣播媒介。由于所有的視頻和音頻編碼算法和軟件都是運(yùn)行在片內(nèi)處理器中，因而只需較少的系統(tǒng)控制資源。而主控芯片只要通過I2C總線設(shè)置編碼參數(shù)即可，無需用戶具有較多的MPEG編碼經(jīng)驗(yàn)或投入過多的設(shè)計(jì)成本，縮短了設(shè)計(jì)周期。
因此，用SAA6752設(shè)計(jì)低成本高品質(zhì)的編碼系統(tǒng)，可以被廣泛應(yīng)用于新的消費(fèi)類數(shù)字視頻產(chǎn)品中。
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