基于8位微控制器控制硬盤進(jìn)行HDTV碼流讀寫

第第頁(yè)基于8位微控制器控制硬盤進(jìn)行HDTV碼流讀寫隨著HDTV在全球的興起以及數(shù)字技術(shù)的日趨成熟，音/視頻產(chǎn)品數(shù)字化、高清楚度化已成為將來(lái)家電視聽(tīng)產(chǎn)品的大趨勢(shì)。高清楚度電視HDTV〔High-DefinitionTelevision〕采納了國(guó)際上流行的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，MPEG-2規(guī)定了數(shù)字圖像的音視頻編解碼算法以及傳送的碼流應(yīng)當(dāng)符合的語(yǔ)法和語(yǔ)義，而其編解碼算法又參考了聽(tīng)覺(jué)心理模型和視覺(jué)心理模型。HDTV的圖像格式為1920×1080I，傳輸碼率高達(dá)20Mbps，同時(shí)采納的視頻壓縮技術(shù)可使HDTV的每一幀包含更多的信息，大大提高圖像的清楚度。HDTV在音頻壓縮方面采納了數(shù)字音頻的編碼和壓縮技術(shù)，現(xiàn)有的數(shù)字音頻編碼壓縮〔方案〕有MPEG、DolbyAC-3和美國(guó)ATT的MPAC以及歐洲的MIX。它們都能實(shí)現(xiàn)5.1聲道，其聲道數(shù)可以擴(kuò)展到5.1，即三個(gè)前面的聲道〔L、C、右聲道R〕、兩個(gè)環(huán)繞聲道〔左環(huán)繞聲道Ls、右環(huán)繞聲道Rs〕和一個(gè)低音效果聲道LFE，使聲音效果可以到達(dá)家庭影院的音響效果。HDTV聲光效果上優(yōu)勢(shì)，注定它的.進(jìn)展有著技術(shù)和市場(chǎng)的雙重必定性。為了協(xié)作HDTV及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的推廣，筆者開(kāi)發(fā)了一個(gè)既可以作為MPEG解碼器信號(hào)源，又可以作為信道編碼/調(diào)制器信號(hào)源的碼流回放機(jī)，應(yīng)用于數(shù)字電視產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)調(diào)試及展現(xiàn)宣揚(yáng)。

HDTV節(jié)目有傳輸碼率高、節(jié)目信息最大的特點(diǎn)。為了研制出符合大容量高速率要求的碼流回放機(jī)，傳統(tǒng)的方法是用操作系統(tǒng)掌握硬盤的讀寫操作。這樣做的好處在于：首先，PC機(jī)的主頻很高，用來(lái)作為掌握碼流的時(shí)鐘信號(hào)在速度上不會(huì)有瓶頸問(wèn)題；其次，對(duì)硬盤里HDTV節(jié)目的讀取是基于文件系統(tǒng)的，研發(fā)人員不用寫硬盤的驅(qū)動(dòng)程序，軟件的工作量大大減小。但是，就碼流回放機(jī)本身而言，它是一個(gè)單任務(wù)設(shè)備，采納操作系統(tǒng)的方案無(wú)疑將造成CPU資源的極大鋪張。因此，筆者設(shè)想用單片機(jī)或DSP掌握硬盤的讀寫操作。只要所選微掌握器上速度上滿意高清楚度電視的碼率要求，在技術(shù)上就能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能。與操作系統(tǒng)方案相比較，用微掌握器無(wú)疑可以大大降低生產(chǎn)本錢，同時(shí)也降低了硬件設(shè)計(jì)的難度。不過(guò)，在這種方式下，需要編寫硬盤的底層驅(qū)動(dòng)程序。

圖1C8051F015內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1總體方案

華天HTTSHDTV第III代碼流回放機(jī)可以播放數(shù)字高清楚度電視HDTV碼流。該碼泫回放機(jī)整體設(shè)計(jì)沒(méi)有采納在工控機(jī)上研發(fā)PCI卡驅(qū)動(dòng)硬盤的方案，而是遵照ATAttachmentwithPacketInterfaceExtension(ATA/ATAPI-4)標(biāo)準(zhǔn)，用8位單片機(jī)C8051F015通過(guò)PIO方式根據(jù)LBA模式直接對(duì)硬盤進(jìn)行物理級(jí)的讀寫操作。硬盤接收微掌握器的指令后根據(jù)規(guī)律地址挨次輸出HDTV碼流給兩片F(xiàn)IFO，硬盤輸出的16位數(shù)據(jù)通過(guò)兩片8位FIFO緩存后輸出給CPLD進(jìn)行拆分以識(shí)別包同步和字節(jié)同步。經(jīng)CPLD解析后的數(shù)據(jù)流再經(jīng)過(guò)解碼器解碼及適當(dāng)后處理，送顯示器、揚(yáng)聲器以供應(yīng)視頻、音頻信號(hào)。既可以作為MPEG解碼器的信號(hào)源，又可以作為信道編碼/調(diào)制器的信號(hào)源。

2C8051F015內(nèi)部結(jié)構(gòu)

C8051F015的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。它使用了CYGNAL的專利——CIP-51微掌握器內(nèi)核CIP-51。CIP-51與MCS-51的指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)803x