數(shù)字電視中DSP技術的應用

數(shù)字電視是在研究高清晰度電視(HDTV)的基礎上提出并發(fā)展起來的。

目前實現(xiàn)DTV的核心技術是它的壓縮編解碼采用MPEG-2 ISO/IEC13818標準。MPEG-2涵蓋了從標準清晰度(SDTV)到HDTV范圍內(nèi)的視頻壓縮業(yè)務，共制定了5類4級11種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

HDTV的接收實現(xiàn)主要體現(xiàn)在MPEG-2的TS流解復用、MPEG-2的解碼與系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的控制，目前的實現(xiàn)主要有兩種途徑：采用ASIC技術和采用高速通用DSP技術。

在DTV的ASIC實現(xiàn)技術中，其物理基礎通常是雙CPU結(jié)構(gòu)，如Philips公司的PNX8500、PNX8300，其中一個是高速VLIW(超長指令字)核作為系統(tǒng)的信號處理，另一個是高速MIPS 3940核完成操作系統(tǒng)的控制運行。

在DSP領域，美國TI公司的DSP系列產(chǎn)品(占有世界市場75%的份額)，其主要的特點是高速(CPU可達到350MHz)、專用硬件乘法器和改進的哈佛結(jié)構(gòu)、多處理器單元等。因此，DSP的這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能完全可以完成ASIC實現(xiàn)HDTV的VLIW core 和OS MIPS CPU core的全部功能。因此，高速DSP技術的發(fā)展為HDTV系統(tǒng)核心技術實現(xiàn)提供了靈活的物理基礎，DSP的應用推動了整個電子信息領域及相關領域的發(fā)展研究，同時也有助于研究人員制訂下一代DTV的標準。

HDTV接收機結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)模式，主要功能包括：MPEG-2視頻解碼器、MPEG-2(或AC-3)音頻解碼器、MPEG-2傳輸層解復用器、信道解調(diào)器、前向糾錯處理器、圖形硬件和外圍設備等不同部分。這些功能的實現(xiàn)主要體現(xiàn)在DSP 所擅長的數(shù)字運算當中。其中，使用嵌入式DSP技術可以完成系統(tǒng)的控制功能。

DSP實現(xiàn)HDTV接收機的軟件結(jié)構(gòu)主要包括：

·硬件驅(qū)動層：各硬件模塊的驅(qū)動程序和初始化；

·中心層：系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，完成進程的創(chuàng)建和執(zhí)行各進程間的通信等；

·命令解析層：解釋應用程序和用戶發(fā)出的命令；

·應用層：軟件結(jié)構(gòu)的具體應用模式，有E-mail、VOD、Internet接入等。

使用通用DSP芯片實現(xiàn)專用VLIW core和OS MIPS CPU Core的最大好處是系統(tǒng)運行功能完全可以由開發(fā)者通過軟件開發(fā)平臺自己定義，如在MPEG-2標準中根據(jù)具體實現(xiàn)情況可以通過軟件修正DCT變換、運動估計、運動補償以及對圖象進行后置掩蓋差分編碼處理等。對多通道Audio信號使用修正的Dolby Pro Logic AC-3算法來改善傳輸性能等，但它的缺點是需要很強的DSP專業(yè)知識且開發(fā)周期可能較長。

DSP實現(xiàn)DTV的一種結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。DSP在DTV中主要用軟件實現(xiàn)MPEG-2數(shù)據(jù)流的解碼、處理和顯示，也通過軟件實現(xiàn)解擾、解復用和PID濾波等。主要功能描述如下：

·解復用/PID濾波；

·時序控制、碼率緩沖控制以及存儲控制；

·MPEG-2解碼，Audio解碼，圖形處理。

使用高速的DVP(數(shù)字視頻處理器)存儲器總線和雙PI總線連接片上的CPU和其它單元；使用PCI總線則可完成上網(wǎng)功能。圖2是整個實現(xiàn)的流程框圖。

DSP軟件可以通過匯編和C語言實現(xiàn)。核心處理算法需要匯編語言，而控制程序可以通過C語言實現(xiàn)。操作系統(tǒng)可以通過pSOS或Windows CE實現(xiàn)，最好使用pSOS平臺。

由于ASIC實現(xiàn)系統(tǒng)中VLIW core的時鐘頻率通常為幾十MHz～200MHz，而MIPS core的時鐘頻率也為幾十MHz～150MHz；存儲器速度為143MHz，容量要求16/32/64MB。所以，DSP可以考慮使用浮點處理器TMS320C40或雙處理器結(jié)構(gòu)的TMS320C5420。TMS320C40具有速度275MOPS和320Mbyte/s的吞吐量，6個DMA通道可以實現(xiàn)I/O操作與CPU的并行，并且具有16GB連續(xù)的程序/數(shù)據(jù)/外設地址空間，為系統(tǒng)設計帶來最大的靈活性；而TMS320C5420是雙CPU結(jié)構(gòu)，且片上有32K DARAM和168K SARAM，同時它有1個16位的HPI接口，可以很方便地與PCI總線連接。

最近TI高性能的C6000系列DSP的出現(xiàn)與發(fā)展，進一步推動了DTV的全數(shù)字化接收、解調(diào)、音視頻處理與控制。C6000內(nèi)有8個并行的處理單元，采用VLIW結(jié)構(gòu)。芯片最高時鐘頻率達到300MHz，指令集可以進行字節(jié)尋址以獲得8位/16位/32位數(shù)據(jù)。C6000的存儲器尋址空間為4GB，其中內(nèi)部集成了1M～7Mb的SRAM。同時，TI公司推出了世界上第一個效率可達70%～80%的匯編語言級C編譯器，以及實時在線性能分析與實時操作的CCS開發(fā)環(huán)境。C6000的這些配置無疑是我國研究界、工業(yè)界實現(xiàn)擁有自主知識產(chǎn)權的DTV不可缺少的工具，對DTV的實現(xiàn)必將產(chǎn)生深遠的歷史意義?！?/font>