時移電視的功能和實現(xiàn)

摘要： 本文介紹了一種基于PVR+LCD TV時移電視的設計方案。本文具體介紹了此產(chǎn)品的系統(tǒng)架構(gòu)，軟硬件原理和產(chǎn)品特點，并且分析了時移電視的發(fā)展與技術挑戰(zhàn)。

關鍵詞： 時移；LCD TV；PVR；ITU 656

眾所周知，電視節(jié)目的播放是廣播式的，已播出的節(jié)目是一去不復返的。所以我們必須即時的收看。否則就會“過了這個村就沒有這個店”了。然而有了時移功能，我們就可以不必與電視臺的播放時間保持同步來收看我們想要收看的電視節(jié)目，而可以在它播放出后的任何時間觀看。

時移電視的主要特點和功能

首先，我們先對的時移電視給一個定義，在目前的IPTV中也有時移電視的概念。它指的是：有線時移電視(TSoC)，是指觀眾在觀看DVB數(shù)字電視節(jié)目時，可以隨時按暫停或后退/快進鍵，也可以選擇幾天前的電視節(jié)目。這種時移電視是和電視發(fā)射中心之間的一種交互。本方案實現(xiàn)的時移電視的突出特點是以硬盤作為存儲媒介，建立本地的海量緩沖區(qū)和巨大的節(jié)目存儲庫，利用數(shù)字化處理技術實現(xiàn)對節(jié)目的控制和管理。數(shù)字化和存儲技術是時移電視技術的核心，在這個基礎上對節(jié)目進行靈活的編輯和錄放控制，一改過去看電視的被動和無奈。使觀眾可以隨心所欲的控制電視節(jié)目的播放，快進，快退等，產(chǎn)生一種交互的感覺。這將深深的改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的看電視的習慣。

時移電視相對于傳統(tǒng)電視新增以下新特性、新功能：

增強的手動錄放像功能

在時移電視中使用硬盤作為節(jié)目存儲的介質(zhì)，硬盤容量大，數(shù)字式，快速訪問的存儲特性使得時移電視可以進行長時間的節(jié)目存儲。以本方案為例：在最高刻錄質(zhì)量時的碼率為7.5Mbps,則一個小時需要3個G左右的空間。80G的硬盤可以錄制最高質(zhì)量的MPEG-2的節(jié)目為20多個小時。由于硬盤的尋道和定位速度非?？?，可以輕易的找到已錄制的節(jié)目，立即播放。硬盤載體數(shù)據(jù)的存儲和讀取速度非?？觳⑶覝蚀_，有效的降低了存儲和讀取過程中可能出現(xiàn)的誤碼現(xiàn)象。時移電視的錄放像的另一個特點是對錄制的節(jié)目進行了分類和整理。用戶可以根據(jù)節(jié)目信息表輕松的找到想看的節(jié)目。

令人耳目一新的時移功能

時移播放是時移電視的一大特點。時移電視在硬盤中開設了海量緩存區(qū)，在播放電視節(jié)目的同時也對節(jié)目進行存儲。在本方案中，緩存區(qū)的大小最大可以為整個硬盤剩余空間，可以時移時間長度為24個小時。依賴緩存技術，用戶可以對正在播放的電視節(jié)目進行暫停，過一段時間又可以從暫停處繼續(xù)播放，就好像時間發(fā)生了移動一樣，因此稱為時移播放。另外用戶還可以對節(jié)目進行后退、慢放、快進等操作，隨心所欲的觀看電視節(jié)目。

舉一個例子，當你正在欣賞電視節(jié)目的時候，一個朋友來了電話。你可以按一下暫停鍵，接聽朋友的電話。時移電視就一直不停的把播出的節(jié)目存儲在緩存區(qū)內(nèi)。當你處理完朋友的電話后，你可以按一下播放鍵，從你剛才暫停的地方接著觀看電視節(jié)目。時移功能更廣泛的用于觀看比賽的精彩鏡頭和慢動作。比如剛才的那個進球沒有看清楚，按后退重來一遍就好了?；蛘呦肟催M球的慢動作，按一下慢放就可以了。

邊看邊錄功能

比如，我們一直在追蹤一個電視連續(xù)劇，可是昨天錄下的前兩集還沒有時間看，今天又要放了。我們可以刻錄今天放的電視劇，不觀看，把它放在后臺讓它繼續(xù)刻錄好了。從刻錄節(jié)目表中找出昨天刻錄的電視節(jié)目，觀看它。基于watch&Record技術，觀眾可以在看以前刻錄的節(jié)目同時，又不耽擱刻錄現(xiàn)在新播出的電視節(jié)目。

MS9400時移電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

MS9400時移電視是一個LCD TV＋PVR的方案。LCD TV的主芯片采用GENESIS公司Cortez系列中的FLI8668芯片，PVR采用MAGUM公司的MS9400芯片。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1

時移電視工作原理如下：

當正常觀看模擬電視節(jié)目時，復用器MUX1的輸入選擇為模擬TUNER輸入。經(jīng)過ADC和3D DECODER，輸入到MUX2。MUX2選擇3D DECODER輸入通道。交給后端輸出顯示處理部分處理。處理完后的數(shù)據(jù)通過LVDS總線送到面板上顯示。

當正常觀看數(shù)字電視節(jié)目時，MS9400通過TS流端口接收數(shù)字高頻頭過來的TS信號。解碼后得到CCIR656信號，通過MS9400的CCIR656輸出端口送到FLI8668的數(shù)字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2復用器選擇數(shù)字端口A輸入的信號，經(jīng)處理后在面板上顯示。

當觀看HDMI輸入的信號時，F(xiàn)LI8668的MUX2選擇數(shù)字端口B的輸入信號，經(jīng)處理后在面板上顯示。

時移功能的實現(xiàn)原理

我們以對模擬電視輸入信號時移為例進行說明。模擬高頻頭輸入的信號，經(jīng)MUX1選擇輸入到ADC和3D DECODER。3D DECODER有一路輸出經(jīng)FLI8668的數(shù)字端口A的P[0-7]輸入到MS9400的CCIR656輸入端口。MS9400內(nèi)部的MPEG編碼器編碼輸入的信號為MPEG2的格式，通過IDE接口存儲到硬盤的緩沖區(qū)中。同時MS9400內(nèi)部的MPEG解碼器通過IDE接口讀取硬盤緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，解碼后通過CCIR656輸出端口送到FLI8668的數(shù)字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2選擇器選擇數(shù)字端口A的P[8-15]輸入的數(shù)據(jù)。經(jīng)后端處理后在面板上顯示。這樣，利用硬盤的海量存儲特性，使輸入的視頻信號和輸出的視頻信號不一致，實現(xiàn)時移功能。對于模擬輸入AV1/AV2/AV3，其時移實現(xiàn)原理是一樣的。

對數(shù)字高頻頭輸入的TS流信號，經(jīng)MS9400內(nèi)部的TS處理模塊和MPEG編碼器，通過IDE接口存儲到硬盤的緩沖區(qū)中。同時MS9400內(nèi)部的MPEG解碼器通過IDE接口讀取硬盤緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，解碼后通過CCIR656的輸出端口送到FLI8668的數(shù)字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2選擇器選擇數(shù)字端口A的P[8-15]輸入的數(shù)據(jù)。經(jīng)后端處理后在面板上顯示。實現(xiàn)對數(shù)字電視的時移功能。

對于HDMI接口過來的信號不能進行時移。

時移電視錄制功能的實現(xiàn)

以錄制模擬電視輸入信號為例進行說明。模擬高頻頭的輸入信號經(jīng)MUX1選擇器輸入到ADC和3D DECODER。3D DECODER的一路輸出經(jīng)FLI8668的數(shù)字端口A的P[0-7]輸入到MS9400的CCIR656輸入端口。MS9400內(nèi)部的MPEG編碼器編碼輸入的信號為MPEG2格式，通過IDE接口存儲到硬盤中。同時FLI8668的MUX2選擇3D DECODER輸入的信號，經(jīng)后端處理后，在面板上顯示電視信號。這樣實現(xiàn)了在后臺錄制的功能。

當需要錄制數(shù)字電視時，MS9400通過TS端口接收數(shù)字高頻頭來的TS流。經(jīng)MS9400內(nèi)部的TS處理模塊和MPEG編碼器，通過IDE接口存儲到硬盤中。同時通過CCIR656輸出端口送到FLI8668的數(shù)字端口A的P[8-15]，輸出處理后的TS流信息。FLI8668的MUX2選擇器選擇數(shù)字端口A的P[8-15]輸入的數(shù)據(jù)。經(jīng)后端處理后在面板上顯示。實現(xiàn)了對數(shù)字電視信號的后臺錄制功能。

對于HDMI輸入的信號不能進行后臺錄制。

時移電視回放功能的實現(xiàn)

MS9400內(nèi)部的MPEG解碼器通過IDE接口讀取硬盤緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，解碼后通過CCIR656的輸出端口送到FLI8668的數(shù)字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2選擇器選擇數(shù)字端口A的P[8-15]輸入的數(shù)據(jù)。經(jīng)后端處理后在面板上顯示。實現(xiàn)回放功能。

時移電視的音頻處理

時移電視的音頻處理原理框圖如圖2所示。

圖2

當正?？措娨暤臅r候，多路選擇器MUX1選擇TUNER的左右聲道輸入，經(jīng)功放放出聲音。當進入時移狀態(tài)，多路選擇器MUX1選擇TUNER通道，經(jīng)過ADC進入MS9400的I2S接口，經(jīng)MS9400處理后，通過IDE接口存儲到硬盤上。同時MS9400通過IDE接口讀取硬盤的數(shù)據(jù)，經(jīng)I2S接口輸出到DAC上。多路選擇器MUX2選擇DAC送來的音頻信號輸入，經(jīng)功放放出聲音。實現(xiàn)音頻的時移。對于音頻信號的刻錄和音頻信號的播放在此不再敘述
　　
系統(tǒng)軟件說明

此時移電視包含兩個CPU芯片。一個為FLI8668，一個為MS9400。

每個CPU有自己軟件。兩個CPU之間通過串口，按照事先定義好的協(xié)議通訊，實現(xiàn)統(tǒng)一的OSD界面和操作。

MS9400部分代碼層次圖，如圖3。

圖3

各層功能解釋如下：
GUI和APP：提供軟件的一個界面。可以根據(jù)用戶的需要而修改
AF(Application Framework)：此層控制應用的交互和顯示行為。對特定用戶，附加的控制被要求。合作伙伴可以用他們自己的框架去替代這一層。
API(Application Programmer Interface)：此層定義訪問內(nèi)核服務的機制。
CF(Core Functionality)：此層完成大量的軟件功能。
AL(Abstraction Layer)：此層是內(nèi)核和下層系統(tǒng)服務(OS和驅(qū)動)之間的一個抽象層。
OS(Operation System)：此層提供操作系統(tǒng)和相關的服務，本系統(tǒng)采用NUCLEUS操作系統(tǒng)
DR(Drivers)：此層控制外部的接口，如：芯片上的硬件，板上的硬件和板外的硬件。用戶可以自己更改和維護。

MS9400文件系統(tǒng)格式說明

目前MS9400 方案采用的文件系統(tǒng)是基于FAT32的SupreCluster文件系統(tǒng),與標準FAT32的主要區(qū)別是：

- FAT32文件系統(tǒng)單個文件的最大大小是4GB. 這意味著用最高碼流錄制約
70分鐘就必須結(jié)束當前文件，新創(chuàng)建另一個文件，影響播放時的連續(xù)性。SupreCluster解決了這個問題，采用最高碼流錄制，單個文件可以錄制最長時間為24小時。
- FAT32文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問的單元為512字節(jié)，適合于小文件的管理，但對幾百兆，甚至是幾個GB的流媒體不適用，尤其是邊讀邊寫的時移功能。如果采用FAT32文件系統(tǒng)的512字節(jié)單位做時移，不得不非常頻繁地訪問硬盤的文件分區(qū)表和地址管理系統(tǒng)，硬盤磁頭頻繁地調(diào)躍，影響硬盤的噪音、功耗、發(fā)熱和最重要的壽命。

SupreCluster文件系統(tǒng)的最小尋址單位為32KB，非常適合流媒體的處理，不需要頻繁對文件進行尋址。理論上可以減少硬盤尋址操作和磁頭動作到原有的1/20。

但該文件系統(tǒng)與Windows平臺不能完全兼容，需借助PC端的應用程序來讀寫該文件系統(tǒng)下的多媒體文件和刻錄的節(jié)目。其原理類似于iPod必須配合iTuner來使用。

但這同時可以解決版權保護的問題：在TV上錄的東西可以在TV上回看，但不能直接無限制地Copy到PC。Copy的過程必須由該應用程序來控制，它將決定哪些錄制的節(jié)目可以被Copy到PC。通過PC上的這個應用軟件，可以避免版權保護帶來的可能的糾紛。

時移電視的發(fā)展與技術挑戰(zhàn)

目前MS9400實現(xiàn)的時移的顯示精度僅僅為SD。包括480I/480P/576I/576P。

目前市場已經(jīng)開始對于高清的時移電視有一定的要求。因此提高顯示的精度是時移電視的一個方向和挑戰(zhàn)。

各電視廠商對于存儲設備的要求希望不僅僅局限于內(nèi)置大容量的硬盤。希望能把刻錄的數(shù)據(jù)存儲到外置的USB移動硬盤上。以方便用戶把刻錄的數(shù)據(jù)和其他設備相互交流。同時希望能在NAND FLASH上實現(xiàn)時移的功能，以便不使用內(nèi)置硬盤和沒有外置硬盤時也能完成時移功能。

對帶USB接口的時移電視，USB口不僅僅是刻錄的通道，也是播放外部的數(shù)據(jù)文件的通道。能對于各種音視頻格式進行支持。目前主要支持的音視頻格式文件的要求如下：JPEG(包括逐行)、Kodak Picture、MP3、AAC、WMA、MPEG-4 ASP、Divx 3, Divx 4, Divx 5, Divx 6 and Ultra、XviD、VOB、MPG、DAT、BMP。

隨著時間的發(fā)展，還會有更多的文件格式出現(xiàn)。需要時移電視能不斷的升級軟件已滿足對最新的文件格式的支持。

對于國內(nèi)的電視廠商，由于USB移動存儲設備各種品牌和生產(chǎn)廠產(chǎn)品質(zhì)量差距甚大。而電視用戶手上所擁有的USB移動存儲設備各式各樣。因此時移電視的USB接口需要具有良好兼容性。能識別各種不同的USB移動存儲設備。這也是時移電視面臨的一個挑戰(zhàn)。
 
結(jié)語

MS9400時移電視設計的主要思路是把LCD TV和硬盤錄像機相結(jié)合而提出的高普通電視的附加值的一種產(chǎn)品。目前，在37寸以上大尺寸的LCD TV產(chǎn)品中，集成PVR是一個大的趨勢。廣泛引起國內(nèi)和國際上一些大的電視廠商注意和開發(fā)。基于MS9400的時移電視已經(jīng)在LG的“愛看”電視系列產(chǎn)品中量產(chǎn)。這種電視的上市將極大的改變?nèi)藗円酝措娨暤牧晳T。同時，基于MS9400的方案可以產(chǎn)生出多種衍生產(chǎn)品。采用同一套方案，可以實現(xiàn)類似于機頂盒的硬盤錄像伴侶盒，解決舊電視不可以錄像和時移的問題。

參考文獻：
1、 MS94XX_DataSheet_April11'06_ InfoSpace.pdf
2、 Cortez Hardware Architecture Overview. PDF
3、 Sonata2_SW.pdf
4、 Polaris rev a final. PDF