數字電視中DSP技術的應用

數字電視是在研究高清晰度電視(HDTV)的基礎上提出并發展起來的。

目前實現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范圍內的視頻壓縮業務，共制定了5類4級11種系統結構。

HDTV的接收實現主要體現在MPEG-2的TS流解復用、MPEG-2的解碼與系統數據流的控制，目前的實現主要有兩種途徑：采用ASIC技術和采用高速通用DSP技術。

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

在DSP領域，美國TI公司的DSP系列產品(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構、多處理器單元等。因此，DSP的這些內部結構和功能完全可以完成ASIC實現HDTV的VLIW core 和OS MIPS CPU core的全部功能。因此，高速DSP技術的發展為HDTV系統核心技術實現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接收機結構的實現模式，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。這些功能的實現主要體現在DSP 所擅長的數字運算當中。其中，使用嵌入式DSP技術可以完成系統的控制功能。

DSP實現HDTV接收機的軟件結構主要包括：

·硬件驅動層：各硬件模塊的驅動程序和初始化；

·中心層：系統的操作系統，完成進程的創建和執行各進程間的通信等；

·命令解析層：解釋應用程序和用戶發出的命令；

·應用層：軟件結構的具體應用模式，有E-mail、VOD、Internet接入等。

使用通用DSP芯片實現專用VLIW core和OS MIPS CPU Core的最大好處是系統運行功能完全可以由開發者通過軟件開發平臺自己定義，如在MPEG-2標準中根據具體實現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專業知識且開發周期可能較長。

DSP實現DTV的一種結構形式如圖1所示。DSP在DTV中主要用軟件實現MPEG-2數據流的解碼、處理和顯示，也通過軟件實現解擾、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總線則可完成上網功能。圖2是整個實現的流程框圖。

DSP軟件可以通過匯編和C語言實現。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。操作系統可以通過pSOS或Windows CE實現，最好使用pSOS平臺。

由于ASIC實現系統中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或雙處理器結構的TMS320C5420。TMS320C40具有速度275MOPS和320Mbyte/s的吞吐量，6個DMA通道可以實現I/O操作與CPU的并行，并且具有16GB連續的程序/數據/外設地址空間，為系統設計帶來最大的靈活性；而TMS320C5420是雙CPU結構，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的出現與發展，進一步推動了DTV的全數字化接收、解調、音視頻處理與控制。C6000內有8個并行的處理單元，采用VLIW結構。芯片最高時鐘頻率達到300MHz，指令集可以進行字節尋址以獲得8位/16位/32位數據。C6000的存儲器尋址空間為4GB，其中內部集成了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開發環境。C6000的這些配置無疑是我國研究界、工業界實現擁有自主知識產權的DTV不可缺少的工具，對DTV的實現必將產生深遠的歷史意義。■

參考文獻

1 馮立欣. 數字電視描述，電視技術，2000年6月.

2 Information Technology-Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information: System, ISO/IEC 13818-1,1996.

3 Tms320C6000 Peripherals Reference Guide, Texas Instruments, 1999.

4 PNX8500, Philips Semiconductors, 31 August 2000.