關鍵詞：寬帶信息終端 DSP 嵌入式系統(tǒng)
1 引言
隨著家電、通信、消費電子“3C”合一的大趨勢，基于IP寬帶網(wǎng)絡的IPTV系統(tǒng)逐漸成為熱點。IPTV(Internet Protocol TV or Interactive Personal TV)也叫交互式網(wǎng)絡電視，是利用寬帶網(wǎng)的基礎設施，一般以IP機頂盒作為主要終端設備，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術于一體，通過IP協(xié)議向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內的多種交互式數(shù)字媒體服務的嶄新技術。
本文提出并設計實現(xiàn)了一種基于Blackfin BF561的寬帶信息終端。該終端采用目前計算機領域最為活躍的嵌入式系統(tǒng)技術，以高性能DSP處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)為核心[1]，對寬帶信息終端進行設計實現(xiàn)。
該寬帶信息終端實際上是一款低端的IPTV機頂盒，可為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)信息瀏覽和流媒體視頻播放服務。該終端在國內電信運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡條件(主要是網(wǎng)絡帶寬)下，能夠呈現(xiàn)比較理想的媒體播放效果。
該終端已經(jīng)成功商用，在四川電信的農(nóng)村信息化工程中得到批量采購。目前，依托四川電信部署的農(nóng)村綜合信息內容平臺，已有數(shù)千臺該款寬帶信息終端推廣到四川各地農(nóng)村使用。
2 系統(tǒng)設計
2.1 系統(tǒng)總體設計
基于DSP的寬帶信息終端的系統(tǒng)設計原理如圖1所示，uClinux操作系統(tǒng)、音視頻解碼、各種網(wǎng)絡協(xié)議、嵌入式瀏覽器、流媒體播放器、圖形用戶界面均由BF561處理，通過PPI、SPORT、UART等多種通訊接口，和外接外圍器件進行連接。
Blackfin BF561是Analog Devices公司近年針對高端多媒體應用推出的雙核DSP處理器。BF561作為對稱多處理器(SMP)器件，它的每一顆內核都有自己的高速L1指令和數(shù)據(jù)存儲器，同時兩顆內核共享128KB的L2存儲器。每顆內核都能訪問多種外設，包括視頻接口、串口和定時器等。[2] 此外，Blackfin處理器還擁有高性能處理器內核、高帶寬DMA性能、專為增強視頻處理定義的指令集、高效控制處理、分層存儲器、動態(tài)電源管理等特性。[3]
在設計中，采用BF561的一顆內核處理所有“MCU型”任務，例如圖形重疊、網(wǎng)絡管理和流程控制，同時運行uClinux操作系統(tǒng)；另一顆內核則執(zhí)行主要的DSP功能。我們將MP3音頻解碼也置于處理“MCU型”任務的那顆內核中，而另一顆內核則只進行MPEG4視頻解碼處理。[4]
圖1 基于DSP的寬帶信息終端系統(tǒng)設計原理圖
下面從視頻流程、音頻流程、網(wǎng)絡通訊對系統(tǒng)主機進行描述。
2.1.1 視頻信號的再現(xiàn)
從網(wǎng)絡傳輸?shù)奖镜氐囊曨l信號（視頻、文本），經(jīng)過以太網(wǎng)控制器的信號處理，通過總線輸入到BF561，經(jīng)過MPEG4解碼器處理成ITU656格式，再經(jīng)過 DAC轉換成CVBS或Y/C信號，在電視上顯示，從而實現(xiàn)了視頻圖像的重現(xiàn)。DAC采用Analog Devices公司的ADV7179KCP芯片。
2.1.2 音頻信號的拾取和再現(xiàn)
從網(wǎng)絡傳輸?shù)奖镜氐囊纛l信號（MP3），經(jīng)過以太網(wǎng)控制器的信號處理，通過總線輸入到BF561，經(jīng)過MP3解碼器處理成ITU656格式，再經(jīng)過 DAC轉換成模擬音頻信號，在電視上實現(xiàn)重放。DAC采用WOLFSON公司的WM8731S芯片。[5]
2.1.3 網(wǎng)絡處理
本系統(tǒng)采用單網(wǎng)口設計。以太網(wǎng)控制器采用SMSC公司的LAN9115全雙工16BIT以太網(wǎng)控制器, 可適應100Base-TX/10Base-T。
2.2 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計原理如圖2所示，系統(tǒng)應用程序運行于uClinux操作系統(tǒng)之上，內核版本
為2.6.11，終端應用采用多進程并行和進程間通信機制。
系統(tǒng)軟件由運行于uClinux內核的驅動程序、內核任務以及用戶程序組成。
● 內核驅動程序
⑴網(wǎng)絡驅動；⑵PPI視頻輸出模塊；⑶基于SPORT0音頻驅動程序；
⑷和另一核交互的模塊。
● 運行于內核態(tài)的功能模塊
⑴基于Timer驅動的視頻解碼模塊；
⑵完成音頻Adaptive Jitter Buffer功能以及音頻解碼。
● 用戶程序
⑴GUI用戶程序界面模塊；⑵嵌入式瀏覽器模塊；⑶RTSP流媒體播放器模塊；[6]
⑷解碼器接口，RTP/RTCP模塊。
3 系統(tǒng)實踐
該終端已經(jīng)實現(xiàn)，并經(jīng)過數(shù)輪系統(tǒng)測試與質量改進，已成功推向市場，并在現(xiàn)階段具有優(yōu)異的成本優(yōu)勢和良好的擴展性。如圖3所示，是該終端圖形用戶界面的主菜單截圖。
在實現(xiàn)過程中，由于是面向客戶進行定制設計，視頻解碼和音頻解碼分別取定為MPEG4和MP3。實際上，基于BF561的DSP特性，還可以在系統(tǒng)中設計H264、AVS等其它多種解碼器，從而實現(xiàn)支持多種解碼器格式的寬帶信息終端，具有良好的擴展性。而事實上，Analog Devices公司的很多合作伙伴，都已經(jīng)在BF561上成功實現(xiàn)MPEG4/H264的CIF/D1解碼器。
圖3 圖形用戶界面主菜單截圖[7]
4 結論
本系統(tǒng)成本優(yōu)勢明顯。其中采用的Blackfin uClinux操作系統(tǒng)，由ADI公司支持的技術網(wǎng)站(http://blackfin.uclinux.org)免費提供；ADI公司還攜該網(wǎng)站一起，向用戶提供持續(xù)的技術支持(如版本升級、新項目資源提供等)。
實際上，由于ADI BF561天然具備對稱多處理器(SMP)體系結構的特性，它采用完全的兩個處理器通過高速通道相連，并共享外設和存儲器空間[2]，使得開發(fā)人員可以將大量的運算應用均勻分配到每顆內核上，從而最大限度地利用雙核處理器資源，有效控制成本。另一方面，由于DSP的可編程特性，本系統(tǒng)除了能充分利用處理器資源，在多種解碼能力(如AVS)的后續(xù)擴展方面，優(yōu)勢也非常顯著。
總之，本文結合當前的“3C”融合趨勢和IPTV技術發(fā)展現(xiàn)狀，提出并設計實現(xiàn)了一種基于DSP的寬帶信息終端。該終端具有很高的可靠性、良好的擴展性和優(yōu)異的性能價格比，并已在市場批量推廣中得到了有效驗證。[8]
參考文獻
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[2]David katz等.雙核多媒體處理器迎接要求苛刻的多媒體應用的挑戰(zhàn).今日電子.2005，(10)：63-64.
[3]高峰.ADI主打Blackfin匯聚多種處理功能.電子產(chǎn)品世界.2005，(12)：145.
[4]黃葛玲、劉杰.PTA21寬帶信息終端方案報告.四川長虹.2006.08.[3]高峰.ADI主打Blackfin匯聚多種處理功能.電子產(chǎn)品世界.2005，(12)：145.
[5]王勤.寬帶視頻通訊系統(tǒng)的音頻信號分析與信噪比的研究.長虹科技.2006，(2)：37-42.
[6]劉杰.PTA21_整改報告_網(wǎng)絡播放器.四川長虹.2006.10.
[7]鄒文婷.PTA21寬帶信息終端用戶說明書.四川長虹.2007.04.
[8]黃葛玲、劉杰.PTA21項目總結.四川長虹.2007.05.
作者簡介：
朱寧(1975-),男,電子科技大學信號與信息處理專業(yè)碩士研究生。現(xiàn)就職于四川通信科研規(guī)劃設計有限責任公司
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