基于地面高清機(jī)頂盒的PVR系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

2 軟件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用sigma Designs公司提供的配套軟件開發(fā)包(SDK)，主要分為兩個部分：Armutils開發(fā)包與EM8623L開發(fā)包。
Armutils開發(fā)包主要包含uClinux內(nèi)核、文件系統(tǒng)、編譯工具、編譯環(huán)境等與ARM芯片相關(guān)的軟件。使用Armutils開發(fā)包來生成PVR機(jī)頂盒的運(yùn)行內(nèi)核，以及機(jī)頂盒應(yīng)用程序的編譯與調(diào)試環(huán)境。
EM8620L開發(fā)包主要包含Envision EM8623L開發(fā)板的相關(guān)驅(qū)動，啟動引導(dǎo)程序(Boot Loader)，以及名為DCC(Decoding Chain Control)的用戶接口，用戶程序可通過DCC庫的調(diào)用實(shí)現(xiàn)對底層硬件的訪問，PVR機(jī)頂盒應(yīng)用程序的開發(fā)都是基于這些接口與驅(qū)動之上的。圖2簡單描述了解決方案提出的軟件開發(fā)層次結(jié)構(gòu)。

3 關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)
3．1 音、視頻同步技術(shù)
電視信號錄制產(chǎn)生的音、視頻數(shù)據(jù)各自以PES包的形式存儲在硬盤上，當(dāng)它們被讀出并且被解碼播放時，隨之就會產(chǎn)生音頻和視頻之間的同步問題。
數(shù)字電視廣播的MPEG-2數(shù)字碼流中包括兩種時間信息：用于機(jī)頂盒本地系統(tǒng)時鐘與廣播系統(tǒng)前端時鐘同步的節(jié)目時鐘參考(Program Clock Reference，PCR)，位于TS包的首部；以及用于音視頻同步的展現(xiàn)時間戳／解碼時間戳(Presentation Time stamp／Decoding Timestamp，PTS／DTS)，位于PES包的首部。在本PVR系統(tǒng)中，由于音、視頻數(shù)據(jù)是以PES包的格式被存儲到硬盤的，所以PCR并沒有被存儲；而另外一方面，在播放已錄節(jié)目時，音、視頻數(shù)據(jù)是實(shí)時從硬盤中讀出的，讀取數(shù)據(jù)和播放數(shù)據(jù)都同屬于PVR系統(tǒng)內(nèi)部的操作，所以并不存在系統(tǒng)間時鐘同步的問題，因此，在PVR系統(tǒng)的回放操作中不用考慮PCR。所以在錄像回放過程中，只能利用PTS／DTS來維持音頻與視頻的同步。播放錄像時，幀速率(FrameRate)決定了視頻數(shù)據(jù)的解碼速率，所以可以將視頻PTS作為基準(zhǔn)，將音頻PTS與之相比較，以此調(diào)整音頻解碼的速率，從而達(dá)到使音頻與視頻同步的目的，具體采用的方法如下：
(1)視頻數(shù)據(jù)被傳送到解碼單元的視頻緩沖區(qū)的過程中，對它進(jìn)行解析，記錄其中的PTS，并構(gòu)建視頻PTS表；
(2)對于音頻數(shù)據(jù)，也同樣構(gòu)建音頻PTS表；
(3)在解碼過程中將視頻PTS作為基準(zhǔn)，修正解碼單元中由系統(tǒng)時鐘驅(qū)動的SCR(系統(tǒng)時鐘參考)計數(shù)器的值；
(4)根據(jù)音頻緩沖區(qū)指針的位置，在音頻PTS表中查找相應(yīng)的PTS值，將此值與SCR計數(shù)器的值相比較，作為調(diào)整音頻解碼速率的依據(jù)，從而控制音頻解碼器解碼動作，實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)跟隨視頻數(shù)據(jù)的同步。
3．2 緩存技術(shù)
如圖2所示，經(jīng)過前端解調(diào)得到的TS流經(jīng)由2D圖像引擎處理后進(jìn)入DEMUX模塊。DEMUX模塊是一個集成在主控芯片中的特殊微處理器，主要任務(wù)是進(jìn)行TS流的分析和解復(fù)用。由于硬盤的傳輸速率有限，因此為了減少磁盤讀寫次數(shù)，系統(tǒng)在內(nèi)存中開辟一塊緩沖區(qū)用以緩沖音、視頻數(shù)據(jù)，當(dāng)緩沖區(qū)數(shù)值達(dá)到門限時，將其存儲數(shù)據(jù)寫入硬盤。寫數(shù)據(jù)與寫硬盤兩個操作采用并行的線程來執(zhí)行，線程間通過信號進(jìn)行同步。
而在錄像文件的回放過程中，從硬盤中讀出的音、視頻PES文件分別放入音、視頻緩沖區(qū)中，系統(tǒng)不斷檢測緩沖區(qū)數(shù)據(jù)大小，如果數(shù)據(jù)小于門限值，則通知數(shù)據(jù)傳輸線程把新數(shù)據(jù)送入。
錄像文件的記錄方式包括兩種。正常錄制的文件大小隨著錄制時長的增長而增加，直到節(jié)目錄制完成或者硬盤空間耗盡為止。而在時移錄制模式下，錄像文件大小固定，它包括了寫指針和讀指針。在開始時移錄制時，寫指針開始往后移動，畫面靜止在開始錄制的時刻。當(dāng)回復(fù)收看時，讀指針與寫指針同步向后移動，寫指針在節(jié)目結(jié)束時停止移動，而讀指針自然在與寫指針重合時停止移動。需要指出的是，由于時移錄制并不以錄制文件并回放為目的，所以播放過的節(jié)目即被丟棄，因此該文件是一個循環(huán)文件，寫指針與讀指針在到達(dá)文件末尾時跳回文件開頭。由于硬盤空間所限，循環(huán)文件大小即為最大時移錄制時長，超過該時長則時移模式失效。
通過緩存技術(shù)的使用，系統(tǒng)大幅度減少了硬盤I／O次數(shù)，提高了系統(tǒng)效率，同時也達(dá)到了保護(hù)硬盤的效果。同時，緩存技術(shù)和音、視頻同步技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電視節(jié)目的回放以及時移播放，真正體現(xiàn)了數(shù)字化PVR的強(qiáng)大人機(jī)交互功能。