基于DSP的寬帶信息終端系統(tǒng)設計

隨著家電、通信、消費電子“3C”合一的大趨勢，基于IP寬帶網絡的IPTV系統(tǒng)逐漸成為熱點。IPTV(Internet Protocol TV or InteracTIve Personal TV)也叫交互式網絡電視，是利用寬帶網的基礎設施，一般以IP機頂盒作為主要終端設備，集互聯網、多媒體、通信等多種技術于一體，通過IP協議向家庭用戶提供包括數字電視在內的多種交互式數字媒體服務的嶄新技術。

　　本文提出并設計實現了一種基于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。

　　該寬帶信息終端實際上是一款低端的IPTV機頂盒，可為用戶提供互聯網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有網絡條件(主要是網絡帶寬)下，能夠呈現比較理想的媒體播放效果。

　　該終端已經成功商用，在四川電信的農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村綜合信息內容平臺，已有數千臺該款寬帶信息終端推廣到四川各地農村使用。

　　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、各種網絡協議、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。

　　圖1 基于DSP的寬帶信息終端系統(tǒng)設計原理圖

　　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指令和數據存儲器，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]

　　下面從視頻流程、音頻流程、網絡通訊對系統(tǒng)主機進行描述。

　　2.1.1 視頻信號的再現

　　從網絡傳輸到本地的視頻信號（視頻、文本），經過以太網控制器的信號處理，通過總線輸入到BF561，經過MPEG4解碼器處理成ITU656格式，再經過 DAC轉換成CVBS或Y/C信號，在電視上顯示，從而實現了視頻圖像的重現。DAC采用Analog Devices公司的ADV7179KCP芯片。

　　2.1.2 音頻信號的拾取和再現

　　從網絡傳輸到本地的音頻信號（MP3），經過以太網控制器的信號處理，通過總線輸入到BF561，經過MP3解碼器處理成ITU656格式，再經過 DAC轉換成模擬音頻信號，在電視上實現重放。DAC采用WOLFSON公司的WM8731S芯片。[5]

　　2.1.3 網絡處理

　　本系統(tǒng)采用單網口設計。以太網控制器采用SMSC公司的LAN9115全雙工16BIT以太網控制器, 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

　?、啪W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

　?、呕赥imer驅動的視頻解碼模塊；

　?、仆瓿梢纛lAdaptive Jitter Buffer功能以及音頻解碼。

　　● 用戶程序

　?、臛UI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；⑷解碼器接口，RTP/RTCP模塊。

3 系統(tǒng)實踐

　　該終端已經實現，并經過數輪系統(tǒng)測試與質量改進，已成功推向市場，并在現階段具有優(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，都已經在BF561上成功實現MPEG4/H264的CIF/D1解碼器。

　　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公司支持的技術網站(http://blackfin.uclinux.org)免費提供；ADI公司還攜該網站一起，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)展現狀，提出并設計實現了一種基于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