基于EM8620的IPTV機(jī)頂盒設(shè)計(jì)

在IPTV的系統(tǒng)中，用戶(hù)終端機(jī)頂盒是一個(gè)非常關(guān)鍵的設(shè)備，它不但是收看電視節(jié)目的終端，而且還是一個(gè)信息匯聚、交互的平臺(tái)，被認(rèn)為是構(gòu)成未來(lái)家庭多媒體中心的重要組成部分，本文介紹一種基于EM8620芯片的IPTV機(jī)頂盒設(shè)計(jì)方案，該方案能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)交互電視業(yè)務(wù)，支持MPEG2、MPEG4、VC－1（WMV9）、Real等多種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)解碼，具有電視節(jié)目錄制、數(shù)字版權(quán)保護(hù)、DVD播放等多種功能。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求分析

通過(guò)為IPTV業(yè)務(wù)特性的詳細(xì)分析，總結(jié)出FPGA機(jī)頂盒硬件設(shè)計(jì)方面的四項(xiàng)要求：

（1）具有網(wǎng)絡(luò)接入功能，能夠利用LAN、DSL等方式接入到互聯(lián)網(wǎng)、支持TCP/IP、FTP、RTP、RTSP、RTCP、IGMP多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

（2）支持多種視頻壓縮格式，目前MPEG2、MPEG4、VC－1等標(biāo)準(zhǔn)在IPTV中都有使用，有些運(yùn)營(yíng)商甚至是在交叉使用，這與傳統(tǒng)數(shù)字電視采用單一的MPEG2標(biāo)準(zhǔn)情況大相徑庭。因此，設(shè)計(jì)的機(jī)頂盒能支持的壓縮標(biāo)準(zhǔn)越多，業(yè)務(wù)開(kāi)展就越靈活，產(chǎn)品的使用范圍就越廣泛。

（3）具有完善的增殖業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，其中包括視頻點(diǎn)播、電子表決、互動(dòng)游戲、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、網(wǎng)絡(luò)游戲等，增殖業(yè)務(wù)是網(wǎng)絡(luò)電視獲取利潤(rùn)的關(guān)鍵，所以設(shè)計(jì)機(jī)頂盒時(shí)要充分考慮到各種增殖業(yè)務(wù)的擴(kuò)展應(yīng)用。

（4）選擇低成本的專(zhuān)用硬件平臺(tái)。機(jī)頂盒不同于通用計(jì)算機(jī)，他是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，低成本、低功耗和穩(wěn)定性是硬件設(shè)計(jì)要遵循的原則，一些早期的IPTV機(jī)頂盒設(shè)計(jì)方案采用了基于Intel的高性能通用處理器架構(gòu)，雖然性能很好，但是在功耗和成本方面最終很難被市場(chǎng)和運(yùn)營(yíng)商認(rèn)可。

1.2 EM8620硬件平臺(tái)

設(shè)計(jì)方案中采用一個(gè)低成本但功能相對(duì)豐富的集成芯片－－EM8620作為硬件平臺(tái)，它是Sigma Designs公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)數(shù)字視頻通信設(shè)計(jì)的最新一款多格式解碼芯片、內(nèi)嵌166MHz的32位RSIC處理器，具有豐富的音視頻接口，此外還包括PCI總線(xiàn)控制器和IDE總線(xiàn)接口，依托二者能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入、USB外設(shè)和IDE外設(shè)（如硬盤(pán)、光驅(qū)）訪問(wèn)等功能。圖1是該芯片的邏輯單元框圖，其主要功能和特點(diǎn)包括：

（1）能夠同時(shí)支持兩路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目解碼，實(shí)現(xiàn)畫(huà)中畫(huà)。；
（2）視頻支持MPEG2、MPEG4標(biāo)清和高清解碼，支持VC－1和Real的標(biāo)清解碼；
（3）支持DVD格式信號(hào)解碼；
（4）音頻支持Dolby AC3，MPEG1和MPEG2的層1、2、3，MPEG2的BC多聲道層1、2、3，MPEG2 AAC，MPEG4 AAC，Windows WMA；
（5）具有自適應(yīng)去隔行功能；
（6）具有去閃爍濾波的OSD功能，色彩支持32比特/像素；
（7）具有視頻、OSD、子圖像和光標(biāo)等4個(gè)圖像層；
（8）具有PCI2.1的總線(xiàn)控制接口；
（9）采用2D圖形加速；
（10）具有IDE接口，能夠連接光驅(qū)和硬盤(pán)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電視錄像和程序存儲(chǔ)；
（11）具有NTSC/PAL復(fù)合視頻及S－Video分量輸出，帶有可選的Macrovision防錄制保護(hù)；
（12）具有YPbPr/RGB分量視頻輸出，帶有可選的Macrovision防錄制保護(hù)；
（13）具有3路I2S串行數(shù)字PCM音頻輸出，實(shí)現(xiàn)5.1聲道環(huán)繞聲；
（14）具有SPDIF（IEC60958）數(shù)字音頻輸出。

1.3 設(shè)計(jì)原理

遵循IPTV機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)要求，以EM8620為核心的硬件設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示，它包括多個(gè)不同的數(shù)據(jù)處理模塊。

1.3.1 PCI總線(xiàn)

vPCI總線(xiàn)上連接有一個(gè)10/100M的以太網(wǎng)控制器（CTL8100）和一個(gè)USB2.0主控制器（VT6212）用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入及USB設(shè)備接入功能。

1.3.2 10/100M以太網(wǎng)控制器

10/100M以太網(wǎng)控制器采用Realtek公司的RTL8100，它是一個(gè)高度集成的低成本單片以太網(wǎng)控制器，該控制器具有ACPI電源功能和網(wǎng)絡(luò)喚醒功能，通過(guò)使用魔術(shù)包（magic packet）和喚醒幀的方式可以很方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)，因此使用它可以實(shí)現(xiàn)非常理想的嵌入式網(wǎng)絡(luò)解決方案，同時(shí)它還具有PCI/mini－PCI接口和10/100MHz網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)功能，并兼容PCI2.2和PC99/PC2001、PCI存儲(chǔ)空間或I/O空間映射數(shù)據(jù)傳輸?shù)绕渌δ堋?

1.3.3 USB2.0主控制器

USB2.0主控制器采用威盛公司的VT6212，它是一個(gè)四端口USB2.0控制芯片，能支持高達(dá)480Mbps的傳輸速度，并采用動(dòng)態(tài)中止時(shí)序控制（Dynamic Stop Clock Control）降低功耗。VT6212利用主機(jī)端控制接口（Enhanced Host Controller Interface）方式提供高速數(shù)據(jù)傳輸，利用通過(guò)控制芯片接口（Universal Host Controller Interface）方式向下兼容低速的USB1.1數(shù)據(jù)傳輸，此外TV6212也支持32－bit卡總線(xiàn)模式、可搭配PCMCIA接口作為USB 2.0集線(xiàn)器，增加外設(shè)的接入數(shù)量。

1.3.4 視頻輸出

EM8620能夠提供模擬和數(shù)字兩種視頻信號(hào)輸出，模擬視頻采用復(fù)合（CVBS）、分量（S－Video和YPrPb）方式直接輸出，輸出中都可采用Macrovision技術(shù)進(jìn)行防盜版錄制保護(hù)。數(shù)字視頻（24bit RGB）連接到DVI信號(hào)合成芯片（SIL164），編碼為DVD格式后輸出。

1.3.5 DVI信號(hào)合成

DVI是目前使用非常廣泛的數(shù)字視頻接口，既可以適應(yīng)于高/標(biāo)清數(shù)字電視顯示、也可以用于普通的電腦監(jiān)視器顯示。此處選擇Silicon Image公司的SIL164實(shí)現(xiàn)DVI信號(hào)合成和發(fā)送。SIL164采用PaneILink數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)，支持從VGA到UXGA（640