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基于SAA6752的MPEG-2的編碼系統(tǒng)
摘要：介紹了PHILIPS公司的第二代實時MPEG-2編碼芯片SAA6752的主要功能及性能特點，提出了一種基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)，并且對該編碼系統(tǒng)的硬件框圖和軟件編程進行了簡要說明。關鍵詞：SAA6752MPEG-2編碼系統(tǒng)
數(shù)字電視世界范圍內(nèi)得到了非常迅速的發(fā)展，電視廣播的全部流程，即從節(jié)目的提攝、制作、傳輸?shù)讲宄龅日谥鸩綄崿F(xiàn)數(shù)字化。MPEG視頻/音頻壓縮標準的出現(xiàn)，解決了電視信號數(shù)字化后信息量過大而信道帶寬有限的問題；數(shù)字視頻硬件產(chǎn)品的不斷進步，促進了各種數(shù)字視頻產(chǎn)品的推出，給觀眾帶來了高品質的畫面和音響效果。這一切，都預示著電視廣播全面步入了數(shù)字化的時代。
目前世界上的數(shù)字電視系統(tǒng)標準有歐洲的DVB系統(tǒng)、美國的ATSC系統(tǒng)和日本的ISDB系統(tǒng)。這幾種系統(tǒng)在視頻壓縮上都采用MPEG-2標準[2]，我國也正在積極地制定自己的數(shù)字電視標準。本文將介紹PHILIPS公司生產(chǎn)的芯片SAA6752，它能在開發(fā)歐洲DVB標準常規(guī)數(shù)字電視和DVD的前端系統(tǒng)的產(chǎn)品過程中，實現(xiàn)MPEG-2編碼。
1SAA6752的主要特點
SAA6752又稱為EMPRESS，是PHILIPS公司第二代實時MPEG-2編碼芯片。它將音頻、視頻編碼和復用集成在一個芯片中，具有很強的功能，外部只需加入簡單的相關芯片就能實現(xiàn)整個編碼系統(tǒng)，從而降低系統(tǒng)成本。同時，所有的視頻、音頻壓縮算法都運行在EMPRESS的內(nèi)部MIPS處理器上，編碼軟件都已固化在芯片中，無需額外的軟件開發(fā)，系統(tǒng)主控芯片通過I2C總線就可以設定必要的編碼參數(shù)。此外，由于它較好地解決了視頻編碼中的主要問題——噪音過濾和運動預測，所以可以在低碼率情況下實現(xiàn)高品質視頻編碼，從而達到在存儲介質上可以存儲更多視頻和音頻信息的目的。
該芯片主要提供以下功能[1]：
(1)視頻壓縮
·實時MPEG-2編碼（符合MP@ML）
·支持分辨率：D1、2/3D1、1/2D1和SIF
·在所有模式下支持IPB、IP和I幀編碼
·支持的碼率：1.5～25Mbps(對于只有I幀編碼)
1.5～15Mbps（對于只有IP幀編碼）
1.5～15Mbps（對于只有IPB幀編碼）
·支持CBR(ConstantBiRate)和VBR（VariableBitRate）
·具有可編程的GOP（GrupofPicture）結構
(2)音頻壓縮
·AC-3音頻編碼：碼率為256kbps或385kbps
·MPEG-1Layer2音頻編碼（16或20位）：碼率為256kbps或384kbps
�。�3）系統(tǒng)復用
·符合MPEG系統(tǒng)標準（ISO13818-1）的視頻和音頻流的復用
·產(chǎn)生和輸出符合DVD、D-VHS和DVB標準的MPEG-2傳輸流（TS）、MPEG-2節(jié)目流（PS）、打包的基本流（PES）和基本流（ES）
·產(chǎn)生和插入MPEG時間標記（PTS/DTS/SCR/PCR）
2基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)框圖
因為SAA6752沒有片內(nèi)CPU，為了實現(xiàn)編碼功能，所以必須由一個片外CPU對其進行控制。而對SAA6752的所有控制（例如碼率控制、PS流和TS流輸出等）均是通過I2C總線[3]完成的，因而非常簡單。圖1給出了基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)的方框圖。
該編碼系統(tǒng)主要分為視頻輸入部分、音頻輸入/輸出部分、EMPRESS部分、復位部分、輸出接口、電源部分以及I2C和UART接口。
2.1.1視頻輸入部分
視頻輸入部分提供兩路模擬輸入接口，一路為CVBS信號，另一路為YC信號。該部分可以由PHILIPSSAA7114完成，對其所有的控制均通過I2C總線完成。
2.1.2音頻輸入/輸出部分
由于EMPRESS提供了音頻I2S接口，該部分主要完成模擬擬音頻轉換為數(shù)字音頻12S信號的功能。
2.1.3EMPRESS部分
由于SAA6752采用多個處理器模塊，各個處理器和控制模塊之間相互獨立，所以模塊之間的數(shù)據(jù)傳送主要通過FIFO存儲器或外部SDRAM來實現(xiàn)。該系統(tǒng)采用16Mbit或64MbitSDRAM。EMPRESSSAA6752可以產(chǎn)生打包的基本流，其碼流可以根據(jù)不同的應用進行設定，一種是對應于DVD格式的PES流，其碼詣可變的；另一種是對應于TS的PES流，其碼率是恒定的。
2.1.4復位部分
該系統(tǒng)提供兩種復位方式：一種是硬復位；另一種是利用I2C控制軟件實現(xiàn)軟復位。
2.1.5輸出接口部分
該系統(tǒng)提供兩種TS并行輸出接口：一種是TTL接口；另一種是標準LVDS接口。
2.2軟件編程
為了控制EMPRESS的編碼，I2C接口線被用來將該系統(tǒng)與計算機相連以實現(xiàn)計算機控制EMPRESS芯片的目的，同時初始化SAA7114。所有的相關操作均是通過I2C總線訪問寄存器實現(xiàn)的。在I2C控制軟件中，需要確定EMPRESS和SAA7114的I2C讀寫地址。
EMPRESS的I2C讀寫地址：
（1）當EMPRESS的I2C選擇信號為低時，其I2C寫地址為40H，讀地址為41H。
�。�2）當EMPRESS的I2C選擇信號為高時，其I2C寫地址為42H，讀地址為43H。
SAA7114的I2C讀寫地址：
(1)當SAA7114的I2C選擇信號為低時，其I2C寫地址為40H，讀地址為41H。
�。�2）當SAA7114的I2C選擇信號為高時，其I2C寫地址為42H,讀地址為43H。
為了防止EMPRESST和SAA7114的I2C地址發(fā)生沖突，將EMPRESS的I2C選擇信號設置為低電平，則EMPRESS的I2C寫地址定義為40H；將SAA7114的I2C選擇信號設置為高電平，則SAA7114的I2C寫地址定義為42H。
控制軟件應實現(xiàn)以下的I2C接口函數(shù)：
(1)VoidI2C_Read_One_Byte（intaddress,intsubaddress,intvalue）
該函數(shù)主要實現(xiàn)對給定寄存器一個字節(jié)的讀取，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，value為返回寄存器值。
(2)I2C_Write_One_Byte(intaddress,intsubaddress,intvalue)
該函數(shù)主要實現(xiàn)對給定寄存器一個字節(jié)的寫入，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，value為要寫入寄存器值。
(3)I2C_Read_Muiti_Bytes(intaddress,intsubaddress,intcount,int*buffer)
該函數(shù)主要實現(xiàn)對給定寄存器多個字節(jié)的讀取，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，buffer為返回多個寄存器值。
(4)I2C_Write_Multi_Bytes(intaddress,intsubaddress,intcount,int*buffer)
該函數(shù)主要實現(xiàn)對給定寄存器多個字節(jié)的寫入，address確定需要訪問的芯片，subaddress確定需要訪問的寄存器，buffer為要寫入多個寄存器值。
通過調(diào)用這些函數(shù)，就可由I2C接口為EMPRESS和SAA7114的片內(nèi)寄存器進行設置。
使用I2C控制軟件，可以任意修改參數(shù)（PID、碼率等）產(chǎn)生和輸出所需要的TS、PS、PES、ES流。在設定輸出碼率為5～9Mbit/s時，可以得到較高品質的視頻圖像。
SAA6752采用噪聲過濾和運動估計技術，使得基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)在低碼率壓縮情況下，對于有干擾的輸入信號仍能提供高質量編碼效果。這特別適合于以較低碼率壓縮的作用，例如DVD視頻刻錄和個人視頻刻錄（PersonalVideoRecording）。
在保證高編碼質量的同時，基于SAA6752的MPEG-2編碼系統(tǒng)設計非常簡單，易于實現(xiàn)。當使用該芯片設計MPEG-2編碼系統(tǒng)時，只需在外圍添加視頻模/數(shù)轉換芯片、音頻模/數(shù)轉換芯片和外部SDRAM，普通的模擬視頻和音頻信號就可以被壓縮成高質量的MPEG-2視頻流和MPEG-1layer2或AC-3音頻流，復用成為PS或TS，提供給存儲或廣播媒介。由于所有的視頻和音頻編碼算法和軟件都是運行在片內(nèi)處理器中，因而只需較少的系統(tǒng)控制資源。而主控芯片只要通過I2C總線設置編碼參數(shù)即可，無需用戶具有較多的MPEG編碼經(jīng)驗或投入過多的設計成本，縮短了設計周期。
因此，用SAA6752設計低成本高品質的編碼系統(tǒng)，可以被廣泛應用于新的消費類數(shù)字視頻產(chǎn)品中。
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