基于SAA6752的MPEG-2的编码系统_消费类电子论文
关键词：saa6752 mpeg-2编码系统
数字电视世界范围内得到了非常迅速的发展，电视广播的全部流程，即从节目的提摄、制作、传输到插出等正在逐步实现数字化。mpeg视频/音频压缩标准的出现，解决了电视信号数字化后量过大而信道带宽有限的问题；数字视频硬件产品的不断进步，促进了各种数字视频产品的推出，给观众带来了高品质的画面和音响效果。这一切，都预示着电视广播全面步入了数字化的时代。
目前世界上的数字电视系统标准有欧洲的dvb系统、美国的atsc系统和日本的isdb系统。这几种系统在视频压缩上都采用mpeg-2标准，我国也正在积极地制定自己的数字电视标准。本文将介绍philips公司生产的芯片saa6752，它能在开发欧洲dvb标准常规数字电视和dvd的前端系统的产品过程中，实现mpeg-2编码。
1 saa6752的主要特点
saa6752又称为empress，是philips公司第二代实时mpeg-2编码芯片。它将音频、视频编码和复用集成在一个芯片中，具有很强的功能，外部只需加入简单的相关芯片就能实现整个编码系统，从而降低系统成本。同时，所有的视频、音频压缩算法都运行在empress的内部mips处理器上，编码软件都已固化在芯片中，无需额外的软件开发，系统主控芯片通过i2c总线就可以设定必要的编码参数。此外，由于它较好地解决了视频编码中的主要问题——噪音过滤和运动预测，所以可以在低码率情况下实现高品质视频编码，从而达到在存储介质上可以存储更多视频和音频的目的。
该芯片主要提供以下功能：
(1)视频压缩
·实时mpeg-2编码（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帧编码
·支持的码率：1.5～25mbps(对于只有i帧编码)
1.5～15mbps（对于只有ip帧编码）
1.5～15mbps（对于只有ipb帧编码）
·支持cbr(constant bi rate)和vbr（variable bit rate）
·具有可编程的gop（grup of picture）结构
(2)音频压缩
·ac-3音频编码：码率为256kbps或385kbps
·mpeg-1 layer2音频编码（16或20位）：码率为256kbps或384kbps
（3）系统复用
·符合mpeg系统标准（iso 13818-1）的视频和音频流的复用
·产生和输出符合dvd、d-vhs和dvb标准的mpeg-2传输流（ts）、mpeg-2节目流（ps）、打包的基本流（pes）和基本流（es）
·产生和插入mpeg时间标记（pts/dts/scr/pcr）
2 基于saa6752的mpeg-2编码系统
2.1 系统框图
因为saa6752没有片内cpu，为了实现编码功能，所以必须由一个片外cpu对其进行控制。而对saa6752的所有控制（例如码率控制、ps流和ts流输出等）均是通过i2c总线完成的，因而非常简单。图1给出了基于saa6752的mpeg-2编码系统的方框图。
该编码系统主要分为视频输入部分、音频输入/输出部分、empress部分、复位部分、输出接口、电源部分以及i2c和uart接口。
2.1.1 视频输入部分
视频输入部分提供两路模拟输入接口，一路为cvbs信号，另一路为yc信号。该部分可以由philips saa7114完成，对其所有的控制均通过i2c总线完成。
2.1.2 音频输入/输出部分
由于empress提供了音频i2s接口，该部分主要完成模拟拟音频转换为数字音频12s信号的功能。
2.1.3 empress部分
由于saa6752采用多个处理器模块，各个处理器和控制模块之间相互独立，所以模块之间的数据传送主要通过fifo存储器或外部sdram来实现。该系统采用16mbit或64mbit sdram。empress saa6752可以产生打包的基本流，其码流可以根据不同的应用进行设定，一种是对应于dvd格式的pes流，其码诣可变的；另一种是对应于ts的pes流，其码率是恒定的。
2.1.4 复位部分
该系统提供两种复位方式：一种是硬复位；另一种是利用i2c控制软件实现软复位。
2.1.5 输出接口部分
该系统提供两种ts并行输出接口：一种是ttl接口；另一种是标准lvds接口。
2.2 软件编程
为了控制empress的编码，i2c接口线被用来将该系统与计算机相连以实现计算机控制empress芯片的目的，同时初始化saa7114。所有的相关操作均是通过i2c总线访问寄存器实现的。在i2c控制软件中，需要确定empress和saa7114的i2c读写地址。
empress的i2c读写地址：
（1）当empress的i2c选择信号为低时，其i2c写地址为40h，读地址为41h。
（2）当empress的i2c选择信号为高时，其i2c写地址为42h，读地址为43h。
saa7114的i2c读写地址：
(1)当saa7114的i2c选择信号为低时，其i2c写地址为40h，读地址为41h。
（2）当saa7114的i2c选择信号为高时，其i2c写地址为42h,读地址为43h。
为了防止empresst和saa7114的i2c地址发生冲突，将empress的i2c选择信号设置为低电平，则empress的i2c写地址定义为40h；将saa7114的i2c选择信号设置为高电平，则saa7114的i2c写地址定义为42h。
控制软件应实现以下的i2c接口函数：
(1)void i2c_read_one_byte（int address,int subaddress,int value）
该函数主要实现对给定寄存器一个字节的读取，address确定需要访问的芯片，subaddress确定需要访问的寄存器，value为返回寄存器值。
(2)i2c_write_one_byte(int address,int subaddress,int value)
该函数主要实现对给定寄存器一个字节的写入，address确定需要访问的芯片，subaddress确定需要访问的寄存器，value为要写入寄存器值。
(3)i2c_read_muiti_bytes(int address,int subaddress,int count,int *buffer)
该函数主要实现对给定寄存器多个字节的读取，address确定需要访问的芯片，subaddress确定需要访问的寄存器，buffer为返回多个寄存器值。
(4)i2c_write_multi_bytes(int address,int subaddress,int count,int *buffer)
该函数主要实现对给定寄存器多个字节的写入，address确定需要访问的芯片，subaddress确定需要访问的寄存器，buffer为要写入多个寄存器值。
通过调用这些函数，就可由i2c接口为empress和saa7114的片内寄存器进行设置。
使用i2c控制软件，可以任意修改参数（pid、码率等）产生和输出所需要的ts、ps、pes、es流。在设定输出码率为5～9mbit/s时，可以得到较高品质的视频图像。
saa6752采用噪声过滤和运动估计技术，使得基于saa6752的mpeg-2编码系统在低码率压缩情况下，对于有干扰的输入信号仍能提供高质量编码效果。这特别适合于以较低码率压缩的作用，例如dvd视频刻录和个人视频刻录（personal video recording）。
在保证高编码质量的同时，基于saa6752的mpeg-2编码系统设计非常简单，易于实现。当使用该芯片设计mpeg-2编码系统时，只需在外围添加视频模/数转换芯片、音频模/数转换芯片和外部sdram，普通的模拟视频和音频信号就可以被压缩成高质量的mpeg-2视频流和mpeg-1 layer2或ac-3音频流，复用成为ps或ts，提供给存储或广播媒介。由于所有的视频和音频编码算法和软件都是运行在片内处理器中，因而只需较少的系统控制资源。而主控芯片只要通过i2c总线设置编码参数即可，无需用户具有较多的mpeg编码经验或投入过多的设计成本，缩短了设计周期。
因此，用saa6752设计低成本高品质的编码系统，可以被广泛应用于新的消费类数字视频产品中。