隨著數(shù)字視頻技術(shù)的深入推廣，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-2的另一特點(diǎn)是，其可提供一個(gè)較廣的范圍改變壓縮比，以適應(yīng)不同畫(huà)面質(zhì)量，存儲(chǔ)容量，以及帶寬的要求。）得到了日益廣泛的應(yīng)用，MPEG-2編解碼芯片成為許多數(shù)字視頻設(shè)備中的部件。詳細(xì)介紹了C-Cube公司新一代實(shí)時(shí)MPEG-2編解碼芯片Dvxpert-II,并給出了一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

C-Cube公司研發(fā)的MPEG-2編解碼芯片Dvxpert-II采用308腿BGA封裝，將MPEG-2視頻編碼、視頻解碼和CODEC功能集于一體，具有可編程、可升級(jí)擴(kuò)展的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)MC、block/DCT視頻壓縮算法的實(shí)時(shí)編碼，給出了芯片的功能方框圖。芯片的軟件部分是一種叫做Microcode的指令集，利用微碼可由主機(jī)HOST向芯片發(fā)送編解碼命令，并由編碼芯片返回工作狀態(tài)信息。該芯片可提供高質(zhì)量的4:2:0及4:2:2的MPEG-2圖像。單芯片能夠?qū)崿F(xiàn)ML@MP數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)編碼和解碼、ML@4:2:2 Professional Profile標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)解碼以及ML@SP標(biāo)準(zhǔn)的編譯碼，雙芯片級(jí)聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)主級(jí)高類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)編碼。為實(shí)現(xiàn)MPEG-2視頻實(shí)時(shí)編碼，Dvxpert-II內(nèi)部集成了一個(gè)32位、工作頻率110MHz的RISC，一個(gè)每秒鐘可執(zhí)行近16億個(gè)算術(shù)操作的DSP協(xié)處理器和一個(gè)可編程運(yùn)動(dòng)估計(jì)協(xié)處理器。（MPEG是活動(dòng)圖像組（Moving Picture Experts Group）的縮寫(xiě)，于1988年成立。目前MPEG已頒布了三個(gè)活動(dòng)圖像及聲音編碼的正式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，分別稱為MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4，而MPEG-7和MPEG-21都在研究中。）

1 硬件接口

包括視頻輸入輸出接口、音頻輸入輸出接口、SDRAM接口、PCI總線接口、串行EPROM接口以及可編程I/O總線接口等是Dvxpert-II的硬件接口。

1.1 視頻輸入輸出接口

視頻輸入接口接收8位或10位數(shù)字視頻，該視頻源由并行D1口或視頻解碼芯片（例如Philips公司的SAA7111A芯片）提供。給出了視頻輸入接口的結(jié)構(gòu)框圖。在沒(méi)有軟件干預(yù)的條件下，視頻輸入接口從每場(chǎng)輸入圖像中捕捉兩個(gè)可編程的矩形窗，還可以捕捉VITC和closed caption。在一個(gè)窗結(jié)束和下一個(gè)窗開(kāi)始之間的行消隱期間對(duì)輸入通道重新編程可捕捉附加的窗口。視頻輸入接口處理的圖像分辨率是可編程改變的，在ML@MP下，水平分辨率可為720、640、320等；垂直分辨率為480（NTSC制）以及576 （PAL制）。視頻輸入接口還包括了PTS時(shí)鐘輸入端口，PTS時(shí)鐘是PTS計(jì)數(shù)器的時(shí)間指示。視頻輸出接口輸出8位CCIR-656格式的數(shù)字視頻信號(hào)。（NTSC制式—是1952年由美國(guó)國(guó)家電視制定委員會(huì)制定的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)、加拿大、以及日本、韓國(guó)、菲律賓等國(guó)家和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)采用的是這種制式。640X480是指的顯示分辨率，CRT顯示器通常是使用的光學(xué)掃描點(diǎn)陣來(lái)顯示圖像的，些分辨率表明顯示畫(huà)面有640X480個(gè)像素。PAL制又稱為帕爾制。它是為了克服NTSC制對(duì)相位失真的敏感性，在1962年，由前聯(lián)邦德國(guó)在綜合NTSC制的技術(shù)成就基礎(chǔ)上研制出來(lái)的一種改進(jìn)方案。PAL是英文Phase Alteration Line的縮寫(xiě)，意思是逐行倒相，也屬于同時(shí)制。它對(duì)同時(shí)傳送的兩個(gè)色差信號(hào)中的一個(gè)色差信號(hào)采用逐行倒相，另一個(gè)色差信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制方式。這樣，如果在信號(hào)傳輸過(guò)程中發(fā)生相位失真，則會(huì)由于相鄰兩行信號(hào)的相位相反起到互相補(bǔ)嘗作用，從而有效地克服了因相位失真而起的色彩變化。 ）

     1.2 音頻輸入輸出接口

音頻輸入接口從音頻A/D或者AES/SPDIF設(shè)備接收16位到32位數(shù)字音頻數(shù)據(jù)用以壓縮，相對(duì)的音頻輸出接口向音頻D/A輸出解壓后的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。音頻輸入輸出接口各有四個(gè)輸入通道，每個(gè)通道處理一對(duì)聲道（左、右聲道）的數(shù)據(jù)，因此音頻接口可以同時(shí)處理8個(gè)聲道的數(shù)據(jù)。所有的通道都與一個(gè)ACLK同步，ACLK與編碼芯片的其余時(shí)鐘均為異步。AI_FSYNC為幀同步信號(hào)，指示新的音頻數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始；AI_STATUS為音頻編碼狀態(tài)信息。編碼芯片的音頻接口與現(xiàn)在市面上大多數(shù)流行芯片的數(shù)據(jù)格式兼容。

1.3 SDRAM接口

SDRAM接口有64位數(shù)據(jù)總線和12位地址總線，可連接4片SDRAM。每片的容量為1M×16bit,其中包含兩塊Bank,每塊大小為512×16bit,這些SDRAM是并行工作的。芯片內(nèi)部的SDRAM控制器產(chǎn)生所有的SDRAM控制信號(hào)，例如CKE、寫(xiě)使能（）、行選中（）、列選中（）等。所有的SDRAM芯片工作在統(tǒng)一的時(shí)鐘下，這個(gè)時(shí)鐘由芯片內(nèi)部與芯片工作頻率為110MHz。SDRAM支持瘁發(fā)方式的讀寫(xiě)操作，瘁發(fā)方式的頻率可編程設(shè)置，其帶寬峰值為880Mb/s。

　1.4 PCI接口

芯片的PCI總線接口與PCI規(guī)范2.1修訂版本相兼容。該接口為32位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用，它將芯片連接到PCI總線上，主機(jī)通過(guò)PCI總線設(shè)置芯片的工作狀態(tài)，并與芯片交互信息及傳輸碼流。PCI接口必須由主機(jī)PCI時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，頻率為33MHz,主機(jī)時(shí)鐘與芯片的工作時(shí)鐘是異步的。PCI接口在5V和3.3V電源環(huán)境下均能工作。PCI規(guī)范中允許在每塊PCI插卡上有一條PCI總線通路，若有多塊芯片連接到PCI總線上，則需要使用PCI-to-PCI橋。

1.5 串行EPROM接口

芯片包括一個(gè)與串行ROM的接口。在某些情況下，連在PCI總線上的芯片帶有串行ROM,其中有自引導(dǎo)程序和初始化數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，串行ROM的SDA和SCLK管腿與芯片的SDA和SCLK管腿是直接相連的，SDA管腿上還應(yīng)該有一上拉電阻。如果沒(méi)有使用串行ROM,SDA管腿應(yīng)通過(guò)一電阻接地。這樣，串行ROM的讀時(shí)序?qū)惓Ｖ兄?，子系統(tǒng)的ID寄存器不會(huì)裝載，控制總線的寄存器不會(huì)初始化，RISC處理器在復(fù)位時(shí)將被掛起，所有串行ROM執(zhí)行的功能都要求由主機(jī)傳送給編碼芯片的控制信息完成。

1.6 可編程I/O總線接口

芯片利用微碼（微碼，即Mircocode）可使這個(gè)接口完成串行接口的功能，與Philips公司（飛利浦，是世界上的電子公司之一，1891年成立于荷蘭，主要生產(chǎn)照明、家庭電器、醫(yī)療系統(tǒng)。）的I2C總線可以類(lèi)比：PIO-0管腿相當(dāng)于SDA,而PIO-1管腿相當(dāng)于SCLK。另外這個(gè)接口還可以產(chǎn)生一些其它格式的串行信號(hào)，可以方便地對(duì)外圍音、視頻芯片進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和初始化。

1.7 其它接口

以下提到的接口只作簡(jiǎn)略介紹。

IPC接口：當(dāng)需要提高視頻編碼的分辨率時(shí)，要使用多芯片級(jí)聯(lián)進(jìn)行編碼，IPC接口就是用來(lái)與鄰近的芯片進(jìn)行通信的。如果是單芯片進(jìn)行壓縮編碼，則LID[0:3]、RID[0:3]接地而LOACK、ROACK接高電平。

JTAG測(cè)試接口：用以測(cè)試數(shù)據(jù)，符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)。（IEEE1149.1（也稱JTAG）是支持芯片邊界掃描的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，提供了統(tǒng)一的測(cè)試訪問(wèn)端口。如今，它已成為芯片必不可少的一種“開(kāi)銷(xiāo)”。）當(dāng)沒(méi)有使用JTAG接口時(shí)，應(yīng)將TCK和管腿接地。（JTAG是英文“Joint Test Action Group（聯(lián)合測(cè)試行為組織）”的詞頭字母的簡(jiǎn)寫(xiě)，該組織成立于1985 年，是由幾家主要的電子制造商發(fā)起制訂的PCB 和IC 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。）

2 軟件

Dvxpert-II采用Firmware（固件是指設(shè)備內(nèi)部保存的設(shè)備“驅(qū)動(dòng)程序”，通過(guò)固件，操作系統(tǒng)才能按照標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)特定機(jī)器的運(yùn)行動(dòng)作，比如光驅(qū)、刻錄機(jī)等都有內(nèi)部固件。）的方式來(lái)存儲(chǔ)指令集，從而提供了可編程、可升級(jí)擴(kuò)展的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，使用相當(dāng)靈活便捷。利用微碼通過(guò)PCI總線可在主機(jī)和芯片之間建立命令—消息通信機(jī)制：在每一場(chǎng)時(shí)間內(nèi)，主機(jī)向芯片發(fā)送命令，芯片返回工作信息，從而可以利用軟件有效地控制整個(gè)編解碼過(guò)程。在應(yīng)用中，針對(duì)所在區(qū)域電視制式（PAL制還是NTSC制）以及具體的視頻等級(jí)要求（ML@MP還是ML@SP），通過(guò)主控軟件的界面選擇相應(yīng)的微碼向芯片上載即可實(shí)現(xiàn)，這使得該芯片的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。

　　3 應(yīng)用實(shí)例

利用Dvxpert-II設(shè)計(jì)的DVB系統(tǒng)前端MPEG-2編碼器，該設(shè)計(jì)只使用了芯片的編碼功能。輸入的模擬視頻信號(hào)經(jīng)SAA7111進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)格式處理后，得到CCIR-656格式的數(shù)字視頻碼流送給Dvxpert-II進(jìn)行壓縮編碼并打包成視頻PES包。輸入的模擬立體聲信號(hào)經(jīng)過(guò)CS4218進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)字音頻幀傳給Dvxpert-II,芯片本身并不進(jìn)行音頻的壓縮，只是記錄下視頻、音頻的同步信息，然后通過(guò)PCI總線傳給主機(jī)，由軟件進(jìn)行音頻壓縮并將壓縮數(shù)據(jù)打包成音頻PES包。編碼芯片將視頻PES包由PCI總線通過(guò)DMA方式傳給主機(jī)內(nèi)存，主控軟件將音、視頻PES包送給另一塊PCI插卡，在其上完成TS打包并送給后級(jí)供傳輸或者復(fù)用。