基于地面高清机顶盒的PVR系统设计与开发

2 软件结构
本系统采用sigma Designs公司提供的配套软件开发包(SDK)，主要分为两个部分：Armutils开发包与EM8623L开发包。
Armutils开发包主要包含uClinux内核、文件系统、编译工具、编译环境等与ARM芯片相关的软件。使用Armutils开发包来生成PVR机顶盒的运行内核，以及机顶盒应用程序的编译与调试环境。
EM8620L开发包主要包含Envision EM8623L开发板的相关驱动，启动引导程序(Boot Loader)，以及名为DCC(Decoding Chain Control)的用户接口，用户程序可通过DCC库的调用实现对底层硬件的访问，PVR机顶盒应用程序的开发都是基于这些接口与驱动之上的。图2简单描述了解决方案提出的软件开发层次结构。

3 关键实现技术
3．1 音、视频同步技术
电视信号录制产生的音、视频数据各自以PES包的形式存储在硬盘上，当它们被读出并且被解码播放时，随之就会产生音频和视频之间的同步问题。
数字电视广播的MPEG-2数字码流中包括两种时间信息：用于机顶盒本地系统时钟与广播系统前端时钟同步的节目时钟参考(Program Clock Reference，PCR)，位于TS包的首部；以及用于音视频同步的展现时间戳／解码时间戳(Presentation Time stamp／Decoding Timestamp，PTS／DTS)，位于PES包的首部。在本PVR系统中，由于音、视频数据是以PES包的格式被存储到硬盘的，所以PCR并没有被存储；而另外一方面，在播放已录节目时，音、视频数据是实时从硬盘中读出的，读取数据和播放数据都同属于PVR系统内部的操作，所以并不存在系统间时钟同步的问题，因此，在PVR系统的回放操作中不用考虑PCR。所以在录像回放过程中，只能利用PTS／DTS来维持音频与视频的同步。播放录像时，帧速率(FrameRate)决定了视频数据的解码速率，所以可以将视频PTS作为基准，将音频PTS与之相比较，以此调整音频解码的速率，从而达到使音频与视频同步的目的，具体采用的方法如下：
(1)视频数据被传送到解码单元的视频缓冲区的过程中，对它进行解析，记录其中的PTS，并构建视频PTS表；
(2)对于音频数据，也同样构建音频PTS表；
(3)在解码过程中将视频PTS作为基准，修正解码单元中由系统时钟驱动的SCR(系统时钟参考)计数器的值；
(4)根据音频缓冲区指针的位置，在音频PTS表中查找相应的PTS值，将此值与SCR计数器的值相比较，作为调整音频解码速率的依据，从而控制音频解码器解码动作，实现音频数据跟随视频数据的同步。
3．2 缓存技术
如图2所示，经过前端解调得到的TS流经由2D图像引擎处理后进入DEMUX模块。DEMUX模块是一个集成在主控芯片中的特殊微处理器，主要任务是进行TS流的分析和解复用。由于硬盘的传输速率有限，因此为了减少磁盘读写次数，系统在内存中开辟一块缓冲区用以缓冲音、视频数据，当缓冲区数值达到门限时，将其存储数据写入硬盘。写数据与写硬盘两个操作采用并行的线程来执行，线程间通过信号进行同步。
而在录像文件的回放过程中，从硬盘中读出的音、视频PES文件分别放入音、视频缓冲区中，系统不断检测缓冲区数据大小，如果数据小于门限值，则通知数据传输线程把新数据送入。
录像文件的记录方式包括两种。正常录制的文件大小随着录制时长的增长而增加，直到节目录制完成或者硬盘空间耗尽为止。而在时移录制模式下，录像文件大小固定，它包括了写指针和读指针。在开始时移录制时，写指针开始往后移动，画面静止在开始录制的时刻。当回复收看时，读指针与写指针同步向后移动，写指针在节目结束时停止移动，而读指针自然在与写指针重合时停止移动。需要指出的是，由于时移录制并不以录制文件并回放为目的，所以播放过的节目即被丢弃，因此该文件是一个循环文件，写指针与读指针在到达文件末尾时跳回文件开头。由于硬盘空间所限，循环文件大小即为最大时移录制时长，超过该时长则时移模式失效。
通过缓存技术的使用，系统大幅度减少了硬盘I／O次数，提高了系统效率，同时也达到了保护硬盘的效果。同时，缓存技术和音、视频同步技术相结合，实现了电视节目的回放以及时移播放，真正体现了数字化PVR的强大人机交互功能。