基于EM8620的IPTV机顶盒设计

在IPTV的系统中，用户终端机顶盒是一个非常关键的设备，它不但是收看电视节目的终端，而且还是一个信息汇聚、交互的平台，被认为是构成未来家庭多媒体中心的重要组成部分，本文介绍一种基于EM8620芯片的IPTV机顶盒设计方案，该方案能够通过网络实现交互电视业务，支持MPEG2、MPEG4、VC－1（WMV9）、Real等多种视频压缩标准解码，具有电视节目录制、数字版权保护、DVD播放等多种功能。

1 硬件设计

1.1 设计要求分析

通过为IPTV业务特性的详细分析，总结出FPGA机顶盒硬件设计方面的四项要求：

（1）具有网络接入功能，能够利用LAN、DSL等方式接入到互联网、支持TCP/IP、FTP、RTP、RTSP、RTCP、IGMP多种网络协议。

（2）支持多种视频压缩格式，目前MPEG2、MPEG4、VC－1等标准在IPTV中都有使用，有些运营商甚至是在交叉使用，这与传统数字电视采用单一的MPEG2标准情况大相径庭。因此，设计的机顶盒能支持的压缩标准越多，业务开展就越灵活，产品的使用范围就越广泛。

（3）具有完善的增殖业务设计，其中包括视频点播、电子表决、互动游戏、网络浏览、网络游戏等，增殖业务是网络电视获取利润的关键，所以设计机顶盒时要充分考虑到各种增殖业务的扩展应用。

（4）选择低成本的专用硬件平台。机顶盒不同于通用计算机，他是一个嵌入式系统，低成本、低功耗和稳定性是硬件设计要遵循的原则，一些早期的IPTV机顶盒设计方案采用了基于Intel的高性能通用处理器架构，虽然性能很好，但是在功耗和成本方面最终很难被市场和运营商认可。

1.2 EM8620硬件平台

设计方案中采用一个低成本但功能相对丰富的集成芯片－－EM8620作为硬件平台，它是Sigma Designs公司专门针对数字视频通信设计的最新一款多格式解码芯片、内嵌166MHz的32位RSIC处理器，具有丰富的音视频接口，此外还包括PCI总线控制器和IDE总线接口，依托二者能够实现网络接入、USB外设和IDE外设（如硬盘、光驱）访问等功能。图1是该芯片的逻辑单元框图，其主要功能和特点包括：           
 

（1）能够同时支持两路标准清晰度电视节目解码，实现画中画。； 
（2）视频支持MPEG2、MPEG4标清和高清解码，支持VC－1和Real的标清解码； 
（3）支持DVD格式信号解码； 
（4）音频支持Dolby AC3，MPEG1和MPEG2的层1、2、3，MPEG2的BC多声道层1、2、3，MPEG2 AAC，MPEG4 AAC，Windows WMA； 
（5）具有自适应去隔行功能； 
（6）具有去闪烁滤波的OSD功能，色彩支持32比特/像素； 
（7）具有视频、OSD、子图像和光标等4个图像层； 
（8）具有PCI2.1的总线控制接口； 
（9）采用2D图形加速； 
（10）具有IDE接口，能够连接光驱和硬盘设备，实现电视录像和程序存储； 
（11）具有NTSC/PAL复合视频及S－Video分量输出，带有可选的Macrovision防录制保护； 
（12）具有YPbPr/RGB分量视频输出，带有可选的Macrovision防录制保护；

1.3 设计原理

遵循IPTV机顶盒的设计要求，以EM8620为核心的硬件设计原理框图如图2所示，它包括多个不同的数据处理模块。                 

1.3.1 PCI总线

vPCI总线上连接有一个10/100M的以太网控制器（CTL8100）和一个USB2.0主控制器（VT6212）用于实现网络接入及USB设备接入功能。

1.3.2 10/100M以太网控制器

10/100M以太网控制器采用Realtek公司的RTL8100，它是一个高度集成的低成本单片以太网控制器，该控制器具有ACPI电源功能和网络唤醒功能，通过使用魔术包（magic packet）和唤醒帧的方式可以很方便地实现网络管理和维护，因此使用它可以实现非常理想的嵌入式网络解决方案，同时它还具有PCI/mini－PCI接口和10/100MHz网络带宽自适应功能，并兼容PCI2.2和PC99/PC2001、PCI存储空间或I/O空间映射数据传输等其他功能。

1.3.3 USB2.0主控制器

USB2.0主控制器采用威盛公司的VT6212，它是一个四端口USB2.0控制芯片，能支持高达480Mbps的传输速度，并采用动态中止时序控制（Dynamic Stop Clock Control）降低功耗。VT6212利用主机端控制接口（Enhanced Host Controller Interface）方式提供高速数据传输，利用通过控制芯片接口（Universal Host Controller Interface）方式向下兼容低速的USB1.1数据传输，此外TV6212也支持32－bit卡总线模式、可搭配PCMCIA接口作为USB 2.0集线器，增加外设的接入数量。

1.3.4 视频输出

EM8620能够提供模拟和数字两种视频信号输出，模拟视频采用复合（CVBS）、分量（S－Video和YPrPb）方式直接输出，输出中都可采用Macrovision技术进行防盗版录制保护。数字视频（24bit RGB）连接到DVI信号合成芯片（SIL164），编码为DVD格式后输出。

1.3.5 DVI信号合成

DVI是目前使用非常广泛的数字视频接口，既可以适应于高/标清数字电视显示、也可以用于普通的电脑监视器显示。此处选择Silicon Image公司的SIL164实现DVI信号合成和发送。SIL164采用PaneILink数字技术设计，支持从VGA到UXGA（640