基于SAA6752的MPEG-2的编码系统

摘要：介绍了PHILIPS公司的第二代实时MPEG-2编码芯片SAA6752的主要功能及性能特点，提出了一种基于SAA6752的MPEG-2编码系统，并且对该编码系统的硬件框图和软件编程进行了简要说明。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信息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[2]，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信息的目的。 该芯片主要提供以下功能[1]： (1)视频压缩 %26;#183;实时MPEG-2编码（符合MP@ML） %26;#183;支持分辨率：D1、2/3D1、1/2D1和SIF %26;#183;在所有模式下支持IPB、IP和I帧编码 %26;#183;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） %26;#183;支持CBR(Constant Bi Rate)和VBR（Variable Bit Rate） %26;#183;具有可编程的GOP（Grup of Picture）结构 (2)音频压缩 %26;#183;AC-3音频编码：码率为256kbps或385kbps %26;#183;MPEG-1 Layer2音频编码（16或20位）：码率为256kbps或384kbps （3）系统复用 %26;#183;符合MPEG系统标准（ISO 13818-1）的视频和音频流的复用 %26;#183;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） %26;#183;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[3]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。