基于PC机的视频点播机顶盒的设计

关键词： 机顶盒 , 视频点播

机顶盒是视频点播(VOD)系统的终端设备，是用户与VOD服务器之间的智能接口。它用于视频业务的接收和用户请求的发送。因此，VOD系统中的数据传输被分成两个通路：下行通路用于把视频信息传送到用户；上行通路用于把用户的点播需求传送到发送端。基于PC机的机顶盒是将机顶盒的功能做成普通的ＰＣ插卡形式，利用计算机实现视频点播的所有功能。这样做有几点好处：

1 充分利用微机的软、硬件资源，从而降低了用户终端设备的成本；
2 兼容性好，可适应不同的接入网和不同类型的业务；
3 软件维护和升级方便，适应未来发展；
4 可设计易操作、美观和基于Windows95/98的用户界面。

该机顶盒由两块普通PC机插卡构成，它们分别完成下行数据的接收和上行数据的发送。上行数据的发送由一块内置MODEM卡通过电话线完成，下行数据的接收则由另一块插卡通过CATV网实现。

本文研究的主要内容是在微机上如何实现下行数据的正常接收。为此，提出了一种以数字调谐器、最新QAM数字解调芯片和高性能MPEG-2解复用芯片为核心的机顶盒设计方案。在机顶盒的硬件设计中，采用了先进的I2C总线技术、QAM数字解调技术、MPEG-2解复用技术、FIFO存储器技术以及通用的ISA总线接口技术；在软件设计中，采用了VC++编程技术和Windows95/98环境下利用VToolsD开发虚拟设备驱动程序即VxD的技术。

1 机顶盒的硬件设计

机顶盒的主要功能是为人们提供一个访问VOD业务的途径，为合法用户提供一个友好的界面，其接收部分的总体硬件框图如图1所示。

在图1中，来自CATV网的下行数据经数字调谐电路实现频点选择，某一频点上的数据流中包含了十几路节目的数据，这些数据在发送端经过了MPEG-2标准的系统复用。该电路输出中频信号，然后由模/数转换电路输出数字信号，作为QAM解调电路的输入。上述过程中的频点选择和QAM解调均由微处理器经I2C总线控制。

QAM解调后的数字信号送到MPEG-2解复用电路，实现通道选择，即选出用户点播的一路节目。该节目的数据为MPEG-1标准的压缩形式。为了节约成本和简化电路，并考虑到目前微机的速度很高、且为Windows95操作系统，本设计中不采用硬件解压缩方式，而是将数据经主机接口电路以DMA传输方式传送到计算机的内存中，用软件方法对该路节目进行实时解压缩处理并播放出来。

上述整个电路可分为几个相对独立的模块，下面分别对它们进行介绍。

1.1 数字调谐电路

数字调谐电路实际上就是一个高频头，它的作用是接收来自CATV网的下行数据，根据微处理器的指令，实现频点选择(与模拟电视相似)。某一选定频点的数据流中仍含有多路节目的数字信号，每个用户只收看某一频点中的一路节目。频点选择由微处理器通过I2C总线控制。数字调谐电路与后级电路的连接如图2所示。

1.2 A/D视频转换电路

高频头输出的模拟中频信号的幅值已满足A/D转换器的输入要求，因此将它直接送给A/D转换器数字化，以供后续的数字电路进一步处理。该模/数转换器采用Philips公司的芯片，它将模拟视频信号转换成二进制编码的数字视频信号。A/D转换电路的连接如图2所示。

1.3 QAM解调电路1～2?

QAM解调电路是机顶盒接收部分的重点和难点之一，芯片的选型十分重要。它的作用是将A/D视频转换电路输出的数字信号进行QAM解调和其它处理后输出基带数字信号。

QAM解调电路采用最新QAM数字解调芯片。该芯片的功能强大，全数字化处理，芯片外部不需要反馈环路，支持16、32、64、128和256QAM的解调。为了实现芯片的强大功能，其内部有大批的控制/配置寄存器供用户编程使用，这些寄存器可通过I2C总线或并行总线进行读或写操作。芯片输出纠错后的MPEG-2传输流。

上述介绍的调谐电路、A/D视频转换电路和QAM解调电路组成了一个相对独立的整体，它们的应用电路框图如图2所示。

1.4 I2C总线控制电路3～4?

在上述电路中，调谐电路的频点选择、QAM解调芯片内部一系列寄存器的读写操作均由微处理器通过I2C总线控制。而微处理器芯片内没有I2C总线接口? 因此需要设计I2C总线控制电路。该电路由I2C 总线控制器芯片PCF8584构成，它可用作大多数并行总线与串行的I2C总线之间进行双向通信的接口。 利用它可以很方便地将微处理器接入I2C总线?实现芯片间的数据传输和控制。

I2C总线控制电路与其它电路的连接方法如图3所示。