隨著家電,、通信、消費(fèi)電子“3C”合一的大趨勢,，基于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)的IPTV系統(tǒng)逐漸成為熱點(diǎn)。IPTV(Internet Protocol TV or Interactive Personal TV)也叫交互式網(wǎng)絡(luò)電視,，是利用寬帶網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施,，一般以IP機(jī)頂盒作為主要終端設(shè)備，集互聯(lián)網(wǎng),、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體,，通過IP協(xié)議向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務(wù)的嶄新技術(shù),。
本文提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于Blackfin BF561的寬帶信息終端。該終端采用目前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最為活躍的嵌入式系統(tǒng)技術(shù),，以高性能DSP處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)為核心,，對寬帶信息終端進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
該寬帶信息終端實(shí)際上是一款低端的IPTV機(jī)頂盒,，可為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)信息瀏覽和流媒體視頻播放服務(wù),。該終端在國內(nèi)電信運(yùn)營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件(主要是網(wǎng)絡(luò)帶寬)下，能夠呈現(xiàn)比較理想的媒體播放效果,。
該終端已經(jīng)成功商用,，在四川電信的農(nóng)村信息化工程中得到批量采購。目前,，依托四川電信部署的農(nóng)村綜合信息內(nèi)容平臺(tái),，已有數(shù)千臺(tái)該款寬帶信息終端推廣到四川各地農(nóng)村使用。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
基于DSP的寬帶信息終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖1所示,，uClinux操作系統(tǒng),、音視頻解碼、各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,、嵌入式瀏覽器,、流媒體播放器、圖形用戶界面均由BF561處理,，通過PPI,、SPORT、UART等多種通訊接口，和外接外圍器件進(jìn)行連接,。
Blackfin BF561是Analog Devices公司近年針對高端多媒體應(yīng)用推出的雙核DSP處理器,。BF561作為對稱多處理器(SMP)器件，它的每一顆內(nèi)核都有自己的高速L1指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,，同時(shí)兩顆內(nèi)核共享128KB的L2存儲(chǔ)器,。每顆內(nèi)核都能訪問多種外設(shè),，包括視頻接口,、串口和定時(shí)器等。[2] 此外,，Blackfin處理器還擁有高性能處理器內(nèi)核,、高帶寬DMA性能、專為增強(qiáng)視頻處理定義的指令集,、高效控制處理,、分層存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)電源管理等特性,。
在設(shè)計(jì)中,，采用BF561的一顆內(nèi)核處理所有“MCU型”任務(wù)，例如圖形重疊,、網(wǎng)絡(luò)管理和流程控制,，同時(shí)運(yùn)行uClinux操作系統(tǒng)；另一顆內(nèi)核則執(zhí)行主要的DSP功能,。我們將MP3音頻解碼也置于處理“MCU型”任務(wù)的那顆內(nèi)核中,，而另一顆內(nèi)核則只進(jìn)行MPEG4視頻解碼處理。[4]
圖1 基于DSP的寬帶信息終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖
下面從視頻流程,、音頻流程,、網(wǎng)絡(luò)通訊對系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行描述。
2.1.1 視頻信號的再現(xiàn)
從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖镜氐囊曨l信號（視頻,、文本）,，經(jīng)過以太網(wǎng)控制器的信號處理，通過總線輸入到BF561,，經(jīng)過MPEG4解碼器處理成ITU656格式,，再經(jīng)過 DAC轉(zhuǎn)換成CVBS或Y/C信號，在電視上顯示,，從而實(shí)現(xiàn)了視頻圖像的重現(xiàn),。DAC采用Analog Devices公司的ADV7179KCP芯片。
2.1.2 音頻信號的拾取和再現(xiàn)
從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖镜氐囊纛l信號（MP3）,，經(jīng)過以太網(wǎng)控制器的信號處理,，通過總線輸入到BF561，經(jīng)過MP3解碼器處理成ITU656格式,，再經(jīng)過 DAC轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號,，在電視上實(shí)現(xiàn)重放,。DAC采用WOLFSON公司的WM8731S芯片。[5]
2.1.3 網(wǎng)絡(luò)處理
本系統(tǒng)采用單網(wǎng)口設(shè)計(jì),。以太網(wǎng)控制器采用SMSC公司的LAN9115全雙工16BIT以太網(wǎng)控制器, 可適應(yīng)100Base-TX/10Base-T,。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理如圖2所示，系統(tǒng)應(yīng)用程序運(yùn)行于uClinux操作系統(tǒng)之上,，內(nèi)核版本為2.6.11,，終端應(yīng)用采用多進(jìn)程并行和進(jìn)程間通信機(jī)制。
系統(tǒng)軟件由運(yùn)行于uClinux內(nèi)核的驅(qū)動(dòng)程序,、內(nèi)核任務(wù)以及用戶程序組成,。
● 內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序
⑴網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng),；⑵PPI視頻輸出模塊,；⑶基于SPORT0音頻驅(qū)動(dòng)程序；
?、群土硪缓私换サ哪K,。
● 運(yùn)行于內(nèi)核態(tài)的功能模塊
⑴基于Timer驅(qū)動(dòng)的視頻解碼模塊,；
?、仆瓿梢纛lAdaptive Jitter Buffer功能以及音頻解碼。
● 用戶程序
?、臛UI用戶程序界面模塊,；⑵嵌入式瀏覽器模塊；⑶RTSP流媒體播放器模塊,；[6]
?、冉獯a器接口，RTP/RTCP模塊,。
3 系統(tǒng)實(shí)踐
該終端已經(jīng)實(shí)現(xiàn),，并經(jīng)過數(shù)輪系統(tǒng)測試與質(zhì)量改進(jìn)，已成功推向市場,，并在現(xiàn)階段具有優(yōu)異的成本優(yōu)勢和良好的擴(kuò)展性,。如圖3所示，是該終端圖形用戶界面的主菜單截圖,。
在實(shí)現(xiàn)過程中,，由于是面向客戶進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，視頻解碼和音頻解碼分別取定為MPEG4和MP3,。實(shí)際上,，基于BF561的DSP特性，還可以在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)H264、AVS等其它多種解碼器,，從而實(shí)現(xiàn)支持多種解碼器格式的寬帶信息終端,，具有良好的擴(kuò)展性。而事實(shí)上,，Analog Devices公司的很多合作伙伴,，都已經(jīng)在BF561上成功實(shí)現(xiàn)MPEG4/H264的CIF/D1解碼器。
圖3 圖形用戶界面主菜單截圖
4 結(jié)論
本系統(tǒng)成本優(yōu)勢明顯,。其中采用的Blackfin uClinux操作系統(tǒng),，由ADI公司支持的技術(shù)網(wǎng)站免費(fèi)提供；ADI公司還攜該網(wǎng)站一起,，向用戶提供持續(xù)的技術(shù)支持(如版本升級,、新項(xiàng)目資源提供等)。
實(shí)際上,，由于ADI BF561天然具備對稱多處理器(SMP)體系結(jié)構(gòu)的特性，它采用完全的兩個(gè)處理器通過高速通道相連,，并共享外設(shè)和存儲(chǔ)器空間[2],，使得開發(fā)人員可以將大量的運(yùn)算應(yīng)用均勻分配到每顆內(nèi)核上，從而最大限度地利用雙核處理器資源,，有效控制成本,。另一方面，由于DSP的可編程特性,，本系統(tǒng)除了能充分利用處理器資源,，在多種解碼能力(如AVS)的后續(xù)擴(kuò)展方面，優(yōu)勢也非常顯著,。
總之,，本文結(jié)合當(dāng)前的“3C”融合趨勢和IPTV技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于DSP的寬帶信息終端,。該終端具有很高的可靠性,、良好的擴(kuò)展性和優(yōu)異的性能價(jià)格比，并已在市場批量推廣中得到了有效驗(yàn)證,。