基于单片机的IPTV机顶盒的设计

基于数字媒体处理器芯片EM8620L的IP机顶盒的电路，外围电路简单，实用性强，可实现各种高质量的视频、音频输出，并通过网络支持视频点播。

        IPTV是利用宽带网基础设施，以家用电视机（或计算机）作为显示设备、集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，通过互联网络协议（IP）向家庭提供包括数字电视在内多种交互式数字媒体服务的新技术。机顶盒分为两大类，一类是通过接收数字编码的电视信号（来自卫星或有线电视网，使用MPEG压缩方式），获得更清晰，更稳定的图像和声音质量，这种机顶盒一般称为电视机顶盒。另外一类机顶盒内部包含操作系统和互联网浏览软件，通过电话网或有线电视网连接互联网，使用电视机作为显示器，从而实现没有电脑的上网，这种机顶盒叫做网络机顶盒，本文就是介绍的就是这种IPTV机顶盒。

IPTV机顶盒特点

        （1）高质量的音视频输出。采用高清技术视频解码格式和杜比数字技术音频解码输出，用户就可以在家里体验到多声道数字立体声和清晰逼真的节目带来的震撼。

        （2）节目录制。要求机顶盒带有硬盘，在机顶盒中实现相应的软件功能，还需要机顶盒端支持两路传输流的解调：一路用于节目收看，一路用于节目录制。

        （3）多媒体文件的储存和播放。储存多媒体文件要求机顶盒带有硬盘。并支持相应的标准外接接口。为了浏览或播放储存的多媒体文件，机顶盒还需要相应的软件功能支持，例如图片浏览器、视频播放器、MP3播放器等。
        （4）视频点播（video on demand）。基于双向平台的视频点播业务，将充分满足用户的个性化节目需求。视频点播将使节目资源得到最大限度的开发和利用，不同的节目将被合理地分配给不同需求的用户，实现交互功能，要求机顶盒具有双向功能，可以采用以太网形式，通过ADSL或其他方式回传信息。

EM8620L芯片

        本课题采用的主处理芯片是sigma design公司生产的EM8620L，它具有以下特性：MPEG解码，可以同时解码两路MPEG视频流；WMV9解码；支持多种DVD/媒体格式，包括音频、JPEG、MP3和MPEG－4 AVI文件；音频解码和I/O，内嵌基于DSP的音频解码器，支持DVD音频、杜比数字5.1声道、MPEG－4AAC、窗式媒体音频、16位线性PCM等；视频处理和显示，最多可以处理五个独立的视频或图像位面，支持2维图像加速，支持数字输出、模拟输出和分量模拟输出；比特流的多路分解；PCI和外设总线，PCI总线是工作在33或66MHz的32位总线，外设总线接口可编程为多种模式，包括通用模式，接外部设备ISA－like总线，接硬盘的IDE总线和接flash ROM的存储器总线模式；系统内存，支持32位、166MHz的（DDR）SDRAM，最多可挂64MB；嵌入式的支持ARM－4T RISC指令集的CPU，支持独立的直接映射指令和数据缓存。

        设计

        硬件系统设计

        IPTV机顶盒硬件框图如图1所示。

        本课题采用数字媒体处理器芯片EM8620L，内存接64M（DDR）SDRAM，前端有前面板控制器，接收红外信号遥控输入。该系统视频支持高清输出，也可以模拟方式输出。音频方面通过DA转换，可转为模拟音频输出，并可通过PCI总线连接以太网或无线局域网支持视频点播功能。

        前面板控制器采用的是NEC公司生产的UPD16311芯片，该芯片是一块支持FIP或者VFD显示的芯片，该芯片支持两种显示模式：12段16位或者20段8位。与EM8620L的连接非常简单，为串行方式（CLK，STB，Din，Dout）。

        红外线输入部分采用的是NEC公司的RC5协议格式的接收芯片IRDC367，采用异步串行方式工作。该芯片采用低功耗功率高效率COMS技术的微处理器开发的红外线译码IC，它可以接收NEC 6121/2格式的红外线编码IC。

        音频方面EM8620L自带了音频DSP处理器，因此本课题中没有外接外部codec解码芯片。接口方面主处理芯片支持IIS总线也可通过S/PDIF光纤输出。在本课题中采用IIS总线形式，外界国家半导体公司生产的LM4921DAC芯片输出模拟音频信号。

        视频方面EM8620L内建了3路12位视频DAC，因此不用再外接DAC，较清输出分辨率最高可达1920×1080i。在网络接口方面，因为IPTV的数据量还是比较大的，而且目前的宽带网络也比较普及了，因此采用了比较常用且实用的以太网接口。在本课题中主处理芯片EM8620L通过PCI总线，通过物理层（PHY）芯片与网络处理模块中的MAC配对，通过RJ4 5与10/100T的以太网相接，完全可以满足IPTV的带宽要求。

软件模块设计

        本课题软件部分是基于Espial公司的EVO平台的设计。其中的底层视频播放部分的核心软件模块是基于EVO平台的。模块调用流程如图2所示。图3为本课题的一个用户应用软件设计流程图。

        其中初始化各种选项包括初始化视频、音频和显示选项。之后是创建用户API例程并，为其分配内存空间，解码链控制（decoding chain control）打开并设置是各种解码器源，如果失败就跳到Clean up结束。如果所有设置均正确，就进入死循环，等待键盘输入并执行相应的操作，包括媒体播放的暂停、搜索、快进等基本操作，设置音量，设置制式（NTSC或PAL制式），设置输出模式，设置流监视、OSD和比特率，改变屏幕大小，增减像素值读取并显示每个流的类型和语言等操作。

        本文介绍了IPTV机顶盒的关键技术及特点，设计了基于数字媒体处理器芯片EM8620L的IP机顶盒的电路，外围电路简单，实用性强，可实现各种高质量的视频、音频输出，并通过网络支持视频点播，如果时间及条件许可，可以通过外设总线接口外挂硬盘，实现节目录制，多媒体文件存储播放等功能，随着宽频网络和数字电视的普及和发展，IPTV市场将越来越开放，IPTV机顶盒将在功能上进一步扩展和完善，得到更加广泛的应用。