一年前,机顶盒的架构是那么简单。对一个给定网络,音视频信号是由基带芯片以固定格式(通常为MPEG-2)输出的。这种设计实现了一个简单的MPEG解码器,不需要高保真或高级纠错功能,直接把数字音频和视频传送到数据转换器上。然后,任务就结束了。
但是,在把普通机顶盒与PC转变为媒体网关和数字娱乐中心的竞赛中,事情已经变得混乱。最大的问题之一是本地存储。电视观众希望远远地坐在沙发上,只要抬抬手臂就可以暂停、重播广播信号,甚至对广播信号施加特效。他们可能还希望具有时移(time-shift)功能。
这意味着要在本地存储输入信号,而且在很多情况下是采用随机存储方式,因为如果没有庞大的缓存,录像带将无法提供许多更高级的功能。但考虑到目前硬盘驱动器的磁盘容量非常大,本地的随机存储又意味着必须采取压缩手段。对那些喜欢精巧架构的人来说,这是很不幸的,因为它要求从基带芯片获得被压缩的媒体流,对之进行解码以供观看,然后同时再重新编码并以一种充分压缩的格式传送到硬盘。
这意味着机顶盒、媒体中心或控制系统现在必须具有MPEG-2编码硬件。压缩率至关重要,因为它直接影响到存储容量与图像质量之间的折衷关系。若压缩率很低,用户会感觉存储容量不够用；而图像质量的好坏是用户任何时候都可以感受得到的。如果一台设备不能录下整个周末的电影,或者电影效果看上去象是用VCS摄像机从电影院屏幕上盗录下来的,那么它的销售是不会有前途的。
认识到这种需求,科胜讯系统公司发布了一款专门为这类应用设计的MPEG-2编码器芯片CX23418。它是一款真正的系统级芯片,包括各种不同的信号处理模块以及控制它们的CPU和大量可选的输入输出格式。
特别地,这款芯片能接受NTSC、PAL或Secam视频输入信号,并支持它们各自的立体声广播格式。输入信号可以是来自调谐器的模拟视频、模拟音频和IF音频,或者是数字音频和视频。它还支持复合、S-Video和分量视频格式。如果需要,该芯片可以使用内部的10位视频ADC执行转换任务。
一旦音频和视频信号被捕获,CX23418提供各种不同的选择以便在编码之前清理信号,这对最终的质量和磁盘存储空间都很重要。该芯片具有2-D和3-D自适应梳状滤波器,用于常规的噪声过滤处理。它还包含一个时基校正模块,用来消除与磁带机械传动有关的同步漂移。当信号源是VCR时,该功能显得特别重要。
在音频方面,整个处理过程中都将保持6比特位的分辨率。
接下来的问题是信号压缩。基本上,在一个信号流上花的处理时间越多,那么因压缩率而损失的图像质量就越小。实时压缩、硬件资源最小化和低功耗等要求都与该芯片要完成的任务相冲突。
它的解决方案是硬件。MPEG模块提供了一个扩展的运动搜索范围,这提高了只用一个替代向量,而不是一组新的离散余弦变换(DCT)系数来对某个特定单元进行编码的可能性。科胜讯表示,将运动估算从DCT编码中剥离出来可进一步提高压缩率。
此外,该硬件采用一种自适应量子化引擎,可获得比系数编码法更高的压缩率。
注意到需要视频压缩的媒体中心设备常常同时添加数字音频广播接收功能,科胜讯便考虑周到地在芯片中增加了一个灵活的音频广播解码器引擎。该模块可以自动检测任何一种广播标准；在那些不同音频广播信道可能采用不同编码方案的地区,这个功能很有用。
最后,对于数字存储,内容提供商始终感到恐惧。为了防止内容被大规模剽窃,从而导致整个娱乐业的崩溃,目前的主流观点是任何本地存储的内容都必须加密,这样只有经授权的客户才能按授权的方式使用它。
为此,Conexant也在该芯片中提供了加密模块。这一硬件能够处理AES、三重DES和CPRM加密算法,从而可以让娱乐产业的执行官们安心睡觉。
总之,如果要把一年前的机顶盒升级为2005年的媒体网关,CX23418会是一个非常好的完整套件。它在单个硅片上集成了所需的大部分功能组件。
该芯片定于2005年第一季度投入量产。它采用23mm的388引脚BGA封装,批量1万片时的单价为20美元。
作者:张国勇
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