采用专利视频处理技术的单芯片方案简化DVD录像机设计

开发可靠但成本更低的DVD录像机是一项复杂而又困难的任务。具有统一存储器架构的单芯片设计方案相比以往采用分立IC的方案有很大改进,可减少电路板空间、缩短设计周期和节省成本。

市场预测显示,DVD录像机(DVD Recorder)总市场容量今年将超过一千万台。今后若干年内的年度增长率预计将超过40%。推动这个增长的因素是价格点的不断下降。例如,就在三年前,入门级DVD录像机的售价要高于899美元。而现在市场上可以买到低于299美元的DVD录像机。DVD录像机必须能提供非常高质量的观看体验,它不仅要向消费者提供前所未有的丰富多彩特性,而且要满足更低价位的要求。

系统设计工程师在设计一台DVD录像机时要面对许多挑战。首先,他们正在设计的系统基本上是两种产品的结合,即DVD录像机和DVD播放机；其次,他们需要考虑多种类型的信号以及各种各样的接口；第三,他们需要考虑设计复用性和模块化,以便OEM厂商能迅速进入不同的市场领域(从低端的入门级型号到高端的专业产品)。除了所有这些挑战之外,以更具竞争力的价格推出新型号的压力也越来越大。

可能最重要的是两个基本挑战涉及压缩和解压缩。设计工程师研制的系统必须提供:(1)有效高质量的视频压缩,以便把内容存储在光或磁媒介上；(2)视频解压缩和处理,以便在电视屏幕上显示高质量的图像。

二合一设计带来的挑战

DVD录像机系统设计通常涉及和多个器件有关的集成复杂度,包括MPEG编码器、MPEG解码器、宿主处理器、DV-25编解码器以及IEEE-1394链接处理器。把多个器件放在一个紧凑的印刷电路板上常常会提出布线、散热和EMC等方面的挑战。此外,这类系统的存储器管理会变得既费时又费钱,因为上述器件传统上都使用它们自己的存储器。

例如,基于双芯片编码器/解码器解决方案的DVD录像机(本质上是DVD播放机和DVD录像机的组合)需要如图1所示的四个存储器件。在对付多芯片局面时,存储器管理和流处理(常常需要一个专用的流管理器件)成为系统设计工程师的巨大负担。此外,随着系统中器件数目的增加,印刷电路板将变大,最终使成本增加。

质量、格式和接口

不断发展的数字家庭对质量、格式和接口的需求也使设计的复杂性增加。随着DVD播放机在消费电子市场的出现,“视频质量”的要求设得很高。消费者完全有理由预期DVD录像机的质量可以和DVD播放机系统的质量媲美。

因此,DVD录像机不仅需要以最高的视频质量播放商用化DVD盘,而且还需要把视频信号记录在DVD盘上并以最高的视频质量播放出来。输入信号可以是电视信号(常常有噪音)、低端VCR和模拟摄像机。多种多样的输入视频信号向DVD录像机设计者提出了信号跟踪、输入滤波和优化的视频压缩等多方面的挑战。

一台好的DVD录像机需要支持标准清晰度隔行和逐行电视信号。而且,为了简化消费者的数字化起居室,DVD录像机需要支持适合多种视频源的接口,如模拟有线电视、数字摄像机、数码相机、机顶盒以及家庭娱乐系统。

组合型产品

与DVD播放机市场类似,DVD录像机市场将很快细分,以便从特性和功能出发向消费者提供更多的选择。DVD录像机的种类可以包括:

1．DVD录像机(独立产品)；

2．家庭影院+DVD录像机；

3．音频播放机+DVD录像机；

4．数字视频录像机(DVR)+DVD录像机；

5．VCR+DVD录像机。

OEM厂商为某些细分市场引入不同的型号,以便将收入最大化,他们通过将基于其核心DVD录像机的产品多样化来控制风险。然而,多种多样的产品规划意味着工程团队必须采用一个灵活、可伸缩和具有成本效益的架构。

固件和软件架构

一个录制和播放超级视频质量图像的多功能、高性能系统要比所涉及的芯片复杂多了。设计团队还必须既在架构级又在实现级上解决软件问题。

考虑到消费类电子市场的动态变化,OEM厂商常常需要能够使他们在未来加入新特性的灵活性,最好是在与其第一代产品相同的硬件平台上修改,从而可以缩短设计周期并降低成本。随之而来的就是软件架构必须采用模块化设计以适应不同的特性组合。而且它必须便于移植,可以在许多平台上提供一些基本的功能。最后,该架构必须很容易地用在不同的编程级别(低级、中级和用户接口级)。

例如,基本的DVD录像机型号也许不支持DVD音频播放,而采用相同硬件平台的改进型号也许包括双通道DVD音频播放。在这种情况下,改进型号只需把相应的DVD音频软件模块加到基本的软件库之中,无需改变整个软件的完整性。

统一存储器的集成化技术方案

LSI Logic公司推出了最新款DVD录像机系统处理器:DiMeNsion 8602(DMN-8602)。该处理器基于DoMiNo架构,其关键特性是其统一存储器架构的单芯片设计。这比以往采用分立IC的方案有很大改进,以前的方案需要分立的MPEG编码器、MPEG解码器、DV解码器、IEEE-1394链接、USB控制器和其它一些专门针对目标应用的芯片。

单芯片解决方案可减少电路板空间、缩短设计周期和节省成本。除此之外,DMN-8602的统一存储器架构意味着设计团队可以为DVD录像机实现最小也最廉价的存储方案。

DMN-8602器件的特性包括:

1．一个多流、多格式数字视频编码解码器；

2．一个具有集成音频数字信号处理功能的双150MIPS RISC架构；

3．一个集成电视编码器和数模转换器；

4．一个高性能存储器控制器；

5．一个IEEE 1394链路层；

6．一个集成式USB控制器；

7．一个带有DVD子画面解码器的2D图形引擎；

8．一个用于红外端口和通用串行I/O的I/O接口控制器；

9．一个用于IDE/ATAPI设备的存储设备接口控制器。

其中,双RISC内核提供宿主和图形功能所需的一切处理能力。实时操作系统服务由风河系统公司的VxWorks提供。对应用开发来说,LSI Logic公司的C-Ware从事专门的信号处理服务,LSI Logic的中间件处理应用服务。在每个层次上都向系统软件设计工程师提供应用编程接口(API)。

DMN-8602可用在支持NTSC、PAL或SECAM模拟视频标准的系统中。多种多样适用于音频和视频的DVD录像机特性可为系统设计工程师所使用。这些特性包括从全双工视频编码/解码或时间位移到高端多通道音频处理。

高度集成的优势

多个视频和音频处理器件的集成除了能带来设计简化之外,一个典型的DVD录像机设计需要的总材料费也可因采用DMN-8602显著降低。图3表示一个典型系统的方块图。

正如图3所示,DMN-8602在一个芯片上集成了系统主处理器、MPEG解码器、MPEG编码器、在屏显示(OSD)处理器、DV-25解码器和IEEE-1394链路处理器、USB控制器、模拟视频编码器以及数模转换器。这种独特的SoC采用了统一化的存储器模块,而且以公共标准与A/D转换器、D/A转换器、闪存器以及模拟视频解码器进行接口。

多个集成化接口

在家庭娱乐系统的中心,DVD录像机应该提供对多种多样设备的支持,例如,VCR、DV摄像机、电视、有线输入、数码相机等等。对DMN-8602来说,同许多外部子系统的接口由一个集成I/O处理器来管理。该集成I/O处理器包括两个UART、一个IR接口和一个I²C接口。一个独立的USB控制器提供与闪存卡和数码相机的无缝连接。一个用于ATAPI驱动器的存储设备控制器也是其中的标准接口部件。

一个IEEE-1394接口用于同DV摄像机相接。该技术名为“Direct Digital Dub”,利用了IEEE-1394总线的AV/C指令集,简化了通过FireWire接口将个人数字内容从摄像机到DVD的传输。有了这种技术,单一的遥控可以既控制摄像机又控制DVD录像机,这是许多消费者非常期待的一种特性。

DMN-8602的音频和视频接口支持最流行的标准格式。视频输入接口可以处理CCIR-656标准,视频输出可以配置成隔行或逐行电视支持。音频输入接口支持双立体声输入,音频输出接口支持多达8个通道的环绕声音频。

看得见的超级质量-DoMiNoFX

DoMiNoFX是一组拥有专利权视频处理技术的总称,它们把为高性能、高质量专业市场开发的一部分算法用于消费电子市场。DoMiNoFX是一种用于超级质量观看和记录电影及视频内容的工具。它用以下技术来提高图片质量,而只需系统设计工程团队最少的投入:

1．TrueView Pro是一种预处理技术,它利用噪音减少来提高图片质量。通过压缩前去除噪音的做法,它还可以减轻编码器的负担。

2．PerfectView Pro是LSI Logics公司的第五代压缩技术。它甚至可以在低位速率下提供超级质量的视频。

3．TrueScan Pro提供运动补偿和去隔行处理,它消除了图片中由运动引起的模糊效应,因而可以在逐行扫描显示器上获得清晰的图像。

产品多样化

就如先前讨论的那样,一项成功的产品策略不可能基于对所有DVD录像机或组合产品采取独立、分散的设计。为了减少设计调整并缩短产品上市时间,非常需要一个灵活的模块化硬件和软件平台。接下来必须做的就是:系统设计人员确保获得最高水平的硬件集成并采用高质量、高性能的软件,这种软件通过抽象出硬件和信号处理流程的相关性来专为混合及匹配模块化应用而打造。

例如,随着DVD录像机变得更加普及,OEM厂商需要生产不同机型以覆盖所有以价格划分的市场。在这个背景下,DVD录像机/硬盘驱动器组合机型已经在最近几年推出。该产品提供了一个DVD录像机和一个DVR的功能,顺带还有一个允许用户以固有质量数字格式从硬盘驱动器向DVD复制视频内容的归档特性。这基本上是所谓“双驱动器”DVD录像机的定义。

DoMiNo的集成架构使系统设计工程师能够开发具有极高速度的归档功能的双驱动器DVD录像机,而且它还能实时录制或播放另一个节目。两个专用的ATAPI端口用于同DVD录像机驱动器和硬盘驱动器进行接口,这消除了在两个驱动器都想占用总线带宽时的总线仲裁问题(需要DMN-8652来完成这个操作)。在这种情况下,硬件和软件系统设计工程师可以依靠“单驱动”DVD录像机设计,构建具有一个附加硬盘驱动器设备和附加软件功能的新机型。

本文小结

由于视频和视频压缩技术的复杂性,如果系统设计人员不去利用高度集成的硅片和软件解决方案,那么他们就必须面对极大的设计困难。一般要花多年的努力才会研制出一个能够把音频内容存储在光或磁介质上的高效率、高质量视频解决方案,这个方案能处理压缩视频以便在多种多样的视频屏幕和显示器上播放。

硬件和软件同样重要。核心硬件应该是单一的芯片,它能:(1)提供统一的存储器架构；(2)与消费电子所用的流行I/O接口。相应的软件架构必须包括:改善视频质量的预处理模块、最先进的压缩技术以及确保在任何类型的视频显示器上都能达到高质量收看体验的尖端技术。LSI Logic公司的DMN-8602能满足所有这些目标。

作者:Payam Kermani

产品线经理

Email: pkermani@

LSI Logic公司