數(shù)字電視機(jī)頂盒的PVR設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅才華，江 維

（四川九州電子科技股份有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，四川 綿陽(yáng) 621000）

隨著國(guó)家模擬電視向數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換的快速推進(jìn)和隨著存儲(chǔ)技術(shù)的日趨發(fā)展，在數(shù)字電視機(jī)頂盒上嵌入個(gè)人視頻錄像（PVR），功能已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。PVR與數(shù)字機(jī)頂盒的緊密結(jié)合，帶來(lái)了數(shù)字電視的新概念，極大地促進(jìn)了數(shù)字電視業(yè)務(wù)的推廣[1-3]。

1 PVR原理

在數(shù)字電視機(jī)頂盒中實(shí)現(xiàn)PVR功能，其基本原理為:1）電視節(jié)目的RF信號(hào)通過(guò)機(jī)頂盒前端調(diào)諧、解調(diào)，獲取到TS流數(shù)據(jù)；2）TS流數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)字機(jī)頂盒解復(fù)用模塊后，得到選擇的電視節(jié)目音視頻數(shù)據(jù)；3）將該音視頻數(shù)據(jù)按某一特定文件格式寫(xiě)入存儲(chǔ)介質(zhì)中；4）從存儲(chǔ)介質(zhì)中讀取某節(jié)目數(shù)據(jù)包文件，送入音視頻解碼器解碼[4]。

原理框圖如圖1所示。

2 PVR軟件設(shè)計(jì)流程

數(shù)字機(jī)頂盒采取的解碼芯片不一樣，其PVR實(shí)現(xiàn)的機(jī)制也不同，主要體現(xiàn)在采取的存儲(chǔ)模式有較大差異。但總體來(lái)說(shuō)，還是可以分為節(jié)目錄制部分、節(jié)目回放部分、存儲(chǔ)部分等，下面將分別論述。

2.1 節(jié)目錄制部分

在數(shù)字機(jī)頂盒中，錄像功能就是把一個(gè)時(shí)間段的節(jié)目按特定的方式保存下來(lái)。本設(shè)計(jì)方案中，實(shí)現(xiàn)一段節(jié)目的錄像，首先對(duì)該節(jié)目一些基本信息，比如音視頻PID值、節(jié)目開(kāi)始時(shí)間、節(jié)目時(shí)長(zhǎng)等進(jìn)行記錄并寫(xiě)入存儲(chǔ)介質(zhì)。與此同時(shí)，也將音視頻MPEG數(shù)據(jù)記錄下來(lái)寫(xiě)入存儲(chǔ)介質(zhì)中。其數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

在設(shè)計(jì)中，將存儲(chǔ)的內(nèi)容作為重要設(shè)計(jì)內(nèi)容:存儲(chǔ)的基本信息要能描述出該段音視頻數(shù)據(jù)的基本特性；存儲(chǔ)的MPEG文件僅僅包含了AV數(shù)據(jù)，沒(méi)有附加其他額外的數(shù)據(jù)流信息，以充分保證能存儲(chǔ)更大時(shí)長(zhǎng)的節(jié)目流。

2.2 節(jié)目回放部分

回放，就是從存儲(chǔ)介質(zhì)中讀取有效數(shù)據(jù)，送入解碼器進(jìn)行解碼的過(guò)程。在本部分中，由于數(shù)據(jù)是來(lái)自于本地存儲(chǔ)介質(zhì)，而非實(shí)時(shí)碼流。因此，老百姓所期望的自主應(yīng)用都可以實(shí)現(xiàn)了。在軟件設(shè)計(jì)上，根據(jù)獲取到的音視頻數(shù)據(jù)的編碼格式，通過(guò)扔掉B幀/P幀、改變STC（System Time Clock）的速率、重映射PTS等來(lái)實(shí)現(xiàn)技巧模式，如快進(jìn)、快退、跳轉(zhuǎn)等。其數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

2.3 存儲(chǔ)部分

本設(shè)計(jì)方案是基于文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫(xiě)。在設(shè)計(jì)中，讀和寫(xiě)要求以異步的方式進(jìn)行訪問(wèn)；讀和寫(xiě)的完成通過(guò)回調(diào)函數(shù)進(jìn)行通知。因此，軟件設(shè)計(jì)時(shí)，建立了兩個(gè)線程，為文件的輸入和輸出服務(wù)。其目的是，當(dāng)一個(gè)線程完成了I/O請(qǐng)求后，另一個(gè)線程已經(jīng)做好訪問(wèn)的準(zhǔn)備。這兩個(gè)線程都能被節(jié)目錄制和節(jié)目回放的文件讀寫(xiě)所訪問(wèn)，但錄制要優(yōu)先于回放。而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的緩沖區(qū)支持線性緩沖和環(huán)形緩沖兩種模式，在進(jìn)行寫(xiě)時(shí)，優(yōu)先判斷緩沖區(qū)是否已經(jīng)滿，讀取時(shí)，優(yōu)先判斷緩沖區(qū)是否是空。這也是緩沖區(qū)不能上溢和下溢的保證。其機(jī)制如圖4所示。

圖4 存儲(chǔ)機(jī)制圖

3 PVR設(shè)計(jì)要點(diǎn)[5-6]

由于嵌入式設(shè)備資源的因素，特別是在數(shù)字機(jī)頂盒這個(gè)特殊設(shè)備中，集成PVR功能時(shí)，需要重點(diǎn)考慮如下要點(diǎn):

1）寫(xiě)入存儲(chǔ)介質(zhì)的速率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)寫(xiě)入速率會(huì)影響錄像的節(jié)目在回放時(shí)是否會(huì)導(dǎo)致馬賽克或者U盤(pán)丟失等問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，在數(shù)字機(jī)頂盒中，是通過(guò)USB接口、SATA接口外接移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)作為存儲(chǔ)設(shè)備。通過(guò)SATA接口外接的硬盤(pán)，寫(xiě)入速率能得到保證。但通過(guò)USB接口外接的存儲(chǔ)介質(zhì)，一是會(huì)受到硬件布板影響，二是各種USB接口的存儲(chǔ)介質(zhì)存在較大差異。因此，在選擇設(shè)備時(shí)會(huì)受到制約。在本方案是通過(guò)調(diào)整USB帶寬識(shí)別范圍而得到改善。

2）錄像中，移動(dòng)設(shè)備拔出的處理機(jī)制。設(shè)備的突然拔出會(huì)影響數(shù)據(jù)的完整性，產(chǎn)生空數(shù)據(jù)文件等。在本設(shè)計(jì)方案中，有兩種機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì):一是通過(guò)設(shè)定固定文件大小的存儲(chǔ)機(jī)制，當(dāng)達(dá)到規(guī)定大小時(shí)，會(huì)形成新的存儲(chǔ)文件；二是設(shè)定固定時(shí)長(zhǎng)的文件的存儲(chǔ)機(jī)制，該文件大小將會(huì)隨著數(shù)據(jù)碼流碼率不同而不同。這樣，即使突然拔出移動(dòng)設(shè)備，也僅僅影響很有限的一段數(shù)據(jù)。

3）用戶接口（UI）的配合。PVR功能的實(shí)現(xiàn)必須要有相配合的界面，才能簡(jiǎn)明、易懂。特別是細(xì)節(jié)的提示信息、通用的圖標(biāo)配合。

4 應(yīng)用場(chǎng)景[7]

4.1 實(shí)時(shí)錄像

在欣賞一段節(jié)目時(shí)，想把這段節(jié)目進(jìn)行收藏，那么可以拿起遙控器，按錄像鍵即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)目的實(shí)時(shí)錄像。同時(shí)，也不影響對(duì)該節(jié)目的繼續(xù)觀看。當(dāng)然也可以瀏覽其他節(jié)目。

4.2 定時(shí)錄像

數(shù)字機(jī)頂盒一般具備EPG（電子節(jié)目指南）功能，那么可以結(jié)合EPG功能，對(duì)預(yù)報(bào)的節(jié)目信息進(jìn)行預(yù)約錄像。也可以手動(dòng)修改未來(lái)的某個(gè)時(shí)間段進(jìn)行錄像。這樣，外出的時(shí)候也不會(huì)把精彩的節(jié)目錯(cuò)過(guò)。

4.3 多路節(jié)目的錄像

當(dāng)正在錄制一段節(jié)目時(shí)，恰好瀏覽到另一套喜愛(ài)的節(jié)目，怎么辦？PVR的此項(xiàng)功能可以輕松解決。當(dāng)然，數(shù)字機(jī)頂盒需要配備多個(gè)Tuner。

4.4 一路節(jié)目錄像，一路節(jié)目回放

當(dāng)正在錄制一段節(jié)目時(shí)，想對(duì)之前錄制的節(jié)目進(jìn)行觀看，那么在一邊錄制當(dāng)前節(jié)目的同時(shí)，也可以進(jìn)入回放頁(yè)面進(jìn)行節(jié)目觀看。

4.5 Trick Mode

在回放節(jié)目的過(guò)程中，可以進(jìn)行快退、快進(jìn)、慢進(jìn)等操作，達(dá)到隨心所欲地控制節(jié)目的進(jìn)程。

4.6 時(shí)移

當(dāng)正在觀看喜愛(ài)的電視節(jié)目時(shí)，電話來(lái)了，那么可以按暫停鍵暫停當(dāng)前節(jié)目播放，結(jié)束電話通話后，可以按播放鍵，節(jié)目會(huì)從暫停處繼續(xù)播放，不會(huì)錯(cuò)過(guò)電視節(jié)目。

5 結(jié)束語(yǔ)

闡述了在數(shù)字機(jī)頂盒中如何采用存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)PVR的功能。并針對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題及處理方法進(jìn)行了描述。該實(shí)現(xiàn)已經(jīng)在市場(chǎng)中進(jìn)行了應(yīng)用，豐富了觀眾的精神文化生活。相信隨著未來(lái)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的更深發(fā)展，PVR功能會(huì)帶給觀眾更多的自主性。

[1]ISO/IEC 13818-1/2/3/4，運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信息的通用編碼[S].2007.

[2]Universal Serial Bus Specification Revision 2.0，通用串行總線[S].2000.

[3]BAR M.Linux文件系統(tǒng)[M].天宏工作室，譯.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

[4]余健，周華梅，趙力，等.個(gè)人視頻錄像技術(shù)及其在數(shù)字電視機(jī)頂盒中的應(yīng)用[J].電子產(chǎn)品世界，2006（13）:124-126.

[5]許長(zhǎng)亮，侯正信.一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視PVR功能的設(shè)計(jì)方法[J].電視技術(shù)，2005，29（11）:80-82.

[6]張啟武，于鴻洋，張萍.基于STi7109的PVR數(shù)字電視機(jī)頂盒設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2010，34（S1）:113-114.

[7]朱亮，劉衛(wèi)忠，馮卓明，等.單芯片DVB-C錄像機(jī)頂盒[J].有線電視技術(shù)，2004（3）:107-108.