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PVR(Personal Video Recorder，個人視頻錄像機),的突出特點是以硬盤作為存儲媒介，建立本地的海量緩沖區和巨大的節目存儲庫，并利用數字化處理技術實現對節目的控制和管理。數字化和存儲技術是PVR技術的核心，在這個基礎上對節目進行靈活的編輯和錄放控制。 PVR技術和數字電視機頂盒結合而產生的 PVR機頂盒，帶來了數字化視頻錄放和內容互動。據美國市場調查咨詢機構Ovum公司的分析顯示，全球數字電視用戶將從2001年的6200萬戶猛增到2006年的3.5億戶。PVR數字電視機頂盒作為一種非常有特色的數字電視終端，具有廣闊的市場前景。 PVR機頂盒的原理 PVR機頂盒把數字電視技術和硬盤錄像技術完美結合，不僅使機頂盒增加了錄像的功能，更是通過時移技術、智能錄像技術、Watch&Record(邊看邊錄)技術等給觀眾提供了一種全新的觀看電視的方式。 PVR機頂盒的原理如圖1所示。機頂盒通過高頻頭解調和解復用模塊解復用后得到用戶所選中的數字電視節目A/V數據，在正常觀看節目的情況下，解復用得到的A/V數據同時通過通道1和通道3送到解碼器和硬盤，分別進行解碼播出和時移存儲。當用戶進行暫停、后退、慢放等操作時，機頂盒進入時移狀態，通道1切斷，解碼器通過通道2從硬盤獲取A/V數據進行解碼輸出，通道3依然保持正常工作。 圖1 PVR機頂盒原理圖 當用戶進行錄像操作時，通過通道3送到硬盤的數據存儲在指定的錄像文件中，A/V輸出的數據依然來自通道1。而在播放已錄制節目時，斷開通道1，接通通道2，一般情況下此時通道3也是斷開的。 當用戶想在觀看一路節目的同時，錄制另外一路節目，那么就需要Watch& Record技術。如果機頂盒只有一個高頻頭，那么只能對同一個TS流里的節目進行邊看邊錄的操作。如果機頂盒有兩個高頻頭和兩套解復用模塊的話，就通過解復用模塊解出兩路不同的電視節目，對兩個TS流的節目分別邊看邊錄。 硬盤節目錄制功能的實現 硬盤節目錄制就是將所需節目的TS流及相關信息以一定數據組織格式存儲到硬盤上，同時該節目或者其他節目仍可以解碼播放。其系統流程如圖2所示。 圖2 PVR錄制功能框圖 經過前端解調得到的TS流經由多路選擇器，進入可編程傳輸接口模塊。可編程傳輸接口模塊是一個集成在主控芯片中的特殊微處理器，其主要任務是完成TS流的分析、解擾和解復接。它自帶的片內緩存可以與外部存儲以DMA方式進行數據傳輸，這也為節目的硬盤錄放功能提供了硬件支持。可編程傳輸接口模塊提取TS流中需要錄制的節目的相應的TS包，并將該類TS包存入片內緩存，當有TS包收到時，通過驅動程序通知軟件部分，由軟件負責將片內緩存中的TS包復制到外部存儲中，一旦外部存儲區中為硬盤讀寫開辟的區域(64 KB)充滿后，將數據從外部存儲區寫入到硬盤上，完成了錄制的全過程。同時，由于多路選擇器的多通道選通功能，以及可編程傳輸接口單元的多節目選通功能，在錄制節目的同時，還可以對其進行實時回放，并且可以實現在錄節目的同時觀看其他節目。 機頂盒作為一個硬件平臺結構已經固定，對于開發新的應用，在硬件支持的基礎上，大部分任務由軟件完成。對于硬盤節目錄制工作，軟件部分的核心部分為一個節目錄制控制器。通過該控制器，可以對節目的硬盤錄制功能進行操作，并能實時得到所有狀態信息。節目錄制控制器由3個線程實現：線程1為控制線程，是軟件部分的主線程，該線程通過分析外部命令(如：選擇節目頻道、開始錄制、停止錄制等)，設置與硬盤錄制相關的各個模塊，并控制線程2、線程3。線程2、線程3均為數據傳輸線程，分別完成由片內緩存到外部存儲及由外部存儲到硬盤的傳輸，兩個線程之間通過信號機制進行同步。 對于節目錄制功能來說，與已有的廣播節目的接收、解碼、回放功能比較，差別只是可編程傳輸接口模塊的TS流輸出路徑不同，所以只需考慮從片內緩存到外部存儲區以及外部存儲區到硬盤的傳輸效率即可。片內緩存到外部存儲采用DMA方式，所以效率非常高，同樣，硬盤的數據寫入采用UDMA33模式，并且采用最小距離I/O調度算法，所以硬盤寫入速度完全能夠勝任一般高清晰度電視的碼流要求。 硬盤節目回放功能實現方法 硬盤節目回放功能實現方法與錄制有許多相似的地方，但也有不同之處。節目回放涉及了硬盤讀取、碼流解復接、定時模式、視音頻同步等各個方面，涉及范圍要多于節目錄制，同時，硬盤節目回放功能的實現方法也不同于接收廣播方式碼流進行解碼播放的方式，它在定時模式和視音頻同步方面采用了不同的實現方法。 硬盤節目回放功能包括節目選擇、節目數據讀取、TS流解復接、視音頻解碼等幾個主要部分，它涉及到了除機頂盒前端外的大部分模塊，功能結構如圖3所示。 圖3 PVR回放功能框圖 由圖3可以看出系統流程：硬盤上所有節目的節目信息(包括節目的內容、長度、碼率、添加時間等)通過顯示設備(顯示器或電視機等)，以OSD菜單的形式列出， 用戶通過遙控器選擇播放的節目；節目選定后，讀取硬盤中相應的節目流，將其放入外部存儲區(SDRAM)中；節目TS流通過多路選擇器，由可編程傳輸接口模塊對其進行解復接等操作；解復接得到的視頻、音頻PES流交由解碼器進行解碼。軟件部分的結構與節目錄制功能類似，但不完全是節目錄制的逆過程，本文介紹從略。 定時模式與視音頻同步 對于廣播方式的碼流，可編程接口模塊提取碼流中的PCR數據，并利用其設置時鐘恢復單元，得到一個與發送端時鐘同步的系統時鐘，這樣就保證了碼流可以按照發送端的碼率平滑地傳入視音頻解碼器中，同時，利用該系統時鐘以及碼流中攜帶的視音頻PTS信息，就可以完成視音頻的同步。 而對于硬盤節目回放，由于從硬盤上讀到的數據無法以一個固定的碼率輸出到可編程接口模塊，所以上述定時模式不適用。可以采用視音頻解碼器共同定時的方法，視音頻解碼器不再是數據被動的接收端，而變成數據主動的請求端，視頻解碼單元與音頻單元在解碼時，各自按照自己解碼速度讀入數據。在視音頻解碼單元前，各有一個FIFO，如果這兩個FIFO都保持不上溢，并且不長期下溢(在FIFO變空后能及時補充數據)，就可以保證碼流的正常解碼播放，利用FIFO變空這一事件作為請求，通知數據傳輸線程，讀取所需數量的數據，從而完成定時。對于視音頻同步，則是以視頻解碼器作為主導，在每一個新的視頻幀(Picture)到來時，由視頻PTS值設置時鐘恢復單元的系統時鐘，音頻PTS則參照該系統時鐘，從而實現視音頻同步。 如果TS流傳輸路徑的各個模塊傳輸速度都足夠快的話，就可以保證正常的持續的解碼。在以上幾個傳輸模塊中，可編程傳輸接口模塊的解復接過程是效率最低的，但是也可以勝任一般高清晰度電視碼流的傳輸，所以傳輸速度可以得到保證。同時，也必須保證各個傳輸模塊的前端緩沖不出現上溢、下溢，避免數據的丟失，所以在任兩個數據傳輸模塊間都采用了數據傳輸保證機制，利用緩沖的半空、半滿中斷請求進行控制，這樣就保證了碼流補給的穩定性。 PVR技術的發展與應用前景 目前機頂盒與DVD相結合的趨勢并不明顯，主要因素是市場正在向HDTV過渡。此外，用戶的消費習慣也是進行這種產品開發決策的重要考慮因素。事實上，部分開發商此前推出的像TV+DVD的產品并沒有得到用戶的響應，而PVR功能集成已經成為主流方案提供商的共識。盡管目前在國內，機頂盒+PVR并沒有得到開發商的十分關注，但在歐美地區機頂盒+PVR已成為標清和高清電視廣播應用中一個增長很快的市場。據In-Stat/MDR調查顯示，2004年美國市場售出的有線數字機頂盒中，每五臺機頂盒就有一臺具有PVR功能。據 Informa Media 公司預測，到2010年全球所有電視家庭將有近一半擁有某種類型的PVR服務；在發達國家，PVR功能在有線數字電視家庭的普及率將達95%。Broadcom公司機頂盒產品高級行銷經理Nicholas Dunn認為，機頂盒正在向具有PVR功能的趨勢發展，PVR可為用戶提供真正的節目收看和節目錄制功能，Broadcom等公司都為此推出了可支持PVR的系列雙解碼解決方案。這樣的方案通常要求CPU處理能力強大、支持多通道解碼以及先進的接口功能，同時，由于需要采用雙調諧器，需要增加整機成本和改變前端設計。 另外一種更長遠的發展趨勢是“家庭PVR(all home PVR)”，這種技術包括一個可接入廣播電視網及寬帶網、可存儲大量廣播電視和家庭媒體數據的中央媒體服務器。媒體服務器通過有線或無線網絡技術將家庭網絡與任意數量的瘦型客戶機相連，將硬盤里的內容、圖片甚至實時廣播電視傳輸到家里任何位置的電視機上。 PVR機頂盒在數字電視網絡中的應用，帶來了電視生活的新概念，能夠極大地促進數字電視業務的開展。硬盤、PVR技術與機頂盒的結合，將成為數字電視機頂盒的一種發展方向。目前，一些國際性的電視設備公司都加快了PVR機頂盒的研制，芯片廠商和硬盤廠商也加強了對該類產品的投入，并生產專用于PVR機頂盒的芯片和硬盤。國內的高科技公司也看準了PVR機頂盒的優勢和美好前景，永新同方、大洋的國內公司正致力于中、高檔機數字電視機頂盒的研制，并推出了多種PVR數字電視機頂盒。隨著數字電視的迅速崛起，PVR數字電視機頂盒必將得到更加迅猛的發展。 |
