張啟武，于鴻洋，張 萍

（電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，四川 成都 611731）

1 引言

PVR（Personal Video Recorder）功能因其實(shí)用和內(nèi)置硬盤存儲(chǔ)量大的特點(diǎn)而成為數(shù)字電視機(jī)頂盒的重要擴(kuò)展功能。它能有效提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是數(shù)字電視機(jī)頂盒一個(gè)重要的發(fā)展方向。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)電視快速發(fā)展的情況下，PVR數(shù)字電視機(jī)頂盒增強(qiáng)了電視的吸引力，因此受到廣電服務(wù)提供商的青睞。隨著硬盤價(jià)格的不斷走低，擁有該功能的產(chǎn)品不會(huì)明顯增加消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)壓力，具有普及推廣的潛力[1]。

2 PVR實(shí)現(xiàn)原理

音視頻數(shù)據(jù)及數(shù)字信號(hào)首先經(jīng)過(guò)MPEG-2編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮形成基本碼流ES（Elementary Stream），再經(jīng)打包后形成有包頭的基本碼流PES。不同音視頻信號(hào)的PES流被送入傳輸復(fù)用器進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)用，形成傳輸流（TS）[2-6]。 TS 結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 傳輸流結(jié)構(gòu)

傳輸流中包括多個(gè)節(jié)目源的不同信號(hào)。為了區(qū)分這些不同的音視頻信號(hào)，在系統(tǒng)復(fù)用時(shí)加入服務(wù)信息SI以使接收端可以識(shí)別不同的節(jié)目。DVB標(biāo)準(zhǔn)定義的部分服務(wù)信息如表1所示[7]。

表1 DVB標(biāo)準(zhǔn)定義的部分服務(wù)信息

當(dāng)接收機(jī)要接收某個(gè)指定節(jié)目時(shí)，它首先從節(jié)目關(guān)聯(lián)表中取得這個(gè)節(jié)目PMT的PID值，然后從TS流中找出與PID值相對(duì)應(yīng)的PMT，從中獲得構(gòu)成這個(gè)節(jié)目的基本碼流的PID值，根據(jù)這個(gè)PID值濾出相應(yīng)的視頻、音頻和數(shù)據(jù)等基本碼流，解碼后復(fù)原為原始信號(hào)[8]。PVR功能只是在濾出相應(yīng)的基本碼流后不進(jìn)行解碼，而直接將它們存儲(chǔ)在硬盤當(dāng)中。

在機(jī)頂盒只有一個(gè)高頻頭的情況下，只能對(duì)同一個(gè)TS流里的節(jié)目進(jìn)行邊看邊錄的操作。在沒有收看電視節(jié)目時(shí)可以對(duì)任一節(jié)目進(jìn)行錄制，而在收看節(jié)目時(shí)只能錄制與該節(jié)目在同一頻點(diǎn)的其他節(jié)目。定義兩個(gè)函數(shù)，RECORDING1（見圖 2）用于普通存儲(chǔ)，RECORDING2（見圖3）用于時(shí)移播放。時(shí)移播放是在硬盤中開設(shè)足夠的緩存區(qū)，一旦在收看電視節(jié)目時(shí)按下了暫停鍵，立即進(jìn)行錄制，等錄制后按下播放鍵，即從暫停處開始播放，就像發(fā)生了時(shí)移一樣。兩個(gè)函數(shù)的區(qū)別在于，前者記錄的數(shù)據(jù)在播放后仍需保存，而后者在播放后實(shí)時(shí)刪除。

圖2 普通錄制

圖3 時(shí)移錄制

3 文件系統(tǒng)

PVR機(jī)頂盒接收的數(shù)據(jù)在硬盤中是以PES數(shù)據(jù)包的格式存儲(chǔ)的。

采用SATA硬盤，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)150 Mbyte/s。將磁盤分成C，D兩個(gè)區(qū)，C區(qū)12 Gbyte，其余分配給D區(qū)。均采用EXT2文件格式。每個(gè)格式化后的扇區(qū)可容512 byte數(shù)據(jù)。因?yàn)橛脖P數(shù)據(jù)的存放一般都以磁盤塊（扇區(qū)大小的整數(shù)倍）為單位，為了減少尋道延遲和旋轉(zhuǎn)延遲從而導(dǎo)致文件讀寫速度變慢，應(yīng)該將PVR機(jī)頂盒磁盤塊設(shè)置得相對(duì)大些，以使有限的嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存能夠全部存放文件分配表從而加快讀寫速度。設(shè)置磁盤塊大小為16 kbyte。

每個(gè)節(jié)目流都有一個(gè)信息文件、索引文件和數(shù)據(jù)文件。其中，數(shù)據(jù)文件記錄碼流，分為常規(guī)文件和時(shí)移文件。RECORDING1（）使用常規(guī)文件，存于/convention目錄。該文件建立時(shí)有一定的初始大小，其長(zhǎng)度隨著記錄時(shí)間的增加而增加，直到節(jié)目錄制完成或硬盤沒有空間為止。RECORDING2（）使用時(shí)移文件，存于/shift目錄。該文件也需要建立索引，有一個(gè)讀指針和一個(gè)寫指針，初始時(shí)兩個(gè)指針均指向時(shí)移文件開始處。RECORDING2（）錄像的目的是使節(jié)目在硬盤上緩存一定的時(shí)間，用于觀眾收看節(jié)目時(shí)臨時(shí)按下的暫停命令。當(dāng)選擇暫停時(shí)，畫面靜止，而寫指針會(huì)立即向后移動(dòng)并開始錄制。當(dāng)恢復(fù)收看時(shí)，讀指針開始從暫停處向后移動(dòng)并解析和播放，播放過(guò)的數(shù)據(jù)隨后刪除。若指針到達(dá)文件結(jié)尾則跳轉(zhuǎn)到文件頭部重新記錄或播放。時(shí)移播放示意圖見圖4。當(dāng)觀眾恢復(fù)播放后又進(jìn)行了變換頻道操作，則將先前時(shí)移錄制的文件刪除，讀寫指針歸置初始處。

圖4 時(shí)移播放示意圖

4 特技播放的實(shí)現(xiàn)

對(duì)音視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行解析，在它們被存入到硬盤的過(guò)程中記錄其中I幀的位置，形成索引文件。在播放時(shí)按播放速度的要求，按索引文件讀出所需I幀數(shù)據(jù)送給解碼單元解碼播放，這樣就可以實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退的特技播放效果了。根據(jù)MPEG-2語(yǔ)法，在圖像代碼中指明了幀類型，二進(jìn)制001代表I幀，010代表P幀，011代表B幀。這樣就可以根據(jù)這些幀標(biāo)識(shí)判斷幀類型并記錄I幀的位置，從而進(jìn)行相應(yīng)的特技播放。特技播放部分C代碼如下：

void play_hdd(int prognum)

{int pace=1,pressnum=0;

int*progp;/*指向節(jié)目名稱的指針*/

long int*indexp;/*具體節(jié)目索引文件的指針*/

while(*indexp!=NULL)

{switch(pace)

{case 1∶{…}/*對(duì) GOP 解碼播放 */

break;

default∶{…}/* 對(duì) I幀解碼播放 */

}

if(before_for())

pace=pace%4＋1;/*最快4倍速播放*/

if(back_for())

{if(pressnum==0)

pace=-1;

else

pace--;

pressnum＋＋;

if(pressnum==5)

pace=1;/*若4倍速快退后繼續(xù)按倒退鍵則變成正常播放*/

}

if(play())

pace=1;

if(pause())

pace=0;

indexp＋=pace;

}}

在慢放過(guò)程中，對(duì)同一幀進(jìn)行兩次重現(xiàn)。為了避免產(chǎn)生尖銳或拖沓的聲音，在各種特技播放的過(guò)程中不對(duì)音頻進(jìn)行解碼。

5 小結(jié)

筆者從MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)入手進(jìn)行分析，找到了PVR功能的實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)磁盤進(jìn)行分區(qū)并建立文件系統(tǒng)，定義不同函數(shù)實(shí)現(xiàn)了普通錄制和時(shí)移播放，并基于索引文件和重放技巧實(shí)現(xiàn)了特技播放。可在存儲(chǔ)的音視頻文件的組織方面做進(jìn)一步研究和改進(jìn)，以便提高硬盤讀寫速度和利用率。

[1]蒲海銘，荊濤，彭貴定.高清數(shù)字電視機(jī)頂盒的研究與設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2006（9）：40-42.

[2]STMi-croelectronics.STi7109 low-cost HDTV set-top box decoder for H.264 and Microsoft WMA9[EB/OL].[2010-02-25].http∶//www.st.com/stonline/products/literature/bd/11660.pdf.

[3]劉文開，劉遠(yuǎn)航.有線廣播數(shù)字電視技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[4]ISO/IEC 13818-2，Information technology-generic coding of moving pictures and associated audio∶pictu[S].1995.

[5]ISO/IEC 13818-3，Information technology-generic coding of moving pictures and associated audio∶audio[S].1995.

[6]鐘玉琢，王琪，趙黎，等.MPEG-2運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及MPEG的新進(jìn)展[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[7]趙堅(jiān)勇.數(shù)字電視技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

[8]廖洪濤，徐征.數(shù)字電視業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.