时移电视的功能和实现

摘要： 本文介绍了一种基于PVR+LCD TV时移电视的设计方案。本文具体介绍了此产品的系统架构，软硬件原理和产品特点，并且分析了时移电视的发展与技术挑战。

关键词： 时移；LCD TV；PVR；ITU 656

众所周知，电视节目的播放是广播式的，已播出的节目是一去不复返的。所以我们必须即时的收看。否则就会“过了这个村就没有这个店”了。然而有了时移功能，我们就可以不必与电视台的播放时间保持同步来收看我们想要收看的电视节目，而可以在它播放出后的任何时间观看。

时移电视的主要特点和功能

首先，我们先对的时移电视给一个定义，在目前的IPTV中也有时移电视的概念。它指的是：有线时移电视(TSoC)，是指观众在观看DVB数字电视节目时，可以随时按暂停或后退/快进键，也可以选择几天前的电视节目。这种时移电视是和电视发射中心之间的一种交互。本方案实现的时移电视的突出特点是以硬盘作为存储媒介，建立本地的海量缓冲区和巨大的节目存储库，利用数字化处理技术实现对节目的控制和管理。数字化和存储技术是时移电视技术的核心，在这个基础上对节目进行灵活的编辑和录放控制，一改过去看电视的被动和无奈。使观众可以随心所欲的控制电视节目的播放，快进，快退等，产生一种交互的感觉。这将深深的改变人们传统的看电视的习惯。

时移电视相对于传统电视新增以下新特性、新功能：

增强的手动录放像功能

在时移电视中使用硬盘作为节目存储的介质，硬盘容量大，数字式，快速访问的存储特性使得时移电视可以进行长时间的节目存储。以本方案为例：在最高刻录质量时的码率为7.5Mbps,则一个小时需要3个G左右的空间。80G的硬盘可以录制最高质量的MPEG-2的节目为20多个小时。由于硬盘的寻道和定位速度非常快，可以轻易的找到已录制的节目，立即播放。硬盘载体数据的存储和读取速度非常快并且准确，有效的降低了存储和读取过程中可能出现的误码现象。时移电视的录放像的另一个特点是对录制的节目进行了分类和整理。用户可以根据节目信息表轻松的找到想看的节目。

令人耳目一新的时移功能

时移播放是时移电视的一大特点。时移电视在硬盘中开设了海量缓存区，在播放电视节目的同时也对节目进行存储。在本方案中，缓存区的大小最大可以为整个硬盘剩余空间，可以时移时间长度为24个小时。依赖缓存技术，用户可以对正在播放的电视节目进行暂停，过一段时间又可以从暂停处继续播放，就好像时间发生了移动一样，因此称为时移播放。另外用户还可以对节目进行后退、慢放、快进等操作，随心所欲的观看电视节目。

举一个例子，当你正在欣赏电视节目的时候，一个朋友来了电话。你可以按一下暂停键，接听朋友的电话。时移电视就一直不停的把播出的节目存储在缓存区内。当你处理完朋友的电话后，你可以按一下播放键，从你刚才暂停的地方接着观看电视节目。时移功能更广泛的用于观看比赛的精彩镜头和慢动作。比如刚才的那个进球没有看清楚，按后退重来一遍就好了。或者想看进球的慢动作，按一下慢放就可以了。

边看边录功能

比如，我们一直在追踪一个电视连续剧，可是昨天录下的前两集还没有时间看，今天又要放了。我们可以刻录今天放的电视剧，不观看，把它放在后台让它继续刻录好了。从刻录节目表中找出昨天刻录的电视节目，观看它。基于watch&Record技术，观众可以在看以前刻录的节目同时，又不耽搁刻录现在新播出的电视节目。

MS9400时移电视系统结构及原理

MS9400时移电视是一个LCD TV＋PVR的方案。LCD TV的主芯片采用GENESIS公司Cortez系列中的FLI8668芯片，PVR采用MAGUM公司的MS9400芯片。系统整体框图如图1所示。

图1

时移电视工作原理如下：

当正常观看模拟电视节目时，复用器MUX1的输入选择为模拟TUNER输入。经过ADC和3D DECODER，输入到MUX2。MUX2选择3D DECODER输入通道。交给后端输出显示处理部分处理。处理完后的数据通过LVDS总线送到面板上显示。

当正常观看数字电视节目时，MS9400通过TS流端口接收数字高频头过来的TS信号。解码后得到CCIR656信号，通过MS9400的CCIR656输出端口送到FLI8668的数字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2复用器选择数字端口A输入的信号，经处理后在面板上显示。

当观看HDMI输入的信号时，FLI8668的MUX2选择数字端口B的输入信号，经处理后在面板上显示。

时移功能的实现原理

我们以对模拟电视输入信号时移为例进行说明。模拟高频头输入的信号，经MUX1选择输入到ADC和3D DECODER。3D DECODER有一路输出经FLI8668的数字端口A的P[0-7]输入到MS9400的CCIR656输入端口。MS9400内部的MPEG编码器编码输入的信号为MPEG2的格式，通过IDE接口存储到硬盘的缓冲区中。同时MS9400内部的MPEG解码器通过IDE接口读取硬盘缓冲区中的数据，解码后通过CCIR656输出端口送到FLI8668的数字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2选择器选择数字端口A的P[8-15]输入的数据。经后端处理后在面板上显示。这样，利用硬盘的海量存储特性，使输入的视频信号和输出的视频信号不一致，实现时移功能。对于模拟输入AV1/AV2/AV3，其时移实现原理是一样的。

对数字高频头输入的TS流信号，经MS9400内部的TS处理模块和MPEG编码器，通过IDE接口存储到硬盘的缓冲区中。同时MS9400内部的MPEG解码器通过IDE接口读取硬盘缓冲区中的数据，解码后通过CCIR656的输出端口送到FLI8668的数字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2选择器选择数字端口A的P[8-15]输入的数据。经后端处理后在面板上显示。实现对数字电视的时移功能。

对于HDMI接口过来的信号不能进行时移。

时移电视录制功能的实现

以录制模拟电视输入信号为例进行说明。模拟高频头的输入信号经MUX1选择器输入到ADC和3D DECODER。3D DECODER的一路输出经FLI8668的数字端口A的P[0-7]输入到MS9400的CCIR656输入端口。MS9400内部的MPEG编码器编码输入的信号为MPEG2格式，通过IDE接口存储到硬盘中。同时FLI8668的MUX2选择3D DECODER输入的信号，经后端处理后，在面板上显示电视信号。这样实现了在后台录制的功能。

当需要录制数字电视时，MS9400通过TS端口接收数字高频头来的TS流。经MS9400内部的TS处理模块和MPEG编码器，通过IDE接口存储到硬盘中。同时通过CCIR656输出端口送到FLI8668的数字端口A的P[8-15]，输出处理后的TS流信息。FLI8668的MUX2选择器选择数字端口A的P[8-15]输入的数据。经后端处理后在面板上显示。实现了对数字电视信号的后台录制功能。

对于HDMI输入的信号不能进行后台录制。

时移电视回放功能的实现

MS9400内部的MPEG解码器通过IDE接口读取硬盘缓冲区中的数据，解码后通过CCIR656的输出端口送到FLI8668的数字端口A的P[8-15]。FLI8668的MUX2选择器选择数字端口A的P[8-15]输入的数据。经后端处理后在面板上显示。实现回放功能。

时移电视的音频处理

时移电视的音频处理原理框图如图2所示。

图2

当正常看电视的时候，多路选择器MUX1选择TUNER的左右声道输入，经功放放出声音。当进入时移状态，多路选择器MUX1选择TUNER通道，经过ADC进入MS9400的I2S接口，经MS9400处理后，通过IDE接口存储到硬盘上。同时MS9400通过IDE接口读取硬盘的数据，经I2S接口输出到DAC上。多路选择器MUX2选择DAC送来的音频信号输入，经功放放出声音。实现音频的时移。对于音频信号的刻录和音频信号的播放在此不再叙述
　　
系统软件说明

此时移电视包含两个CPU芯片。一个为FLI8668，一个为MS9400。

每个CPU有自己软件。两个CPU之间通过串口，按照事先定义好的协议通讯，实现统一的OSD界面和操作。

MS9400部分代码层次图，如图3。

图3

各层功能解释如下：
GUI和APP：提供软件的一个界面。可以根据用户的需要而修改
AF(Application Framework)：此层控制应用的交互和显示行为。对特定用户，附加的控制被要求。合作伙伴可以用他们自己的框架去替代这一层。
API(Application Programmer Interface)：此层定义访问内核服务的机制。
CF(Core Functionality)：此层完成大量的软件功能。
AL(Abstraction Layer)：此层是内核和下层系统服务(OS和驱动)之间的一个抽象层。
OS(Operation System)：此层提供操作系统和相关的服务，本系统采用NUCLEUS操作系统
DR(Drivers)：此层控制外部的接口，如：芯片上的硬件，板上的硬件和板外的硬件。用户可以自己更改和维护。

MS9400文件系统格式说明

目前MS9400 方案采用的文件系统是基于FAT32的SupreCluster文件系统,与标准FAT32的主要区别是：

- FAT32文件系统单个文件的最大大小是4GB. 这意味着用最高码流录制约
70分钟就必须结束当前文件，新创建另一个文件，影响播放时的连续性。SupreCluster解决了这个问题，采用最高码流录制，单个文件可以录制最长时间为24小时。
- FAT32文件系统数据访问的单元为512字节，适合于小文件的管理，但对几百兆，甚至是几个GB的流媒体不适用，尤其是边读边写的时移功能。如果采用FAT32文件系统的512字节单位做时移，不得不非常频繁地访问硬盘的文件分区表和地址管理系统，硬盘磁头频繁地调跃，影响硬盘的噪音、功耗、发热和最重要的寿命。

SupreCluster文件系统的最小寻址单位为32KB，非常适合流媒体的处理，不需要频繁对文件进行寻址。理论上可以减少硬盘寻址操作和磁头动作到原有的1/20。

但该文件系统与Windows平台不能完全兼容，需借助PC端的应用程序来读写该文件系统下的多媒体文件和刻录的节目。其原理类似于iPod必须配合iTuner来使用。

但这同时可以解决版权保护的问题：在TV上录的东西可以在TV上回看，但不能直接无限制地Copy到PC。Copy的过程必须由该应用程序来控制，它将决定哪些录制的节目可以被Copy到PC。通过PC上的这个应用软件，可以避免版权保护带来的可能的纠纷。

时移电视的发展与技术挑战

目前MS9400实现的时移的显示精度仅仅为SD。包括480I/480P/576I/576P。

目前市场已经开始对于高清的时移电视有一定的要求。因此提高显示的精度是时移电视的一个方向和挑战。

各电视厂商对于存储设备的要求希望不仅仅局限于内置大容量的硬盘。希望能把刻录的数据存储到外置的USB移动硬盘上。以方便用户把刻录的数据和其他设备相互交流。同时希望能在NAND FLASH上实现时移的功能，以便不使用内置硬盘和没有外置硬盘时也能完成时移功能。

对带USB接口的时移电视，USB口不仅仅是刻录的通道，也是播放外部的数据文件的通道。能对于各种音视频格式进行支持。目前主要支持的音视频格式文件的要求如下：JPEG(包括逐行)、Kodak Picture、MP3、AAC、WMA、MPEG-4 ASP、Divx 3, Divx 4, Divx 5, Divx 6 and Ultra、XviD、VOB、MPG、DAT、BMP。

随着时间的发展，还会有更多的文件格式出现。需要时移电视能不断的升级软件已满足对最新的文件格式的支持。

对于国内的电视厂商，由于USB移动存储设备各种品牌和生产厂产品质量差距甚大。而电视用户手上所拥有的USB移动存储设备各式各样。因此时移电视的USB接口需要具有良好兼容性。能识别各种不同的USB移动存储设备。这也是时移电视面临的一个挑战。
 
结语

MS9400时移电视设计的主要思路是把LCD TV和硬盘录像机相结合而提出的高普通电视的附加值的一种产品。目前，在37寸以上大尺寸的LCD TV产品中，集成PVR是一个大的趋势。广泛引起国内和国际上一些大的电视厂商注意和开发。基于MS9400的时移电视已经在LG的“爱看”电视系列产品中量产。这种电视的上市将极大的改变人们以往看电视的习惯。同时，基于MS9400的方案可以产生出多种衍生产品。采用同一套方案，可以实现类似于机顶盒的硬盘录像伴侣盒，解决旧电视不可以录像和时移的问题。

参考文献：
1、 MS94XX_DataSheet_April11'06_ InfoSpace.pdf
2、 Cortez Hardware Architecture Overview. PDF
3、 Sonata2_SW.pdf
4、 Polaris rev a final. PDF