摘要：本文介绍一种应用于车载多媒体点播系统中的解码终端的设计，该系统为单主机多终端设计，具有体积小，重量轻，抗干扰能力好等优点，适用于各种对图像分辨率要求不是很高的场合。介绍了MPEG-1音频、视频的解码和C-CUBE公司生产的CL680解码芯片，并说明基于CL680的解码终端的软、硬件设计过程。

关键词：视频解码；CL680；宏指令

Abstract : The paper introduces a type of MPEG-1 decoder.terminal used in the Video On Demand system on bus. Discussed how to perform MPEG-1 audio and video decode and the characteristic of CL680.Explained the process of hardware and software design for the decoder terminal.

Keywords :video decode ; CL680 ; macro command

1.引言

人类接受的信息70%来自视觉。随着当前大规模集成电路计算机和通信技术的迅速发展和结合，视频技术得到了快速发展和广泛应用，视频图象的研究和应用也成为目前信息技术领域最热门的话题之一。

目前，在车载多媒体领域，我们所常见的都是广播式的，如长途大巴上的车载VCD、DVD播放机等，乘客只能是“有什么看什么”，车载多媒体点播系统采用单主机多终端（可满足每座位有终端屏幕）形式，将用视频点播的形式满足乘客“想看什么点什么”的需求。本设计中的解码终端是应用于车载多媒体领域的“多媒体点播系统”设计的终端部分，接收来自主机送出的MPEG-1数据流，对其解码并输出显示，本文着重介绍终端机的解码硬件电路及其软件设计。由于本设计中终端针对每位乘客，终端显示不需采用大屏幕，因此对于MPEG-1标准提供的分辨率已经足够。且采用MPEG-1标准图像对于设计中其他硬件及信号传输要求相对较低，在实际应用中大大节约了成本。本设计中的MPEG-1解码芯片采用了C-CUBE公司生产的VCD解码芯片CL680。

2.MPEG简介

MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Experts Group)的缩写，于1988 年成立。MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的，基础理论是在单位时间内采集并保存第—帧信息，然后就只存储其余帧相对前一帧发生变化的部分，以达到压缩的目的。而其中MPEG-1标准则是针对传输CD光盘中的视频信息设计的，CD媒体中的低数据传输率只能达到1.41Mbits/s，而这种速度无法达到CCIR601分辨率（704×480 NTSC; 704×576 PAL），于是委员会采用601分辨率的四分之一的图像（352×240 NTSC; 352×288 PAL）作为MPEG-1标准输入格式（SIF），这种图像所能达到的效果就是我们通常所说的VCD清晰度。MPEG-1于1992年被正式标准化，标准一经推出就受到广泛接受和大量应用，虽然随着视频技术和光存储技术的发展，逐渐有更多的压缩标准出现，使得图像质量不断提高，但MPEG-1标准图像以其高压缩率、所需较小的存储介质及对信号传输的较低要求在激烈的竞争中仍占据一席之地。

3.系统简介

本解码终端接收来自主机的MEPG-1数据流，进入cl680音视频解码芯片，由系统主控微处理器(MCU)AT89C51CC01控制解码输出模拟视频信号以及数字音频信号。其中的模拟视频信号输出后经滤波放大处理后可直接输出播放，数字音频信号经外部音频数模转换器转换成模拟信号后再经滤波放大处理后输出播放。

4.CL680内部结构和芯片特点

CL680是C-CUBE公司推出的一款VCD解码芯片，其内部集成了精简指令微处理器（RSCI CPU），CD-ROM解码器，MPEG流信号分离器，MPEG-1音频、视频解码器，高分辨静止图像解码器等，可完成CD-ROM，MPEG-1音频、视频及高分辨率静止图像的解码，此外它的内部还集成了用以直接编码输出Y/C分离视频和复合视频两种格式视频信号的NTSC/PAL数字编码器和音频卡拉OK处理电路。其特有的精简指令微处理器用于控制协处理器，协助解码处理，其微指令存储在DRAM／ROM 中，需要时调入片上存储器。

CL680具有很高的集成度，可极大简化外围电路。只需要4Mbits，80ns的DRAM就可以输出NTSC/PAL图像及用户定义的高分辨率静止图像，在DRAM中分配了50%的用户空间，使其应用更加灵活方便。

5.系统硬件设计

本设计在硬件电路设计中采用了集成CAN控制器的单片机AT89C51CC01作为主控微处理器，采用PCM1717作为音频输出D/A转换器，CL680存放微码和执行指令以及用户存放高分辨率静止图像和字库等必需的512K×8EPROM及512K×16DRAM等主要芯片。硬件连接框图如图1所示。

AT89C51CC01通过CL680的主机接口与其相连，用于初始化芯片，检测其运行状态，对GBUS寄存器、外部ROM和DRAM进行读写控制。对CL680的读写控制实际上是按CL680的Host Interface提供的接口方式对CPU的I／O进行操作。主机接口是—个串行接口，包括3个输出和2个输入共5个引脚(如图二所示)，提供对GBUS(内部寄存器)、外部存储器DRAM的读写操作和对外部EPROM的读操作。AT89C51CC01通过其内部集成的CAN总线控制器以CAN总线方式完成终端系统同主机之间的点播通讯，同时CAN总线的存在也使得AT89C51CC01的编程下载变得极为方便。CAN总线驱动器采用了ATMEL公司的ATA6660。硬件原理图如图二所示。

由于CL680内部集成有NTSC/PAL编码器，视频信号从CL680从输出后经过低通滤波电路和放大电路后就可以直接输出。从CL680输出的音频信号为数字信号需要通过PCM1717转换为模拟信号再经低通滤波电路和放大电路后输出。

6.系统软件设计

CL680通过其内部集成的精简指令微处理器执行微码（microcode）指令完成其相应功能。微码文件存储于系统外部EPROM中。在系统上电时，cl680从EPROM中读出所需的微码，并完成其初始化。系统中的主控微处理器则通过向cl680发送宏指令（macro command）完成与cl680的通讯。程序流程图如图3所示。

6.1 CL680读写控制

在对cl680的控制中，所有宏指令都是主控微处理器通过cl680的主机接口对指定区域进行读写完成的。每次主机访问开始，主控微处理器向cl680发送1-3字节地址，地址的最后一个字节包含了用于区分对cl680内部GBUS或外部存储空间（DRAM和EPROM）访问的G/M标志位和用于区分读写操作的R/W标志位，地址长度取决于所访问空间。主控微处理器访问过程中，传送地址时HSEL为高电平，传送数据时HSEL为低电平。主机读写时序如图4所示。

主控微处理器进行读操作时，将HSEL拉高，发送R/W标志位为1的1-3字节地址至CL680，随后将HSEL拉低，CL680将在HSEL下降沿时执行读操作。主机执行读操作时HRDY为低电平，数据开始被读出后变高，主控微处理器可以通过查询HRDY状态来控制何时从口线上开始读取数据。

主控微处理器进行写操作时，将HSEL拉高，发送R/W标志位为0的1-3字节地址至CL680，随后将HSEL拉低，数据传完后将HSEL拉高，CL680在HSEL上升沿时认为数据位已传完，开始写操作。对CL680的写操作每次可写入不超过16位的数据，这是由其内部的数据寄存器决定的。

6.2 宏指令

CL680的宏指令分为高优先级和低优先级两种，通过命令ID的最高有效位区分（1为高优先级命令，0为低优先级命令）。高优先级命令发出后被写入DRAM中一个称为高优先级命令区的单独的缓冲区，一次只能写入一个高优先级命令，待本条命令执行完后，下一条高优先级命令才能被写入。低优先级命令被写入后存在DRAM中的一个命令的先进先出（command FIFO）中，主控微处理器向命令先进先出中依次写入相应的低优先级命令ID及命令参数，并维护命令先进先出的写指针，其读指针则由CL680微码自动维护，只要先进先出不满且剩余空间大于所要写入的低优先级命令大小就可以写入。这里要注意的是，写高优先级命令时要先写入命令参数后写入命令ID，而写低优先级命令则是先写命令ID后写命令参数。

7.小结

本文中基于CL680的设计应用同样适用于其他对图像清晰度要求不是很高的视频系统设计。CL680的集成度很高只需要很少的外围电路，降低了硬件设计复杂程度及硬件成本；软件上采用了宏指令也使得编程的工作量大大减少。

本系统已成功调试并能流畅解码播放MPEG-1数据和EPROM中用户自定义的高分辨率静止图像。

8.本文作者创新点

本设计采用高集成度解码芯片cl680，将MPEG-1格式视频应用于多终端多媒体点播系统，既满足系统要求又在实际应用中有效节约了成本，实现了视频点播服务，具有体积小，抗干扰能力强等优点，特别适用于车载多媒体领域。