基于DSP的DVB流發(fā)射/接收系統(tǒng)

一、序言
　　隨著數(shù)字視頻廣播(DVB)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)開展了相關(guān)研究，其中真正研制數(shù)字視頻廣播流發(fā)射和接收系統(tǒng)的卻很少。為滿足DVB系統(tǒng)發(fā)射和接收的需要，基于DSP技術(shù)研制了可以進(jìn)行0_~8 Mbps的數(shù)字視頻廣播流（DVBS）發(fā)射/接收系統(tǒng)，誤碼率低于10^-7。?

二、系統(tǒng)框圖及流程
　　為滿足0_~8 Mbps的數(shù)據(jù)處理能力，采用美國(guó)TI公司最新DSP處理芯片TMS320VC33-120（以下簡(jiǎn)稱VC33）為系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理器，美國(guó) Lucent公司E1/T1收發(fā)兩用芯片T7688作為發(fā)射/接收系統(tǒng)E1數(shù)據(jù)接口。E1接口即時(shí)分復(fù)用TDM方式PCM30/32傳輸，對(duì)系統(tǒng)發(fā)送端的時(shí)鐘同步有較高要求??^［1］。系統(tǒng)在硬件和軟件共同控制下，將輸入數(shù)據(jù)流分割為4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的E1接口數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1DVBS發(fā)射系統(tǒng)框圖及流程
　　首先介紹DVBS發(fā)射系統(tǒng)數(shù)據(jù)流形成過程，如圖2所示。發(fā)射系統(tǒng)接口電路中，為形成標(biāo)準(zhǔn)DVBS，系統(tǒng)將接口電路中接收到的6 Mbps視頻流、384 kbps音頻流、每188字節(jié)包含4字節(jié)的TS包頭以及用戶數(shù)據(jù)復(fù)合成傳送流TS。系統(tǒng)在傳輸中每隔40 ms還插入一個(gè)程序參考時(shí)鐘PCR，相應(yīng)TS包頭將增加8個(gè)字節(jié)，插入PCR后系統(tǒng)速率增加為
　　

　　在實(shí)際中，PES分組包頭將會(huì)對(duì)視頻和音頻數(shù)據(jù)增加約1%，當(dāng)數(shù)據(jù)送入系統(tǒng)信道之前，數(shù)據(jù)還需經(jīng)過擾碼及糾錯(cuò)編碼，被分成4路分別送入4個(gè)E1接口電路。在圖2中，糾錯(cuò)編碼選用BCH（511，493）碼，經(jīng)過模2運(yùn)算可實(shí)現(xiàn)糾正2個(gè)誤碼。由于糾錯(cuò)編碼的加入，最后數(shù)據(jù)率增加為
　

　　系統(tǒng)在VC33 的控制下將數(shù)據(jù)等分為4， 每路TDM輸出的信號(hào)為1.662 Mbps，隨后數(shù)據(jù)在E1接口電路中經(jīng)加入幀同步頭，聯(lián)絡(luò)信號(hào)及特定的填充字比特后形成標(biāo)準(zhǔn)基群的2.048 Mbps比特流，經(jīng)E1接口電路變換為HDB3碼后直接送出E1接口。發(fā)射系統(tǒng)的具體流程如下：并行DVB流(串行異步DVB數(shù)據(jù)先經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換成16位并行數(shù)據(jù))送至發(fā)射緩存1（FIFO1為4 k16 bit），VC33判斷緩存1處于半滿后，從緩存1讀取半滿數(shù)據(jù)量并按照E1格式劃分幀時(shí)隙、組幀、添加幀同步頭、復(fù)幀同步頭、添加信令等，寫入發(fā)射緩存 2（FIFO2為4k16 bit）。緩存2數(shù)據(jù)經(jīng)過16位并行―1路串行―4位并行變換電路，完成4路2.048 Mbps比特流E1分組，經(jīng)E1接口電路變換為HDB3碼后直接送出E1接口。為避免出現(xiàn)緩存2數(shù)據(jù)被讀空而緩存1未處于半滿的數(shù)據(jù)紊亂情況，我們采用 VC33自動(dòng)添加特定格式的添加字（在接收通道中必須將添加字檢測(cè)并剔除）方法處理。DVBS發(fā)射系統(tǒng)工作原理框圖如圖3所示，DVBS發(fā)射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖4所示。

2. DVBS接收系統(tǒng)流程
　　接收系統(tǒng)是發(fā)射系統(tǒng)的逆過程，其各框圖與發(fā)射系統(tǒng)框圖基本一致（本文略去）。接收系統(tǒng)流程是：接收變壓器接收4 路E1數(shù)據(jù)，通過4位并行―1路串行―16位并行電路轉(zhuǎn)換，送至接收緩存1（FIFO1）。當(dāng)緩存1處于半滿狀態(tài)后，分別通過硬件電路及軟件檢測(cè)同步并執(zhí)行接收主程序，完成去幀同步頭、復(fù)幀同步頭、信令及添加的特定比特的填充字工作，還原出并行DVB數(shù)據(jù)并送至緩存2（數(shù)據(jù)經(jīng)過16位并行―1路串行轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)發(fā)驅(qū)動(dòng)電路完成串行異步DVB流的合成），完成并行DVB數(shù)據(jù)的接收。?

三、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)
1?DSP工作方式的選擇
　　VC33-120是C3X系列最新產(chǎn)品，指令周期為17 ns，具有32位浮點(diǎn)或24位整數(shù)精度，與其它C3X的DSP不同，其片載存取區(qū)容量明顯得到增加，有34 kbit32存儲(chǔ)區(qū)，24 bit地址線可以訪問16 M存儲(chǔ)空間，功耗更小，集成了較大的片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)，性價(jià)比高，完全可以滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及控制要求^［2～4］。

　　VC33有MCBL(Microcomputer Boot Loader)和MP(Microprocessor)2種工作方式^［3］。MP 方式時(shí)，位于地址00H~03FH向量表中為中斷和陷阱服務(wù)程序入口地址；MCBL方式時(shí)，位于809FC1H~809FFFH向量表中為各自中斷和陷阱服務(wù)程序的跳轉(zhuǎn)指令。MCBL方式是VC33所特有的，可將用戶程序代碼從主處理器（尤其是EPROM或者別的標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)系統(tǒng)）引導(dǎo)加載到VC33的 SRAM區(qū)中并執(zhí)行它^{［3，4］}。本系統(tǒng)利用MCBL方式，將程序代碼利用BOOT1_LOADER方式加載到VC33的內(nèi)部SRAM中而不是固化到外部高速EPROM，既實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)高速實(shí)時(shí)處理控制又降低了成本。為滿足運(yùn)行程序與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的需要，我們擴(kuò)展了外部存儲(chǔ)區(qū)，包括2片64 K16bit SRAM組成64 K32bit片外存儲(chǔ)區(qū)以及128 K16bit的FLASH ROM。

2?數(shù)據(jù)緩存的設(shè)計(jì)和控制
　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)緩存的設(shè)計(jì)無疑是重要的，為滿足VC33高速處理能力，采用IDT公司FIFO高速緩存器IDT7203-15，利用寬度擴(kuò)展為4kbit16的數(shù)據(jù)緩存器。對(duì)于發(fā)射及接收FIFO分別占用VC33的I/O地址FE0000H和FD0000H，輸入輸出數(shù)據(jù)利用VC33及ALTERA 公司的EPM7064LS84完成并-串-并轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存的讀、寫信號(hào)和復(fù)位信號(hào)^{［5，6］}。

3.系統(tǒng)并行和串行接口
　　系統(tǒng)接收或發(fā)送TS 流時(shí)，要滿足一定的接口規(guī)范。接口共有3種：同步并行接口、同步串行接口和異步串行接口。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為接收并行和串行DVB數(shù)據(jù)，根據(jù)DVB接口規(guī)范，我們?cè)O(shè)計(jì)了同步傳輸188byte包的并行和串行接收數(shù)據(jù)兩種接口。在發(fā)射通路中，數(shù)據(jù)處理控制部分先將差分信號(hào)變?yōu)椴粴w零（NRZ）碼，經(jīng)過 VC33的處理后，完成數(shù)據(jù)的PCM30/32格式處理及4路E1分組，經(jīng)過E1接口的發(fā)射。接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與發(fā)射系統(tǒng)基本類似，此處略去。

4E1接口設(shè)計(jì)
　　T7688是具有4路發(fā)射和接收功能的E1接口芯片，主要特性有：具有接收、驅(qū)動(dòng)、均衡、時(shí)鐘/數(shù)據(jù)恢復(fù)、抖動(dòng)衰減功能；具有能提高靈敏度的片內(nèi)發(fā)射均衡器；可供選擇的發(fā)射或接收抖動(dòng)衰減器；自動(dòng)發(fā)射監(jiān)視系統(tǒng)^［7］。

　　在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)微處理器接口特點(diǎn)采取了較為靈活的設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，我們將T7688 的MPMODE和MPMUX管腳接地，T7688工作在模式1并且地址和數(shù)據(jù)總線非復(fù)用。在微處理器接口各控制寄存器的設(shè)置中，為允許每個(gè)信道響應(yīng)警報(bào)并產(chǎn)生中斷，對(duì)寄存器2和3的各通道的信號(hào)損失警報(bào)屏蔽位無效；寄存器4的軟件復(fù)位被禁止，每個(gè)信道的發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的TTIP和TRING 在復(fù)位后有效；為利用接收通道的抖動(dòng)衰減功能，設(shè)置T7688寄存器5工作在單路模式下，時(shí)鐘/數(shù)據(jù)恢復(fù)功能使能，在發(fā)射（接收）通道HDB3零替換編碼（解碼）使能；由于外圍電路采用數(shù)字傳輸變壓器T1010，初次級(jí)匝數(shù)比為1：1.36并使用75　Ω同軸電纜，所以寄存器6~9是設(shè)計(jì)方式選擇方式2，并將均衡器設(shè)置為101格式；寄存器10~15，在系統(tǒng)初始化時(shí)按要求置為零。

　　在設(shè)計(jì)中，我們還注意到：寄存器4 在初始化時(shí)必須第一個(gè)被初始化；由于T7688只有一個(gè)抖動(dòng)衰減器，所以只能在發(fā)射或接收通道中使用，若同時(shí)選擇JAT和JAR，抖動(dòng)衰減器將被禁止；從 T7688的讀寫時(shí)序可以看出有5個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)，所以在VC33的初始化中必須對(duì)VC33的主總線初始化進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。?

四、系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
　　本系統(tǒng)為收發(fā)兩用系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)必須在VC33的控制下，響應(yīng)不同處理程序。

　　發(fā)射功能由系統(tǒng)控制處理電路VC33 的中斷0和中斷2程序完成，當(dāng)前端數(shù)據(jù)緩存1達(dá)到半滿狀態(tài)時(shí)由硬件產(chǎn)生中斷2信號(hào)并響應(yīng)中斷2程序，完成E1接口格式的幀同步頭、復(fù)幀同步頭、信令添加工作；為避免前端數(shù)據(jù)被讀空而出現(xiàn)數(shù)據(jù)紊亂的情況，在前端數(shù)據(jù)緩存2被讀空時(shí)產(chǎn)生中斷0信號(hào)，隨即系統(tǒng)立即響應(yīng)中斷0程序（優(yōu)先級(jí)僅次于系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)），完成添加特定格式的填充字工作，在第0或第16時(shí)隙時(shí)就調(diào)用相應(yīng)的添加幀同步頭、復(fù)幀同步頭、信令的子程序，如此反復(fù)。有關(guān)發(fā)射系統(tǒng)中斷0和中斷2以及添加同步頭、信令等軟件流程略。

　　接收功能則由系統(tǒng)主程序完成，流程如圖5所示。系統(tǒng)首先執(zhí)行VC33 、T7688各狀態(tài)寄存器初始化，在系統(tǒng)硬件電路檢測(cè)到幀同步頭后，接收主程序必須在軟件上也保證檢測(cè)到四路E1接口的同一個(gè)幀同步頭，這樣在硬件和軟件雙重保證下，完成E1接口數(shù)據(jù)的接收并正確恢復(fù)DVB流數(shù)據(jù)。?

　?

　　最后，我們根據(jù)VC33內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用宏指令編程，添加幀同步頭等固定格式的子程序、根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小執(zhí)行塊循環(huán)等方法；為提高程序的執(zhí)行速度，還在避免流水線沖突、減少判斷指令、解決數(shù)據(jù)處理速度瓶頸等方面進(jìn)行了研究，完成軟件優(yōu)化編程，既減少了規(guī)模，又提高了處理效率^{［8，9］}。?

五、結(jié)論與展望
　　數(shù)字視頻廣播發(fā)射/接收系統(tǒng)是數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)重要組成部分，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)接收/發(fā)射0_~8　Mbps的DVB流，充分證明設(shè)計(jì)思想的可行性。此外，為便于今后提高系統(tǒng)性能，我們?cè)谟布娐分袑?shí)際設(shè)計(jì)了8路E1接口，利用編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)外圍數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，擴(kuò)展為0_~16Mbps的發(fā)射/接收系統(tǒng)。?

參考文獻(xiàn)

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