MPEG-2碼流分析儀的整體設計與軟件實現(xiàn)

4 MPEG-2碼流分析儀的整體設計

本文所設計的碼流分析儀采用軟硬結(jié)合的結(jié)構(gòu)，硬件部分主要包括碼流發(fā)送卡和碼流接收卡2塊板卡。硬件板卡通過PCI總線和工控機進行通信，實現(xiàn)碼流的讀寫與發(fā)送功能。發(fā)送卡和接收卡之間可通過標準的ASI和SPI接口進行碼流的發(fā)送和接收。硬件板卡與軟件層的通信通過驅(qū)動程序來完成，在分析過程中軟件部分和硬件板卡通過事件和消息進行交互。動態(tài)鏈接庫完成數(shù)據(jù)傳遞和分析的主體功能，最上層的應用程序調(diào)用動態(tài)鏈接庫的數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和最終的界面顯示。碼流分析儀整體的設計如圖1所示。

圖中硬件的主要部分用FPGA實現(xiàn)，PCI接口使用專用PCI接口芯片PCI9054進行控制，在碼流傳輸過程中，依靠大容量的RAM進行輔助緩存。因為碼流讀寫的速率很高。如果使用PIO方式進行控制硬盤讀寫則無法滿足碼流寫入的速度要求，所以在硬件設計中，使用板卡本身的芯片進行DMA控制，滿足了讀寫速率的要求。驅(qū)動程序使用WINDDK和DriverStudio開發(fā)完成。上層軟件的設計思想和注意事項在后面將做詳細的說明。

5 MPEG-2碼流分析儀的軟件部分設計

圖2所示為MPEG-2碼流分析儀模塊圖，其中碼流發(fā)送與接收模塊，數(shù)據(jù)接口與信息提取、離線分析、在線分析3個動態(tài)鏈接庫(DLL)以及主程序與人機界面為系統(tǒng)的軟件部分。軟件部分采用Visual C++開發(fā)，詳細模塊關(guān)系和數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

圖3中，最底層是發(fā)送卡和接收卡，板卡通過PCI插槽和PC機進行通信；驅(qū)動程序通過消息和中斷以及Windows句柄來完成硬件和軟件的交互與控制；DLL通過調(diào)用驅(qū)動程序的接口間接控制硬件，并且根據(jù)獲得的碼流或參數(shù)完成復雜的運算，通過其提供給應用程序的接口，DLL完成與應用程序之間信息的交互和控制；應用程序?qū)崿F(xiàn)人機界面及最終分析結(jié)果的靜態(tài)與動態(tài)顯示。分析軟件的分析工作流程在圖4中給出。

如圖4所示，首先由應用程序選擇實時分析或者離線分析。若進行實時分析則執(zhí)行如下流程：

通過驅(qū)動的接口查詢接收卡狀態(tài)是否正常，若接收卡正常則檢測當前接收卡是否在接收碼流，若正在傳輸碼流則調(diào)用動態(tài)鏈接庫中的實時分析預處理模塊(由于碼流以高速發(fā)送，而軟件處理速度相對較慢，所以這個模塊主要完成硬件與軟件分析之間為匹配速率而進行的一些格式轉(zhuǎn)換和預處理)，經(jīng)過預處理后先搜索同步頭建立同步，之后按照圖中所示的順序進行分析，分析過程由動態(tài)鏈接庫完成，最后在應用程序界面上實時地顯示各種參數(shù)和錯誤的統(tǒng)計情況、出現(xiàn)位置；或者實時繪制PCR曲線。

離線分析的流程和在線分析類似，區(qū)別在于離線分析是從硬盤讀入碼流，而不是從接收卡獲得碼流，參數(shù)的顯示也是在完全分析完之后才顯示，所以中間分析的過程相對較長，其好處在于，可以對整段的碼流一次進行分析，從而對碼流的狀況有更加全面和準確的把握。

碼流收發(fā)控制流程相對簡單，主要問題在于驅(qū)動的開發(fā)和調(diào)用。軟件中涉及的其他功能，如圖3中最上層所表示的復用與碼流修改等，都是根據(jù)碼流本身的結(jié)構(gòu)，直接修改文件形式的碼流而完成的，在此不再作詳細說明。

6 結(jié)語

本文主要討論了碼流分析儀所要分析的關(guān)鍵參數(shù)、整體結(jié)構(gòu)和軟件部分的設計。在整個軟件開發(fā)中，使用了多線程技術(shù)以提高軟件的運行效率，使用動態(tài)鏈接庫來提高程序的可擴展性，并且在初步功能完成之后，對軟件的運行效率和整體性能進行了評估，在評估的基礎(chǔ)上對軟件的整體結(jié)構(gòu)和代碼進行了優(yōu)化，達到了性能要求。文中涉及的硬件板卡和軟件部分都已經(jīng)通過調(diào)試并且投入使用。