基于Nios II DTMB单频网适配器设计

作为地面数字电视的组网方式之一,单频网(SingleFrequendy Network,SFN)具有节省频率资源和能实现大范围无线覆盖的特点,在世界各地得到广泛应用。

导读: 作为地面数字电视的组网方式之一,单频网(SingleFrequendy Network,SFN)具有节省频率资源和能实现大范围无线覆盖的特点,在世界各地得到广泛应用。

1 引言

作为地面数字电视的组网方式之一,单频网(SingleFrequendy Network,SFN)具有节省频率资源和能实现大范围无线覆盖的特点,在世界各地得到广泛应用。组建单频网要解决的一个难题是发射机的同步问题,为此单频网引入了GPS接收机和单频网适配器来实现全网的同步。

2006年8月具有自主知识产权的DTMB标准正式确定为中国地面数字广播传输标准,该标准中,系统的信号帧与绝对时间同步,与DVB-T等标准相比,实现单频网更具优势。

2 单频网适配器总体实现方案

单频网主要有中心发射站的单频网适配器、GPS接收机、中转站的同步系统以及支持单频网模式的调制器组成。在中心发射站,单频网适配器每隔一个兆帧就往MPEG-2码流中插入一个MIP包(Mega-frame Initial-ization Packet)。MIP包中携带有传输参数信令(TPS)、同步时间标签(STS)和最大延迟等重要参数。经单频网适配器处理的码流通过初级分布网络传输到中转站后,中转站的同步系统从MIP中提取出TPS等重要信息后调整本地发射机的发射时间和频率,从而实现网络同步。

DTMB的单频网适配器主要由FPGA实现的核心功能模块和基于Nios II软核CPU实现的控制模块组成。核心功能模块即适配器模块,主要实现MIP包计算和插入,可编程参考时钟(PCR)校正,传输流速率适配以及DS3输出接口的适配;控制模块主要实现人机交互部分如键盘和LCD的控制以及适配器模块工作方式的控制。

FLASH,SRAM和SDRAM用来存储FPGA的配置信息和系统控制程序,DDS模块用来产生输出码流所需时钟。通过键盘和LCD接口,用户可设置系统的工作模式,了解系统的工作状态。2路ASI码流经过专门的接口芯片后输入到 FPGA,适配器模块根据用户的设置在码流中插入相应的MIP包,最终输出为2路ASI接口的码流,一路光纤接口的码流,一路DS3接口的码流。

适配器模块作为自定义组件通过Avalon总线挂接在Nios II系统中。

Nios II通过设置适配器模块(技术指标见表1)内的控制寄存器来控制适配器模块,通过读其内部的状态寄存器了解工作状态,或通过中断信号产生报警信息。

系统软件的设计主要完成人机交互程序,从按键式控制面板中获得用户提供的参数并提交给适配器模块,同时控制LCD来提供系统的反馈信息和报警信息。

4 测试结果与结论

利用码流发生器、DTMB调制器、数字机顶盒、电视机搭建了一套测试系统。码流发生器产生的码流首先输入单频网适配器,对输入码流进行MIP包插入等处理再送到DTMB调制器,输出到接收机顶盒进行解调译码。测试结果表明,调制器能正确检测出单频网适配器插入的MIP包,能根据MIP包内容调整工作模式,如FEC码率、保护间隔和调制方式等。对DTMB的33种传输速率都进行了测试,表明单频网适配器支持全部传输速率,调制器能识别所有工作模式。同时,机顶盒能正常接收解调并输出视频图像,未见停滞、马赛克等现象。对单频网适配器输出端码流的PCR 特性进行测试,表明码流重组和PCR校正正确,完全满足MPEG-2的接口规范。

本文介绍了一种基于Nios II的DTMB单频网适配器的设计方案,实现了MIP包插入、传输速率适配和PCR校正等核心功能,支持DTMB标准的全部33种净荷速率,对内部算法拥有完全的自主知识产权。同时,设计时预留一个以太网接口,以方便用户通过以太网口控制单频网适配器的工作模式。


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