（通信与信息系统专业论文）dvbs信道接收芯片字处理环节的研究与实现.pdf

y5 8 14 9 8 摘要 我们难处于一个知识经济的时代，知识和发明对国计民生的影响力居于空前 重要的地位。卫星广播电视网以其频带宽、覆盖面广的优点，为信息的传播提供 了非常良好的媒介。与此同时，伴随着知识经济浪潮而来的数字化革命带动了集 成电路技术、信息处理技术、通信技术等等一系列现代化技术的全面发展，并在 数字电视的迅速成长中得到体现。数字电视d v b s 信道接收芯片，正是各种先进 技术的结晶，本文完成了d v b s 接收芯片中字节处理环节的研究和实现。 完成字节处理功能的电路包括从卷积解码输出后到传输流解复用的所有部 分，由解交织、r s 解码、解扰码和格式转换等模块组成。 深亚微米和纳米级的半导体技术迅速进步，使得集成电路的设计已经进入系 统集成芯片时代。由于单片系统级：咨片设计在速度、功耗、成本e 与多芯片系统 相比占有较大的优势，因此发展s o c 设计在未来的集成电路设计业中将有举足轻 重的地位。而随着规模的扩大，s o c 设计中，一些普通a s i c 中较为次要的因素 成为举足轻重的环：宵，甚至直接影响到设计的成败。为了让功能模块在s o c 中也 可以应用，需要在电路设计阶段就增加对这些“次要”因素的考虑。 本文共分八章。第一章概述了数字电视和d v b 标准的特点，并介绍了a s i c 和s o c 设计的有关概念。 第二章对数字卫星电视接收系统的整体框架做一简单说明。 第三章介绍d v b s 信道接收芯片的系统结构以及d v b s 发送端的组成部分。 从第四章起，开始分模块说明对字节处理部分的研究和a s i c 实现策略。第 四章给出了数据解交织的原理和实现方法。 第五章详细讨论r s 码的编解码算法，并给出用于a s i c 实现的m e 解码算法。 第六章讨论了伪随机序列和数据扰码的特点，并给出了其a s i c 实现方案。 第七章实现了调整数据速率的功能，讨论了多时钟设计的问题，并给出面向 d v b s 数据速率调整应用的多时钟解决方案。 第八章研究了s o c 设计的特点和方法，并讨论了面向s o c 设计而实现d v b s 信道接收芯片字节处理部分的策略。 本文比较了实现r s 解码的几种算法，并在m e 算法基础上进行改进，创造性 的去掉了缩短码解码中的校正环节，纠正了有关论文中的不当论述，并将r s 解 码模块进行了参数化设计，同时也将r s 解码的规模缩小了2 0 ；克服了多时钟 设计中的信号完整性难题，在没有增加模块面积的条件下，大幅降低数据的相位 未经俘考、导师嗣意 匀垒文公布 摘要 刳动，首次引入锁相环来调整速率。最后结合s o c 设计的趋势，分析了面向s o c 设计的l p 复用方案，为今后提高性能、降低成本指明方向。 【关键词】d v b s信道接收r s 码速率调整a s l cs o c 一 a b s t r a c t w ea r ei na ne r ae c o n o m yi sb a s e do nt h ek n o w l e d g et h a t i m p a c t sp e o p l e s l i v e l i h o o dw i t hu n p r e c e d e n t e di m p o r t a n c e b r o a d c a s t i n gn e t w o r kb ys a t e l l i t e ，w i t hi t s w i d ef r e q u e n c yb a n da n dv a s to v e r l a y , a c t sa sa ne x c e l l e n tm e d i u mf o rt h ew i d e s p r e a d o f i n f o r m a t i o n c o n c u r r e n t l y , a c c o m p a n i e db y t h i se c o n o m i ct o r r e n tw i t hk n o w l e d g e ，a d i g i t a lr e v o l u t i o nb r e a k so u t 1 e a d i n gt ot h ef u l ld e v e l o p m e n to fas e r i e so fm o d e r n t e c h n o l o g i e sl i k e i ct e c h n o l o g y , i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ，e t c ，a n de m p h a s i z e si t s e l fi nt h ep r o c e s so fd i g i t a lt v sr a p i dp r o g r e s s t h ei c c h i p ) rd i g i t t vr e c e i v e r t h r o u g h d v b sc h a n n e l i s p r e c i s e l y t h e c o m b i n a t i o no ft h e s ea d v a n c e dt e c h n o l o g i e s t h em a i nw o r ko ft h ep a p e r i m p l e m e n t s t h eb y t ep r o c e s s i n g p a r ti nt h i sc h i p t h ec i r c u i tt of u l f i l lt h eb y t ep r o c e s s i n gf u n c t i o ni n c l u d e sa l l p a r t sb e t w e e nt h e m o d u l e so nc o n v o l u t i o n a ld e c o d i n ga n dt r a n s f e rs t r e a md e - m u l t i p l e x i n g ，c o n s i s t i n go f t h em o d u l e so nd a t ad e i n t e r l e a v i n g ，r s d e c o d i n g ，d a t ad e s c r a m b l i n ga n df o r m a t t r a n s f o r m i n g t h e r a p i dp r o g r e s s o fs e m i - c o n d u c t o r t e c h n o l o g y o n d e e p s u b m i c r oa n d n a n o m e t e rs c a l ea n n o u n c e st h es o ce r ao fi cd e s i g n s i n c et h es o c d e s i g ne x c e l s m u l t i c h i pi ns p e e d ，p o w e rc o n s u m i n ga n dc o s t ，i ti so fe x t r e m ei m p o r t a n c et od e v e l o p s o c d e s i g ni nf u t u r ei ci n d u s t r y m o r e o v e r , a st h es c a l ee x p a n d s ，s o m em i n o rf a c t o r s i nt r a d i t i o n a la s i c d e s i g nb e c o m ec r u c i a li ns o cd e s i g n ，e v e ld e c i d ei t ss n c c e s s i n o r d e rt ou s et h o s ef u n c t i o n a lm o d u l e si ns o c a l s o ，i ti sn e c e s s a r yt ot a k et h e s e m i n o r f a c t o r si n t oa c c o u n t t h e p a p e r c o n s i s t so f e i g h tc h a p t e r s t h e f i r s t c h a p t e r s u m m a r i z e st h e c h a r a c t e r i s t i c so fd i g i t a lt va n dd v bs p e c i f i c a t i o n s ，a n di n t r o d u c e st h e r e l a t i n g c o n c e p t so f a s i ca n ds o cd e s i g n c h a p t e rt w og i v e sas i m p l ee x p l a n a t i o no nt h ef r a m e w o r ko fd i g i t a lt vr e c e i v e r s y s t e m c h a p t e rt h r e es k e t c h e st h es t r u c t u r eo ft h ec h i pa sd v b sc h a n n e lr e c e i v e r , a n d i n t r o d u c e st h em a i n p a r t so f d v b - sc h a n n e ls e n d e r f r o mt h ef o u r t hc h a p i e ro n ，t h ep a p e re x p l a i n st h es t u d ya n di m p l e m e n t a t i o no n t h eb y t ep r o c e s s i n g p a r tm o d u l eb ym o d u l e t h ef o u r t hc h a p t e rs h o w st h e p r i n c i p l ea n d a b s t r a c t = = = = = ；= = = = = = = = j ；= ；# = = = = ；= 一；= # = = $ = = = = = = = = = = = ；= ；= ；2 = = = = = = = = = = = 一 t h ea s i ci m p l e m e n t a t i o no f d a t ad e i n t e r l e a v i n g c h a p t e r 氘”t h o r o u g h l yd i s o n s e st h ea l g o r i t h m so ne n c o d i n ga n dd e tt d i n gr s c o d e ，a n di m p l e m e n t s t i l em e a l g o r i t h mw i t h a s i c c h a p t e r s i xs t u d i e sc h a r a c t e r i s t i c sa n d i m p l e m e n t a t i o n s o f p s e u d o r a n d o m s e q u e n c eg e n e r a t o ra n dd a t as c r a m b l i n g ，a n df u l f i l l st h ed e s c r a m b l i n gf u n c t i o nw i t h a s i c c h a p t e r s e 、7 e np u t sf o r w a r dt h es c h e m et oa d j u s td a t ar a t e d i s c u s s e st h ed e s i g ni n m u l t i - c l o c kc i r c u m s t a n c e s ，a n di m p l e m e n t st h em u l t i c l o c ka p p l i c a t i o no na d j u s t i n g d a t ar a t ef o rd v b s t h el a s t c h a p t e r s t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm e t h o d so fs o cd e s i g n ，a n d a d v a n c e st h es c h e m eo fb y t ep r o c e s s i n gp a r ti nd v b - sc h a n n e lr e c e i v e rf o rs o c d e s i g n t h e p a p e rc o m p a r e ss o m ea l g o r i t h m s o nr s d e c o d i n g ，m a k e si m p r o v e m e n t sb a s e d o nt h em ea l g o r i t h m ，r e m o v e st h em o d i 母i n gs t e pi n d e c o d i n gt r u n c a t er sc o d e ， c o r r e c t su n s u i t a b l es t a t e m e n t si nt h er e l a t e dp a p e r s ，a n dp a r a m e t e r i z e st h er s d e c o d i n g m o d u l e ，r e d u c i n gi t sa r e ab y 2 0 t h e p a p e r o v e r c o m e st h es i g n a li n t e g r a t i o np r o b l e m i nm u l t i - c l o c kd e s i g n ，g r e a t l yl o w e r st h ep h a s e j i t t e rw i t h o u ta r e ai n c r e a s e ，i n t r o d u c e s p l lt oa d j u s tr a t ef o rt h ef i r s tt i m e a n dp a r a m e t e r i z e st h em o d u l e f i n a l l y , r e l a t i n gt o t h et r e n do fs o c d e s i g n ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ei pr e u s em e t h o d ，p o i n t i n gt h ed i r e c t i o n t oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c e a n dr e d u c et h ec o s t k e y w o r d s l d v b sc h a n n e lr e c e i v e rr sc o d e r a t e a d j u s t i n g a s i c s o c ：!：!：!：一：一=#=；=；=；=一=一 第一章绪论 数字时代带来了先进的图像压缩技术、高性能的数字传输技术以及其它一系 列高新处理技术，使高清晰度电视的产生成为可能。高清晰度电视( h i g h d e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ，h d t v ) 是在模拟电视的基础上，为了达到高分辨率的图像质量性能 而发展起来的，是继黑白电视和彩色电视后的第三代电视。数字高清晰度电视使 用数字信号传送远距离的图像，是数字化信息技术革命的产物。它通过先进的图 像压缩技术和数字化的信息传输方式，提供更大的屏幕、电影质量的图像和c d 质量的立体声音响。同时，数字电视又是计算机化了的电视，与计算机技术融为 一体，数字化的处理、传输、接收和显示信息。数字电视终将淘汰模拟电视，而 进入数字化时代，一场电视革命的序幕就此拉开。 当今世界，人们对集成电路( i n t e g r a t e dc i r c u i t ，i c ) 已经不再陌生，并且集 成电路技术正按照摩尔定律，以每1 8 个月就提高一倍的速度迅速发展。集成电路 能有如此巨大的发展，得益于其巨大的经济效益和显著的实用优点。 1 降低成本 使用集成电路来组装电子产品，可以大幅度减少印刷电路和接插件，减小体 积重量，降低装配和调试费用。 2 提高工作速度 芯片内部连线短，能够缩短延迟时间，更重要的是出于电路在芯片内部，不 易受外部干扰的影响，三极管负载轻，其体积可以很小，因此也减小了分布电容 和三极管极间电容，目前集成电路的加工技术越来越精细，己达6 5 n m 级别，其 目的之一也是为了进一步提高工作速度。 3 节约功耗 芯片内部电路尺寸小，连线短、分布电容小，所以驱动电路所需的功率也较 小。芯片内部受到的外界干扰小，就可以采用较低的电压，同样也可以降低功耗。 4 降低电路复杂度 芯片内部干扰小，从而可以简化电路。如集成电路中可以仅使用一个三极管 来用作开关，而采用分离元件实现时就很难办到。同时，在芯片内部，除金属线 外，多晶硅和扩散层都可以用来连接电路。 5 提高电路可靠 生 大量分离式元件装配在印刷电路板上，往往发生虚焊或接触松动而造成故障。 浙江大学硕士论疋 这种故障往往难阱发现，给维护工作带来极大困难。整个电子系统的可靠性通常 和分离元件的总数成反比。采用集成电路方式后，元件数目和外部的接触点大为 减少，因而可靠性得到很大提高。封装好的芯片内部连线故障率是非常低的。 6 便携性好 芯片通常只有几克重，以此实现的电子产品当然体积小、重量轻。p d a ( p e r s o n a ld i g i t a l a s s i s t a n t ，个人数字助理) 、d v ( d i g i t a lv i d e o ，数字摄像机) 、 手机等，无不利用了集成电路这个优点。 7缩短生产周期 利用现成的集成电路组件来设计电子产品，设计时间将大为节省。使用分离 元件时，为了设计和测试一个运算部件，要花费大量人力，而使用集成电路则可 以直接利用已有的组件。一块集成电路组件可以代替大量的元器件，组装工作极 为简便，从而大幅缩短生产周期。 随着v l s i ( v e r yl a r g es c a l ei n t e g r a t i o n ，超大规模集成电路) 的发展，在一 块芯片上甚至可以集成整个系统( s y s t e mo nc h i p ，s o c ) 。在这种情况下，用户 希望能生产出他们自己设计的专用集成电路( a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e d c i r c u i t ，a s i c ) ，而不是沿用传统的设计方法，被动的去选用通用的集成电路芯 片，如t t l 的7 4 系列和c m o s 的4 0 0 0 系列，再将它们组合到印刷电路板上。 这种方法费用高，设计周期长，电路性能差。因此，最好将系统集成到一块v l s i 芯片上，成为实现特殊功能的a s i c 。它面向特定应用或特殊要求，品种多、批 量小、功能强，其出现是由集成电路的上述特点所决定的。a s i c 的价格不仅由 竞争决定，而且也由其所替代的电子系统的价值( 包括设计思想、电路工作速度、 功耗、可靠性以及保密性等) 所决定，因此a s i c 的发展具有广阔的前景和应用 市场。 本文主要针对欧洲卫星数字视频广播( d v b s ) 方案并结合芯片设计的实际情 况，说明h d t v 卫星信道接收系统中字节处理部分的原理和a s l c 实现方案。 1 i 数字电视概论 1 1 1 数字电视的发展历程 日本在数字电视研究方面起步最早，在1 9 8 5 年它就建立了1 1 2 5 线、每秒6 0 帧的m u s e ( m u l t i p l es u b n y q u i s ts a m p l i n ge n c o d i n g ，亚奈奎斯特多抽样编码， 一种高品质抽样编码方式) 制式，并于1 9 8 8 年率先在汉城奥运会进行了大屏幕的 h d t v 试播。次年，n h k 又刀始了进行面向h d t v 的广播演示。但是日本将 更多精力放在了模拟的h d t v 研究上，并且由于先期投入太大，短期难以转型， 第一章绪论 使得在数字的h d t v 领域中，被美国和欧洲赶上并超过。 1 9 8 6 年，在f = _ | 本试图将其h i v i s i o n d 定为世界统一标准之际，欧洲被迫应战， 提出h d m a c 制式，但它也是采用模拟方式传输。因此欧洲现已停止了其研究。 1 9 9 5 年，欧洲】5 0 个组织成立了数字视频广播( d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n g ，d v b ) 联盟，并开发成功d v b 项目。在d v b 项目中，d v b 联盟制定了数字电视的d v b 标准。这是一套关于电视广播系统诸多要素的统一标准，给出了d v b 一揽子解 决方案。由于与其它标准相比，d v b 标准灵活可扩充，并具有移动通信的优势， 因此已作为世界统一的标准被包括中国在内的大多数国家所接受。从1 9 9 7 年以 来，以d v b 标准为基础的数字电视已经在全世界普及，拥有了几百万用户，给 整个电视行业带来深刻的影响。 美国的h d t v 研究起步最晚，但是他们在数字电视机方面的技术具有优势， 以及在1 9 9 3 年成立的数字h d t v 大联盟( g r a n d a l l i a n c e ，g a ) ，是的美国在h d t v 的发展中也有非常重要的地位。1 9 9 5 年2 月，g a 将自己的数字h d t v 制式定型， 由a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o n s y s t e m sc o m m i t t e e ，高级电视业务顾问委员会) 制 定了d t v ( d i g i t a lt e l e v i s i o n ，数字电视) 标准。由于出现时问晚，它充分吸取 了本国各主要数字电视制式的优点，并且也参考了从日本和欧洲的研究成果，因 此标准高，方法灵活。目前，已有加拿大、韩国、墨西哥、阿根廷等国采用了a t s c 的d t v 标准。在新加坡，官方所属的新加坡电视公司也已经正式实验美国规格 的a t s c 。 我国政府也十分重视发展高清晰度电视的研究开发。1 9 9 4 年1 1 月，国务院成 立了h d t v 研究开发协调小组，1 9 9 6 年国家科委将高清晰度电视列为国家重大 科技产业工程项目，分别组织了高清晰度电视战略研究、高清晰度电视”八五n 攻 关、高清晰度电视功能样机研制3 方面的研究，并在全国公丌招标。1 9 9 8 年9 月， 我国第一台完全自主开发的高清晰度电视功能样机系统在北京试验成功，为我国 发展数字高清晰度电视奠定了坚实的基础，也使得我国成为继美国、欧洲和同本 之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。次年，在5 0 周年国庆庆典期间，北京试播了高清晰度电视。这次试播的数字电视是我国的第 二代高清晰度电视，在技术上有较大突破，其性能已达到国际水平，并实现了 a t s c 和d v b 的标准兼容。 1 1 2 数字电视的特点 数字电视从视频信号和伴音信号全部用数字压缩编码，传输信道用数字通信 的调制和纠错技术，实现从节目制作、节目传输、节目接收的全过程、全系统的 数字化，即全数字电视，简称为“数字电视”。数字电视的图像清晰、稳定，图像 质量不会囡信号传输距离的远近而变化。数字信号不会受传输距离和传输环境的 一3 一 浙江尢学硕士论又 影响而出现图像模糊、阴影干扰、雪花或条纹，只要接收信号达到一定门限，就 能忠实地复原为原始信号，要么图像非常清晰，要么就根本收不到信号，也就是 所谓的“峭壁”效应。与模拟电视相比，数字电视具有明显的优点： 1 模拟电视的模拟信号增加了噪波、重影和失真，使信号质量下降。数字电路 可使数字信号远距离传送过程中不失真，并且数字信号经远距离传送和多次 复制，基本上能保持演播室或原版水平。 2 模拟电视在同一频道带宽内要叠加图像亮度、色度及伴音信号，导致音、色 互串，产生多种交叉千扰。数字电视采取数字码的方法将图像亮度、色度及 伴音信号变成不同的数码传输，不同信号的不同码之问隔离度很高，信号之 问不存在串扰，可大大提高图像和声音的传输质量。 3 模拟电路处理的是连续变化的物理量( 电压、电流) ，随着气候环境变化或元 件本身的老化，图像经传输后的复现质量会逐渐下降。数字电路处理的二进 制信号只要电路的逻辑关系正确，就能始终保持信号正确，并正确复现信号。 4 模拟电路不能处理多种业务或多种制式信号，需改变电路硬件来实现。数字 电路的计算处理是通过算法和程度等软件进行控制，通过变更软件或配置软 件功能就可以处理多种业务或多种制式信号。 5 数字信号可以通过数字电路进行压缩加工，使得相同的带宽可以传送多种或 多套节目。压缩后的数字信号，可以在与模拟信号相同的带宽内传送同样压 缩比的多套节目或附加其他业务。 1 1 3 数字电视的分类 按照视频数码率区分，数字电视可分为高清晰度电视( h i g hd e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ，h d t v ) ，增强型数字电视( e n h a n c e dd i g i t a lt e l e v i s i o n ，e d t v ) ，标 准清晰度电视( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ，s d t v ) 和低清晰度电视( l o w d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ，l d t v ) ，如表1 1 所示。 表卜i 按视频数码率对数字电视分类 数字电视( d t v ) 种类 h d t ve d t vs d t vl d t v v c d 级别图 图像级别电影缴图像比d v d 略高d v d 级别图像 像 按照传输途径，数字电视可分为卫星数字电视、有线数字电视和地面数字电 视，它们分别通过卫星信道、电缆信道和地面广播信道传输数字电视信号。 1 2d v b 。s 数字电视传输标准 1 2 1 卫星数字电视广播系统概述 数字视频广播的概念是在2 0 世纪8 0 年代由欧洲率先提出的。随后，欧美国 家的企业和研发机构用了近8 年的时间，完成了数字视频广播技术的研发以及标 准的制订，并先后于1 9 9 8 年1 1 月和1 9 9 9 年春天分别开播了数字电视。 由于卫星广播具有覆盖面大、传输距离远、信息量大、信号质量高、不受地 理条件限制等优点，近年来卫星广播事业得到了迅猛发展。而数字技术的发展， 更把卫星电视广播带入了一个新时代，开辟了卫星广播的多功能利用，推动了信 息的全面交流，促进了社会的发展。我国幅员辽阔、地形复杂、人口居住分散， - 7 1 ：展卫星广播业务是提高广播电视人i s l 覆盖率的最有效的途径。经过几十年的努 力，据1 9 9 7 年底的统计结果，全国广播人口覆盖率达到8 5 8 ，电视人口覆盖率 达到8 7 4 。 为了解决广播电视覆盖问题，我国先后已有2 0 多个省采用d v b s 标准、 m p e g 一2 数字压缩方式的上星传输节目，节约了卫星资源，提高了传输质量，而 且9 9 年1 月lf 1 又以k u 频段直播星进行扩大试验，进步解决广播电视的盲点 问题。表l 一2 和表1 3 分别给出了我国上空部分模拟卫星和数字卫星电视节目的 下行频率和极化方向。虽然数字节目是数字信息，但是经过调制后是以模拟方式 通过卫星进行中转，因此模拟卫星同样能转发数字电视节目。本文的研究工作就 是基于模拟卫星亚洲3 s 进行的。该星是定位于东经1 0 5 5 。的地球同步卫星，含 有2 8 个c 频段转发器和1 6 个k u 频段转发器，其中c 频段转发器功率4 1 d b w ， k u 频段转发器功率5 3 d b w 。表1 - 4 给出了皿洲3 s 上的部分电视节目单，除非有 特殊情况，这些节目的频道和极化方式一般是固定的，如2 0 0 3 年1 2 月2 6 日亚洲 2 号卫星突然发生故障时，该星上的部分节目改由亚洲3 s 转发，这时就需要调艇 原有的节目设置。另外，从表中可以注意到，有些节目共用同样的频率资源，具 有相同的下行频率和符号率极化方式，如z e et v 和z e e 国际等节目。它们通过 在发射端的多节日流复用，包括频分多路和时分多路，而节约频带资源。目前我 国省级电视台的卫星电视节目，多采用频分多路方式。复用的规范由d v b 协议 簇中关于m p e g 一2 系统传输层的部分定义，不在d v b s 协议范围中，可参见文 献【7 】，本文不对此展l 丌讨论。 堂兰查耋堡圭垒塞 ： ： 表i - 2 部分模拟卫星电视节目参数 频下行频率极 名称轨道节目名称 段( o h z )化 中央一 c3 8 6v 贵州卫视 c3 9 6h 亚太东经 云南卫视 c4 0 0h 浙江卫视 c4 0 2v 1 a1 3 4 。 山东卫视 c4 1 0v 中央七c 4 1 6h 中央二c 4 1 8v 亚洲 东经风凰卫视c 3 ，9 2h 1 0 5 5 3 s 。中央四c 4 1 2h b b cw o r l dc3 8 6 4v 泛美东经 c n n 4 号 6 8 5 。 i n t e m a t i o n a t c4 0 3 5v n h k 影像传送k u 1 2 6 0 4v 表i 3 部分数字卫星电视节目参数 名称轨道节目名称频段 下行频率( g i n ) 极化 亚太东经国家地理探险频道 c3 7 2h 2 r7 6 5 。d v b 测试k u1 2 4 5h 上海电视台c 3 9 2h 鑫诺l东经中国国家 1 1 0 5 。d v b h d t vc4 1 2h 试播信号 泛美4东经 b b c 、 ，0 r l dc3 。8 6 4v c n ni n t e m a t i o n a lc4 0 3 5v 号6 8 5 。 n h k 影像传送k u 1 2 6 0 4v 6 表1 4 亚洲3 s 卫星电视部分节目单 下行频率 符号率( m b i t ) 电视频道名语言 是否 ( m h z )极化 加密 z e e t v英语 - z e e 国际印度 3 72 7 5 ，v n i c k e l o d e o n英语 z e e 电影印度 n o w 英语 3 7 62 6 v m t a 英语 臻表1 。4 亚洲3 s 卫星电视部分节目单 s k y n e w s 英语 f o x n e w s英语 3 8 42 6 8 5 h卫视电影台湾版汉语 卫视中文版汉语 卫视电影中文版汉语 ， e s p n 台湾版英语 3 8 62 7 j s e s p n 亚洲版英语 3 9 22 6 8 5 v 卫视体育亚洲版英语 凤凰卫视汉语 凤凰电影汉语 4 o o2 6 8 5 ，v s t a rw j r l d 英语 国家地理汉语 4 0 9 45 5 5 5 h 阳光卫视汉语 t v b 英语 4 1 0 91 1 2 3 h 美压电影中文 c c t v - 4中文 4 1 2 91 3 2 4 h c c t v 9英文 为了充分利用卫星电视广播频段内的有限带宽，而又不互相干扰，通常需要 将每个频段再进行频道划分。剥于频分多路方式，按照频率间隔分配频道，每个 频道所占用的带宽仅为5 7 m h z 。对于时分多路方式，其频道划分与频道数量相 关，频道数越多，占用的频带就越宽。一般来说，复用频道数为2 l o 个，占用 带宽1 0 5 6 m h z 。 1 2 2 d v b 的主要目标及标准 d v b 是欧洲有1 5 0 多个组织参加的一个项目，包括了卫星、电缆电视和地面 广播的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。d v b 项目的主要目标是要找到一 种对所有传输媒体都适用的数字电视技术和系统，对它的要求是： 1 系统应能灵活传送m p e g 一2 视频，音频和其他数据信号： 2 系统使用统一的m p e g 一2 传送比特流复用； 3 系统使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息； 4 系统使用统一的一级里德一索罗门( r e e d s o l o m o n ) 前向纠错系统： 5 使用统一的加扰系统，但可有不同的加密： 6 选择适于不同传输媒体的调制方法和通道编码方法以及任何必须的附加纠错 方法： 7 鼓励欧洲以外地区使用d v b 标准，推动建立世界范围的数字视频广播标准： 浙江大学硕士论又 8 支持数字系统中的图文电视系统； d v b 各种系统的核心技术是通用的m p e g - 2 ( m o “n g p i c t u r ee x p e r tg r o u p - 2 ， 运动图象压缩标准2 ，其字面含义为“运动图像专家组”，该组织定义了系列的运 动图像编码方式，包括m p e g 1 、m p e g 一2 和m p e g - 4 ) 视频和音频编码，目前 主要应用于数字卫星和电缆电视广播的是m p m l 。由于第一代欧洲d v b 接收 机满足该规范的要求，因此将提供直到”6 2 5 行演播室质量”的图像，可以是4 ：3 或 1 6 ：9 宽高比，还可根据业务要求确定所用的码率。一般来说，所选码率越高，图 像的质量越好，但占用频带越宽。码率的选用与图像内容有很大关系，对于运动 较多的图像如体育节目等应采用较大的码率；而对于卡通片等节目可采用较小的 码率。所以，目前在把多个节目比特流复用合成一个比特流的情况下都采用统计 复用的方法，能在不同码率需要的节目间灵活地分配总数码率。为了满足所有种 类索衬的要求，并且由于m p e g 一2 传送比特流是一种数据包结构，所以可以很方 便地加入适当信息，把各种不同的业务，如图像声音和数据业务合在一起，并对 服务信息的格式作详细的规定，所形成的标准就是服务信息标准e t s 3 0 0 4 6 8 ( 它 也是d v b 标准的一部分) 。同样由于m p e g 2 未确定实际的加扰系统和密钥管理 系统，d v b 制定了解码器应用的c a ( c o n d i t i o n a l a c c e s s ，条件接收) 公共接口。 d v b 的信道传输标准主要包括三个：d v b s 、d v b c 和d v b - t ，分别用于 卫星、电缆电视和地面广播，并且已得到e t s ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d ，欧洲电信标准) 的批准。其中，d v b s 己被i t u ( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，国际电信联盟) 推荐。d v b s 的标准是e t s 3 0 0 4 2 1 ， 而d v b c 和d v b t 的标准分别是e t s 3 0 0 4 2 9 和e t s 3 0 0 7 4 4 。 1 2 3d v b s 系统 d v b - s 系统可适用于多种卫星广播系统，卫星转发器带宽可以从2 6 m h z 到 7 2 m h z ，功率从4 9 m d b w 到6 l m d b w 。发送端信号首先经过m p e g 2 的信源编 码和复用，得到视频信号、音频信号和数据编码，再经节目复用和传送复用形成 有用的数据包格式，然后将此数据码流经信道编码处理，使之增加对误码的抵抗 能力并适应信道传输特性。信道编码处理过程包括使用伪随机序列使数据随机化， 使用里德一索罗门编码r s ( 2 0 4 ，t 8 8 ) 及卷积交织编码技术以提高对误码的抵抗能 力。最后将经过编码处理的数据以q p s k 调制方式发送至卫星转发器。 为了达到最大的功率利用率而又不过于降低频谱利用率，卫星系统采用q p s k 调制并使用卷积码和r s 级联纠错的方式，可取得较好的效果。该系统最好用于 一个转发器个载波的系统，使之能用于多载波系统。 d v b s 传输系统用于通过卫星广播系统传送多路数字电视节目。它基于f e c 第一章绪论 ( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ，前向差错纠正) 技术和q a m ( q u a d r a t u r ea m p l i t u d e m o d u l a t i o ，正交幅度调制) 调制技术，以保证传输业务的可靠性。因为无论标准数 字电视还是h d t v 经压缩编码和复用后，都变成了二元比特流，只是比特率有所 不同，对传输系统没有区别，而且信道帧格式与m p e g 一2 的t s 包格式相匹配， 所以凡符合m p e g 一2 编码和复用标准的数字电视业务都可进入d v b - s 传输系统。 1 3 专用集成电路设计 1 3 1a s i c 发展历程 从应用的角度来看，集成电路的发展历史经历了标准逻辑电路及通用集成电 路的阶段。7 0 年代末8 0 年代初美国开始发展a s i c ，从1 9 8 5 年起，进入a s i c 阶段。a s i c 的特点是品种多、批量小的超大规模集成电路，其年增长率高达2 0 3 0 。因此，人们有理由相信，未来的超大规模集成电路市场将属于a s i c 。 集成电路工业正在出现崭新的工业格局，产品结构以及设计制造和销售手段 正在发生巨大变化。不少半导体厂商成立了a s i c 共同设计中心，除承接a s i c 设计外，也选择提供设计中心的软硬件，而编程参数供用户自行设计。a s i c 已 经成为一种十分重要的i c 产业。 a s i c 的提出和发展说明集成电路进入了一个新阶段。通用的、标准的集成电 路已不能完全适应电子系统的急剧变化和更新换代。各个电子系统厂家都希望生 产出具有自己特色和个性的产品，而只有a s i c 产品才。能达到这种要求。这也是 自8 0 年代中期以来，a s i c 得到广泛传播和重视的根本原因。a s i c 电路的蓬勃 发展正推动着设计方法学和设计工具的完善，同时也促进着系统设计人员和芯片 设计人员的结合和相互渗透。 1 3 2a s i c 设计的分类方法 a s i c 可以有以下几种设计方法： 1 全定制法( f u l l c t l s t o md e s i g n a p p r o a c h ) ，它适用于要求得到最高速度、最低 功耗和最省面积的芯片设计： 2 定制法( c u s t o md e s i g na p p r o a c h ) ，它适用于芯片性能指标比较高而生产批 量又比较大的芯片设计： 3 半定制法( s e m i c u s t o md e s i g na p p r o a c h ) ，它适用于要求设计成本低、设计 周期短而生产批量又比较小的芯片设计； 4 模块编译法( b l o c kc o m p i l e r ) ，它是一种全自动的设计方法。先对设计模块 浙江走学硕士论文 的性能进4 t k 苗述_ ，再通过编译直接得到该电路的掩膜版图； 5 可编程逻辑器件法( p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e s ) ； 6 逻辑单元阵列法( l o g i cc e l la r r a y ) ，这种器件通常被称为f p g a ( f i e l d p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y ) ，即现场可编程门阵列。 1 3 3a s i c 设计主要流程 典型的a s i c 设汁具有下列非常复杂的流程： 1 系统结构及电气规定； 2 r t l ( r e g i s t e r t r a n s f e rl e v e l ，寄存器传输级) 代码设计和仿真测试平台文件 准备： 3 为具有存储单元的模块插入b i s t ( b u i k i ns e l f t e s t ，内建自测试) ： 4 为了验证设计功能，进行完整设计的动态仿真： 5 设计环境设置，包括使用的设计库和其他一些环境变量： 6 使用d e s i g nc o m p i l e rx - 具，约束和综合设计，并且加