（信号与信息处理专业论文）基于dvbt接收的pci卡分析调试及驱动程序研究.pdf

摘要 数字电视作为即将在全国范围内开播的信息服务，它融合了计算机、多媒 体、通信网络等技术，而p c i 局部总线作为先进的高性能局部总线，被广泛的 用于计算机的扩展卡中。 本文研究的是基于9 v b t 接收的p c i 卡，以实现计算机接收数字电视节目 的功能。本接收卡具有良好的自动配置性能，能充分利用现有的计算机资源， 能接收一定码率范围的数字电视节目等优点。 本文主要介绍了欧洲数字电视d v b t 传输标准，信源编码m p e g ，2 标准，以 及p c i 局部总线协议，对接收卡硬件的整体方案以及系统各个模块的功能和实 现进行了详细的讨论，用p c i 9 0 3 0 作为p c i 局部总线的接口芯片，用可编程逻 辑器件f p g a 和v e r i l o gh d l 程序设计语言实现了接收卡的硬件控制，并重点 讲述了该接收卡的w d m 驱动程序的编写与调试，以及对接收数据的处理。 通过仿真和验证，该数据接收卡实现了m p e g 2 标准的t s 流的正常接收。 【关键词】：d v b t ，m p e g 2 ，f p g a ，p c i ，w d m a b s t r a c t t ob et h ei n f o r m a f t o ns e r v i c ew t f i c hw i l lb r o a d c a s ti nt 1 1 ew h o l e c o u n t r y , d i g i t a l t v i n t e g r a t e st e c h n o l o g i e ss u c ha sc o m p u t e r , m u l d m e d i a ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k a n ds o0 1 2 w h i l e ，p c il o c a lb u si sa p p l i e d 、j d e l yi nt h e c o m p u t e r se x t e n d e dc a r d s a st h ea d v a n c e de 施c i e n tl o c a lb u s t h i sd i s s e r t a t i o ni st or e s e a r c hap c ic a r dw h i c hi sb a s e d0 nd v b t r e c e i v i n g w h i c hc o u l di m p l e m e n tt h ef u n c t i o nt h a tp cr e c e i v e s d i g i t a l t v p r o g r a m s t h i s r e c e i v i n g c a r dh a ss e v e r a l a d v a n t a g e s ，f o re x a m p l e ，i t h a sf a v o r a b l e s e l f - c o n f i g u r a t i o np e r f o r m a n c e ，a n du t i l i z e sc o m p u t e rr e s o u r c es u f f i c i e n t l y i tc o u l d r e c e i v e d i g i t a lt vp r o g r a m i nc e r t a i nc o d e r a t es c a l ea sw e l l t h i sd i s s e r t a t i o n m a i n l y i n t r o d u c e s e u r o p e a nd i g i t a l t v sd v b t t r a n s m i s s i o ns t a n d a r d ，t h es i g n a ls o u r c ee n c o d i n gm p e g 2 s t a n d a r d ，a n dp c il o c a l b u ss p e c i f i c a t i o n i td e t a i l st h ea r c h i t e c t u r eo ft h ed a t a r e c e i v i n gc a r dh a r d w a r e s y s t e m ，a n dt h ef u n c t i o na n di m p l e m e n t a t i o no fe v e r ys y s t e mm o d u l e i tu s e st h e p c i 9 0 3 0a st h ei n t e r f a c ec h i po fp c il o c a lb u s ，a n da l s ou s e sf p g aa n dv e r i l o g h d l t oi m p l e m e n th a r d w a r ec o n t r o lo ft h er e c e i v i n gc a r d ne m p h a s i z e st h ew d m p r o g r a mc o m p i l i n ga n dd e b u g g i n g ，m e a n w h i l ei t e m p h a s i z e st h ed i s p o s a lo ft h e r e c e i v e dd a t a t h r o u g hs i m u l a t i o na n dv a l i d a t i o n ，t h i sd a t a r e c e i v i n gc a r dh a si m p l e m e n t e dt h e t ss t r e a m r e c e i p to f m p e g - 2 s t a n d a r d ， k e y w o r d s ：d v b t ，m p e g - 2 ，f p g a ，p c i ，w d m i i 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电 子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 签名：菘奈洽 日期：砂卵岁年乡月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： b褥： 0 s 年0 5 其 日 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 第一章引言 数字电视是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节，都使用数字信号 或对该系统所有的信号传播都通过数字流来传播的电视。数字电视的信息量是 普通电视的四五倍，水平清晰度较普通模拟电视提升三倍以上，不但支持未来 扫描格式信号，还支持一定行频的有线电视、a v 、d v d 、逐行d v d 、电脑、 数码相机、数码摄像机等的信号。 真正的数字电视是一个系统工程，即利用数字技术对节目进行处理、传输 和存储，从而彻底解决雪花、波纹等模拟电视中常见的问题，图像质量达到d v d 水平，数字音频节目可直接进入家庭音响，声音更逼真，可以达到家庭影院效 果。数字电视就像在马路上增加了一条快车道，数字模式将使广播电视的频道 容量提高1 0 倍，给观众以更多的自主权和更多选择。数字电视开通后不仅可以 看到绝大多数卫星频道的节目，而且还可以根据自己的口昧“定购”个性化的特 色节目，比如你可以在没有广告打扰的情况下，选择你想看的电视剧或者电影。 此外，数字电视还将开展气象、财经、新闻等信息服务，及电视商务、电视家 庭管家等业务。 1 1 数字电视是电视发展的必然趋势 现在正是广播电视从模拟向数字化和网络化过渡的时期，也是通信、信息 ( 含广播电视) 和计算机( 3 c ) 融合的时代( 1 j 。数字电视是数字化信息技术革 命的产物。数字电视将传统的模拟电视信号经过量化和编码转换成二进制数代 表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用于 计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设各获得比原有 模拟设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能。世界现存 彩色电视三大电视制式，均是在与黑白电视兼容的条件下发展起来的，其清晰 度与带宽应用受到很大限制，可谓先天不足。传统的模拟电视最大的缺点是： 逐级放大的传输方式容易产生嗓声，长距离传输后信嗓比恶化，图像清晰度受 到严重损伤，图像对比度产生较大的畸变，相位失真也造成色彩失真。此外， 模拟电视还具有稳定性差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难、 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 以及成本高昂等缺点( 2 ) 。数字电视通过信息的数字化传输方式，提供更清晰的 图像和光盘质量的立体声音响。同时，数字电视又是计算机化了的电视，它与 计算机技术融为一体，数字化的处理、传输、接收和显示信息。另外，数字电 视采用了先进的图像压缩编码技术，使得每套节目占用的频带窄，这样可以充 分利用频率资源。因此，数字电视代替模拟电视是信息科技发展的必然，是人 类进入信息社会和数字化时代的又一历史性的重要历程。 1 2 数字电视的技术优势 数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点o ) ( 1 ) 图像质量高：由于在数字方式下，电视信号在传输过程中不容易引入 噪声和干扰，所以在接收端几乎可以达到演播室的图像质量，而目前的模拟电 视系统，家庭用户实际收看到的电视节目图像质量普遍要比演播室的图像质量 差许多。信号处理与传输的质量主要取决于信源。因为数字设备只输出“0 ”、 “l ”两个电平，在恢复时不究其大小，因而信号稳定可靠，即抗干扰能力强， 非常适合远距离的数字传输。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个 电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程申引入杂波后，其杂波幅度 只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一 杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过 来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信噪比，避免了系统非线性失真 的影响，大大提高了图像的质量。而模拟信号在处理和传输中，每次都可能引 入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信噪比，就必须对各种处理设备提出 较高信噪比的要求。模拟信号要求s n 4 0 d b ，面数字信号只要求s 小 2 0 d b 。 模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，基本上不产 生新的噪声，也即信噪比基本不变。 ( 2 ) 节目容量大：由于数字电视传送的是经过压缩编码的信号，需占用比较 窄的频带，例如，一个卫星转发器，只能转发一套模拟电视节目，但可转发4 5 套同样清晰度等级的数字电视节目；现行的5 5 0 m h z 的有线电视网络，传 送模拟电视最多只能容纳6 0 - - 7 0 套节目，而用于传送数字电视，节目容量可以 超过5 0 0 套。压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行多种形式的高质量 2 基于d v b - t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 广播。当设计在开路地面广播时，在其服务区内观众将以极大的概率实现”无差 错接收”( 发0 收0 ，发”l ”收”1 ”) ，收看到的电视图像及声音质量非常接近演播 室质量。数字电视还可实现高质量的移动接收。 ( 3 ) 伴音质量好：目前的模拟电视其伴音都是单声道，即便加上丽音广播， 也只是简单的双声道，而且图像带宽将被限制到5 m h z ，影响清晰度的提高。 而数字电视可以传送4 路以上的环绕立体声，真正获得家庭影院般的伴音效果。 ( 4 ) 易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大 规模集成电路( 半导体存储器) 的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模 拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换 等处理，获得各种新的电视图像特技效果。 ( 5 ) 数字电视采用数据压缩技术，便于实现计算机网或 n t e m e t 、电视网、 电信网走向融合，构成一类多媒体通信系统，成为未来”国家信息基础设旖”( n i i ) 的重要组成部分。 ( 6 ) 具有开发性和兼容性。尽管压缩技术众多，但以m p e g 标准具有极 强的“号召力”，通过非线性编辑，使用统一的软硬件平台，能够实现不同层次 接收机相互兼容。如通过机顶盒或电缆调制解调器实现模拟接收机接收和回传 信号，改变了模拟体制下的n t s c 制、p a l 制和s e c a m 制电视节目不能交 换的特性。 ( 7 ) 可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可 以启用模拟电视的”禁用频道”( t a b o oc h a n n e l ) ，而且在今后能够采用”单频率网 络”( s i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r k ) 技术。例如l 套电视节目仅占用同1 个数字电视频 道而覆盖全国。 ( 8 ) 在同步转移模式( s t m ) i 拘i j m 信网络中，可实现多种业务的”动态组合 ”( d y n a m i cc o m b i n a t i o n ) 。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像 细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少，便可插入其它业务( 如电 视节目指南、传真、电子游戏软件等) ，而不必插入大量没有意义的”填充比特”。 ( 9 ) 很容易实现加密解密和加扰解扰技术，便于专业应用( 包括军用) 基于d v b - t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 以及数据广播应用。特别是开展各类条件接收的收费业务，这是数字电视的重 要增值点，也是数字电视得以快速滚动式发展的基础。 ( 1 0 ) 具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异 步转移模式( a t m ) 的网络中传输，也便于与计算机、通讯网络相结合，进一步 扩展其功能。 ( 1 1 ) 改变人们接收电视的方式。如交互电视( i t v ) 的诞生为电视的应 用开辟了新天地。 ( 1 2 ) 数字电视的出现还将极大地改变信息家电的市场结构。目前，模拟电 视机除了产业结构不合理之外，重要的还是因其相对技术含量不高，导致在飞 速发展的电子产品市场竞争中处于不利地位。而数字电视能够促进电视机扩大 画面、提高分辨率及展宽屏面。数字电视采用超大规模集成电路，电视机的结 构更简单、可靠性更高，成本可以进一步降低。以更高的性价比赢得市场 由于数字电视的这些突出优点，彩色电视必将由模拟方式过渡到数字方式， 而且这个过程会比较快，即数字电视代表了彩色电视的未来，从方向上而言， 当前和今后要大力发展的是指这种数字压缩电视。 1 3 选题依据及论文结构 当今社会正在进入知识经济时代，其特征就是知识和发明创造对整个国民经 济和综合国力的贡献越来越大，远远超过了传统要素。而知识通常又是通过信 息表现、网络传播的。目前信息传播的电子媒体主要有通讯网、广播电视网和 计算机网三种形式。其中广播电视网以其频带宽，有线和无线覆盖面广的优势， 为信息的传播提供了良好的媒介。因此，数字广播电视的双向化和数字化，与 电信网和计算机网的融合，预示着一个全新的信息化时代的到来。但现有电视 机大多是模拟电视机，不能接收数字信号。虽然加一个数字电视解码器( 民用 盒俗称数字电视机顶盒s t b ) 转接，可以收看数字电视，但因为要将数字电视 信号编码成模拟的c v b s 或y c 信号，其图像质量要受到一定影响，并且增 加了成本。而在另一方面，随着微电子技术的飞速发展，使得计算机的价格越 来越便宜，计算机的普及率不断提高。据不完全统计，我国的计算机拥有量已 基于d v b _ t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 达五千万台。作为现有的数字化终端，如果能用来接收数字电视，必将节省一 笔巨额开支，并将极大地加速电视的数字化进程。课题来源于电子科大与三星 合作的“d v b t 移动硬件描述信道解码”科研项目，课题的完成必将使数字电 视与计算机相融合，使得p c 机多了一个接收数字电视节目的功能；这样，p c 机同一般数字电视机相比，又具备了更多的存储、编辑等功能。 1 4 本论文的内容 本文包括六章，第一章，引言，即本章，主要介绍电视发展的必然趋势以及 课题来源。第二章，地面数字电视技术及标准，主要介绍d v b t 标准和m p e g 2 标准。第三章，p c i 接1 3 技术，主要介绍p c i 局部总线规范。第四章，接收卡 硬件设计，主要介绍接收卡硬件的各部分功能及实现。第五章，驱动编写及调 试，主要叙述接收卡的驱动程序编写及调试过程。第六章：接收数据处理，主 要介绍t s 流解复用程序。第七章，结束语。 基于d v b - t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 第二章地面数字电视技术及标准 数字电视的广播方式根据信号的传输媒体的不同而有卫星广播、有线广播和 地面广播之分。与前两种传输媒体所关联的数字电视信号的信道编码和高频调 制方式在技术上已经成熟，国际上有公认的、优化的信号处理措旌，它们的参 数标准各国基本类同。而地面开路广播通道的传输媒体，其传输特性与卫星和 有线相比，有较大的不同，随之影响到信道编码和高频调制的信号处理要求， 而且，由于对地面广播数字电视的性能方面各国有不同的侧重考虑，这又影响 到信道编码和高频调制的信号处理方式。目前，国际上对此有三种制式( 4 ) ，即： 美国的a t s c 制式 a t s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。上面 两层确定在普通数据传输基础上运行的特定配置，下面两层共同承担普通数据 的传输。最高为图像层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频，接 着是图像压缩层，采用m p e g 一2 压缩标准，再下来是系统复用层，特定的数据被 纳入不同的压缩包中，采用m p e g 一2 压缩标准。最后是传输层，确定数据传输的 调制和信道编码方案。区别于日本和欧洲的地面传输标准，使用的是单载波传 输模式。a t s c 采用z e n i t h 公司开发的8 - v s b 传输模式，在6 m h z 地面广播频道 上可实现1 9 3 m b s 的传输速率。该标准也包含适合有线电视系统高数据率的 1 6 一v s b 传输模式，可在6 m h z 有线电视信道中实现3 8 6 m b s 的传输速率。a t s c 标准还确定了其支持的具体图像格式，共有1 8 种( h d t v6 种、s d t v1 2 种) ，其 中1 4 种采用逐行扫描方式。 日本的i s d b t 制式 日本的地面传输制式不限于单独传输数字电视( 图像和伴音) ，也包括了独 立的声音和数据广播，i s d b t 系统包括发送部分和接收部分，在信源编码中图 像信号按m p e g 一2 的压缩标准，声音信号采用m p e o 4 的a a c 压缩方式， i s d b t 系统中的接收部分，输入信号是c o f d m 调制的射频信号，输出信号是 加给信源解码部分输入端的信道解码信号。 欧洲的d v b t 制式 6 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 欧洲d v b t 制式采用c o f d m 多载波信道传输方式，可在8 m h z 的带宽内 传送4 套电视节目，传输质量高。在信道编码方式上采用外码为r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ， 8 ) ，内码为卷积编码的级联码实现。调制方法上可选择q p s k ，1 6 q a m ，6 4 q a m ； 可分为2 k 和8 k 两种模式。 在这三神制式中，日本的i s d b t 制式和欧洲的d v b t 制式与美国a t s c 制式的单载波传输方案不同，它们均采用c o f d m 多载波信道传输方案，具有 抗多径能力强、可分层、可移动接收、可组成单频网等优点，如今采用c o f d m 方案的国家越来越多。目前，d v b 成员已达到2 6 5 个( 来自3 5 个国家和地区) ， 遍布世界各地。 数字电视在中国推行是必然的趋势，2 0 0 1 年我们国家也正式开始在全国范 围内广泛征集数字地面电视传输标准，得到了国内许多科研机构的广泛参与和 支持。目前国内有几套方案：其中以清华大学提出的d m b t 方案和上海交大 的a d t b t 方案呼声最高。清华方案采用时域同步正交频分复用( t d s o f d m ) 技术，在信道编码方案方面采用了t u r b o 纠错编码，在时域中插入p n 序列作 为同步信号。而上海交大方案则是一种“单载波”方案，采用t p c 新到编码技 术。目前我国的数字电视地面传输标准正在制定的紧要关头，适合我国国情的 自主知识产权的数字电视地面传输标准在不久的将来即将出台。 2 1 d v b - t 系统基本结构 2 ，1 1d v b - t 发射系统框图 d v b t c o f d m 系统是欧洲数字视频广播( d v b ) 开发的系列标准中的数字 地面电视广播系统标准。使用m p e g 一2 传送，比特流复用，里德一索罗r - ( r s l 前向纠错，采用c o f d m 调制方式，把传输比特分割到数以千计的低比特率副 载波上，用1 7 0 5 个载波( “2 k ”) 或6 8 1 7 个载波( “8 k ”) 模式“2 k ”模式 用于普通网“8 k ”模式用于大、小单频网( s f n ) “2 k ”与“8 k ”系统是兼 容的。欧洲系统中放置了大量的导频信号，穿插于数据之中，并以高于数据3 d b 的功率发送。这些导频信号一举多得，完成系统同步、载波恢复、时钟调整和 信道估计。由于导频信号数量多，且散布在数据中，能够较为及时她发现和估 计信道特性的变化。另外，欧洲系统还对载波数目、保护间隔长度和调制星座 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 数目等参数进行组合，形成了多种传输模式供使用者选择。多种模式中常用的 其实只有2 3 种，分别对应固定接收和移动接收应用。系统具有许多可选择 的参数，以适应大范围的载噪比和信道特性。它允许固定、便携或者移动接收， 相应的对有用比特码率要进行折衷。可选择的参数范围允许广播业者选择一种 模式，以适应将来的应用。例如，一个适度的可靠模式( 相应的码率较低) 对于确 保使用简单的机顶天线的便携接收是必要的。对于节目规划中使用频率交织的 信道，可采用具有较高码率的低可靠模式。如果信道干净，则数字电视广播可 使用具有最高净荷的低可靠模式。d v b t 系统的基本结构如图2 - 1 。 图2 - 1d v b t 系统的基本结构 能量扩散利用伪随机序列与输入码流进行异或对输入数据进行随机化处 理。 外编码采用r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) 编码，这种编码具有很强的纠错能力，可以纠正 8 个字节的突发错误。 外交织采用i = 1 2 ，m = 1 7 的卷积交织，这种交织使得较之前在一个r s 包中的字节交织后不出现在同一个r s 包中，与r s 编码配合使外编码的纠正 突发错误的能力大大增强。 内编码采用主卷积码率为1 2 的主卷积码，然后可以进行收缩而产生 2 3 、3 4 、5 6 、7 8 等多种卷积码率。 内交织分成两部分，一部分是基于块交织的比特交织，另一部分是基于 随机交织的符号交织( 又叫频率交织) 。 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 星座映射包括q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m ，同时映射方式还分为均匀和非 均匀两种。 导频及r i p s 插入是在o f d m 符号中插入一些参考信号，包括连续导频、 分散导频和传输信令参数( t p s ) 。导频有助于接收机的载波同步和信道状态 估计，t p s 主要是给接收机提供一些发射模式的参数，例如内码码率、映射星 座类型等等。 o f i ) m 一般是采用i f f t 来快速实现o f d m 调制的，根据实现o f d m 时用的i f f t 点数可以将d v b t 系统的工作模式分为2 k 模式和8 k 模式 两种。 发射端输入信号是复用的m p e g - - 2 传输流( t r a n s p o r ts t r e a m s ) ，输出信 号是射频信号( r fs i g n a l ) ，信号处理方向从复用器到天线。接收端输入信号 是射频信号，输出信号是复用的m p e g - - 2 传输流，信号处理方向从天线到解 复用器。 2 1 2d v b t 接收部分系统框图 地面广播信道的特点是：地形复杂，存在时变衰落特性和存在多径干扰，信 噪比较低。因此d v b t 采用能有效消除多径干扰的编码一正交频分复用技术 ( c o f d m ) 和格雷码映射4 1 6 6 4 q a m 调制。编码采用级联码前向纠错( f e e ) ，外码 为纠错能力强的截短r s 码( 2 0 4 ，1 8 8 ，8 ) ，内码为变码率收缩卷积码( 约束长度 7 ) ，并采用卷积交织技术，外码交织深度i = 1 2 。相应的d v b t 信道由a d 转 换、c o f d m 解调( f f t 、帧解复用、反映射等) 、信道解码( 包括内码解交织、内 码v i t e r b i 译码、外码解交织、外码r s 解码) 等电路组成，最后通过m p e g - 2 传输流接口，将解调出的数据输出。系统框图如图2 2 。 图2 2 d v b t 接收机系统框图 输出 基于d v b - t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 2 2m p e g - 2 压缩标准 像a t s c 系统一样，d v b 系统中最先的参数规范是演播室标准和信源编码 标准。演播室参数方面，目标是s d t v ，所以依据的标准就是i t u r 6 0 1 建议， 视频信源编码采用m p e g 2 中的m p m l 标准，由于在m p e g 一2 系统 c s o e c l 3 8 1 8 - 1 ) 标准中涉及的一些参数和字段在d v b 系统中未使用，为了使 d v b 电视广播比特流与m p e g 2 系统标准完全相符并与其将来的增强版本兼容， 以及使i r d ( 综合接收解码器) 能正确解码比特流，d v b 对于其传输的复用码流 t s 的编码和i r d 中对t s 流的解码规定了实施细则。另外，d v b 在t s 流中定 义了许多辅助信息，称为s i ，使接收端可从比特流中得到业务和事件的有关信 息，i r d 能自动调谐到可供选择的业务上。s i 可给出的一种很重要数据使电子 节目指南( e p g ) ，使用户方便快捷地选择接收感兴趣的节目。 m p e g 一2 是“运动图像及其伴音信息的通用编码”( g e n e r i cc o d i n go f m o v i n g p i c t u r e sa s s o c i a t e da u d i o i n f o r m a t i o n ) 标准。运动图像及伴音通用 压缩编码标准是多媒体计算机、多媒体数据通信、常规电视数字化、高清晰度 电视及交互式电视系统中的关键技术。本标准m p e g - 2 是在m p e g 一1 基础上的 改进和扩充，目前在家用卫星广播业务、地面数字电视广播、电子影院、电子 新闻采集系统、个人通信、多媒体邮件、网络数据库、家庭电视剧场、遥控监 视以及点播电视系统等方面的应用方* 未艾。 标准分为9 部分，统称为s o i e c l 3 8 1 8 国际标准。m p e g 一2 标准是针对标 准数字电视( s d t v ) 和高清晰度电视( h d t v ) 在各种应用下的压缩方案和系统 层的详细规定，编码码率从每秒3 兆比特1 0 0 兆比特。m p e g 2 不是 m p e g 1 的简单升级，m p e g 2 在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一 步的完善。m p e g 2 特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为 s d t v 和h d t v 的编码标准。m p e g 一2 标准主要分为系统、视频、音频三个 部分( 。 2 2 ，1 系统 系统部分将一个或更多的音频、视频或其他的基本数据流合成单个或多个数 1 0 基于i ) v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 据流，以适应存储和传送。 系统编码可有两种方法：传送流和程序流。分别适用于不同的应用。 程序流是将一个或多个具有相同时间基点的数据流的p e s 分组合为单个流。 它针对错误相对较少的环境而设计的，适用于象交互式多媒体这样一些涉及软 件处理系统信息的应用。 传送流将有多个独立时间基点的多道程序合成一个单独的数据流，其中属于 同一道程序的各个原始数据流的p e s 分组具有相同的时间基点。传送流是针 对那些很容易发生错误的环境而设计的。譬如在容易丢失或高噪音的媒体中存 储和传送，数字电视广播中使用的就是传送流。传送流分组长度为1 8 8 字节。 单个音频和视频原始数据流的基本多路复用方法如图2 3 所示。对视频和音 频信号进行编码压缩后的原始流被组合成p e s 分组。然后再生成传送流或程 序流。 本论文重点讨论的是传送流，所以程序流在此不再赘述。 图2 - 3 传送流和程序流的形成过程 1 传送流 传送流由两层构成：系统层和压缩层。传送流解码器的输入流有一个包含压 缩层的系统层，视频和音频解码器的输入流只含有压缩层。 基于d v b t 接收的p c 卡分析调试及驱动程序研究 传送流分组l 首部 f 有效负载 i 首部 l 有效负载 l 首都 l有效负载 嚣j 篙嚣f 有篙鬻始j 雠f 啪j 譬端j 适篱段j 连饕数j 适应字段 字节l 指示器i 指示器 先级l f 密控制l 控制 j器j 埴世子臌 絮爹f4 嘌爹j 嬲j 臻鬻js 个标志i 可选字段f 填充字节 长度 i 示器 f 指示器l 级指示器j 圳l 硒于嵌l 提几干口 p c r | o 嘲l 拼麓yj 簇嚣j 篱驴i 纛嚣 。个标志j 雾 n 擎标li t 啪移f1 分段速率i 拼接类型fd m 。；啪 1 1 522 24 3 3 图2 4 传送流分组结构 传送流分组是一个包括头信息在内长度固定为1 8 8 字节的数据包，结构如 图2 - 4 。 传送流分组以4 个字节的前缀开始，其中包括了1 3 比特的分组p i d 、p i d 通过程序特殊信息( p s i ) 表来识别传送流分组中所带的数据，一个p i d 值的传 送流分组只带有来自一个原始流的数据。 2p e s 分组 原始数据流加载在p e s 分组中。p e s 分组由p e s 分组首部以及其后的分 组数据组成。p e s 分组是插在传送流分组中的，每个p e s 分组首部的第一个 字节就是传送流分组有效负载的第一个字节。传送流由一系列的传送流分组组 成。p e s 分组如图2 5 。 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 分组开蚰 流i d p e g 分组可选p e $ p e $ 丹组数据字节 码宇前端长度首部 f 。 p e g 加密p b s 优先敷据对准 版权 原版或拷 7 十标恚 p e $ 首都填充字节 拉甜垃指示嚣 皿敦据长度 可选宇段 ( o x f f ) 22 ：二j l 寸一乡 0 剐特技附加拷贝前一千p e s 扩展 e s 睾 模型信息域 3 34 22 287 1 6 5 1 、标毒可进字段 吖i f p e s 私用组首都字程序分组p - s t d 捱p s 扩廑p e s 扩晨 数据段顺序控制冲区宇段长度宇段数据 图2 - 5p e s 分组语法图 3p s i 表 p s i 表中包含了进行多路解调和显示程序的必要的和足够的信息，只有通 过它接收端才能知道传送流中有哪些节目、如何进行视音频匹配、加密节目解 密等必要信息。p s i 表可被分成一段或多段置于传送流分组中。分段的长度是 可变的，分段的开始由传送流的有效负载中的p o i n t e rf i e l d 指示。有以下四种 p s i 表： 程序相关表( p a t ) 程序映射表( p m t ) 条件访问表( c a t ) 网络信息表科i t ) ( 1 ) 程序关联表( p a t ) p a t 表格的整体字头为8 字节长度。p a t 给出了构成传输流中各个节目业务 的节目映射表p m t 的p i d 号，同时，也给出了网络信息表n i t 的p i d 号。p a t 表由表格识别符、表格区段长度、传送比特流识别符、版本号、当前下次指示 器、区段号和最后区段号组成。其可变字长的节目表清单由各个1 6 比特的节目 号与对应的1 3 比特的节目映射表p i d 值组成。p a t 表的p i d 号为0 x 0 0 0 0 ，解 复用器工作总是通过寻找p a t 表开始。程序关联分段如图2 6 。 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 l 表；a 分段语法指 o分段长度 传输流 版率号 当前的下一最近的 示器个指示器 分段号n 循环o c 3 2 分段号 81121 2 1 6 ：! - 程序跌射 程序号。网络p i d程序号i p i di 图2 6 程序关联分段图 ( 2 ) 程序映射表( p m t ) p m t 表指出了组成节目业务( s e r v i c e ) 的各个码流的p i d 号；并对各路码 流进行描述。p m t 表由表识别符、表区段长度、节目号、版本号、当前下次指 示器、p c r 的p i d 、节目信息长度组成。其可变字长的单节目描述由节目所含基 本比特流类型、某个比特流p i d 、扩展信息长度和扩展可变长基本流描述符组 成。通过p a t 及p m t 表，就可掌握t s 流中的每个节目以及每个节目中各原始流 之间的关系。表i d 值为0 x 0 2 的分段中含有程序映射表信息。程序映射分段如 图2 7 。 图2 7t s 程序映射图 ( 3 ) 条件访问表( c a ) c a 表提供一个或多个c a 系统。只要一个或几个传送流中的原始流被加密， 与这些加密相关的p i d 值为0 x 0 0 0 l 的传送流分组将被发送，其c a _ s e c t i o n 中 含有c a _ d e s c r i p t o r 字段。这些传送流分组一起构成一个完整的条件访问表版本。 c u r r e n t n e x t i n d i c a t o r 为1 的最近传送的此表版本将对传送流中当前数据有 效。任何使得现有表格无效或不完整的加密中的变化应在修改的条件访问表格 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 中描述。这些分段中t a n ei d 值应为o x o l ，只有具有此t a n e i d 值的分段才能 出现在p i d 值为0 x 0 0 0 1 的传送流中，条件访问分段如图2 8 。 图2 - 8 条件访问分段图 ( 4 ) 网络信息表( n i t ) n i t 表是可选的，其内容是私有的，如果存在，则它由具有相同p i d 值的 传送流分组携带，称为n e t w o r k _ p i d ，n e t w o r k _ p i d 值由用户定义，并且当出现时， 应在程序关联表中定义，p r o g r a m _ n u m b e r 为保留的0 x 0 0 0 0 ，如果网络信息表存 在，则应采取一个或多个私用分段的形式。私用分段如图2 - 9 。 图2 9 私用分段图 p s i 中节目与网络的映射关系如图2 1 0 。 基于d v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 2 2 2 视频 图2 一1 0 节目与网络的映射关系图 m p e g 一2 视频编码标准是一个分等级的系列，按编码图像的分辨率分成四个 ”级( l e v e l s ) ”；按所使用的编码工具的集合分成五个”类( p r o f i l e s ) ”。目前的标准 数字电视( s d t v ) 采用的是m p m l 主类和主级。 概括地说，m p e g 一2 图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相 关性和时间相关性。 ( 1 ) m p e g 一2 中编码图像被分为三类，分别称为i 帧，p 帧和b 帧 i 帧图像采用帧内编码方式，目口只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有 利用时间相关性。i 帧主要用于接收机的初始化和信道的获取，以及节目的切 基于d v b - t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 换和插入，i 帧图像的压缩率相对较低。 p 帧和b 帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。 p 帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。p 帧图像中可 以包含帧内编码的部分，即p 帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧 内编码。b 帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。 ( 2 ) m p e g 一2 的编码码流分为六个层次。从上至下依次为：视频序列层 ( s e q u e n c e ) ，图像组层( g o p ：g r o u p o f p i c t u r e ) ，图像层( p i c t u r e ) ，像条层( s l i c e ) ， 宏块层( m a c r o b l o c k ) 和像块层l o c k ) 。 序列指构成某路节目的图像序列，序列起始码后的序列头中包含了图像尺 寸，宽高比，图像速率等信息。序列扩展中包含了一些附加数据。 序列层下是图像组层，一个图像组由相互间有预测和生成关系的一组i 、p 、 b 图像构成，但头一帧图像总是i 帧。g o p 头中包含了时间信息。 图像组层下是图像层，分为i 、p 、b 三类。p i c 头中包含了图像编码的类 型和时间参考信息。 图像层下是像条层，一个像条包括一定数量的宏块，其顺序与扫描顺序一致。 像条层下是宏块层。m p e g 2 中定义了三种宏块结构：4 ：2 ：0 宏块、4 ：2 ：2 宏 块和4 ：4 ：4 宏块，分别代表构成一个宏块的亮度像块和两个色差像块的数量关 系。 宏块层之下是像块层，像块是m p e g - 2 码流的最底层，是进行d c t 变换 的基本单元。在帧内编码的情况下，编码图像仅经过d c t ，量化器和比特流 编码器即生成编码比特流，而不经过预测环处理。在帧间编码的情况下，原始 图像首先与帧存储器中的预测图像进行比较，计算出运动矢量，由此运动矢量 和参考帧生成原始图像的预钡9 图像。而后，将原始图像与预测像素差值所生成 的差分图像数据进行d c t 变换，再经过量化器和比特流编码器生成输出的编 码比特流。 m p e g - 2 视频压缩方案中包含以下关键技术环节：离散余弦变换d c t ， 基于i ) v b t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 量化器，z 型扫描与游程编码r l c ，熵编码，信道缓存，运动估计，运动补偿。 2 2 3 音频 m p e g 一2 采用5 1 声道。它是一个子带编码系统，采用掩蔽型自适应通 用子频带集成编码与复用( m u s i c a m ) 编码方法，此编码方法能够把音频信号的 码率缩减到足以在可接受的带宽内传输。其声音压缩定义了3 个分明的层次。 第一层是最基础的，第2 、3 层都在第1 层的基础上有所提高。m p e g 2 声音 的每一层都自含s b c 编码器，其中包含了“时间频率多相滤波器组心理 声学模型”、“量化和编码”和“数据流帧包装”。 2 3 本章小结 本章先介绍了d v b t 系统的基本结构，包括发射部分和接收部分系统框图， 接着比较详细的介绍了d v b t 系统的信源编码标准m p e g 2 压缩标准，包括 m p e g 2 标准的系统、视频和音频三大部分。 基于d v b - t 接收的p c i 卡分析调试及驱动程序研究 第三章p c i 接口技术 p c i 总线的英文全称为：p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c ts p e c i a li n t e r e s t g r o u p ，简称p c i s i g ，即外设部件互连。目前，它被广泛应用于个人计算机中， 已成为新一代个人计算机的标准总线。 3 。1 p c i 总线系统结构和特点 3 1 1 p c i 总线的特点 p c i 是先进的高性能局部总线，可同时支持多组外围设备。p c i 局部总线不 受制于处理器，为中央处理器及高速外围设备提供一座桥梁，更可作为总线之 间的交通指挥员，提高数据吞吐量。p c i 采用高度综合化的局部总线结构，其 优化的设计可充分利用于微处理器及个人电脑。它可确保电脑部件、附加卡及 系统之间的可靠运作，并能完全兼容i s a e i s a m i c r oc h a n n e l 扩展总线。总之， p c i 局部总线具有以下特点”7 ： 1 、高性能。p c i 局部总线以3 3 m h z 的时钟频率操作，采用3 2 位数据总线， 可支持多组外围设各，数据传送速率可高达1 3 2 m b s ，远远超过标准i s a 总线 5 m b s 的速率。 2 、线性突发