DTTB系统接收端物理层接口设计与硬件实现.pdf

DTTB 系统接收端物理层接口设计与硬件实现系统接收端物理层接口设计与硬件实现 沈萌 北京邮电大学电信工程学院多媒体中心 北京 100876 E mail shenmeng216 摘摘 要 要 本文论述了一种基于中国地面数字电视标准的数字电视系统接收端物理层接口的设 计与硬件实现方法 详细介绍了系统的构成和原理 并结合硬件平台论述了使用 FPGA 硬 件实现的思想和过程 关键词 关键词 地面数字电视标准 传输流接口 SPI FPGA 中图分类号 中图分类号 TN91 1 引言 引言 地面数字电视广播无线传输是新一代广播电视系统的重要组成部分 2006年8 月颁布的 数字电视地面广播传输系统帧结构 信道编码和调制 1 标准 GB 0600 2006 作为我国的 地面数字电视广播标准 融合了清华大学的DMB T 和上海交大的ADTB T 作为通信系统的接收端 系统的实现方法较为灵活 但是系统的输出接口一定要符合统 一的格式才可以和上一层信源解码端匹配 本文论述的正是根据我国的地面数字电视广播标 准设计的数字地面电视接收系统物理层的最后一个部分 接口转换部分的实现方法 所要 完成的任务就是将接收端物理层解码后的数据流转换成 数字电视接收设备接口规范 2 中 规定的传输流接口的格式 2 系统说明 系统说明 使用语言 verilog 硬件实现平台 Stratix EP2S90F1020C5 输入信号 接口转换部分的输入信号是我们整个物理层解码后的串行数据流 每帧传送两个 TS 流 包 以 valid 信号标识输入数据是否有效 时钟频率较高 数据率较低 输出信号 接口转换部分的输出信号为 数字电视接收设备接口规范 2 中规定的传输流接口格式 的信号 即SPI信号 以 188 字节固定长度的包结构传送 图 1 输出信号传输流接口组成及连接关系 1 3 系统设计 系统设计 3 1 系统构成系统构成 根据系统输入输出的要求 整个接口转换系统分为三个支路 控制支路 数据支路 时 钟支路 分频器 串并 转换 模块 FIFO 状态机 并行数据 时钟使能 输出时钟 控制信号 输出数据 输出同步信号 输入时钟 时钟支路 数据支路 控制支路 数据及状态信息 图 2 系统构成及主要信号传递流程 上图为系统的结构示意图 其中标出了三个支路的主要组成和主要信号的传递方式 由 于内部用到的信号较多且传递较为复杂 这里没有一一列出 3 2 时钟支路时钟支路 时钟支路主要由分频模块构成 由于输出是并行的八位信号 且对数据速率没有太多要求 为系统的稳定性和工作量考 虑 所以就将输出时钟定为输入时钟频率的八倍 通过分频模块直接输出 这里要说明的是 为了系统的稳定性 避免时钟相位漂移 此模块的输出只作为输出 其它模块都统一由输入时钟驱动 而只是使用这一模块产生的一个占空比为 1 8 的时钟脉 冲作为使能 另外 由于输出的分频后时钟要作为后一级的时钟 为了确保时钟的稳定 本想使用芯 片内部的 PLL 锁相环实现分频 但由于排版位置的限制 没有可以使用的资源 因此 最 终还是使用自己的分频电路的时钟作为输出 实际下载后可以正常工作 3 3 数据支路数据支路 数据支路用于传送和处理数据 分为串并转换和 FIFO 两个模块 由控制支路控制 级 联工作 由于输入的数据为串行 而输出要求是并行 因此串并转换的工作是必不可少的 此系 2 统中 之后 受控制模块使能信号的控制 为使 系统 负责控制数据支路的输入输出 以及整个系统输出数据的格式 由状态机 实现 状态机状态的选择和跳转条件的设置是整个系统的一个重点和难点 状态过多或跳 转频 状态机采用标准的三段式写法 时钟统一控制状态跳转 状态的 变化 4 仿真性能分析 仿真性能分析 可以满足指标 正常工作 下面给出使用 modelsim 后仿的结果图 我将串并转换单独作为一个模块 放在数据通路的第一级 即 FIFO 之前 串并转换 模块的工作由复位信号和前一级送入的输入有效信号控制 仍然使用统一的输入时钟工作 用计数器的方式实现分频 为保证转换的有效性 采用了一个缓存器存储中间转换值 防止 由于复位和无效信号到来的不确定性影响输出 FIFO 模块使用的是 IP 核 处于串并转换模块 稳定 输入时钟仍然是系统统一时钟 为了使其按照并行数据的时钟工作 使用分频模 块输出的时钟脉冲分别与控制支路送出的可读和串并转换模块送出的有效信号相与 作为 读 写使能 3 4 控制支路控制支路 控制支路主要 整个 繁都会导致系统的稳定性下降 经过分析和实践 最终选定了三个状态 空闲 传送空 包 和传送标准数据包 为增强系统的稳定性 由 FIFO 的输出数据 FIFO 的输出使用状态和自身定义的计数器控制 输出包括 FIFO 的使能 标准数据流 以及同步信号 经过下载调试 系统 图 3 输入 3 帧的整体示意图 图 4 复位后同步过程 图 5 出现错误后的再次同步过程 图中的信号从上至下依次为输入时钟 输入有效信号 复位信号 输入数据 输出时钟 3 输出 5 结束语 结束语 国的地面数字电视广播标准系统物理层接口进行了设计和实现 满足了系统 性能的要求 而且经过实际测试 在没有耗费系统过多资源的情况下获得了较高的稳定性 包同步信号 和输出数据 由于控制支路的状态机判断输入是否包头的时候只判断第一 个字节是否为 0 x47 所以如果数据中出现 0 x47 那么就会发生同步错误 但是这种错误会 在一个包内纠正过来 而且由于实际系统中按照标准规定 数据中不会出现 0 x47 所以实 际中一般不会出现此类错误 图 5 所示的就是发生同步错误后再次同步的过程 本文针对我 4 参考文献参考文献 1 GB 0600 2006 数字电视地面广播传输系统道编码和调制 S 北京 国家标准化委员会 2006 8 统与设备标准化技术委员会 2006 3 29 4 集成电路 2005 总第 75 期 49 51 总第 76 期 Design and Realization of the ysical Layer Interface of Beijing University of Posts anications Beijing 100876 This paper pr including its 者简介 者简介 沈萌 女 1984 年生 天津人 硕士研究生 主要研究方向是多媒体通信 帧结构 信 2 SJ T 11328 2006 数字电视接收设备接口规范 第 2 部分 传送流接口 S 北京 全国音频 视频及 多媒体系 3 夏宇闻 Verilog 数字系统设计教程 M 北京 北京航空航天大学出版社 2003 赵震甲 使用 FIFO 完成数据传输与同步 J 中国 46 49 总第 77 期 57 60 Ph DTTB Receiver Shen Meng nd Telecommu Abstract esents the design of the physical terface of the DTTB receiver layer in truction ofhardware