一种宽带复接器的设计与实现

1、一种宽带复接器的设计与实现        摘要：DVB-C数据广播系统的基本结构，详细分析了TS复接器在整个系统中的重要性与功能，提出一种DSP与FPGA相结合的实现方案，及其设计方法和系统结构。   信息时代的到来使人们需要共享越来越多的信息。随着信息及其需求的爆炸性增长，信息的选择及传输速率成为一个重要问题。有线电视网络有其固有的高带宽特性，适合大容量的数据传输和实时性要求，使宽带数字接入成为可能。在我国由于有线电视网是一个已经存在的接入网络，成本低、可维护性强、频率资源丰富、覆盖面广、用户

2、量大，因而通过有线电视网进行数据广播是目前国内应用领域的一大热点。DVB-C是ETSI（European Telecommunications Standards Institute）提供的基于Cable上数据广播的一整套标准1,2,3,本文首先介绍DVB-C数据广播系统的基本结构，接着详细分析TS复接器在整个系统中的重要性与功能，然后详细说明利用DSP（数字信号处理器）与FPGA（现场可编程门阵列）相结合的一个实现方案，阐明了其中的设计方法和系统结构。1 DVB-C数字广播系统简介从图1可以看到，在DVB-C数字广播系统中，一个通道上传输的数据可能包含多路节目或来自多个节目源，因此需要对多路

3、多节目TS流（MPTS）进行复合转接，生成一个符合DVB-C标准的MPTS，再经调制后在一个通道上传输。由TS复接器来完成这个功能。TS复接器在前端系统中相当于一个交换机，它负责对多个MPTS进行转换和复合，生成一个MPTS。在复合过程中，要完成服务信息（PSI/SI）、多路MPTS的交织等工作4,5。从中可以看出复接器在整个系统中的重要性，TS复接器工作是否稳定可靠，直接影响整个系统的正常运作。2 TS复接器的设计方法在该系统中需要对6路数字卫星电视节目进行复接。各路有效速率为015Mbps的异步串行接口（ASI）输入，6路总速率不超过36Mbps，输出为恒定速率38.1Mbps的ASI输出

4、，输出的MPTS为符合DVB-C标准的传送流；复接器度同PID，包括将输入MPTS中的PSI/SI等不需要的信息过滤掉以及对有效TS包重新分配PID。新的PSI/SI信息作为复接器的输入按一定速率插入到MPIS中，插入的PSI/SI信息包括节目关联表（PAT）、节目映射表（PMT）、网络信息表（NIT）、服务描述表（SDT）等4,5，复接器还能接受来自播控系统的数据信息，作为复接器输出流的一部分。系统的功能模块结构如图2所示。由图2可以看到，由于需要处理的数据速率快、数据量大、要求实时性，一般的处理芯片无法完成。为了达到上述目的，采用高速DSP和FPGA一起来完成。整个系统基于DSP和FPGA

5、，配以CPLD、高速SRAM、异步FIFO等。DSP具有运算速度快、计算能力哟、可用资源比较丰富的特点，尤其适合于实现各种数字信号的处理功能，在各种领域具有广泛的应用。但由于所要处理的数量太大，仅靠DSP片内RAM是远远不够的，所以还必须要有大容量、访问速度快的缓冲区对接收到的数据进行缓冲，以便于DSP进行处理。基本思想是FPGA完成TS包过滤和PID置换、PSI/SI提取等工作，系统的控制工作、TS包交织算法则由DSP完成，整个控制逻辑则由CPLD完成。3 TS复接器的一种实现方案针对上述分析，采用DSP与FPGA相结合的方法成功实现了TS复接器，该实现方案如图3所示。图3中的DSP采用TI

6、公司的TMS320VC5410-100，它具有100MIPS的快速处理能力，以及片内64K的RAM和多个串口等资源，其片外寻址空间可以多达8M Word。FPGA则采用了Xilinx公司的XCV300。笔者为DSP扩展了2M Word的高速SRAM作缓冲，分为两个1M Word的双缓冲，处理时以帧为单位，DSP和FPGA只能访问其中一个1M Word的SRAM。一般情况下，FPGA从输入接口把一帧数据存入其中一个缓冲区，DSP对另外一个缓冲区进行操作，根据交织表把数据送到FIFO，再输出到输出接口，两者的总线切换由FPGA负责完成。图3可以分为以下几个模块：a.输入模块：使用ASI接口将270

7、M串行编码数据转换成27M并行数据，并提供接收时钟、数据有效等控制信号。b.FPGA模块：接收ASI接口输出的并行数据，实现同步、PID置换、PSI/SI提取等，并将数据写入SRAM中，跟踪记录每路的TS包数；产生帧切换脉冲，控制双缓冲区的切换。c.DSP主控模块：DSP完成整个系统的控制功能，计算交织表，负责与播控系统的通信等。d.CPLD模块：根据DSP提供的地址和数据进行译码，对总线上的各设备进行互斥片选；产生中断申请信号；对发送FIFO的全空信号进行采样，控制从发送FIFO读数据并将数据送给输出ASI接口。e.输出模块：由CPLD提供控制信号，将数据从发送FIFO读出来，同时写入发送A

8、SI接口。f.命令通信接口：复接器通过串口与播控服务器通信，从服务器接收系统复位、状态查询、PID置换、PSI/SI插入和提取等命令，并向服务器反馈必要的信息。为保证数据信号接收端解码器能正确解码，缓冲区不会上溢或下溢，解码输出信号平稳，要求复接器输入的各路TS包均匀分布在输出数据流中，所以必须在发送之前对输入的各路TS包做交织。采用实时交织的方法，FPGA能够在每次帧切换的时候记录各路TS包的数据目，然后计算交织表。交织表依照如下方式计算：设数据流共有K路MPTS流，数据流的一个数据帧有M个TS包，每路MPTS有m(i)(i=0,1,.k-1)个TS包，假设各路TS包由大到小排序，m(0)最

9、大，否则首先排序。根据M、K、m(i)对输入的TS流进行交织，对第i路有：用p(i,n)指示第i路是否将一个TS包输出到MPTS中的第n个TS包，q(i)表示第i路中已输出到MPTS中的TS包数，初值为0；i=0,n=0;while(n<M)p(i,n)=n(i)*n/M+1; 表示取整if (p(i,n)-q(i)>=1)将第i路的第q(i)个TS包输出到MPTS中的第n个TS包；q(i)+;n+;i+;if(i=K) i=0;最后在Xilinx的Xilinx Foundation Series先对所设计的逻辑进行仿真，利用DSP的simulation进行程序的仿真，仿真结束后在单板上进行调试。由于选用的FPGA的容量限制，门数有限，能够进行PID置换的个数受到限制，但是可以根据估算出的各种TS包数对每一路能够置换的PID数目进行动态调整；由于采用了交织算法，能够对突发数据进行很好的平滑作用，利用后级进行处理。把复接器接到图1所示的系统中去，通过复接器处理的节目流在STB（机顶盒）上能够接收到稳