??? 摘? 要: 在簡要介紹DVB_S接收系統(tǒng)基本結構的基礎上,分析了DVB-S" title="DVB-S">DVB-S標準接收機的幀格式轉換模塊的功能、設計的方法及其在專用集成電路芯片(ASIC)上的實現(xiàn)。?

??? 關鍵詞: 數(shù)字衛(wèi)星信道接收芯片? 幀格式轉換? 專用集成電路芯片

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??? 數(shù)字衛(wèi)星接收芯片(DVB_s)是準基帶采樣變換到MPEG-2碼流的完全解決方案的集成芯片。主要用于衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字電視、數(shù)字語音的壓縮編碼的數(shù)字解調與信道解碼。此傳輸系統(tǒng)基于前向糾錯編碼(FEC)技術和QPSK調制技術,可保證傳輸業(yè)務的可靠性。?

??? DVB-S系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。包括物理接口、QPSK解調、Viterbi譯碼、同步頭尋找、去交織、RS解碼、解擾以及幀格式轉換。經過幀格式轉換后的數(shù)據(jù)稱為TS流,輸出的時鐘為占空比近似為1:1的均勻時鐘。TS數(shù)據(jù)和時鐘送給解碼芯片" title="解碼芯片">解碼芯片進行信源解碼。?

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1 幀格式轉換?

??? 幀格式轉換位于信道傳輸" title="信道傳輸">信道傳輸的最前端(或最末端),完成信道傳輸與信源MPEG-2編(解)碼的相應數(shù)據(jù)格式的轉換以及產生相應的時鐘。在發(fā)送端,該部分將信源MPEG-2的數(shù)據(jù)包格式轉換成信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式,并產生信道傳輸編碼部分的時鐘。相應地,接收端部分將信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式轉換成信源MPEG-2的包格式,同時也產生信源MPEG-2的時鐘。?

1.1 進行數(shù)據(jù)格式轉換的原因?

??? 進行數(shù)據(jù)格式轉換是由于DVB-S信道幀格式與MPEG-2的信源幀格式不同。信源MPEG-2編(解)碼數(shù)據(jù)包格式是按段組織的,每一個數(shù)據(jù)段包括1個字節(jié)的段同步和187個字節(jié)的數(shù)據(jù),這種幀結構稱為信源數(shù)據(jù)包格式。而本方案信道傳輸?shù)腞S編(解)碼是按每個段進行的,即(204,188,16)碼,也就是每段187個字節(jié)信息數(shù)據(jù)外又增加16個糾錯校驗位。 MPEG-2數(shù)據(jù)包格式和DVB信道數(shù)據(jù)包格式及時序如圖2所示。

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??? 這里主要討論接收端的格式轉換,即將DVB_S信道格式轉換為MPEG-2信源格式。接收端數(shù)據(jù)格式轉換主要包括兩部分:(1)去掉校驗字節(jié);(2)將時鐘變?yōu)檎伎毡?:1。去除校驗字節(jié)子部分將由RS編譯碼引入的冗余校驗字節(jié)去掉,使每包的數(shù)據(jù)恢復為188字節(jié)。為防止信號畸變,保證數(shù)據(jù)正確地采樣,時鐘占空比應展寬為1:1。目前市場上的解碼芯片支持并行和串行兩種模式。以上討論的并行模式輸出(以字節(jié)形式輸出)、串行模式輸出以比特形式輸出。?

1.2 幀格式轉換設計?

1.2.1 并行模式?

??? 該部分將去除由DVB-S的RS編碼引入的冗余校驗字節(jié),使每包的數(shù)據(jù)恢復為MPEG-2格式的188字節(jié),其結構框圖如圖3所示。其核心部分為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的設計和讀時鐘的產生。?

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??? (1)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)?

??? 從信道數(shù)據(jù)包格式和信源包格式可以看出,相對信源包而言,信道包每包多出了16個RS碼校驗字節(jié)。信道數(shù)據(jù)按如下規(guī)則寫入緩沖區(qū),讀端也按照一定規(guī)則讀出數(shù)據(jù):16個字節(jié)的RS校驗碼不寫入緩沖區(qū),其他數(shù)據(jù)按地址順序寫入緩沖區(qū);在讀出時,按照順序讀出緩沖區(qū)的內容,每幀為188字節(jié)的數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)時,使用信道的時鐘,而從緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)時,使用信源時鐘。?

??? 為了保證讀出數(shù)據(jù)的正確性,只能讀已經寫入的數(shù)據(jù),也就是讀操作滯后于寫操作(這里一個存儲單元為1個字節(jié))。設計時采用SRAM作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。?

??? (2)讀時鐘以及信源時鐘的產生?

??? ·參考時鐘的產生?

??? 為了減少整個系統(tǒng)的復雜度(主要為減少芯片外圍電路),前級時鐘恢復(Clock Recovery)模塊采用了內插算法,引起了符號時鐘周期的不確定性,進一步導致了字節(jié)時鐘周期的不確定性,即傳輸給幀格式轉換模塊的字節(jié)時鐘是很不均勻的。?

??? 為了得到近似均勻的字節(jié)時鐘,幀格式轉換模塊采用數(shù)字鎖相法產生一個近似均勻的參考時鐘,如圖4所示。?

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??? 圖4中,本地產生的近似均勻的字節(jié)時鐘頻率與輸入的不均勻字節(jié)時鐘的頻率保持一致,而輸出的參考時鐘頻率是輸入字節(jié)時鐘的8倍,且近似均勻。之所以要8分頻" title="分頻">分頻而不是2分頻或是4分頻,主要考慮到在DVB_S系統(tǒng)中符號頻率是2MHz-45MHz,折算到字節(jié)頻率為0.25MHz-5.5125MHz(如果Viterbi譯碼的刪節(jié)模式是1/2,字節(jié)頻率=符號頻率×1/4×Viterbi譯碼的刪節(jié)模式),當符號頻率很低時,如采用2分頻或4分頻數(shù)字鎖相器穩(wěn)定較慢,而8分頻符合設計要求。?

??? ·讀時鐘產生以及信源時鐘的生成?

????由于信源格式的每個包只有188字節(jié),因此首先把信道格式的每包204字節(jié)使能去掉16個,采用丟時鐘的方法,在204中丟掉16次使能,即51中丟掉4次。故采用一個51計數(shù)器。當計數(shù)到11、24、37、49時丟掉輸入的字節(jié)時鐘,得到丟掉后的每包只有188個字節(jié)時鐘(如圖5)。把丟掉后的字節(jié)時鐘傳輸給上面的參考時鐘產生模塊,得到較均勻的參考時鐘。?

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??? 由新的較均勻的參考時鐘8分頻即可得到較均勻的讀時鐘(每包188個),以及信源時鐘(占空比約為1:1)。在設計時用一個模8計數(shù)器即可。如圖6,讀時鐘和信源時鐘是對齊的。?

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1.2.2 串行模式?

??? 根據(jù)解碼芯片的要求,串行模式的輸出工作在60MHz系統(tǒng)時鐘" title="系統(tǒng)時鐘">系統(tǒng)時鐘上,而本設計中的數(shù)字衛(wèi)星信道接收芯片工作在90MHz系統(tǒng)時鐘上。因此首先需要系統(tǒng)時鐘的變換,然后進行并行模式的處理,最后再并/串變換。?

??? 系統(tǒng)時鐘的變換是關鍵,其設計可分為三步,如圖7所示。?

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??? (1)把工作在90MHz上的字節(jié)時鐘展寬,這時可用一個3bit的計數(shù)器實現(xiàn),Verilog代碼如下:?

??? always @ (posedge sys_clk)?

??????? begin?

??????? if(rst | byt_clk)?

??????????????? sys_cnt <= 3＇d0;?

??????? else if(~ sys_cnt[2])?

??????????????? sys_cnt <= sys_cnt? + 3＇d1;?

??? end?

??? assign 展寬的字節(jié)時鐘 = sys_cnt[2];?

??? (2)用60MHz的系統(tǒng)時鐘采樣展寬的字節(jié)時鐘的上跳沿,產生工作在60MHz上的字節(jié)時鐘。?

??? (3)以60MHz的系統(tǒng)時鐘為采樣時鐘,工作在60MHz上的字節(jié)時鐘為使能信號,采樣輸入的數(shù)據(jù),得到工作在60MHz上的數(shù)據(jù)。這樣,就不會出現(xiàn)多采或者漏采現(xiàn)象。?

??? 然后把60MHz的系統(tǒng)時鐘、工作在60MHz上的字節(jié)時鐘及數(shù)據(jù)送給并行模塊。從并行模塊出來的是信源的字節(jié)時鐘,其每一個字節(jié)時鐘周期中均有8個參考時鐘,因此可以把這8個參考時鐘作為串行輸出的比特時鐘,每一個字節(jié)數(shù)據(jù)在一個字節(jié)時鐘周期內變?yōu)?個比特的數(shù)據(jù),按照比特時鐘輸出。?

2 ASIC實現(xiàn)?

??? 筆者選擇的硬件描述語言是Verilog HDL。綜合庫(synthesis library)選用UMC 0.18μm工藝。綜合之后此模塊的總面積為6000門左右。此方案已經應用到DVB-S芯片的設計中,并且在FPGA上已經調試成功。

??? 本文所講述的幀格式轉換處于DVB-S芯片中的最后一個模塊,其主要功能是將數(shù)據(jù)和時鐘從信道格式轉變?yōu)樾旁锤袷?。其輸出連到解碼芯片,解碼芯片能否正常工作此模塊起著非常關鍵的作用。?

參考文獻?

1 ETSI, EN 300 421, Digital Video Broadcasting (DVB):?Framing structure, channel coding and modulation for 11/12GHz?satellite services V1.1.2 (1997-08)?

2 樊昌信. 通信原理.北京:國防工業(yè)出版社,1995?

3 Jerry Whitaker著,邱緒環(huán),樂匋,徐孟俠,張風超譯.數(shù)字技術:數(shù)字電視原理與應用. 北京:電子工業(yè)出版社,?2000