基于DSP的DVB流发射/接收系统

一、序言
　　随着数字视频广播(DVB)技术的发展，国内开展了相关研究，其中真正研制数字视频广播流发射和接收系统的却很少。为满足DVB系统发射和接收的需要，基于DSP技术研制了可以进行0_~8 Mbps的数字视频广播流（DVBS）发射/接收系统，误码率低于10^-7。?

二、系统框图及流程
　　为满足0_~8 Mbps的数据处理能力，采用美国TI公司最新DSP处理芯片TMS320VC33-120（以下简称VC33）为系统控制及数据处理器，美国 Lucent公司E1/T1收发两用芯片T7688作为发射/接收系统E1数据接口。E1接口即时分复用TDM方式PCM30/32传输，对系统发送端的时钟同步有较高要求??^［1］。系统在硬件和软件共同控制下，将输入数据流分割为4个标准的E1接口数据。系统总体框图如图1所示。

1DVBS发射系统框图及流程
　　首先介绍DVBS发射系统数据流形成过程，如图2所示。发射系统接口电路中，为形成标准DVBS，系统将接口电路中接收到的6 Mbps视频流、384 kbps音频流、每188字节包含4字节的TS包头以及用户数据复合成传送流TS。系统在传输中每隔40 ms还插入一个程序参考时钟PCR，相应TS包头将增加8个字节，插入PCR后系统速率增加为
　　

　　在实际中，PES分组包头将会对视频和音频数据增加约1%，当数据送入系统信道之前，数据还需经过扰码及纠错编码，被分成4路分别送入4个E1接口电路。在图2中，纠错编码选用BCH（511，493）码，经过模2运算可实现纠正2个误码。由于纠错编码的加入，最后数据率增加为  
　

　　系统在VC33 的控制下将数据等分为4， 每路TDM输出的信号为1.662 Mbps，随后数据在E1接口电路中经加入帧同步头，联络信号及特定的填充字比特后形成标准基群的2.048 Mbps比特流，经E1接口电路变换为HDB3码后直接送出E1接口。发射系统的具体流程如下：并行DVB流(串行异步DVB数据先经过串并转换成16位并行数据)送至发射缓存1（FIFO1为4 k×16 bit），VC33判断缓存1处于半满后，从缓存1读取半满数据量并按照E1格式划分帧时隙、组帧、添加帧同步头、复帧同步头、添加信令等，写入发射缓存 2（FIFO2为4k×16 bit）。缓存2数据经过16位并行—1路串行—4位并行变换电路，完成4路2.048 Mbps比特流E1分组，经E1接口电路变换为HDB3码后直接送出E1接口。为避免出现缓存2数据被读空而缓存1未处于半满的数据紊乱情况，我们采用 VC33自动添加特定格式的添加字（在接收通道中必须将添加字检测并剔除）方法处理。DVBS发射系统工作原理框图如图3所示，DVBS发射系统实现框图如图4所示。

2. DVBS接收系统流程
　　接收系统是发射系统的逆过程，其各框图与发射系统框图基本一致（本文略去）。接收系统流程是：接收变压器接收4 路E1数据，通过4位并行—1路串行—16位并行电路转换，送至接收缓存1（FIFO1）。当缓存1处于半满状态后，分别通过硬件电路及软件检测同步并执行接收主程序，完成去帧同步头、复帧同步头、信令及添加的特定比特的填充字工作，还原出并行DVB数据并送至缓存2（数据经过16位并行—1路串行转换电路，经发驱动电路完成串行异步DVB流的合成），完成并行DVB数据的接收。?

三、系统硬件实现
1?DSP工作方式的选择
　　VC33-120是C3X系列最新产品，指令周期为17 ns，具有32位浮点或24位整数精度，与其它C3X的DSP不同，其片载存取区容量明显得到增加，有34 kbit×32存储区，24 bit地址线可以访问16 M存储空间，功耗更小，集成了较大的片内存储区，性价比高，完全可以满足系统数据处理及控制要求^［2～4］。

　　VC33有MCBL(Microcomputer Boot Loader)和MP(Microprocessor)2种工作方式^［3］。MP 方式时，位于地址00H~03FH向量表中为中断和陷阱服务程序入口地址；MCBL方式时，位于809FC1H~809FFFH向量表中为各自中断和陷阱服务程序的跳转指令。MCBL方式是VC33所特有的，可将用户程序代码从主处理器（尤其是EPROM或者别的标准存储系统）引导加载到VC33的 SRAM区中并执行它^［3，4］。本系统利用MCBL方式，将程序代码利用BOOT1_LOADER方式加载到VC33的内部SRAM中而不是固化到外部高速EPROM，既实现了系统高速实时处理控制又降低了成本。为满足运行程序与存储数据的需要，我们扩展了外部存储区，包括2片64 K×16bit SRAM组成64 K×32bit片外存储区以及128 K×16bit的FLASH ROM。

2?数据缓存的设计和控制
　　在系统设计中，数据缓存的设计无疑是重要的，为满足VC33高速处理能力，采用IDT公司FIFO高速缓存器IDT7203-15，利用宽度扩展为4kbit×16的数据缓存器。对于发射及接收FIFO分别占用VC33的I/O地址FE0000H和FD0000H，输入输出数据利用VC33及ALTERA 公司的EPM7064LS84完成并-串-并转换、数据缓存的读、写信号和复位信号^［5，6］。

3.系统并行和串行接口
　　系统接收或发送TS 流时，要满足一定的接口规范。接口共有3种：同步并行接口、同步串行接口和异步串行接口。在系统的设计中，为接收并行和串行DVB数据，根据DVB接口规范，我们设计了同步传输188byte包的并行和串行接收数据两种接口。在发射通路中，数据处理控制部分先将差分信号变为不归零（NRZ）码，经过 VC33的处理后，完成数据的PCM30/32格式处理及4路E1分组，经过E1接口的发射。接收系统设计与发射系统基本类似，此处略去。

4E1接口设计
　　T7688是具有4路发射和接收功能的E1接口芯片，主要特性有：具有接收、驱动、均衡、时钟/数据恢复、抖动衰减功能；具有能提高灵敏度的片内发射均衡器；可供选择的发射或接收抖动衰减器；自动发射监视系统^［7］。

　　在实际电路设计中，我们根据微处理器接口特点采取了较为灵活的设计。根据系统设计要求，我们将T7688 的MPMODE和MPMUX管脚接地，T7688工作在模式1并且地址和数据总线非复用。在微处理器接口各控制寄存器的设置中，为允许每个信道响应警报并产生中断，对寄存器2和3的各通道的信号损失警报屏蔽位无效；寄存器4的软件复位被禁止，每个信道的发射驱动器的TTIP和TRING 在复位后有效；为利用接收通道的抖动衰减功能，设置T7688寄存器5工作在单路模式下，时钟/数据恢复功能使能，在发射（接收）通道HDB3零替换编码（解码）使能；由于外围电路采用数字传输变压器T1010，初次级匝数比为1：1.36并使用75　Ω同轴电缆，所以寄存器6~9是设计方式选择方式2，并将均衡器设置为101格式；寄存器10~15，在系统初始化时按要求置为零。

　　在设计中，我们还注意到：寄存器4 在初始化时必须第一个被初始化；由于T7688只有一个抖动衰减器，所以只能在发射或接收通道中使用，若同时选择JAT和JAR，抖动衰减器将被禁止；从 T7688的读写时序可以看出有5个时钟周期的延时，所以在VC33的初始化中必须对VC33的主总线初始化进行相应设置。?

四、系统的软件实现
　　本系统为收发两用系统，整个系统必须在VC33的控制下，响应不同处理程序。

　　发射功能由系统控制处理电路VC33 的中断0和中断2程序完成，当前端数据缓存1达到半满状态时由硬件产生中断2信号并响应中断2程序，完成E1接口格式的帧同步头、复帧同步头、信令添加工作；为避免前端数据被读空而出现数据紊乱的情况，在前端数据缓存2被读空时产生中断0信号，随即系统立即响应中断0程序（优先级仅次于系统复位信号），完成添加特定格式的填充字工作，在第0或第16时隙时就调用相应的添加帧同步头、复帧同步头、信令的子程序，如此反复。有关发射系统中断0和中断2以及添加同步头、信令等软件流程略。

　　接收功能则由系统主程序完成，流程如图5所示。系统首先执行VC33 、T7688各状态寄存器初始化，在系统硬件电路检测到帧同步头后，接收主程序必须在软件上也保证检测到四路E1接口的同一个帧同步头，这样在硬件和软件双重保证下，完成E1接口数据的接收并正确恢复DVB流数据。?

　?

　　最后，我们根据VC33内部结构，采用宏指令编程，添加帧同步头等固定格式的子程序、根据数据量的大小执行块循环等方法；为提高程序的执行速度，还在避免流水线冲突、减少判断指令、解决数据处理速度瓶颈等方面进行了研究，完成软件优化编程，既减少了规模，又提高了处理效率^［8，9］。?

五、结论与展望
　　数字视频广播发射/接收系统是数字视频广播系统重要组成部分，该系统能实时接收/发射0_~8　Mbps的DVB流，充分证明设计思想的可行性。此外，为便于今后提高系统性能，我们在硬件电路中实际设计了8路E1接口，利用编程逻辑器件实现相应外围数据转换电路，扩展为0_~16Mbps的发射/接收系统。?

参考文献

［1］雷志刚，钱亚生?现代通信原理［Ｍ］.北京：清华大学出版社，1992.
［2］TMS320VC3X User's Guide［Ｚ］. Texas Instruments，1997.
［3］TMS320VC33 Digital Signal Processor［Ｚ］.2002?
［4］TMS320C3X，General Purpose Application User's Guide［Ｚ］. Texas Instruments，1998.
［5］王念旭?DSP基础与应用系统设计［Ｍ］.北京：北京航空航天大学出版社，2001.
［6］黄正谨，徐坚，章小丽.CPLD系统设计技术入门与应用［Ｍ］.北京：电子工业出版社，2002?
［7］T7688 5.0V E1/CEPT Quad Line Transceiver Data sheet［Ｚ］. Lucent Technologies Inc.， December 1996.
［8］TMS320C3X Floating-Point DSP Assembly Language Tools Guide［Ｚ］.Texas Instruments，1994.
［9］TMS320C3X Floating-Point DSP Optimizating C Compiler User's Guide［Ｚ］.Texas Instruments，1994.