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復用器是數字電視前端平臺的關(guān)鍵設備，它的主要功能是完成對輸入多路傳輸流(Transport Stream，TS)的復用工作，它的性能穩定性直接影響前端平臺的運行。而復用器對傳輸流中節目特殊信息(Program Spe-cial Information，PSI)的分析處理是否完整全面，則直接影響到復用器其他功能部分的運行結果是否正確。對PSI信息的檢測分析是復用器設計中首要的也是最重要的部分之一。下文將對PSI信息檢測問(wèn)題進(jìn)行深入的分析探討。 1 TS流語(yǔ)法結構 傳輸流以TS包為單位，其中每個(gè)包的長(cháng)度為188 B，這188個(gè)字節大致可以分為：包頭、調整字段和有效負載三個(gè)主要部分。包頭占4個(gè)字節，如圖1所示。 同步字節：8 b，值為0x47，表示一個(gè)TS包的開(kāi)始。傳輸錯誤指示：1b，當置為1時(shí)，表明在相關(guān)的TS包中至少有一個(gè)不可糾正的錯誤。有效負載起始指示：1 b，在帶有PSI信息時(shí)，置1表示TS包含有PSI部分的第一個(gè)字節并帶有pointer field字段，否則表示不含有PSI的第一個(gè)字節。傳輸優(yōu)先級：1 b，置1表明相關(guān)的包比其他具有相同PID但此位沒(méi)有置1的TS包有更高的優(yōu)先級。PID：13 b字段，指示傳輸流有效負載的數據類(lèi)型。傳輸加擾控制：2b，用來(lái)指示TS包有效負載的加擾方式。自適應字段控制：2b，用來(lái)指示本TS包首部是否跟有調整字段。連續計數器：4b，隨著(zhù)每一個(gè)具有相同PID的傳輸流包而增加，當它達到最大值后又恢復到0。 節目專(zhuān)用信息PSI用來(lái)描述TS流的組成結構。它包括節目關(guān)聯(lián)表(Program Association Table，PAT)、節目映射表(Program Map Table，PMT)、網(wǎng)絡(luò )信息表(Network Information Table，NIT)和條件訪(fǎng)問(wèn)表(Conditional Access Table，CAT)。PAT是PSI信息的最上層，列出了傳輸流中所有節目所對應的PMT的PID值，可以根據節目的PID值找到相應的PMT信息及NIT信息。節目映射表PMT提供節目號碼與組成它們的原始流之間的映射關(guān)系，這種映射表是一個(gè)TS流中所有節目定義的集合。網(wǎng)絡(luò )信息表NIT是可選的，其內容是私有的，通常包括用戶(hù)選擇的服務(wù)和通道頻率、衛星脈沖發(fā)射機、調制特性等的映射。條件接收表CAT提供條件接收(CA)系統的相關(guān)信息，指定EMM的PID值及相關(guān)的參數。 2 PSI信息提取分析 由于PSI信息四個(gè)表結構差別不大，所以提取算法也大致相似，在此主要以PAT表為例詳細介紹J"SI信息的提取流程。對TS流的分析在FPGA內部以字節為單位。PAT語(yǔ)法結構如圖2所示。 PAT的提取流程： (1)首先應在傳輸流中找到包首PID 13位全為0且有效負載起始指示位為l的TS包。 (2)然后根據自適應字段控制位判斷是否含有調整字段，再結合pointer_field字段值找到table_id，從此字段開(kāi)始到CRC校驗字節之前，將對所有有效數據進(jìn)行CRC校驗。 (3)接下來(lái)是section_length字段，由此字段可以得到該PAT分段的TS包個(gè)數。 (4)接下來(lái)兩字節是傳輸流標識字段，再接下來(lái)的一個(gè)字節包含著(zhù)版本號信息及當前段是否可用信息。保留當前版本號并與下一次的版本號對比以確定版本是否有更新。若當前段可用，則繼續，否則返回(1)。 (5)接下來(lái)的兩個(gè)字節分別是當前分段號和最后分段號，由此信息可以得知是否提取了所有分段的信息，即對整個(gè)PAT表是否進(jìn)行了一次完整的分析。 (6)對循環(huán)字段的處理，每4字節一次循環(huán)，由前兩字節的節目號可以得知后2字節的PID是PMTPID還是NIT—PID。在循環(huán)字段結束后立即停止CRC校驗并把校驗的結果和碼流中的CRC四字節進(jìn)行比較從而得知傳輸是否有誤。 (7)在TS包結尾處判斷當前PAT分段是否結束，否則繼續檢測下一TS包，是則進(jìn)一步判斷是否分析了所有分段，若已經(jīng)分析了所有分段則給出一個(gè)表示PAT分析全部結束的信號，否則轉到(1)繼續分析下一分段。 3 信息提取的硬件實(shí)現 信息提取框圖如圖3所示。 一路TS流首先經(jīng)過(guò)芯片CY78933進(jìn)行串并轉換再進(jìn)入同步模塊進(jìn)行同步鎖定后，其他各模塊才開(kāi)始工作。由圖3可看出，以上各檢測模塊是并行獨立工作的，但是PMT檢測模塊、ELE檢測模塊、NIT檢測模塊和EMM檢測模塊要想進(jìn)行有效工作，需要先接受其他模塊提供的信息，具體為PMT和N1T檢測模塊要接受PAT檢測模塊提供的PID信息，ELE檢測模塊要接受PMT檢測模塊提供的PID信息，EMM檢測模塊要接受CAT檢測模塊提供的PID信息。 3．1 信息提取同步模塊 根據MPEG一2標準可知，一個(gè)有效的TS包長(cháng)為188 B，且其同步頭為8′h47，只有在有效地識別了包頭，才能?chē)栏竦匕凑誐PEG一2標準對數據包的每一位進(jìn)行分析。在同步模塊檢測中，當找到8′h47時(shí)，必須連續3～5次(可通過(guò)參數設置)隔188 B都找到8′h47，才能認為實(shí)現了同步。另外考慮到TS包可附加16 B的前向糾錯碼，故該模塊做成188／204 B自適應，這樣可以提高通用性。 3．2 檢測模塊 由于PAT，CAT，PMT，NIT等檢測模塊在硬件設計上都很類(lèi)似，故本文重點(diǎn)探討PAT檢測模塊的硬件設計，其他檢測模塊的設計將不再贅述。 PAT檢測模塊按照PAT提取流程進(jìn)行工作，若發(fā)現PAT分段并且CRC校驗正確后，提取里面的PMT—PID和NIT-PID并分別送到PMT檢測模塊和NIT檢測模塊。對PAT表全部分段都分析完后啟動(dòng)PMT、檢測模塊和NIT檢測模塊對TS流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，若PAT表有更新，則將新的信息再送給此兩模塊，以確保實(shí)時(shí)跟蹤TS流的最新變化。 在硬件實(shí)現上，從實(shí)用的角度出發(fā)，考慮到實(shí)際碼流中可能出現的各種情況，將其歸為三類(lèi)處理： (1)一個(gè)分段只由一個(gè)TS包來(lái)承載。 (2)一個(gè)分段由多個(gè)TS包來(lái)承載。 對于此類(lèi)情況(即該分段的長(cháng)度使得一個(gè)TS包無(wú)法完全承載此分段)，要考慮的是第一個(gè)TS包在該分段的什么位置結束。又可以分為三種情況： ①第一個(gè)TS包結束在該分段的table_id字段到last_sectiOn_number字段這一區間。這也就是第一個(gè)TS包大部分為調整字段占據時(shí)的情況； ②第一個(gè)TS包結束在循環(huán)字段中的某個(gè)字節的情況； ③第一個(gè)TS包結束在四個(gè)CRC校驗字節中的某個(gè)字節處，考慮到有三個(gè)以上TS包時(shí)更確切地說(shuō)應該是最后一個(gè)TS包只承載了CRC校驗字節的某幾個(gè)。 (3)一個(gè)TS包承載多個(gè)分段 此類(lèi)情況是第(2)類(lèi)中③情況的延伸。比如一個(gè)PAT表有兩個(gè)分段，第一個(gè)分段由第一個(gè)TS包承載后只剩下一個(gè)CRC校驗字節需要第二個(gè)TS包來(lái)承載。那么第二個(gè)TS包只承載這一個(gè)CRC校驗字節無(wú)疑將是很大的浪費，此時(shí)可以充分利用第二個(gè)TS包。使它也承載第二個(gè)分段，這就是一包多段的情況。對于一段單包、一段多包(包括三種情況)和一包多段等多種情況，在設計上無(wú)疑要充分發(fā)揮FPGA有限狀態(tài)機的強大優(yōu)勢來(lái)進(jìn)行處理。 將以上各種情況恰當地對應于狀態(tài)機的各個(gè)狀態(tài)，根據包頭提供的信息及表段信息可以進(jìn)行邏輯判斷，從而控制各個(gè)狀態(tài)之間的轉移。在代碼實(shí)現上，邏輯判斷后控制信號的是否準確及時(shí)，至關(guān)重要。舉例來(lái)說(shuō)，把對PAT表的CRC校驗分析作為一個(gè)獨立模塊，在分析該表時(shí)就要給予該模塊準確的控制，假如PAT有兩個(gè)TS包，在第一個(gè)TS包的table_id字段就要使能該模塊，第一個(gè)TS包結束時(shí)要禁止使能該模塊，到第二個(gè)PAT包第五個(gè)字節再使能CRC校驗模塊，直到CRC校驗字節前再關(guān)閉該模塊，總之控制信號要確保CRC校驗模塊校驗的是PSI表的所有有效信息。 另外需要說(shuō)明的是PMT檢測模塊在實(shí)現上不需要考慮多個(gè)分段的情況，但有兩處描述子要進(jìn)行CA描述子的檢測；NIT檢測模塊可以對指定描述子做檢測，如衛星傳送系統描述符等；ELE檢測模塊檢測elementary_PID、PCR PID和可能存在的ECM_PID，該模塊能正常工作說(shuō)明PMT檢測模塊正確工作；同理EMM檢測模塊能正常工作說(shuō)明CAT檢測模塊正確工作。 3. 3 資源的優(yōu)化 由圖3可見(jiàn)，PAT檢測和CAT檢測同為一個(gè)模塊。這也算是本文在硬件實(shí)現上的一個(gè)創(chuàng )新點(diǎn)。之所以如此，是因為筆者在程序代碼的編寫(xiě)上巧妙地將對CAT的檢測分析融入到對PAT的檢測分析中，而整合到一起的檢測模塊消耗的資源比原先PAT檢測模塊消耗的資源只增加一點(diǎn)點(diǎn)，這就意味著(zhù)幾乎沒(méi)有增加硬件資源消耗的情況下完成了對CAT的檢測，從而大大節省了FPGA內部寶貴的邏輯資源。 經(jīng)過(guò)仔細分析對照，筆者發(fā)現PAT表和CAT表有著(zhù)驚人的相似性，這種相似性給編寫(xiě)硬件語(yǔ)言帶來(lái)了極大的便利。PAT和CAT的差別主要在循環(huán)字段，其他字段位置字節數都能很好對應。若把對兩個(gè)表的循環(huán)字段的處理分別獨立為兩個(gè)小模塊，則剩下的部分就可以很好地將對PAT和CAT的處理融合到一起，融合到一起的模塊只需要給這兩個(gè)小模塊恰當的控制即可。 4 實(shí)際測試 本設計采用硬件平臺DE2開(kāi)發(fā)板，FPGA型號EP2C35F672C6N，接口芯片通過(guò)DE2板GPIO接口和FPGA相連。測試碼流有將衛星信號轉換而得的實(shí)時(shí)碼流和人工制作的非實(shí)時(shí)碼流。對于A(yíng)類(lèi)情況，采用由亞洲三號衛星頻點(diǎn)為4095H的信號轉換的實(shí)時(shí)碼流進(jìn)行測試，如圖4所示，從左向右：數碼管數值1和3分別表示有一套節目，該套節目里有3個(gè)PID，它們是13′h0021，13′h00A0，13′h0050；三個(gè)紅色LED燈亮表示發(fā)現PAT，PMT和基本音視頻包，兩個(gè)綠色LED燈亮表示接收同步及提取分析完P(guān)SI信息。DE2板顯示的節目數及PID值跟專(zhuān)業(yè)數字衛星接收機顯示的結果一樣，表明PSI信息檢測正確。對于其他各種可能的情況，由于在實(shí)際碼流中很少見(jiàn)，所以采用人工構造符合標準的碼流進(jìn)行驗證，發(fā)現結果也是正確的。 5 結 語(yǔ) 隨著(zhù)將來(lái)復用器應用范圍的擴展，數據業(yè)務(wù)量的加大，實(shí)際碼流中會(huì )出現一段多包或一包多段的情況，本文針對實(shí)際碼流中可能出現的各種情況進(jìn)行實(shí)用性的設計，完全能保證復用器在無(wú)論業(yè)務(wù)量多大的場(chǎng)合都能進(jìn)行完整全面的PSI信息檢測，具有很強的現實(shí)意義。 |
