1引言 作為地面數(shù)字電視的組網(wǎng)方式之一，單頻網(wǎng)(singlefrequendynetwork，sfn)具有節(jié)省頻率資源和能實(shí)現(xiàn)大范圍無線覆蓋的特點(diǎn)，在世界各地得到廣泛應(yīng)用。組建單頻網(wǎng)要解決的一個(gè)難題是發(fā)射機(jī)的同步問題，為此單頻網(wǎng)引入了gps接收機(jī)和單頻網(wǎng)適配器來實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的同步。 2006年8月具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的dtmb標(biāo)準(zhǔn)正式確定為中國地面數(shù)字廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中，系統(tǒng)的信號(hào)幀與絕對(duì)時(shí)間同步，與dvb-t等標(biāo)準(zhǔn)相比，實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)更具優(yōu)勢(shì)。 2單頻網(wǎng)適配器總體實(shí)現(xiàn)方案 單頻網(wǎng)主要有中心發(fā)射站的單頻網(wǎng)適配器、gps接收機(jī)、中轉(zhuǎn)站的同步系統(tǒng)以及支持單頻網(wǎng)模式的調(diào)制器組成。在中心發(fā)射站，單頻網(wǎng)適配器每隔一個(gè)兆幀就往mpeg-2碼流中插入一個(gè)mip包(mega-frameinitial-izationpacket)。mip包中攜帶有傳輸參數(shù)信令(tps)、同步時(shí)間標(biāo)簽(sts)和最大延遲等重要參數(shù)。經(jīng)單頻網(wǎng)適配器處理的碼流通過初級(jí)分布網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街修D(zhuǎn)站后，中轉(zhuǎn)站的同步系統(tǒng)從mip中提取出tps等重要信息后調(diào)整本地發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間和頻率，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步。 dtmb的單頻網(wǎng)適配器主要由fpga實(shí)現(xiàn)的核心功能模塊和基于niosii軟核cpu實(shí)現(xiàn)的控制模塊組成，如圖1所示。核心功能模塊即適配器模塊，主要實(shí)現(xiàn)mip包計(jì)算和插入，可編程參考時(shí)鐘(pcr)校正，傳輸流速率適配以及ds3輸出接口的適配；控制模塊主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互部分如鍵盤和lcd的控制以及適配器模塊工作方式的控制。 圖1中，flash，sram和sdram用來存儲(chǔ)fpga的配置信息和系統(tǒng)控制程序，dds模塊用來產(chǎn)生輸出碼流所需時(shí)鐘。通過鍵盤和lcd接口，用戶可設(shè)置系統(tǒng)的工作模式，了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。2路asi碼流經(jīng)過專門的接口芯片后輸入到fpga，適配器模塊根據(jù)用戶的設(shè)置在碼流中插入相應(yīng)的mip包，最終輸出為2路asi接口的碼流，一路光纖接口的碼流，一路ds3接口的碼流。 適配器模塊作為自定義組件通過avalon總線掛接在niosii系統(tǒng)中，它與niosii的接口如圖2所示。 niosii通過設(shè)置適配器模塊(技術(shù)指標(biāo)見表1)內(nèi)的控制寄存器來控制適配器模塊，通過讀其內(nèi)部的狀態(tài)寄存器了解工作狀態(tài)，或通過中斷信號(hào)產(chǎn)生報(bào)警信息。 3關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn) 適配器的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于自定義組件適配器模塊的實(shí)現(xiàn)，具體包括硬件邏輯的實(shí)現(xiàn)以及驅(qū)動(dòng)程序的編寫，下面主要討論難度較大的硬件邏輯實(shí)現(xiàn)。 1)適配器模塊的實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)框圖見圖3，輸入的mpeg-2ts流先要同步，找到ts流的包頭，去掉空包后輸入fifo。包復(fù)用模塊按照時(shí)鐘產(chǎn)生模塊輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)插入mip包。當(dāng)fifo中數(shù)據(jù)不足時(shí)，則插入空包模塊產(chǎn)生的空包。由于碼流重組和速率適配，導(dǎo)致各包在適配器中停留時(shí)間不一致，因此要進(jìn)行pcr校正。本文pcr校正采用置入法，即在輸入碼流中檢測(cè)到pcr包后，將包中的pcr值減去系統(tǒng)27mhz時(shí)鐘當(dāng)前的計(jì)數(shù)值；當(dāng)輸出緩存中檢測(cè)到pcr包后，將包中已改過的pcr值加上系統(tǒng)27mhz時(shí)鐘當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，這樣，用一套計(jì)數(shù)器就可完成pcr校正和更新。 2)mip包的計(jì)算和插入 根據(jù)gps接收機(jī)收到的10mhz和1pulse／s信號(hào)算出sts值，同時(shí)根據(jù)niosii的控制信息產(chǎn)生tps和最大延時(shí)參數(shù)，再生成32位的crc校驗(yàn)值并復(fù)合成mip包。其中，crc32用的校驗(yàn)多項(xiàng)式為d32+d26+d23+d22+d16+d12+d11+d10+d8+d7+d5+d4+d2+d+1。由于crc32校驗(yàn)碼的實(shí)時(shí)性要求較高，因而采用并行算法--查表法。dtmb系統(tǒng)兆幀的持續(xù)時(shí)間正好為1s，mip中的sts值在理論上應(yīng)不變，因此第m個(gè)mip包中的sts可表示為第m個(gè)兆幀實(shí)際開始的時(shí)刻與其前面最近的1pulse／s信號(hào)的時(shí)間間隔。同時(shí)，由于sts的值用gps的10mhz時(shí)鐘計(jì)數(shù)，精度為100ns。 3)ds3成幀模塊 為使中轉(zhuǎn)站通過sdh網(wǎng)絡(luò)接收碼流，dtmb單頻網(wǎng)適配器增加了ds3輸出接口。ds3是由復(fù)幀構(gòu)成的，一個(gè)復(fù)幀分為7個(gè)子幀，1個(gè)子幀分成8塊具有85bit的比特塊，每塊的第一個(gè)比特是開銷比特，其他84bit用于傳送凈荷。所以一個(gè)復(fù)幀有56個(gè)開銷比特。包復(fù)用模塊產(chǎn)生的碼流是mpeg-2的ts流，因此需要一個(gè)ds3成幀模塊以實(shí)現(xiàn)到sdh網(wǎng)絡(luò)的適配。ds3成幀模塊的實(shí)現(xiàn)框圖如圖5所示。在一個(gè)復(fù)幀的開銷比特中，除奇偶校驗(yàn)比特外，其他開銷比特在特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一般都是固定的，所以單獨(dú)計(jì)算奇偶校驗(yàn)比特。復(fù)幀內(nèi)的各比特塊以及各比特的確定主要靠2個(gè)計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)用來指示比特塊，范圍是0～55，一個(gè)用來指示比特塊內(nèi)的每個(gè)比特，范圍是0～84。通過這2個(gè)計(jì)數(shù)器可在適當(dāng)位置插入開銷比特和凈荷數(shù)據(jù)，從而完成到sdh網(wǎng)絡(luò)的適配。 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要完成人機(jī)交互程序，從按鍵式控制面板中獲得用戶提供的參數(shù)并提交給適配器模塊，同時(shí)控制lcd來提供系統(tǒng)的反饋信息和報(bào)警信息。系統(tǒng)控制部分的流程如圖6所示。