地面數(shù)字電視國標(biāo)中調(diào)制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

任彥霖

摘 要：本文首先詳細(xì)地研究了中國數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)（簡稱國標(biāo)），以及支持全模式下的低復(fù)雜度調(diào)制器的硬件實(shí)現(xiàn)方案。然后在總體考慮了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)以及功能等問題之后，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了地面數(shù)字電視調(diào)制器的硬件平臺。對于硬件平臺以及調(diào)制器的硬件程序的調(diào)試進(jìn)行了解釋說明。最后本文對電路的實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題以及解決的方法進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視；調(diào)制器；硬件平臺

1 中國數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)

1.1 數(shù)字電視的現(xiàn)狀

當(dāng)今社會，世界各國都特別關(guān)注對于數(shù)字電視領(lǐng)域的研究和開發(fā)，而我國作為數(shù)字電視的產(chǎn)量與銷量大國更要重視這一重要行業(yè)的發(fā)展。因此我國政府為了制定具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全局性的組織和規(guī)劃，同時(shí)制定了我國自己的地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

目前，全球共有三種數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)方案成為了國際標(biāo)準(zhǔn)。包括美國ATSC歐洲D(zhuǎn)VB-T和日本ISDB-T，其中DVB-T和ATSC兩套標(biāo)準(zhǔn)占主導(dǎo)地位。

1.2 數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斨袊鴺?biāo)準(zhǔn)的制定

我國廣播電視的主管單位和國家廣電總局共同組織我國的相關(guān)專家制定了數(shù)字電視和數(shù)字清電視的標(biāo)準(zhǔn)，其中包括數(shù)字衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字有線電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)十項(xiàng)關(guān)于數(shù)字高清電視和數(shù)字電視地演播室標(biāo)準(zhǔn)。融合了清華大學(xué)的多載波方案和上海交通大學(xué)的單載波方案的《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》已經(jīng)于2006年8月18日被批準(zhǔn)正式通過，并于2007年8月1日起實(shí)施。國標(biāo)不僅可以支持單載波，同時(shí)也支持多載波；在8M Hz的電視帶寬之內(nèi)能夠傳輸32Mbps的固定速率或者24Mbps的可移動速率；國標(biāo)支持開展標(biāo)清電視業(yè)務(wù)以及高清電視業(yè)務(wù)；標(biāo)準(zhǔn)支持包含固定接收與移動接收在內(nèi)地多種接收模式。

2 調(diào)制器硬件平臺和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)以及功能要求

本硬件平臺要求能夠在電路板上完整地實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)字電視發(fā)射端編碼調(diào)制的功能，其中包括信源的輸入，數(shù)據(jù)處理以及信號輸出的各個(gè)部分。另外，還要設(shè)計(jì)電源和電路，測試以及下載電路等等。數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)繁多，但是基本的結(jié)構(gòu)是很類似的，為了能夠有效地利用該硬件平臺，我們應(yīng)將該提高平臺的通用性，讓平臺既能達(dá)到中國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，也可實(shí)現(xiàn)DVB-C、DVB-H和DMB-T等標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器，使數(shù)據(jù)既可通過ASI或者SPI接口進(jìn)行輸入，也可通過USB接口進(jìn)行輸入。

2.2 系統(tǒng)分類

根據(jù)解調(diào)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能要求，可以將系統(tǒng)大致的分為六大部分：⑴數(shù)據(jù)處理部分：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理部分全部集中在FPGA的內(nèi)部，因?yàn)榻豢棽糠炙璧腞AM資源較大，而FPGA內(nèi)部的RAM不夠用，因此在FPGA的外部放置了一個(gè)較大容量的RAM芯片。⑵供電部分：本硬件平臺不僅有模擬部分，還有數(shù)字部分，所需的電壓種類也很多，并且FPGA內(nèi)核的耗電量較大，尤其是在上電瞬間電流非常大，因此供電這一部分的設(shè)計(jì)很繁雜。⑶接口部分：為了方便解調(diào)器在各種情況下都能夠使用，本平臺既可以以SPI格式進(jìn)行輸入和輸出數(shù)據(jù)，又有ASI接口電路，可以將輸入的ASI格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SPI格式的TS數(shù)據(jù)流然后輸入，另外還可以通過USB接口從電腦上輸入TS流數(shù)據(jù)。⑷程序下載以及控制電路：可以為FPGA設(shè)計(jì)JTAG和AS兩種下載方式，調(diào)試電路的時(shí)候通過JTAG接口下載，當(dāng)程序不需改動時(shí)則通過AS接口把程序下載在片外的FLASH里，這樣以后通電后就能夠自動加載程序，而不用每次上電都重新下載。⑸模擬電路部分：這一部分設(shè)計(jì)兩路輸出，一路的基帶信號經(jīng)過D/A變換之后放大輸出，另外一路在數(shù)字變頻處理以后對信號進(jìn)行放大再輸出。⑹調(diào)試電路部分：若要方便調(diào)試，在板子上還應(yīng)放置測試排針、開關(guān)和LED指示燈等。

3 調(diào)制器的調(diào)制與實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件平臺的調(diào)試

電路板最關(guān)鍵的部分就是供電部分，對電路的調(diào)試必須從電源開始。首先查看電路板上元件的焊接是否正確，其中特別要測注意是否有短路情況的發(fā)生。然后測試電源模塊的輸入是否準(zhǔn)確，如不夠準(zhǔn)確則應(yīng)旋轉(zhuǎn)微調(diào)螺釘將其調(diào)整精確，最后調(diào)試電平轉(zhuǎn)換芯片，看其輸出能否達(dá)到要求。

下載部分的電路將是電路板成型以后最常用的部分，因此這一部分電路一定要特別穩(wěn)定可靠。首先要檢查下載電路中有沒有漏焊、虛焊或者錯(cuò)焊的情況，然后再編寫一個(gè)簡單程序，并通過JTAG口下載到電路板上，測試輸出的信號是否正常。

3.2 調(diào)制器硬件程序的調(diào)試

作為組成調(diào)制器的重要部分，編碼的電路必須能夠流水處理，實(shí)現(xiàn)線性時(shí)間編碼；

基于比特的編碼電路，所編出來的碼字不能存在誤差問題，必須保證是準(zhǔn)確無誤的；編碼電路必須要能夠在系統(tǒng)所要求的各種時(shí)鐘速度下穩(wěn)定地進(jìn)行工作，即保證編碼器的工作時(shí)鐘不能低于系統(tǒng)所要求達(dá)到的最高工作時(shí)鐘。

無論BCH編碼還是LDPC編碼，我們都是采用線性編碼的方法，將數(shù)據(jù)串行輸入，當(dāng)信息位的輸入完成時(shí)，校驗(yàn)位恰好完成全部編碼。雖然編碼器的輸入與輸出時(shí)鐘是一樣完全的，使編碼增加了校驗(yàn)位，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的有效長度變長，但是我們所采用地信號結(jié)構(gòu)在每一幀數(shù)據(jù)之后都留了空位，編碼以后只能填充一部分空位，因此足以完成線性編碼，并且保證電路有充裕的時(shí)間可以進(jìn)行復(fù)位操作。

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