衛(wèi)星接收機(jī)的同步廣播技術(shù)探討

梁艷紅

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星廣播技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均得到了普遍使用，由于衛(wèi)星廣播具有的優(yōu)點(diǎn)較多，其可以具有較大的覆蓋面積，所以衛(wèi)星廣播技術(shù)得到了現(xiàn)今社會(huì)的關(guān)注。因此本文首先提出了衛(wèi)星接收機(jī)同步廣播技術(shù)的相關(guān)概念，然后闡述了MPEG-2系統(tǒng)的基本概述，然后分析了衛(wèi)星廣播技術(shù)中的硬件電路，最后總結(jié)了本文的行文思路。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星 接收機(jī) 同步廣播 FPGA TS流

廣播是一種傳統(tǒng)的信息傳播媒介，因其傳播速度快捷、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)而在當(dāng)今社會(huì)扮演著重要的角色，但是廣播站點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)同步廣播技術(shù)還有一定的難度，因此本文首先討論了衛(wèi)星接收機(jī)同步廣播技術(shù)的相關(guān)概念，即衛(wèi)星接收機(jī)同步廣播技術(shù)的研究背景和意義，國(guó)內(nèi)外的研究狀況和趨勢(shì)，衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)三點(diǎn)，從而可以更好地研究衛(wèi)星接收機(jī)同步廣播技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)廣播技術(shù)的同步傳播。

1 衛(wèi)星接收機(jī)同步廣播技術(shù)的相關(guān)概念

1.1 研究背景和意義

廣播是一種信息傳播媒介，傳播方式主要有無(wú)線方式和有線方式兩種，傳播的信息是聲音信息，廣播的出現(xiàn)使得人們能夠更便捷的獲取信息。現(xiàn)今的傳播技術(shù)較多，而廣播以接收設(shè)備小、投資少、傳播速度快捷等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞，其在當(dāng)今社會(huì)有著重要的作用。同步廣播技術(shù)的基礎(chǔ)是調(diào)頻廣播，主要是傳播地面的廣播信息，同步廣播技術(shù)中的同步是指在不同的發(fā)射站點(diǎn)采用統(tǒng)一的發(fā)射頻率且同時(shí)發(fā)送的一種廣播形式，由于每個(gè)站點(diǎn)在傳播廣播信息時(shí)與相鄰的站點(diǎn)沒(méi)有干擾，所以這種廣播技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是廣播信息能夠覆蓋范圍內(nèi)的聽(tīng)眾，從而這種廣播技術(shù)的質(zhì)量較高，能夠滿足較多用戶的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星廣播技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)用，衛(wèi)星廣播技術(shù)采用的主要技術(shù)是MPEG-2的數(shù)字壓縮和傳輸技術(shù)，這種技術(shù)能夠提供高品質(zhì)的音效，且可以滿足廣播電視對(duì)節(jié)目質(zhì)量不斷增長(zhǎng)的要求。衛(wèi)星廣播技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)較多，另外有覆蓋面積大、節(jié)目容量大的特點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域的傳輸較方便，然而衛(wèi)星廣播技術(shù)面對(duì)的一較大難題是在跨區(qū)域的廣播站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)廣播同步，這一問(wèn)題也是現(xiàn)今的研究熱點(diǎn)。

1.2 國(guó)內(nèi)外的研究狀況和趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，同步衛(wèi)星廣播所使用的技術(shù)越來(lái)越完善，世界各國(guó)都開(kāi)始使用衛(wèi)星同步技術(shù)，但是我國(guó)的衛(wèi)星廣播技術(shù)的發(fā)展較落后，所以我國(guó)的衛(wèi)星廣播技術(shù)的使用產(chǎn)品主要是依靠國(guó)外的產(chǎn)品。然而隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的廣播電視領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外的先進(jìn)水平，這些先進(jìn)的技術(shù)可以有效的解決偏遠(yuǎn)地區(qū)接受電視廣播困難的問(wèn)題。隨著國(guó)內(nèi)外技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字電視廣播的發(fā)展將會(huì)呈現(xiàn)如下趨勢(shì)，即音頻和視頻的效果越來(lái)越好，另外技術(shù)方面衛(wèi)星廣播逐漸開(kāi)始使用第二代數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2，編碼方式也更加有效。

1.3衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

衛(wèi)星廣播系統(tǒng)主要由數(shù)字衛(wèi)星上行設(shè)備、同步衛(wèi)星和衛(wèi)星接收機(jī)三部分組成，數(shù)字衛(wèi)星上行設(shè)備的主要作用是將每個(gè)節(jié)目對(duì)應(yīng)的視頻、音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行MPEG-2編碼，然后將其打包為單個(gè)的節(jié)目碼流等，最后將整理好的音頻信號(hào)和視頻信號(hào)送給電視，然后電視就可以播放相應(yīng)的節(jié)目或者是通過(guò)其他途徑發(fā)出去送到廣播。

2 MPEG-2系統(tǒng)的基本概述

2.1 MPEG-2系統(tǒng)的介紹

一個(gè)或多個(gè)視頻、音頻基本流以及相關(guān)的數(shù)據(jù)按照一定的語(yǔ)法規(guī)則組合成一個(gè)或多個(gè)碼流主要是由MPEG-2系統(tǒng)來(lái)完成，MPEG-2系統(tǒng)完成的工作有利于存儲(chǔ)和傳輸。MPEG-2系統(tǒng)在碼流時(shí)采用的結(jié)構(gòu)是分層結(jié)構(gòu)，而MPEG-2系統(tǒng)的解復(fù)過(guò)程是復(fù)用的逆過(guò)程。

2.2 TS流的組成結(jié)構(gòu)

TS流的組成是每個(gè)TS包，TS包由4個(gè)字節(jié)的TS包頭、可變長(zhǎng)度的自適應(yīng)字段和有效負(fù)載組成，其長(zhǎng)度為188字節(jié)，其中4個(gè)字節(jié)的TS包頭的作用是實(shí)現(xiàn)TS包的同步、錯(cuò)誤指示、識(shí)別等。另外自適應(yīng)階段是在TS流打包過(guò)程中節(jié)目PES流的數(shù)據(jù)不能填滿TS包的有效負(fù)載的情況下，自適應(yīng)字段是被加在有效負(fù)載前面的數(shù)據(jù)包，這些適應(yīng)字段的特點(diǎn)是包含較多的選項(xiàng)，因此適應(yīng)字段的長(zhǎng)度可以發(fā)生變化。

2.3 節(jié)目特定信息

節(jié)目特定信息是指服務(wù)信息數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)在MPEG標(biāo)準(zhǔn)中稱為節(jié)目特定信息，即PSI，而節(jié)目特定信息是指在數(shù)字電視的碼流中，引入了一些特定的TS數(shù)據(jù)包來(lái)確立各個(gè)PES數(shù)據(jù)包之間的關(guān)系，這樣將能對(duì)含有不同數(shù)據(jù)來(lái)源的TS包來(lái)進(jìn)行有效管理。PSI信息在MPEG-2系統(tǒng)中包含一系列的表格，如節(jié)目關(guān)聯(lián)表（PAT）、條件接收表（CAT）、節(jié)目映射表（PMT）等，這些表格可以明確TS流中各個(gè)不同TS數(shù)據(jù)包之間的關(guān)系。

3 衛(wèi)星廣播技術(shù)中的硬件電路

3.1 硬件電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

FPGA是系統(tǒng)的控制器，系統(tǒng)主要是通過(guò)FPGA來(lái)完成數(shù)字衛(wèi)星信號(hào)的接受從而得到傳輸流信號(hào)即TS信號(hào)，其中FPGA的作用是接受TS流信號(hào)，并且對(duì)TS流信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用處理，解復(fù)用處理之后就可以將一個(gè)節(jié)目的音頻PES流從TS流中提取出來(lái)，然后將其送給SDRAM緩存。其中，在實(shí)現(xiàn)FPGA控制和TS流解復(fù)時(shí)都使用VHDL語(yǔ)言，且最后需要將一些解復(fù)用得到的音頻PES流的相關(guān)信息通過(guò)液晶顯示出來(lái)，從而有利于觀察節(jié)目。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，通常將系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)三塊電路板，這三塊電路板分別是前端調(diào)諧解調(diào)器部分的電路板、Altera FPGA的核心板、包含音頻解碼和接口電路的底板，然后將這些電路板可以在每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)一塊電路板，從而方便調(diào)試尤其是一些較復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)用電路板可以降低調(diào)試的工作量。

3.2 設(shè)計(jì)電源部分

在設(shè)計(jì)電源時(shí)首先需要考慮的是電源的穩(wěn)定性，因?yàn)殡娫吹姆€(wěn)定性將直接影響一個(gè)系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行，因此對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)電源的穩(wěn)定性是非常重要的，如在高速信號(hào)系統(tǒng)中，需要控制電源噪聲，然而如果信號(hào)上升沿時(shí)間越短、傳輸速度越快，在控制電源噪聲時(shí)就越困難。其中影響電源系統(tǒng)穩(wěn)定性的噪聲主要有三個(gè)方面的來(lái)源，即穩(wěn)定電源芯片本身不理想、穩(wěn)定電源的響應(yīng)速度無(wú)法及時(shí)滿足負(fù)載對(duì)電流的需求、存在阻抗三個(gè)方面，由于這幾個(gè)方面的原因?qū)е聦?duì)部分噪聲無(wú)法控制，只能接受。其中系統(tǒng)硬件中的電源形式主義有三種，即SHARP模塊電源、FPGA電源、音頻解碼器模塊電源。

3.3 調(diào)諧解調(diào)器模塊電路

調(diào)諧解碼器模塊電路主要分為三種，第一種是項(xiàng)目中用到的一體化調(diào)諧解調(diào)器，這類調(diào)諧解調(diào)器需要的輸入頻率范圍為950-2150MHz，且具有內(nèi)碼解碼器和外碼解碼器，收縮長(zhǎng)度等于7，有16個(gè)奇偶校檢字節(jié)，塊長(zhǎng)度為204個(gè)字節(jié)和能量擴(kuò)散解擾。第二種是高頻頭控制電源電路，高頻頭的控制電源電路是專門應(yīng)用于模擬和數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)LNB下變頻器，并為數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)LNB提供驅(qū)動(dòng)電壓和接口信號(hào)，使用起來(lái)較方便。第三種是一體化調(diào)諧解調(diào)器模塊的電路設(shè)計(jì)，這類調(diào)諧解調(diào)器共有26個(gè)管腳。

3.4 FPGA核心板部分電路

FPGA核心板部分電路主要有三種，第一種是PFGA電路，為了方便系統(tǒng)以后的完善和升級(jí)，且考慮到整個(gè)系統(tǒng)占用資源的情況，F(xiàn)PGA電路使用的是EP3C55F484這片資源比較豐富的芯片。第二種是SORAM電路，這種電路速度比較快即傳輸速度能達(dá)到100M以上但是不容易控制，并且不要不斷地刷新。SORAM電路是同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的意思，根據(jù)它的特點(diǎn)，在進(jìn)行PCB布線時(shí)要使數(shù)據(jù)和地址傳輸線的等長(zhǎng)，從而有利于SORAM電路能夠更好地進(jìn)行工作。SORAM電路通常采用PES流來(lái)緩存解復(fù)用得到的音頻。第三種FPGA核心板部分電路是FLASH電路，這種電路含有非易失性存儲(chǔ)器，因此掉電后數(shù)據(jù)不容易丟失，且可以自動(dòng)將加載程序存儲(chǔ)在FLASH電路里面，因此在上電后可以直接調(diào)用。

3.5 底板模塊電路

底板模塊電路主要包括音頻解碼器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路即DAC電路和一些接口電路。其中音頻解碼器常用CS493102芯片，這種芯片被廣泛應(yīng)用于廣播市場(chǎng)中，如數(shù)字電視、機(jī)頂盒等，且能支持多種解碼標(biāo)準(zhǔn)，而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)后端的放大處理就可以作為廣播音頻。

3.6 PCB板設(shè)計(jì)和調(diào)試

PCB板的設(shè)計(jì)需要關(guān)心信號(hào)完整性的問(wèn)題，這可以避免在調(diào)試過(guò)程中遇到一系列問(wèn)題，這將會(huì)影響產(chǎn)品的研發(fā)周期，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)失敗。其中的信號(hào)完整性是指讓信號(hào)在傳輸線傳輸時(shí)盡可能的保持其應(yīng)該具有的波形，遵循信號(hào)完整性原則就不會(huì)影響電路的功能，但是信號(hào)完整性是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。除了考慮信號(hào)的完整性，還需要考慮電路板的焊接調(diào)試，電路板的焊接調(diào)試是相互獨(dú)立的，且是按照模塊化處理的，在確保焊接沒(méi)有問(wèn)題后調(diào)試調(diào)諧解調(diào)器模塊，然后通過(guò)讀取芯片的器件地址來(lái)完成調(diào)試工作。在調(diào)試FPGA核心板時(shí)，也要先確保焊接沒(méi)問(wèn)題，在調(diào)試FPGA核心板時(shí)需要通過(guò)運(yùn)行一段閃燈的小程序，在調(diào)試底板模塊時(shí)需要通過(guò)檢測(cè)音頻解碼芯片的運(yùn)行來(lái)完成。

4結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星廣播同步技術(shù)還需要進(jìn)一步的研究，在進(jìn)行研究時(shí)首先需要研究衛(wèi)星同步技術(shù)的相關(guān)概念，從而更好地進(jìn)行研究，其次需要研究衛(wèi)星廣播技術(shù)中所用的系統(tǒng)MPEG-2系統(tǒng)，然后需要分析清楚同步廣播技術(shù)的硬件系統(tǒng)，即硬件電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)電源部分、調(diào)諧解調(diào)器模塊電路、FPGA核心板部分電路、底板模塊電路、PCB板設(shè)計(jì)和調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)廣播技術(shù)的同步傳播。

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