［摘要］文章針對有線數字電視信號的傳輸特點，應用CPCI架構技術搭建有線數字電視信號傳輸的質量監測系統，以解決在PCI架構的監測系統遇到的難以克服的問題，更好地提升系統性能。文中著重闡述構成監測系統的各個模塊的功能和具體的實現。詳細介紹無視頻、無音頻、圖像靜止、黑場、彩條等異態視音頻的判別方法。 ［關鍵詞］ CPCI；嵌入式；音視頻監測；TS流；編碼解碼；POWERPC；FPGA

一、引言 隨著全國各地廣播電視有線網絡數字化整體平臺的轉換，有線數字電視信號已進入千家萬戶，如何保障節目信號的安全傳輸，是廣電網絡傳輸部門和廣電監管部門必須要考慮的事情，建立一套運行穩定、及時準確、高效率的監測系統勢在必行。 目前，我國在對廣播電視信號監測方面還廣泛采用的是PCI架構的通用工控機與Windows操作系統以及測量板卡組建的專用監測系統，這樣的系統存在如下問題： 1.Windows操作系統的安全漏洞、內存溢出等問題。 2.通用硬件的穩定性、可靠性不能夠滿足長期全天候運行。 3.系統硬盤長時間工作反復讀寫對硬盤的機械磨損容易損壞磁盤。 4.IPC機的硬件和軟件冗余使系統效率低、可靠性差、功耗大。 5.IPC機內的功能板卡不支持熱插拔，維護時，必須要關機。 為解決PCI架構存在的缺陷，當前的發展趨勢是采用CPCI架構研究方向發展。 采用標準的CPCI架構，具有如下優點： 1.CPCI開放的總線技術，有利于各類系統集成，可以隨時增加具有不同功能的板卡放入一套機箱。 2.拋棄IPC傳統機械結構，改用可靠的歐洲卡結構，改善了散熱條件，提高了抗振動沖擊能力，符合電磁兼容性要求。 3.靈活的連接方式，2mm密度的針孔連接器，具有氣密性、防腐性、可靠性、高負載能力。 4.高效的熱插拔技術，在系統運行沒有斷電的情況下，插拔功能模塊板，而不破壞系統的正常運行。 CPCI所具有高開放性、高可靠性、可熱插拔的特點，使該技術除了可以廣泛應用在通訊、網絡、計算機、電話整合，也適合實時系統控制、產業自動化、實時數據采集、軍事系統等需要高速運算、智能交通、航空航天、醫療器械、水利等模塊化及高可靠度、可長期使用的應用領域。由于CPCI擁有較高的帶寬，它也適用于一些高速數據通信的應用，包括服務器、路由器、交換機等。 現在超大規模的集成電路飛速發展，嵌入式計算機的應用領域越來越廣泛，構建基于CPCI嵌入式系統具有體積小、結構緊湊、可靠性高的優點。 嵌入式系統采用模塊化的設計思想，根據有線數字電視信號監測系統功能及其應用環境的特定要求，制作各種特定功能的板卡，安裝在機箱內，通過CPCI總線與主板相連，完成系統功能。 二、廣電有線數字電視傳輸信號特點 目前我國數字有線電視系統采用DVB-C標準。在前端編碼器將各種設備輸出的視音頻信號按照MPEG-2的編碼標準，對A/D輸出信號進行壓縮編碼，送入復用器完成多套節目的復用，通過QAM調制，形成TS流或PS流 。在一個8MHz電視頻道內傳輸多套（目前國內采用QAM64調制方式，最多包含8套）數字電視節目。 TS流中業務信息具有特殊重要作用，它關系到嵌入式監測系統的頻道調諧、節目選擇和定位、電子節目指南、解碼。 三、系統技術原理 （一）原理框架圖（圖1） （二）功能模塊原理分析 本方案由四部分組成，分別是：有線數字信號接口模塊、碼流分析模塊、解碼模塊、編碼模塊。 1.有線數字信號接口模塊 該模塊主要由調諧器（TUNER）和CAM卡及各種內部總線組成。 基本原理：調諧器接收射頻信號并下行變頻為中頻信號，接收的射頻信號的頻率是碼流分析模塊控制設定要接收的頻率。碼流分析模塊中的CPU（PowerPC）通過外部總線與FLASH、SDRAM相連，從FLASH中讀取應用程序指令，如給調諧器設置頻率指令，然后從SDRAM讀取所需的數據，如頻率參數，通過I2C總線控制調諧器。調諧器輸出的中頻信號，通過QAM解調成TS流，送入CAM卡專用芯片，得到解CA的TS流。CAM卡芯片通過PCI總線與碼流分析模塊的PowerPC處理器連接。 解CA的TS流通過并行數據總線輸入到解碼模塊的8塊解碼芯片，完成一個頻點的8套節目PES流的分離。 2.碼流分析模塊 該模塊主要由CPU、FPGA、FLASH、SDRAM及各種內部總線組成。 FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA的基本特點： （1）采用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。 （2）FPGA可做其他全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 （3）FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。 （4）FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。 （5） FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。 可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。 碼流分析模塊的主要任務： （1）通過執行應用程序給調諧器設置頻率，并讀取調諧器的數據有：翻轉狀態、該頻點的電平值、QAM類型、符號率、制式等。 （2）讀出CAM卡的模式（有無）。 CAM卡座可以同時插2塊CAM卡，碼流分析模塊可以讀出CAM卡的使用數量及卡的位置。 （3）調諧器輸出的一路TS流進入FPGA，為了精確分析碼流必須打上100MHz的計數時鐘，得到TS流的PID包間隔，使PCR（解碼時鐘基準）的抖動消除、延時得到修正。 （4）碼流分析是此模塊最主要的任務。在MPEG-2的TS流中，可以包含多個節目，每個節目又可以包含多個基本碼流，基本碼流和其他的控制數據等都被打成固定長度的包，每個包都有一個包識別符（PID）。MPEG-2用節目特定信息（PSI）來傳送節目和PID之間的相互關系。PSI必須以一定的頻率不斷發送。PSI使用4個表來定義碼流結構，分別是：節目關聯表PAT、節目映射表PMT、網絡信息表NIT、條件接收表CAT。在監測方面， PAT和PMT表特別重要。PAT表的PID號為“0x00”，它包含了與多路節目復用有關的控制信息，用于指出TS流中包括哪些節目，每個節目的編號及相應的PMT的位置PID＝0xXXXX，同時還提供網絡信息表（NIT）的位置。PAT丟失將導致接收端無法解碼TS流的任何節目。PMT完整地描述了一路節目是由哪些PES組成的及它們的PID號，如：某一路視頻PES、音頻PES、PCR的PES。PAT和PMT在傳輸過程中是不加密的。對TS流的分析可作如下簡述：首先從TS流中找到188B，包頭占4B，包頭中的同步字節為0x47的TS包，再從此包中找出PID＝0x00的PAT表，PAT含有每套節目相對應的PMT的PID，查找到對應的一套PMT里的視頻PID、音頻PID、PCR的PID ，最后可以分析出對應視頻流的基本數據：Aspect、Size、FRate、BRate等；音頻流的基本數據：Layer、BRate、Freq。