［摘要］文章針對(duì)有線數(shù)字電視信號(hào)的傳輸特點(diǎn)，應(yīng)用CPCI架構(gòu)技術(shù)搭建有線數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決在PCI架構(gòu)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遇到的難以克服的問(wèn)題，更好地提升系統(tǒng)性能。文中著重闡述構(gòu)成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的功能和具體的實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)介紹無(wú)視頻、無(wú)音頻、圖像靜止、黑場(chǎng)、彩條等異態(tài)視音頻的判別方法。 ［關(guān)鍵詞］ CPCI；嵌入式；音視頻監(jiān)測(cè)；TS流；編碼解碼；POWERPC；FPGA

一、引言 隨著全國(guó)各地廣播電視有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化整體平臺(tái)的轉(zhuǎn)換，有線數(shù)字電視信號(hào)已進(jìn)入千家萬(wàn)戶，如何保障節(jié)目信號(hào)的安全傳輸，是廣電網(wǎng)絡(luò)傳輸部門和廣電監(jiān)管部門必須要考慮的事情，建立一套運(yùn)行穩(wěn)定、及時(shí)準(zhǔn)確、高效率的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。 目前，我國(guó)在對(duì)廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)方面還廣泛采用的是PCI架構(gòu)的通用工控機(jī)與Windows操作系統(tǒng)以及測(cè)量板卡組建的專用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)存在如下問(wèn)題： 1.Windows操作系統(tǒng)的安全漏洞、內(nèi)存溢出等問(wèn)題。 2.通用硬件的穩(wěn)定性、可靠性不能夠滿足長(zhǎng)期全天候運(yùn)行。 3.系統(tǒng)硬盤長(zhǎng)時(shí)間工作反復(fù)讀寫對(duì)硬盤的機(jī)械磨損容易損壞磁盤。 4.IPC機(jī)的硬件和軟件冗余使系統(tǒng)效率低、可靠性差、功耗大。 5.IPC機(jī)內(nèi)的功能板卡不支持熱插拔，維護(hù)時(shí)，必須要關(guān)機(jī)。 為解決PCI架構(gòu)存在的缺陷，當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)是采用CPCI架構(gòu)研究方向發(fā)展。 采用標(biāo)準(zhǔn)的CPCI架構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1.CPCI開放的總線技術(shù)，有利于各類系統(tǒng)集成，可以隨時(shí)增加具有不同功能的板卡放入一套機(jī)箱。 2.拋棄IPC傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，改用可靠的歐洲卡結(jié)構(gòu)，改善了散熱條件，提高了抗振動(dòng)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(fù)載能力。 4.高效的熱插拔技術(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行沒(méi)有斷電的情況下，插拔功能模塊板，而不破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 CPCI所具有高開放性、高可靠性、可熱插拔的特點(diǎn)，使該技術(shù)除了可以廣泛應(yīng)用在通訊、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、電話整合，也適合實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制、產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、軍事系統(tǒng)等需要高速運(yùn)算、智能交通、航空航天、醫(yī)療器械、水利等模塊化及高可靠度、可長(zhǎng)期使用的應(yīng)用領(lǐng)域。由于CPCI擁有較高的帶寬，它也適用于一些高速數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用，包括服務(wù)器、路由器、交換機(jī)等。 現(xiàn)在超大規(guī)模的集成電路飛速發(fā)展，嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，構(gòu)建基于CPCI嵌入式系統(tǒng)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。 嵌入式系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)有線數(shù)字電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能及其應(yīng)用環(huán)境的特定要求，制作各種特定功能的板卡，安裝在機(jī)箱內(nèi)，通過(guò)CPCI總線與主板相連，完成系統(tǒng)功能。 二、廣電有線數(shù)字電視傳輸信號(hào)特點(diǎn) 目前我國(guó)數(shù)字有線電視系統(tǒng)采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)。在前端編碼器將各種設(shè)備輸出的視音頻信號(hào)按照MPEG-2的編碼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)A/D輸出信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，送入復(fù)用器完成多套節(jié)目的復(fù)用，通過(guò)QAM調(diào)制，形成TS流或PS流 。在一個(gè)8MHz電視頻道內(nèi)傳輸多套（目前國(guó)內(nèi)采用QAM64調(diào)制方式，最多包含8套）數(shù)字電視節(jié)目。 TS流中業(yè)務(wù)信息具有特殊重要作用，它關(guān)系到嵌入式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頻道調(diào)諧、節(jié)目選擇和定位、電子節(jié)目指南、解碼。 三、系統(tǒng)技術(shù)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(shù)字信號(hào)接口模塊、碼流分析模塊、解碼模塊、編碼模塊。 1.有線數(shù)字信號(hào)接口模塊 該模塊主要由調(diào)諧器（TUNER）和CAM卡及各種內(nèi)部總線組成。 基本原理：調(diào)諧器接收射頻信號(hào)并下行變頻為中頻信號(hào)，接收的射頻信號(hào)的頻率是碼流分析模塊控制設(shè)定要接收的頻率。碼流分析模塊中的CPU（PowerPC）通過(guò)外部總線與FLASH、SDRAM相連，從FLASH中讀取應(yīng)用程序指令，如給調(diào)諧器設(shè)置頻率指令，然后從SDRAM讀取所需的數(shù)據(jù)，如頻率參數(shù)，通過(guò)I2C總線控制調(diào)諧器。調(diào)諧器輸出的中頻信號(hào)，通過(guò)QAM解調(diào)成TS流，送入CAM卡專用芯片，得到解CA的TS流。CAM卡芯片通過(guò)PCI總線與碼流分析模塊的PowerPC處理器連接。 解CA的TS流通過(guò)并行數(shù)據(jù)總線輸入到解碼模塊的8塊解碼芯片，完成一個(gè)頻點(diǎn)的8套節(jié)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(nèi)部總線組成。 FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)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(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA的基本特點(diǎn)： （1）采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，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(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。 （4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)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(shuō)，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 碼流分析模塊的主要任務(wù)： （1）通過(guò)執(zhí)行應(yīng)用程序給調(diào)諧器設(shè)置頻率，并讀取調(diào)諧器的數(shù)據(jù)有：翻轉(zhuǎn)狀態(tài)、該頻點(diǎn)的電平值、QAM類型、符號(hào)率、制式等。 （2）讀出CAM卡的模式（有無(wú)）。 CAM卡座可以同時(shí)插2塊CAM卡，碼流分析模塊可以讀出CAM卡的使用數(shù)量及卡的位置。 （3）調(diào)諧器輸出的一路TS流進(jìn)入FPGA，為了精確分析碼流必須打上100MHz的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，得到TS流的PID包間隔，使PCR（解碼時(shí)鐘基準(zhǔn)）的抖動(dòng)消除、延時(shí)得到修正。 （4）碼流分析是此模塊最主要的任務(wù)。在MPEG-2的TS流中，可以包含多個(gè)節(jié)目，每個(gè)節(jié)目又可以包含多個(gè)基本碼流，基本碼流和其他的控制數(shù)據(jù)等都被打成固定長(zhǎng)度的包，每個(gè)包都有一個(gè)包識(shí)別符（PID）。MPEG-2用節(jié)目特定信息（PSI）來(lái)傳送節(jié)目和PID之間的相互關(guān)系。PSI必須以一定的頻率不斷發(fā)送。PSI使用4個(gè)表來(lái)定義碼流結(jié)構(gòu)，分別是：節(jié)目關(guān)聯(lián)表PAT、節(jié)目映射表PMT、網(wǎng)絡(luò)信息表NIT、條件接收表CAT。在監(jiān)測(cè)方面， PAT和PMT表特別重要。PAT表的PID號(hào)為“0x00”，它包含了與多路節(jié)目復(fù)用有關(guān)的控制信息，用于指出TS流中包括哪些節(jié)目，每個(gè)節(jié)目的編號(hào)及相應(yīng)的PMT的位置PID＝0xXXXX，同時(shí)還提供網(wǎng)絡(luò)信息表（NIT）的位置。PAT丟失將導(dǎo)致接收端無(wú)法解碼TS流的任何節(jié)目。PMT完整地描述了一路節(jié)目是由哪些PES組成的及它們的PID號(hào)，如：某一路視頻PES、音頻PES、PCR的PES。PAT和PMT在傳輸過(guò)程中是不加密的。對(duì)TS流的分析可作如下簡(jiǎn)述：首先從TS流中找到188B，包頭占4B，包頭中的同步字節(jié)為0x47的TS包，再?gòu)拇税姓页鯬ID＝0x00的PAT表，PAT含有每套節(jié)目相對(duì)應(yīng)的PMT的PID，查找到對(duì)應(yīng)的一套PMT里的視頻PID、音頻PID、PCR的PID ，最后可以分析出對(duì)應(yīng)視頻流的基本數(shù)據(jù)：Aspect、Size、FRate、BRate等；音頻流的基本數(shù)據(jù)：Layer、BRate、Freq。