［摘要］文章針對有線數(shù)字電視信號的傳輸特點，應用CPCI架構技術搭建有線數(shù)字電視信號傳輸?shù)馁|量監(jiān)測系統(tǒng)，以解決在PCI架構的監(jiān)測系統(tǒng)遇到的難以克服的問題，更好地提升系統(tǒng)性能。文中著重闡述構成監(jiān)測系統(tǒng)的各個模塊的功能和具體的實現(xiàn)。詳細介紹無視頻、無音頻、圖像靜止、黑場、彩條等異態(tài)視音頻的判別方法。 ［關鍵詞］ CPCI；嵌入式；音視頻監(jiān)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(wǎng)絡數(shù)字化整體平臺的轉換，有線數(shù)字電視信號已進入千家萬戶，如何保障節(jié)目信號的安全傳輸，是廣電網(wǎng)絡傳輸部門和廣電監(jiān)管部門必須要考慮的事情，建立一套運行穩(wěn)定、及時準確、高效率的監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。 目前，我國在對廣播電視信號監(jiān)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(tǒng)以及測量板卡組建的專用監(jiān)測系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)存在如下問題： 1.Windows操作系統(tǒng)的安全漏洞、內(nèi)存溢出等問題。 2.通用硬件的穩(wěn)定性、可靠性不能夠滿足長期全天候運行。 3.系統(tǒng)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(tǒng)效率低、可靠性差、功耗大。 5.IPC機內(nèi)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(fā)展趨勢是采用CPCI架構研究方向發(fā)展。 采用標準的CPCI架構，具有如下優(yōu)點： 1.CPCI開放的總線技術，有利于各類系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行沒有斷電的情況下，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(wǎng)絡、計算機、電話整合，也適合實時系統(tǒng)控制、產(chǎn)業(yè)自動化、實時數(shù)據(jù)采集、軍事系統(tǒng)等需要高速運算、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(shù)據(jù)通信的應用，包括服務器、路由器、交換機等。 現(xiàn)在超大規(guī)模的集成電路飛速發(fā)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(tǒng)具有體積小、結構緊湊、可靠性高的優(yōu)點。 嵌入式系統(tǒng)采用模塊化的設計思想，根據(jù)有線數(shù)字電視信號監(jiān)測系統(tǒng)功能及其應用環(huán)境的特定要求，制作各種特定功能的板卡，安裝在機箱內(nèi)，通過CPCI總線與主板相連，完成系統(tǒng)功能。 二、廣電有線數(shù)字電視傳輸信號特點 目前我國數(shù)字有線電視系統(tǒng)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(jié)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(nèi)傳輸多套（目前國內(nèi)采用QAM64調制方式，最多包含8套）數(shù)字電視節(jié)目。 TS流中業(yè)務信息具有特殊重要作用，它關系到嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的頻道調諧、節(jié)目選擇和定位、電子節(jié)目指南、解碼。 三、系統(tǒng)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(shù)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(shù)字信號接口模塊 該模塊主要由調諧器（TUNER）和CAM卡及各種內(nèi)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(shù)據(jù)，如頻率參數(shù)，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(shù)據(jù)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(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(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。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(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電路中設計周期最短、開發(fā)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，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： （1）通過執(zhí)行應用程序給調諧器設置頻率，并讀取調諧器的數(shù)據(jù)有：翻轉狀態(tài)、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(shù)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(shù)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(jié)目，每個節(jié)目又可以包含多個基本碼流，基本碼流和其他的控制數(shù)據(jù)等都被打成固定長度的包，每個包都有一個包識別符（PID）。MPEG-2用節(jié)目特定信息（PSI）來傳送節(jié)目和PID之間的相互關系。PSI必須以一定的頻率不斷發(fā)送。PSI使用4個表來定義碼流結構，分別是：節(jié)目關聯(lián)表PAT、節(jié)目映射表PMT、網(wǎng)絡信息表NIT、條件接收表CAT。在監(jiān)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(jié)目復用有關的控制信息，用于指出TS流中包括哪些節(jié)目，每個節(jié)目的編號及相應的PMT的位置PID＝0xXXXX，同時還提供網(wǎng)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(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，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(jié)為0x47的TS包，再從此包中找出PID＝0x00的PAT表，PAT含有每套節(jié)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(shù)據(jù)：Aspect、Size、FRate、BRate等；音頻流的基本數(shù)據(jù)：Layer、BRate、Freq。