基于USB接口便攜式DTV碼流測(cè)試分析儀

楊俊東　郝文飛

摘 要：設(shè)計(jì)了一款便攜式USB數(shù)字電視傳輸流（TS）監(jiān)測(cè)設(shè)備。該設(shè)備集射頻QAM信號(hào)和基帶ASI信號(hào)的截取、監(jiān)測(cè)分析、基帶ASI信號(hào)發(fā)送功能于一體，滿足了數(shù)字電視的產(chǎn)品開發(fā)、測(cè)試、傳輸網(wǎng)絡(luò)等參數(shù)的監(jiān)測(cè)、分析、碼流的發(fā)送和截取等需要。

關(guān)鍵詞：USB2.0；數(shù)字電視傳輸流監(jiān)測(cè)；CPLD；TS流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN943；TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）16-0134-02

近年來，數(shù)字電視技術(shù)在各國(guó)的大力推廣下得到了飛速的發(fā)展。標(biāo)清、高清等數(shù)字電視設(shè)備層出不窮，數(shù)字電視傳輸網(wǎng)絡(luò)也在不斷擴(kuò)大與完善。在開發(fā)數(shù)字電視產(chǎn)品、監(jiān)測(cè)和維護(hù)數(shù)字電視的傳輸網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備時(shí)，都需要利用數(shù)字電視傳輸流監(jiān)測(cè)、發(fā)送和截取設(shè)備等。而在某些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境下，需要這些設(shè)備具有體積較小、各種功能集成、使用簡(jiǎn)單和便于攜帶等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是將數(shù)字電視傳輸網(wǎng)中符合DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的QAM射頻信號(hào)通過高頻調(diào)諧器解調(diào)，或直接將ASI信號(hào)通過USB2.0協(xié)議上傳到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，包括TR101-290三級(jí)參數(shù)、節(jié)目的詳細(xì)信息、PCR抖動(dòng)圖、QAM星座圖和所選節(jié)目的解碼播放?？蓪⒋a流采集、存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，還可以將已有的傳輸流通過ASI接口發(fā)送到數(shù)字電視傳輸網(wǎng)中。該設(shè)計(jì)集QAM和ASI信號(hào)的截取與分析、ASI信號(hào)的發(fā)送于一體，并且尺寸只有125 mm×80 mm×30 mm。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件的主要模塊有：USB控制器（內(nèi)含主控單元MCU）、CPLD、FIFO（First In First Out，先入先出存儲(chǔ)器）、時(shí)鐘發(fā)生模塊、ASI接口、DVB-C射頻輸入模塊和電源模塊。設(shè)備的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)

2.1 主控MCU模塊

主控MCU模塊選擇了EZ-USB FX2LP系列芯片中的CY7C68014A作為核心芯片，而其他公司的產(chǎn)品只包含USB物理接口的總線收發(fā)器，比如NXP公司的ISP1581系列等。FX2LP集成了一個(gè)USB 2.0物理接口和一個(gè)MCU，是一個(gè)整體的解決

方案。這既可少占用電路板的空間，又降低了開發(fā)的難度。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

USB收發(fā)器、智能串行接口引擎（SIE）和PLL共同構(gòu)成了一個(gè)USB2.0物理層協(xié)議處理器（PHY），可完成大部分USB2.0協(xié)議處理工作，包括打包和拆包數(shù)據(jù)、返回握手信號(hào)，甚至能獨(dú)立進(jìn)行設(shè)備枚舉。這大大減輕了開發(fā)難度，使用戶可以把更多的精力放在傳輸上，而不必詳細(xì)了解復(fù)雜的USB協(xié)議。

增強(qiáng)型的8051內(nèi)核既與標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容，又有多項(xiàng)改進(jìn)：在最高工作頻率48 MHz下，一個(gè)指令周期只需4個(gè)時(shí)鐘周期，比標(biāo)準(zhǔn)的8051平均提高了2.5倍；具有2個(gè)通用異步收發(fā)器（UART）和3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；擴(kuò)展了更多的中斷和I/O口，可以更好地進(jìn)行控制管理工作。

芯片內(nèi)部還帶有16 KB的片上RAM和4 KB的FIFO。通用可編程接口（GPIF）則用來管理高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序，配合FIFO可實(shí)現(xiàn)與外圍接口的無縫連接。主控I2C接口可控制管理外圍的I2C接口器件，其在本系統(tǒng)中主要控制EEPROM和射頻輸入接口模塊。

2.2 時(shí)序控制模塊

本系統(tǒng)選用ALTERA公司的CPLD器件EPM7128S-100實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍邏輯電路的控制。EPM7128S-100內(nèi)含128個(gè)宏單元，并帶有100個(gè)可供用戶使用的I/O腳，其中4個(gè)為專用輸入腳；內(nèi)置JTAG（IEEE Std.1149.1 Joint Test Action Group）邊界掃描測(cè)試電路，通過JTAG口可實(shí)現(xiàn)在線系統(tǒng)編程（ISP）；I/O接口支持3.3 V和5 V兩種供電電壓，不需要轉(zhuǎn)換電壓，且本系統(tǒng)的

兩種電壓信號(hào)都采用直接連接的方式。

2.3 電源模塊

對(duì)于開發(fā)一款便攜式設(shè)備，電源模塊的選擇非常重要。USB協(xié)議規(guī)定的電纜可提供5 V的輸出電壓，且每個(gè)設(shè)備都能分配到500 mA的電流。該設(shè)備選擇USB電纜供電的方案，必要時(shí)需多加一條USB電纜，以提高輸入的電流值。

設(shè)備中包含3.3 V和5 V兩種供電電壓芯片，并選用Linear公司的開關(guān)電源LT1767來轉(zhuǎn)換電壓。與一般線性電源相比，開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率更高、發(fā)熱量更小，更適合便攜設(shè)備使用。

2.4 時(shí)鐘模塊

本系統(tǒng)選用AD公司的AD9833和一個(gè)有源晶振制成的時(shí)鐘發(fā)生模塊。AD9833是一款數(shù)字的可編程波形發(fā)生芯片，內(nèi)部包括可編程DDS系統(tǒng)、高性能的DAC和高速比較器，能當(dāng)作全數(shù)字化編程控制的頻率合成器和時(shí)鐘發(fā)生器使用。外接精密的時(shí)鐘源，即可產(chǎn)生頻譜純凈、頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出。正弦波可直接作用于信號(hào)源的設(shè)定，也可轉(zhuǎn)換成方波作用于數(shù)字電路時(shí)鐘。AD9833支持串行口編程，可直接輸入頻率、相位等控制信息數(shù)據(jù)。頻率輸出范圍在1～12.5 MHz之間時(shí)，分辨率可達(dá)0.093 Hz，基本滿足本設(shè)備的要求。同時(shí)，芯片的封裝只有半個(gè)指甲蓋大小，功耗也僅有20 mW，非常適合于開發(fā)便攜式設(shè)備。

2.5 數(shù)據(jù)緩存模塊

系統(tǒng)選用IDT公司的IDT72V2111芯片緩存TS流。IDT72V2111的最高工作頻率為100 MHz，容量為512 K×9 bit，可設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)工作模式或FWFT（First Word Fall Through）工作模式，并提供全滿、半滿、全空、將滿和將空五種標(biāo)志信號(hào)。除硬件復(fù)位方式外，IDT72V2111還提供軟件復(fù)位方式，可在保留可編程設(shè)置項(xiàng)的前提下清空所有數(shù)據(jù)，重設(shè)標(biāo)志位，這在工作過程中非常實(shí)用。此外，該芯片也是一款低功耗的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)中，將IDT72V2111設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)工作方式，選用8位數(shù)據(jù)帶寬方式和半滿標(biāo)志位。

2.6 接口模塊

ASI的輸入和輸出接口芯片采用Cypress公司的CY7B9334和CY7B9234，它們可以單獨(dú)完成ASI接口通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，輸入和輸出直接并行TS流，使用比較方便。射頻輸入接口模塊選用PHILIPS公司的DCQ-1C/111器件，它集成了一個(gè)調(diào)諧器和一片TDA公司的TDA10021信道解調(diào)器，是典型的DVB-C射頻輸入接口集成設(shè)備。其中，TDA10021處于主控地位，提供對(duì)外的I2C接口，并可通過設(shè)置轉(zhuǎn)接到調(diào)諧器。連接有線電纜后，器件就可以在FX2LP主控的I2C接口的控制下，輸出并行TS流，同時(shí)還可以讀取QAM星座圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序主要是為設(shè)備用戶提供一個(gè)可視化的界面窗口，并通過調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序控制硬件設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)的監(jiān)測(cè)、截取和發(fā)送功能。應(yīng)用程序主要分信號(hào)的監(jiān)測(cè)和分析、信號(hào)的截取和發(fā)送兩部分。

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)軟件主要包括TR101-290三級(jí)參數(shù)、節(jié)目的詳細(xì)信息、

PCR抖動(dòng)圖、QAM星座圖和所選節(jié)目的解碼播放等部分。軟件對(duì)截取的碼流實(shí)時(shí)分析，將碼流的詳細(xì)信息提取出來，并對(duì)當(dāng)前所選節(jié)目實(shí)時(shí)解碼顯示。對(duì)于TR101-290三級(jí)參數(shù)等信息，將每秒刷新1次，并將錯(cuò)誤和發(fā)生時(shí)間保存在日志中。如果輸入QAM射頻信號(hào)，軟件還將提供高頻調(diào)諧功能，調(diào)諧成功后將實(shí)時(shí)提取QAM信道參數(shù)，并繪制出QAM星座圖。具體如圖3所示。

3.2 截取和發(fā)送軟件設(shè)計(jì)

截取軟件界面如圖4所示。該軟件支持ASI信號(hào)輸入和QAM信號(hào)輸入的碼流截取。當(dāng)輸入信號(hào)為ASI時(shí)，選擇“ASI接口”直接進(jìn)行截取操作；當(dāng)輸入信號(hào)為QAM射頻信號(hào)時(shí)，選擇“QAM接口”輸入所需截取節(jié)目所在的頻點(diǎn)，按“調(diào)諧狀態(tài)”進(jìn)行高頻頭的調(diào)諧，調(diào)諧成功后，即可進(jìn)行截取操作。發(fā)送軟件界面如圖5所示。該軟件提供任意碼流的發(fā)送，發(fā)送碼率可自行設(shè)定，同時(shí)還可以選擇單次發(fā)送和循環(huán)發(fā)送兩種模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

在詳細(xì)研究了USB2.0接口技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一款基于USB 2.0的便攜式數(shù)字電視碼流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、軟硬件協(xié)同調(diào)試等工作，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)預(yù)定的功能，并達(dá)到了產(chǎn)品化的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]馬振華.基于USB2.0的便攜式數(shù)字電視碼流傳輸設(shè)備研制[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[2]郝文飛，張小佩.一種數(shù)字電視傳輸流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2014，37（03）：73-76.

〔編輯：張思楠〕

2.6 接口模塊

ASI的輸入和輸出接口芯片采用Cypress公司的CY7B9334和CY7B9234，它們可以單獨(dú)完成ASI接口通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，輸入和輸出直接并行TS流，使用比較方便。射頻輸入接口模塊選用PHILIPS公司的DCQ-1C/111器件，它集成了一個(gè)調(diào)諧器和一片TDA公司的TDA10021信道解調(diào)器，是典型的DVB-C射頻輸入接口集成設(shè)備。其中，TDA10021處于主控地位，提供對(duì)外的I2C接口，并可通過設(shè)置轉(zhuǎn)接到調(diào)諧器。連接有線電纜后，器件就可以在FX2LP主控的I2C接口的控制下，輸出并行TS流，同時(shí)還可以讀取QAM星座圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序主要是為設(shè)備用戶提供一個(gè)可視化的界面窗口，并通過調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序控制硬件設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)的監(jiān)測(cè)、截取和發(fā)送功能。應(yīng)用程序主要分信號(hào)的監(jiān)測(cè)和分析、信號(hào)的截取和發(fā)送兩部分。

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)軟件主要包括TR101-290三級(jí)參數(shù)、節(jié)目的詳細(xì)信息、

PCR抖動(dòng)圖、QAM星座圖和所選節(jié)目的解碼播放等部分。軟件對(duì)截取的碼流實(shí)時(shí)分析，將碼流的詳細(xì)信息提取出來，并對(duì)當(dāng)前所選節(jié)目實(shí)時(shí)解碼顯示。對(duì)于TR101-290三級(jí)參數(shù)等信息，將每秒刷新1次，并將錯(cuò)誤和發(fā)生時(shí)間保存在日志中。如果輸入QAM射頻信號(hào)，軟件還將提供高頻調(diào)諧功能，調(diào)諧成功后將實(shí)時(shí)提取QAM信道參數(shù)，并繪制出QAM星座圖。具體如圖3所示。

3.2 截取和發(fā)送軟件設(shè)計(jì)

截取軟件界面如圖4所示。該軟件支持ASI信號(hào)輸入和QAM信號(hào)輸入的碼流截取。當(dāng)輸入信號(hào)為ASI時(shí)，選擇“ASI接口”直接進(jìn)行截取操作；當(dāng)輸入信號(hào)為QAM射頻信號(hào)時(shí)，選擇“QAM接口”輸入所需截取節(jié)目所在的頻點(diǎn)，按“調(diào)諧狀態(tài)”進(jìn)行高頻頭的調(diào)諧，調(diào)諧成功后，即可進(jìn)行截取操作。發(fā)送軟件界面如圖5所示。該軟件提供任意碼流的發(fā)送，發(fā)送碼率可自行設(shè)定，同時(shí)還可以選擇單次發(fā)送和循環(huán)發(fā)送兩種模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

在詳細(xì)研究了USB2.0接口技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一款基于USB 2.0的便攜式數(shù)字電視碼流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、軟硬件協(xié)同調(diào)試等工作，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)預(yù)定的功能，并達(dá)到了產(chǎn)品化的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]馬振華.基于USB2.0的便攜式數(shù)字電視碼流傳輸設(shè)備研制[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[2]郝文飛，張小佩.一種數(shù)字電視傳輸流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2014，37（03）：73-76.

〔編輯：張思楠〕

2.6 接口模塊

ASI的輸入和輸出接口芯片采用Cypress公司的CY7B9334和CY7B9234，它們可以單獨(dú)完成ASI接口通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，輸入和輸出直接并行TS流，使用比較方便。射頻輸入接口模塊選用PHILIPS公司的DCQ-1C/111器件，它集成了一個(gè)調(diào)諧器和一片TDA公司的TDA10021信道解調(diào)器，是典型的DVB-C射頻輸入接口集成設(shè)備。其中，TDA10021處于主控地位，提供對(duì)外的I2C接口，并可通過設(shè)置轉(zhuǎn)接到調(diào)諧器。連接有線電纜后，器件就可以在FX2LP主控的I2C接口的控制下，輸出并行TS流，同時(shí)還可以讀取QAM星座圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序主要是為設(shè)備用戶提供一個(gè)可視化的界面窗口，并通過調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序控制硬件設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)的監(jiān)測(cè)、截取和發(fā)送功能。應(yīng)用程序主要分信號(hào)的監(jiān)測(cè)和分析、信號(hào)的截取和發(fā)送兩部分。

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)軟件主要包括TR101-290三級(jí)參數(shù)、節(jié)目的詳細(xì)信息、

PCR抖動(dòng)圖、QAM星座圖和所選節(jié)目的解碼播放等部分。軟件對(duì)截取的碼流實(shí)時(shí)分析，將碼流的詳細(xì)信息提取出來，并對(duì)當(dāng)前所選節(jié)目實(shí)時(shí)解碼顯示。對(duì)于TR101-290三級(jí)參數(shù)等信息，將每秒刷新1次，并將錯(cuò)誤和發(fā)生時(shí)間保存在日志中。如果輸入QAM射頻信號(hào)，軟件還將提供高頻調(diào)諧功能，調(diào)諧成功后將實(shí)時(shí)提取QAM信道參數(shù)，并繪制出QAM星座圖。具體如圖3所示。

3.2 截取和發(fā)送軟件設(shè)計(jì)

截取軟件界面如圖4所示。該軟件支持ASI信號(hào)輸入和QAM信號(hào)輸入的碼流截取。當(dāng)輸入信號(hào)為ASI時(shí)，選擇“ASI接口”直接進(jìn)行截取操作；當(dāng)輸入信號(hào)為QAM射頻信號(hào)時(shí)，選擇“QAM接口”輸入所需截取節(jié)目所在的頻點(diǎn)，按“調(diào)諧狀態(tài)”進(jìn)行高頻頭的調(diào)諧，調(diào)諧成功后，即可進(jìn)行截取操作。發(fā)送軟件界面如圖5所示。該軟件提供任意碼流的發(fā)送，發(fā)送碼率可自行設(shè)定，同時(shí)還可以選擇單次發(fā)送和循環(huán)發(fā)送兩種模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

在詳細(xì)研究了USB2.0接口技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一款基于USB 2.0的便攜式數(shù)字電視碼流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、軟硬件協(xié)同調(diào)試等工作，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)預(yù)定的功能，并達(dá)到了產(chǎn)品化的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]馬振華.基于USB2.0的便攜式數(shù)字電視碼流傳輸設(shè)備研制[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[2]郝文飛，張小佩.一種數(shù)字電視傳輸流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2014，37（03）：73-76.

〔編輯：張思楠〕