基于数字信号处理器的标准清晰度电视实时传送复用器实现
王金础 方向忠 余松煜
摘 要:提出了一种采用数字信号处理器(DSP)的标准清晰度电视(SDTV)实时复用器的实现方案.系统以TI通用定点DSP TMS320C50为主处理器,配合少量可编程逻辑器件(PLD),在硬件和软件设计上充分利用DSP的特点,实现了将音频、视频和辅助数据实时复用成符合MPEG2系统层传输规范的码流.系统还具有RS编码功能和E2接口,具备加扰扩展功能.由于系统规范主要由DSP软件实现,因而能通过修改软件以适合不同的应用场合.系统具有完备的调试电路,良好的可维护性. 关键词:数字信号处理器;标准 清晰度电视;数字视频广播;MPEG2;复用器 分类号:TN 919.8;TN 941.3;TN 949.17 文献标识码: A 文章编号:1006-2467(2000)02-0279-03
Implementation of a Real-Time Transport Multiplexer of SDTV Based on DSP
WANG Jin-chu FANG Xiang-zhong YU Song-yu (Inst. of Image Comm. & Info. Processing,Shanghai Jiaotong Univ.,Shanghai 200030 ,China)
Abstract:An implementation of SDTV real-time multiplexer using digital signal processor(DSP) was introduced.The system uses the general fix poi nt DSP TMS320C50 of TI as main processor,PLD as coprocessor.Taking advantage of hardware and software designing with DSP,it can multiplex audio,video and auxili ary data according with the MPEG2 transport stream packet layer in real time.The multiplexer can output RS coded stream and has E2 interface.It has extended fun ction of data scrambling.Since it is realized by software of DSP mainly,the syst em can fit many different situations by modifying software conveniently.Also,the maintainability of this system is good with full on-board test circuit. Key words:digital signal processor(DSP);standard definition tele vision(SDTV);digital video broadcasting(DVB);MPEG2;mulitiplexer▲
目前视频数字化技术席卷全球,符合MPEG2 MP@ML标准的标准清晰度电视(Standard Digital Television,SDTV)正在迅速普及,尤其以欧洲的数字信号处理器(Digital Video Broadca sting,DVB)计划为先导.DVB的卫星和电缆SDTV标准已经欧洲通信标准组织和ITU通过. 传送复用器是数字电视视频编码系统的核心之一,其功能就是将音频编码的数据、辅助数据 根据MPEG2系统层协议规范打包并插入各种控制信息,为数字节目进行传送、解码和再复用等操作提供必要的信息,为信道传输提供接口.
1 MPEG2传送层规范[1]
MPEG2标准规定两种码流可以输出到信道,即基于可变长度打包的节目流(Program Stream,P S)和基于固定长度(188 bytes)打包的传送流(Transport Stream,TS).考虑到SDTV系统最终将用于地面开路广播,传输为有噪声信道,因此一般都采用TS流,而基于固定长度打包的TS流具有诸多优点[2]. 1.1 语 法 一个TS包由4 bytes的链接字头、可变长字节的自适应字头以及有效数据载荷组成.TS包的链 接字头信息用于鉴别一种应用比特流,支持的应用包括视频、音频、数据、节目和系统控制信息等.自适应字头则包括对较高层次的解码功能有用的相关信息,自适应字头的格式是基于采用若干标志位以表示该字段是否存在. 节目中各码流的具体信息由节目说明信息(Program Specific Information,PSI)来描述,M PEG2规定的PSI信息共有四种:PAT(Program Association Table)、PMT(Program Map Table )、NIT(Network Information Table)和CAT(Conditional Access Table),其中PAT和PMT为系统复用必备,而NIT为码流在网上传送提供信息,CAT用于条件接收. 1.2 系统设计语法关键点 MPEG2系统层对于整个码流的结构和语法作了详细的规定,由于考虑到MPEG2的各种应用场合 所以整个规范较多,拥有众多的标志位及相关域.由于实际应用并不需要考虑能适用每种场合,所以在语法规范中,抓住关键语法点,是复用器设计成功的关键. (1) Payload-unit-start-indicator.用于指示本TS包中带有PES包或PSI数据的情况.此比特位必须根据包的内容而定,有两种情况下必须置1:①当包为普通数据,如果TS包带有PES包的包头时必须置1;②当包为PSI信息,且带用PSI信息的第一字节时,置1,如果不是第一个字节,如当PMT较长,需分在几个TS包中传送时,第一个带PMT表的TS包须置1,而其余几个置0.除私有数据TS包外(对于私有数据此位MPEG2标准中没有定义),此位设置不当会造成解码端解复用错误. (2) Adaptation field.其出现与否和TS包头中的控制比特位相联系,比特为10和11表示TS 包中带有自适应域.自适应域的主要功能是用于包对齐和插入一些扩展信息.标准规定PES包在分界处必须和TS包对齐,也就是一个PES包的包头数据必须在同一TS包中传送,由于PES为不定长包,并且往往比TS包大得多,所以两者不能保证包对齐.这可以通过在包含上一个PES包的最后一个TS包中加入自适应域来调整,用填充字节加上PES包所剩的数据填满最后一个TS包,从而使下一个PES的包头与下一个TS包的包头对齐,这样就能保证PES头不会被分在两个TS包中传送. (3) PCR.它的插入至关重要,因为解码端的27MHz系统时钟恢复就是依靠PCR完成,所以PCR 的插入必须严格遵守MPEG2的规定.PCR为42 bit计数值,其中33bit为PCR-Base,9 bit为P CR-Ext,PCR的时间基准为系统27 MHz时钟,PCR-Base为27 MHz时钟300分频后90 kHz的计数值,PCR-Ext则为27 MHz时钟的计数值,以提供PCR的精度.特别要注意的是:MPEG2标准规定,PCR的插入必须在PCR域最后离开复用器的那一刻.在这之前插入PCR,往往由于系统存在缓存,缓存过程中各字节的不同延时会造成PCR的抖动,影响解码端的时钟恢复,这在复用过程中是不允许的.同时标准规定PCR插入的时间间隔不得超过100 ms,过长会影响解码端的时钟恢复精度.
2 实时复用器的硬件实现
一个节目可以由多路基本码流合成,包括音频、视频和辅助数据等,一个节目也可以有多路音视频或多路辅助数据.复用器的功能就是按照MPEG2系统层规范,按照一定的复用策略将其交织复用成单一的系统码流.在复用过程中,插入时间标记,系统控制信息以及纠错编码或传输加扰等. 由于复用器需要实现较多的系统层规范操作,具有较多的可变参数,因而需要系统具有高度 的灵活性.如采用以DSP为主实现,不同的复用特性可以通过修改软件实现,以采用全硬件方 式具有更大的灵活性,并且通用DSP价格低廉,易于调试.但是DSP处理速度相对较低,因而 对于软硬件设计必须注意高效.本系统采用TI TMS320C50[3]实现.基于DSP的复用器 系统硬件框图如图1所示.
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