地面传输范文（精选7篇）
地面传输 第1篇
1 关于数字电视
1.1 数字电视传输媒介
根据传输媒介的不同,主要分为:地面数字电视、有线数字电视(包括光纤、铜轴电缆和两者的混合网)、卫星数字电视、微波(MMDS、MUDS)等。
1.2 数字电视的优势
1.2.1 高质量的画面与音效
数字电视的画面与音效有着较为突出的优势,因为节目的信号较强质量明显得到了提高,画面就更加清晰,音质也更加优美。
1.2.2 内容丰富
数字电视的节目内容丰富可以自由地进行选择,数字电视提供了大量的视频点播和互动的节目,用户可以根据的自己的喜好来进行多方面的选择,收看个性化的内容。
1.2.3 服务领域极大的拓展
提供了电子节目指南、股票、便民信息等各种服务以及海量的信息,用户们就可以针对自己的需要来进行信息的选择,使生活更加便利。
1.2.4 强大的防干扰能力
消除了模拟电视中出现的“雪花”与“暗纹跳动”以及画面不稳定等种种问题,使画面感更加清晰明了,画质更加高清。
1.2.5 频道资源得到充分的释放
在之前的电视技术运用过程之中由于本身技术的限制以至于浪费了很多的频道资源,在数字电视的技术运用之中很多频道资源都得到了充分的释放,可以收到更多的电视节目,用户最多可以收看到上百套电视节目,资源非常广泛。在模拟时代采取广播的形式供人收看,也就是采取了我播你看的方式。
2 DTMB的优势分析
2.1 美国ATSC数字电视标准
1998年美国ATSC数字电视真正开始实施,同时也揭开了数字电视的时代,美国也成为世界上第一个使用数字电视广播的国家。其实美国的数字电视在发展初期一直是跟随着欧洲与日本的数字标准进行数字电视技术的设计。但是,在长此以往的发展中,由于日本与欧洲的数字电视标准不能很好地适应美国自身的发展所以在技术的发展过程之中并不能最大程度地发挥其功效,所以在之后的发展过程之中为了适应美国自身的情况与发展最大程度的研发适合于自身的数字电视发展标准开始对本国的数字电视技术的标准进行研发与改进。随着市场化的发展,美国意识到数字电视之中所存在的潜在的巨大市场开始试着研发新的数字电视标准。之后就研发出了适应美国整体国情的ATSC数字电视标准,现如今根据统计全球已经有30个国家开始推行使用ATSC数字电视标准,光是美国自身就有20多个地区推行使用。ATSC系统最大的优势就是很好的抗干扰性,可以将两层信号进行压缩,使得所接受到的图像更加清晰。还可以在进行地面传输的过程中进行干扰信号的排除,这样就减少了画面出现雪花点等现象。但是ATSC系统有一个极大的缺点就是移动信号接收能力的较差,在接收设备移动得较快的时候就会出现信号较差的问题或根本接收不到信号。所以在移动设备的推行上ATSC系统还是有着较大的局限性的。
2.2 欧洲的DVB-T数字电视标准
欧洲的数字电视发展相较于世界上其他国家的数字电视发展有着更好的远瞻性,发展的时间更早,起步也很早。在欧洲数字发展的初期其发展的重心并没有放在数字HDTV之上,从这一点上就与美国等其他国家区分开了,欧洲数字电视发展的初期重点放在了数字SDTV上,直至1997年欧洲才开始普遍推行DVB-T数字电视标准。欧洲的数字电视标准在发展的过程之中由于自身的特点以及优势,在发展推行的初期就受到了大范围的关注与推广。世界上大概有30多个国家都在使用欧洲的DVB-T数字电视标准。DVB-T标准的核心就是加入大量的导频与间隔保护,大量导频的插入就可以更好地完成信号频道的同步,导频加入得越多其同步性就越高。还有就是间隔保护起到了很好的防护作用,这在数字电视地面信号的传输过程之中可以较好地防御来自不同国家的信号干扰,很大程度地保证画质的清晰。但是也是因为有着大量的导频投入与间隔防护,在DVB-T运行的过程之中会给数字电视信号的频带会受到很大的损害,以这样的一种高额代价进行防护很显然并不是什么明智的选择。但是,由于欧洲的DVB-T标准在使用的过程之中在混合型信号的运用基础之上较其他的标准更强,还有就是不用任何的技术改动就可以不受到其他信号的干扰,特别是在移动设备之上的运行效果也很好,所以在澳大利亚等一些国家还是较为受欢迎的。但是由于自身的损害过大,在世界范围内的推行依旧受到了很多的阻碍。
2.3 日本的ISDB-T数字电视标准
日本虽然数字电视标准的研究很早的,但在发展过程之中为了追求适应于全世界发展的数字电视标准,追求技术的复杂化,日本在数字电视标准的研发过程走了很多的弯路。例如,在发展的过程之中过于急功近利而没有关注当今的整体数字电视标准的发展,一味追求本国技术的覆盖,所以在研发的过程之中比欧美国家落后降级四五年的时间。在1964年,日本就开始研究模拟HDTV。1985年建立了1125线、60帧的MUSE模拟制式。1988年率先在汉城奥运会进行试播。到1991年底,每天定时播放8小时。SONY公司发行了全球第一卷模拟HDVT录影带。但是在后期随着欧洲等地区的数字电视标准的逐步建立,日本的数字电视标准开始慢慢处于一种极为尴尬的境地。在之后的研发中,日本都在尽力摆脱这种境地。经过多年的积累与研发,最终形成了ISDB-T数字电视标准,在这个标准的发展过程中,日本是朝着覆盖全世界这个目标进行的,所以为了照顾到世界各地的各种各样的情况,为了适应世界各地的发展,USDN-T这个数字电视标准较之于欧洲与美国就更加复杂,技术难度也更大。其中有着各种频号更多的分层,接收方面增加了部分接收和分层传输,将整个6 MHz频带划分为13个子带,,每个子带432 kHz,将中间一个用于传输音频信号,并大大加长了交织深度(最长达0.5秒)。增加交织深度将导致长达几百毫秒的延迟,影响频道转换和双向业务。
3 DTMB的优势分析
3.1 能够提供更多的数据
DTMB与欧洲的一些数字电视标准不同之处在于它不会浪费很多的导频信号用来进行信息均衡,导频信号节省下来可以拓宽数据的传输力度。还有就是在相同的环境之下有效载荷的能力要强于欧洲的一些数字点数标准,这样较高的载荷能力就会导致在信号数据传输的过程之中在相同的无线频谱内所得出的数据较欧洲的数字标准要明显高一些,在这样的过程之中就提供了大量的数据扩展了数据信息。
3.2 实现信号的更大覆盖范围
在DTMB的运作之中由于其接受信号的灵敏度较欧洲的一些数字电视标准来说更加高,即在相同的情况之下DTMB能接受更多的信号,其发射出的信号范围也就越广,也就实现了信号范围的最大化扩散。可以在保证相同的投资之下进行最大面积的信号覆盖,在覆盖的同时还能降低信号传送过程之中的电磁辐射的危害。
3.3 可以在各种高速载体中开展业务
因为DTMB采用了时域快速信道估计技术,使系统同步和信道估计速度比欧洲DVB-T加快约100倍左右,所以我国的DTMB系统在200 km左右的时速中依然能够保持画面的清晰度,保证画面不受速度的影响,在火车、汽车、轮船上都可以使用,使得高速运输工具中数字电视的使用变成了现实。
3.4 为数字电视的发展做好准备
DTMB数字电视技术的发展解决了之前的很多问题,使电视画面更加清晰,在电视频道的利用上也越来越有效率。在之后的发展中,DTMB技术将与网络技术相联系,进一步扩展互联网的应用,增加各种相应的业务,推动便携式服务更快更好地发展,为此后数字电视的发展打下坚实的基础。
4 结语
随着社会的逐步发展,数字电视开始逐渐代替原有的有线电视进入人们的生活之中。为了适应数字电视技术的不断发展,我国推出了DTMB数字电视技术,结合我国的具体条件研发出了相应的技术手段。
摘要：随着社会经济的发展,人们的生活需求也开始逐渐增大。在电视技术的发展之中为了能够更好地接受到数据,得到最清晰的图案,一直以来电视技术都在不断改良。随着数字电视的出现,图像更清晰,画质更好,人们感受到了电视技术的发展。如今的地面数字电视传输技术就是在数字电视的基础之上的一种新型的技术手段研发。这种技术的运用可以得到更为清晰的画面与画质,克服了易受干扰、图像质量较差等问题。
关键词：DTMB地面数字电视,传输原理,单频网
参考文献
[1]王永权地面数字电视跨海传输的研究[D].上海:东华大学,2013.
[2]陈峰.高速铁路数字电视传输关键技术研究[D].北京:北京交通大学,2014.
地面传输 第2篇
广播节目地面传输首先要考虑传输效率, 好为不断增长的传输业务量提供相应的保证, 同时还要能够有效地应对各种干扰。我国目前对广播节目地面传输的研究已有近十年的经验和成果积累, 通过充分地吸收和借鉴国外最先进的卫星传输, 提高了广播节目传输的便捷性, 并改善了广播节目地面传输的质量。但由于自身特点的限制, 广播节目地面传输经常会受到各种自然环境因素、电磁环境因素和人为因素等的影响。希望在借鉴以往的经验和教训的基础上, 形成能够克服广播节目地面传输干扰的方案及措施。
2 广播节目地面传输的干扰因素
2.1 自然环境的影响
影响广播节目地面传输的自然环境因素主要有降雨、日凌、电离层闪烁等。雨滴会对电波产生吸收和散射, 造成传输信号的衰减。电离层闪烁目前主要认为在春天和秋天多发, 会对传输信号造成十分不好的影响。但是我们都知道, 自然现象的发生是人无法预测的, 因此我们应该尽可能地了解自然环境因素对广播节目地面传输的危害并找到应对措施, 减少对广播节目地面传输的影响。
2.2 地面电磁环境的影响
随着城市化进程的不断推进和人民生活水平与经济水平的不断提高, 我们周围的电磁环境正在发生潜移默化的改变。由于当前地球的电磁环境正在日益复杂化, 甚至连地面上的微波都可以对广播地面的传输造成影响。因为它们不仅可以串入上行的链路, 造成对上行链路的干扰;也可以串入下行的链路, 造成下行链路的干扰。此外, 所使用的接地设备不达标、电缆出现屏蔽性能差和锈蚀严重与接触不良等问题时, 同样可以造成对上行和下行链路的影响。因此我们要特别注意和关心地面电磁环境对广播节目地面传输的影响和干扰, 防止那些与传播信号同频率或者频率相近的地面信号有机会能够串入下行链路和上行链路造成影响, 从而导致广播节目地面传输的质量下降。
2.3 人为因素的影响
人为因素造成的影响主要分为无意干扰和恶意干扰两种。无意干扰主要是指操作人员和值班人员在设置参数时出现了人为失误或者是由于操作不规范, 导致误发、错发信号。但是这种干扰可以通过内部人员的有效沟通, 最终而得以合理的解决。有意干扰即是通常所说的恶意干扰, 主要是采取不正当的手段进行有政治和军事目的的图谋, 但是由于目前的转发器的功能过于简单, 如果不对其发出的信号进行一些处理, 会使恶意干扰有空子可以钻。比如说, 干扰方可以通过发射大功率信号, 甚至可以通过强占转发器功率和利用转发器维修的时间来干扰, 或者挑选某个正在使用的转发器, 发射一个与被干扰信号几乎相同参数的信号, 并使产于干扰功能的信号的功率高于正常信号的功率, 这样就会使得正常信号传输质量的下降, 甚至出现传输中断, 十分影响传输效果。如果正常传输被转发器恶意干扰后, 可能会导致一些非法的声音、画面、影像等被外传, 必定会造成恶劣的影响。
3 解决这些干扰的措施
3.1 抗自然因素干扰
自然环境因素对广播节目地面传输的干扰属于自然现象, 是不可避免的, 但是并不能因为这样, 我们就只是被动地承受其带来的灾难和风险, 害怕并拒绝与自然因素对抗。尽管一般认为这种干扰引起的风险并不高, 我们还是可以采取相应的措施来将这种干扰因素降到最低。对于这些风险, 公众几乎是无能为力的, 是难以掌控的, 只能由操作人员来完成。比如说, 工作人员可以利用自己的专业知识, 大概计算出日凌和电离层闪烁的时间, 提醒大家做好准备。同时也可以通过提高接收系统的灵敏度来缩短日凌和电离层闪烁对我们造成干扰的时间。在日凌和电离层闪烁等自然因素发生前, 我们应该提高备用信号传输的可靠性, 并对其进行仔细的检查, 从而可以在信号中断时, 启用备用信号来传输。降雨期可以推算出上行链路的雨衰值来相应地增加发射功率, 最终得降雨对广播节目地面传输的干扰减到最小。
3.2 抗地面电磁干扰
随着高科技的不断发展, 我们周围出现了很多不可避免地的干扰源, 因此我们必须要保障有一个远离电磁场的空旷地方来供我们使用。当遇到干扰后, 我们首先要对干扰的源头进行仔细的排查和全面的分析, 在确定了干扰源以后, 我们要针对具体问题而采取相应的措施进行解决。接收天线选用单极化的高灵敏度的高频头, 因为灵敏度高的高频头可以保证信号接收的质量。当信号遇到较强的微波干扰的时候, 我们可以通过直接将其迁徙到没有干扰的地方, 这是达到最大限度地减少干扰的方法。当干扰信号的频率与有用信号的频率相差很大是, 可以安装滤波器来抑制干扰。当全波段都收到干扰时, 我们可以利用建筑物或建立人工屏蔽等多种方法, 最大限度减少干扰。
3.3 抗人为因素干扰
工作人员一定要做好定期的设备检修和系统检测, 一旦发现异常, 想办法确定干扰源, 在成功确定干扰源后, 立即更换设备, 査找相关原因并给予解决。注重对操作人员进行业务学习以及相关技能培训, 通过不断讲授安全知识来强化他们的安全意识。严格按照操作来执行, 提高责任心并完善相关制度。通过集众人所长来不断规范和完善应急操作、故障处理预案。尽可能的将各种处理措施放在明显处, 使操作人员在紧急情况时不至于慌乱。对于恶意干扰来说, 可以提高上行功率储备, 一旦受到干扰, 可以利用大功率来压制干扰信号, 以减小恶意干扰带来的影响;可以使转发器工作在饱和状态, 利用转发器在饱和状态对弱信号有抑制作用来减小非法信号带来的干扰;可以对要传输信号进行加密;可以利用抗干扰功能的设备进行传输, 从而保障信号的正常运行。
4 结论
我们发现目前影响广播节目地面传输的因素有很多, 最多的还要数自然环境的影响, 但也会部分的受到电磁环境和人为因素的影响。所以说, 要想保证广播节目地面传输的正常且有效的进行, 这就需要我们对影响广播节目地面传输的干扰因素进行透彻的研究, 制定出详细的方案和措施。当广播节目地面传输受到影响时, 我们能够根据相应的方案, 采取相应措施, 争取将危害降到最低。
参考文献
[1]侯勇, 李大为.影响卫星传输安全的因素及其应对措施[J].中国新信, 2015 (01) :36-37.
[2]范小桃.浅谈影响广播电视卫星传输安全的主要因素[J].科技风, 2013 (14) :234, 236.
[3]余英.广播电视卫星传输[J].卫星与网络, 2006 (8) :48-56, 9.
地面传输 第3篇
关键词：无人机,Ad Hoc网络,临时排序路由算法
1 引言
目前无人机侦察视频地面传输普遍采用同轴电缆模拟信号传输或光导纤维数字信号传输两种方式,其存在着通信距离短、用户容量小、易毁性强等缺点,成为影响无人机侦察情报传输与共享的关键问题。本文将移动Ad Hoc网络应用于无人机视频地面传输,主要是因为Ad Hoc网络结构具有建设成本低、网络部署快、信道利用率高、电磁辐射少、战场生存力强等特点。应用该组网技术的无人机视频地面传输系统,具有动态自组网能力,能由无线移动节点组成任意的、临时的网络拓扑结构,并以任意方式动态地保持与其它节点的联系,适合在移动或固定情况下快速部署网络,可有效解决无人机视频地面传输这“最后一公里”的问题。
2 系统结构
移动Ad Hoc网络是一种无中心的动态拓扑的多跳移动网络,由移动节点临时组成,具有自创造、自组织和自管理等特点,适合视频信息的传输,网络效率较高,其网络节点不仅具有移动终端的功能,还具备路由器的功能。基于Ad Hoc网络的无人机侦察视频地面传输系统由固定节点和移动节点组成,如图1所示。固定节点安装在主站上,用于转发无人机获取的侦察视频信息。移动节点指的是单兵终端和安装在作战指挥平台上的终端,包括各级指挥所、情报分析中心、各种终端设备等,可以实现战场上的各个节点的情报共享。系统工作时,由固定节点采集到侦察视频后,可转发到任一个移动节点,如果某移动节点距离固定节点超出无线传输的范围,则可经其它移动节点再次转发,最终将侦察视频传输到目标终端,实现情报的实时传输和资源共享。
3 视频流多路径传输原理
在无人机地面传输系统中,每个接收终端希望对收到的侦察视频流进行不间断、流畅地播放,这就对网络所提供的服务质量(Quality of Service,QoS)提出了很高的要求。但无线Ad hoc网络的带宽相对有线链路要小,并且无线节点的移动性可能导致频繁断路,利用多路径视频流传输方案可最大限度克服该问题。多路径传输比单路径传输具有更好的灵活性,能够有效地避免断路和拥塞,加大网络的整体利用率。
如图2所示,在发送端,侦察视频流被编码器编码为N个码流,当N>1时我们称之为多码流编码。然后,这N个码流由流量分配系统分别被指定到由多路径路由协议发现的K条路径上进行网络传输。发送端将视频流简单地分块,并利用轮询等策略将这些数据块依次从多条路径上发送出去。在接收端,数据包达到后进行重新排序,然后顺序播放。
4 TORA临时按序路由算法
为解决传统多路径传输中的延时问题,可采用TORA临时按序路由算法(Temporally Ordered Routing Algorithm),其具有以下优点:当拓扑发生改变时,控制消息只在拓扑发生改变的局部范围传播;支持保存2个节点间的多条路由以及广播,路由拓扑健壮性强;路由建立时没有环路现象产生。
TORA协议分为路由建立、路由维护和路由消除三个过程,并用到三种分组数据:路由请求分组(QRY)、路由更新分组(UPD)、路由擦除分组(CLR)。在TORA协议中,每个节点都会有一个高度值,分组数据的传递只能从高度值较大的传向高度值较小的节点。相对于每个目的节点,节点需要维护的信息有:
(1)节点i的路由高度Hi=(Γi,oi,ri,δi,i)。其中前三个变量(Γi,oi,ri)称为参考等级;(δi,i)定义为节点i的高度。Γi为创建参考等级的时间;oi为创建参考等级节点的ID;ri为标志参考等级是否为反射;δi为一个反映路由跳数的辅助计数;i为本节点ID。
(2)目的节点j用ZERO=(0,0,0,0,j)表示,NULL=(-,-,-,-,k)表示节点k不在传输链路中,网络初始化时所有节点的状态为NULL。
(3)每一个节点i都包含有一个路由需求标志(RRi,Route-Required),其值最开始时为0,表示还没有转发过QRY,当转发过QRY以后,RRi就被置为1。此后,若收到同样的QRY,就不再转发,这样可避免广播风暴。
4.1 路由建立
路由建立过程:
(1)源节点A发送一个路由请求分组QRY(图3a)。
(2)第一次收到QRY分组的节点设定RRi=1并广播QRY分组,如果收到重复的QRY分组立即销毁(图3b)。
(3)当目的节点j收到QRY分组时,首先设定自己的Hi=ZERO,然后销毁QRY分组并产生一个包含源节点信息和自己Hi信息的UPD分组。对于RRi=1的节点i首次收到UPD分组时,根据TORA算法修改Hi后广播UPD。当源节点收到UPD分组时,建立算法并修改Hi,销毁UPD分组,整个路由建立(图3c)。
从图中可以看出,节点的高度从源到目的分别为:3→2→1→0,因此该协议成为临时按序的路由协议。
4.2 路由维护
维护路由只发生在Hi不等于NULL的节点之间。
(1)在时间为1时,节点C检测到C、D之间链路断开后首先修改自己的Hc=(1,C,0,0,C),产生一个包含Hc信息的UPD分组并在网络中广播(图4a)。
(2)节点B收到UPD分组后,修改HB=(1,C,0,-1,B)并广播UPD(图4b)。
(3)当节点A收到UPD后,由于还存在通过节点F到达目的节点的下游链路,所以直接销毁UPD分组(图4c)。
4.3 路由消除
假如在时间2时,节点A和节点B之间的无线链路断开(图5a):
(1)节点B重新定义参考水平并设定HB=(2,B,0,0,B),产生一个UPD分组并广播该分组。节点C收到UPD分组后,由于节点C此时没有任何下游链路,且收到的UPD分组内容的参考水平为(2,B,0),所以设定Hc中的反射标志为1,设定Hc=(2,B,1,0,C)(图5b),并修改UPD分组内容,广播该分组。
(2)当节点B收到节点C发来的UPD分组,根据路由准则设定HB=(-,-,-,-,B),产生一个CLR分组,节点C收到CLR分组后设定Hc=(-,-,-,-,C)(图5c)。
(3)路由更新完成后的路由结构如图5d。
5 结束语
基于Ad hoc网络的无人机视频地面传输系统无需固定设施的支持,各移动节点可根据需要安装在各种装备上,也可单兵手持;可根据需要随意增减节点数目和配置节点位置;不会因一个节点受损而导致整个网络瘫痪,具有很强的战场生存能力。
该系统采用临时按序路由算法可以有效解决接收端的数据包重新排序问题,可以减小视频业务的启动延时以及接收端对缓冲区大小的要求,使侦察视频流进行不间断、流畅地播放,可实现战术空间内无人机侦察视频的实时动态共享。
参考文献
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[2]邵清亮,武卫东.基于Ad hoc网络的矿下无线数据采集系统设计与实现[J].沈阳航空工业学院学报,2005.22(3):50-52.
[3]孙荣胜,杨波.基于移动Ad hoc路由技术的无线局域网[J].计算机工程与设计,2004.25(10):1763-1766.
[4]王辉,俞能海.一种新的用于无线Ad hoc网络中视频传输的多路径包调度算法[J].电子与信息学报,2008.30(2):468-471.
地面传输 第4篇
小型地面机器人属于遥操作机器人(TeleRobot)的一种,遥操作机器人可以代替人进入危险区域的操作现场,由人在安全区域控制,进行生产科研活动[1]。遥操作机器人广泛用于航空航天、军事、安防、医疗、消防、能源开发、考古等领域。
小型地面机器人移动和功能动作的基础是临场感知,其最常用的实现方法是视频传输,即操作人员能实时观察到远端机器人周围的环境。受制于小型地面机器人的物理结构,其负载能力、剩余空间、能源供应等均有较大限制,在中大型机器人上使用的无线视频传输设备不适用,而使用有线电缆传输视频,则会削减其环境适应性和操作灵活性。本文针对该问题设计了一套基于嵌入式系统的数字无线视频传输系统,发射设备具有小体积、低功耗、实时传输视频的特点。
1 系统组成
基于PC机的图像处理系统性能强大,但是其设备体积和功耗对于小型地面机器人来说显然不适用,因此本文采用了以DSP为核心的嵌入式平台作为发射端的视频处理系统,系统架构如图1所示。
本系统有发射和接收两个子系统。视频发射子系统安装在小型地面机器人上,工作时摄像头采集的视频信息经过视频采集模块处理成数字信号,经由BF561芯片压缩编码后,通过无线模块发送给视频接收子系统。视频接收子系统由无线接收模块和PC机组成。该子系统功能是建立合适的数据通道,接收压缩过的视频比特流信号,将其送给PC机;而PC机负责将收到的比特流信号解压缩,还原成视频信号并在屏幕上显示。
2 系统硬件设计
2.1 视频发射子系统设计
视频采集子系统包括4个主要功能模块,即视频采集、控制芯片、存储器、无线发射,系统结构如图2所示。
2.1.1 视频采集模块
视频采集模块包括摄像头和视频解码芯片ADV7183B。摄像头输出为PAL制式的视频,该信号通过复合视频信号线送至ADV7183B,芯片对视频信号进行解码,转换成ITU-R BT656 4∶2∶2格式YUV信号输出[2]。
ADV7183B是模拟器件公司(Analog Devices Inc.)推出的多制式标清视频信号解码器,兼容NTSC,PAL,SECAM视频格式,具有12路模拟通道,10位ADC,8位或16位数字信号输出。芯片的控制是通过I2C总线进行的,但BF561不具备I2C总线控制器,本设计中使用其PF0和PF1引脚模拟。ADV7183B工作需要外部时钟源,本文采用27 MHz晶振提供时钟信号,该时钟也是BF561中PPI0接口的同步时钟。
2.1.2 控制芯片
控制芯片采用ADI公司推出的针对多媒体和通信应用方面的一款高性能DSP处理器ADSP-BF561,该处理器内部包含2个独立的Blackfin533核心,采用哈佛总线结构、层次存储器模型。Blackfin系列处理器将Dual-MAC处理引擎,RISC式微处理器指令集的优点,以及单指令多数据(SIMD)多媒体能力结合起来,形成了一套独特的指令集结构,非常适合用于多媒体应用[3]。BF561在本系统中的主要任务是实现H.264视频压缩算法。
2.1.3 存储器模块
图2中Flash存储器采用ST公司的M29W640D芯片,容量为8 Mbyte,用于存放启动代码和程序代码及部分常量;SDRAM存储器采用2片Micron公司的MT48LC16M芯片,构成64 Mbyte外部RAM,用于缓存采集的图像帧和压缩编码过程的中间数据等。
2.1.4 无线发射模块
无线模块选用Nordic Semiconductor推出的nRF24L01+单芯片2.4 GHz无线收发模块。该芯片采用GFSK调制,最高2 Mbit/s空中速率,最大发射功率为0 dBm,采用Enhanced ShockBurst通信协议,具有数据包自动处理和重发功能,外接16 MHz晶振即可工作[4]。该芯片可进入掉电或待机模式,便于降低功耗。
虽然该芯片无须再外接其他芯片即可工作,但其最大发射功率只有0 dBm,有效作用距离很短,需要外加功率放大芯片。本设计选用了民瑞科技(Maxi-AMP Inc.)的MCP01 2.4～2.5 GHz频段前端IC,内部集成了1路PA、1路LNA和1个SPDT开关,发射和接收增益分别达到22 dB和12 dB。
2.2 视频接收子系统设计
本子系统选用无线接收模块连接PC机的配置,这样配置不仅能利用PC机强大的处理能力,而且方便组成多功能的工作平台。
nRF24L01+无线模块接收数据,Cypress公司的CY7C68013 USB芯片作为无线模块SPI口和PC机USB端口的转换器。
CY7C68013芯片提供了USB 2.0协议的完整解决方案,片上集成了USB 2.0收发器、一个串行接口引擎(SIE)、一个增强型8051处理器[5],无须外扩其他芯片,性价比较高,因为CY7C68013没有集成SPI控制器,所以其与无线模块的通信采用通用可编程端口(GPIF)模拟SPI时序实现。
3 系统软件设计
3.1 视频发射子系统软件设计
为保证采集图像帧的实时性,在程序设计中使用了3种方法:1) 将BF561的PPI0端口配置成ITU-R 656输入模式,且只接收有效场信息;2) 使用DMA通道直接从PPI0口取数据送至SDRAM;3) 使用SDRAM不同的bank存储图像帧,形成“乒乓”结构。
本子系统采用了ADI公司的H.264 BP编码库实现实时视频压缩编码。
针对BF561处理器对称双核的特点,软件要实现的3个部分的功能分散于2个内核执行,即A核负责整个程序运行控制、图像的采集和部分编码工作,B核负责图像帧剩余部分的编码工作和比特流的发送,2个核心的同步是程序的关键。流程图如图3所示。
3.2 视频接收子系统软件设计
子系统的功能是接收发射子系统发送的比特流数据,进行解码显示。本子系统前端为了尽可能地保证实时性, CY7C68013采用外部中断方式接收无线模块的数据,后端PC负责对所获取的数据解码,并显示图像。PC上接收数据和解码显示采用多线程模式。
4 实验结果
整套系统在某型号小型地面机器人上进行了实验,发射子系统安装在位于室内的机器人上,移动速度小于5 km/h,摄像头焦距调节至1.5 m左右,天线采用铜柱天线;接收子系统安放在室外,地点距离房间200 m左右,中间有一堵带窗户的砖墙。
共进行了3次测试,画面均很流畅。3次测试中,2次出现了短暂的图像局部错误,但不影响正常观察。测试中,图像播放的平均速率都为25 f/s(帧/秒)左右。实验图像如图4所示,图4a是发射子系统的摄像头采集的图像帧,图4b是接收子系统PC机显示器上显示的图像。
5 小结
本文设计的用于小型地面机器人的视频无线传输系统体积、功耗、成本低,满足小型地面机器人使用要求,图像质量清晰, 经实验验证, 在低速下能进行短距离范围内的视频稳定实时传输。
摘要：针对传统的有线视频传输方式限制小型地面机器人行动范围和灵活性的问题,设计了一套数字无线视频传输系统。介绍了系统结构,着重描述了硬件组成,简要介绍了软件功能和流程。发射子系统采用了双核DSP处理器BF561和2.4 GHz高速无线收发芯片nRF24L01+,实现了小型化和低功耗。系统采用了H.264视频编解码标准,实现了PAL制式D1级别的图像分辨力,最后经实验测试,系统能在200 m范围内可靠传输实时视频。
关键词：小型地面机器人,视频无线传输,BF561,nRF24L01+,H.264
参考文献
[1]樊湄筑.机器人视觉临场感及遥控系统中的无线通信技术的研究[D].北京:北京交通大学,2007.
[2]毕厚杰,王健.新一代视频压缩编码标准:H.264/AVC[M].2版.北京:人民邮电出版社,2009.
[3]Analog Devices.Blackfin embedded symmetric multiprocessor ADSP-BF561[EB/OL].[2011-03-20].http://www.datasheetdir.com/AD-SP-BF561+Embedded-Processing-DSP.
[4]Nordic Semiconductor.nRF24L01+single chip 2.4 GHz transceiverproduct specification[EB/OL].[2011-03-20].http://www.nordic-semi.no.
地面传输 第5篇
1 FPGA设计实现方案
本研究设计的数字地面电视广播传输系统中, 发端FPGA是实现系统各个模块功能的基础, 如FPGA芯片负责数字基带、专用器件负责完成数字变频和D/A转换。该设计方式优点在于系统结构简单灵活, 方便调试系统, 发端FPGA设计方案详见图1。发端FPGA外部包含一个时钟控制单元, 通过锁相环生成各个模块的工作时钟, 总控制单元负责各模块启动和数据传输工作中。
2 信道编码及星座映射的FPGA设计
信道编码及星座映射包含随机化、前向纠错编码以及复用三个内容。
2.1 随机化
是指输入的数据马六和比特码流分经过结构变化及逐位模二加后生成数据扰乱码, 本方案通过移位寄存器生成随机序列, 序列多项式定义为G (x) =1+x14+x15。首先, 通过信号帧开始信号生成移位寄存器的初始化信号, 使寄存器开处于初始化状态, 时钟同步循环, 并生成为伪随机序列, 根据位与输入数据流模二方式开始计算, 达到随机输入数据的效果。
2.2 前向纠错编码
通过外码和内码协同实现, 计数器通过对移位寄存器的循环及复位进行控制, 以生成合适码长。根据生成矩的特点, 内码编码首先将循环矩阵行信息存储至移位寄存器内, 再和输入数据进行同步循环移位。单个时钟内, 只能完成一位输入数据与相对应相乘运算。获得运算结构后, 依据位异或并方式, 将结果存入对应的寄存器内, 从而并行处理输入数据与循环矩各列的运算及结果相加。并行使用以上结构可通过控制循环矩行信息重新复位, 可到的内码的校验位, 再输入信息位复用, 即可获得完整的内码码字。
2.3 星座映射与交织
星座映射采用ROM查找方式处理, 首先将星座映射后形成的星座符号扩展为码字, 按照一定迅速存储至ROM, 映射方式控制信号控对输入码流进行控制, 并将输入码流分解为宽度合适的码字, 映射方式控制信号同时对其进行处理, 将输入码流生成ROM地址。系统根据地址读取ROM信息和输出符号位[]。交织的时域符号在多个信号帧基本数据块之间完成, 编码方式选用卷积交织变法方式, 该方式以星座符号为基础。时域交织工作模式分为两种, 但是两种工作模式的结构相同, 仅M取值存在差异。当M-2, 所需存储器资源更多, 使用移位寄存器会增大硬件消耗, 因而本研究采用外部SDRANM完成, 欧诺个古控制模式生成存储读取地址后, 控制器进行读写操作, 从而完成时域交织。
3 信道调制设计
信道调制设计包括频域交织、OFDM调制以及两个部分, 系统信息为6 bits扩频前的系统信息, 通过ROM地址查找将其扩展为32bits, 复用4 bits真帧体模式符号产生36位系统信息复数符号。在单载波模式中, 无需任何处理, 可直接生成是时域信号帧。而在多载波模式中们需要在频域交织后, 通过OFDM调制生成时域信号帧。
3.1 频域交织
频域交织是服用后3780点交织, 本系统采用双口RAM存储方式对进行处理, 初始阶段, 将交织输出符号序号存入ROM, 再按照一定顺序将数据存入RAM, 并依据存储序列地址作为RAM读取顺序, 从而完成频域交织。本系统设计了的两块相同的RAM, 输入信号和输出数据均有控制信号交替存储完成, 从而实现实时处理输入信号。
3.2 OFDM调制
本方案的OFDM调制模块通过3780点IFFT实现, 由于3780并非2的幂次方, 因而采用基于存储器的3780点FFT实现, 而非传统基2或基4。3780点DFT分别经过60次63点DFT、乘以旋转因子矩阵以及进行63次60点DFT实现。60点和63点DFT的均采用WFTA算法, 并利用5级WFTA和1个旋转因子矩阵获得整个3780点FFT。
4 信号数据帧实现
信号帧包括帧头及帧体, 我国相关标准提出了3种帧头模式, 不同帧头模式的长度不同, 但是每种帧头模式的生成方式具有相似之处。帧头产生结构为伪随机二进制序列, 再利用移位寄存器生成帧头。控制模块控制序列生成模块, 计数器生成额定长度序列, 最后有数据选择器服用帧头和帧体。由于信号帧帧头的PN信号不通, 因而可以将PN信号识别信号帧, 但是需要事先设置计数器的选择初始状态值, 并利用数据选择器确定输出帧体数据的控制信号, 事先控制移位寄存器的初始化。
5 结语
本方案仅对数字电视地面广播传输系统发端FPGA的数字逻辑和转换装置进行分析, 并采用自上而下的设计原则进行分析。在实际应用中, 还可通过I/Q调制器和变频器达到上变频作用, 再结合模拟上变频器和射频发射设备, 才形成完整的发射前端。
摘要：结合国家标准GB-20600-2006相关要求, 对数字电视广播传输系统发端结构进行分析, 提出发端FPGA设计与实现方案, 重点对数字逻辑部分的FPGA设计进行分析, 包括信道编码及星座映射、信道调制、信号数据帧的设计与实现。
关键词：数字电视,广播传输系统,FPGA
参考文献
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地面传输 第6篇
随着科学技术的发展和数字化时代的到来, 数字高清晰度电视大量的涌现出来, 其在一定程度上实现了高速宽带通信技术与图像压缩编码技术的有机结合, 其标准形式主要有三种:由美国所研发的8-VSB调制系统、欧洲数字电视地面广播所采用的COFDM调制系统以及日本所采用的BST调制系统。20世纪90年代中期, 我国也逐渐开始研究数字高清晰度电视, 并在数字电视地面广播的众多传输领域中取得了一定的成就, 拥有多项专利自主技术。
2 数据软判决技术的解调
在COFDM系统解调端实现对数据的均衡后, 便需要及时校正数据在相位上的偏转, 然后在软判决模块中, 严格根据不同调制端的对于星座的映射作用将相应的比特数据解调出来。通常情况下, 还需要在此基础上进行维特比的译码, 再加上软判决的可信度相比较于硬判决来说更高, 因此在映射的过程中急需要一个具备超高信度的“软信息”。之后还要对数据进行4 bit的量化作用, 将OFDM中的符号去掉, 并各种导频插入进去, 在经过解符号和解比特的交织作用之后, 离散信息传输中的各种突发信息, 以此来促进纠结码利用效率的最大限度的提高。最后将数据送到前向纠错中的Viterbi进行内码的译码。
根据导频信号的不同可以将OFDM信道估计技术分为频域和时域导频训练序列两种, 具体的又分为频域导频内插、平均及频域导频时域平均、相关等。本文在结合实际应用的基础上, 对仿真性能运用了大量的算法进行计算, 并对COFDM系统本身的特点、实现FFT时所产生的精度误差、变换时频时所产生的窗截断误差及由于高频模拟器件所引起的同步算法之间的误差、相位的噪音等都综合的分析。本系统所采用的估计方法主要是FPFI, 该算法本身的在信道中的移动特性是其他估计方法所不能比拟的。
根据对调节后信号处理方式的不同, 可以将其译码分为硬判决和软判决两种。硬判决译码主要是作为一种解码所用的码元为专门的译码器服务, 其中码元通常只取0或者1, 该种方法相对比较简单, 将其应用在工程中很容易便会达到其目的。然而, 软判决译码主要是通过对接收信号中波形信息, 应用在AWGA的信道之中, 在增益方面是硬判决译码的2d B, 若将其应用到比较衰落的信号中增益则会超过3 d B。通常情况下, 为了实现对信号波形信息的充分有效利用, 并促使译码器提高判断所送码字的正确率, 则需要对所判决的信号进行科学的量化, 由此得到的译码值就不仅仅是2个, 而是Q个, 译码器正是利用Q进制的序列对可信度进行译码, 便会得到相应的软判决译码。
3 提取信道的状态信息
3.1 信道的状态信息
第一, 在时不变的单载波通信系统中, 往往会在单载波上面进行数据信号的调制, 且所有解调端的数据信号所迭加的平均噪声功率都是相同的。因此, 单从信号的接受角度出发, 信号数值的接收与判决门阀之间距离的比例在一定程度上直接决定了判决结果的可靠性。换言之, 接受信号只要是在同一载波频率上, 其判决的可靠性在对于全体而言都是公平、公正的, 在时域和频域中都呈现出明显的均匀性。但是, 对于处在无线通道中的多载波COFDM系统而言, 如果其发端信号能够以相同的功率被调制在频率选择性衰落通道内的多个载波上, 因受到信道非均匀特性的影响, 解调端不同载波上的信噪比会有所不同。因此, 在判决信号时, 高信噪比载波上传输的数据会比低信的判决可靠性更高。这种在正式判决之前就发生时变的先验可靠性信息也就是所谓的信道状态信息, 它在一定程度上可以将信道的动态变化准确的反映出来, 通过信道不断变化所产生的这种不均匀的可信度度量, 在解码的软判决时必须进行给予充分的考虑。
第二, 单从COFDM系统来说, 由于噪声功率在每个载波上面各不相同, 因此需要分别对其进行充分的考虑, 而通常情况下会利用类似于以下公式进行科学的计算:
其中, 所代表的是接收端解调器所输出信号概率的密度函数, k则代表第k个子载波, di则是xi均值的近似, 常系数往往会省略不计, 也可以量化的过程中加以考虑, 对于译码的性能并不会造成任何的影响。但在COFDM解调端正式译码前仍然需要对提取CSI十分有必要, 而这在一定程度上也是多载波系统有别于单载波的一种独特且非常重要的结构特征。
3.2 CSI提取的新方法
信道状态信息往往会被人们自觉的定义为每个载波位置的信噪比, 以往估计SNR的方法是对信号和噪声的功率进行分别估计, 然后再进行两者比值的计算。但这种方法相对来说比较复杂, 在硬件实现方面也非常困难。本文结合工程中的实际应用, 以信道估计和均衡的结果为重要依据, 然后重新给出一种能够利用归一化求平均噪声功率来提取CSI的新方法。现在需要做的便是信噪比值ZK在不同载频点的大小计算出来, 其中ZK的SNR噪声功率的比值应该包括有效信号的功率。
通过信道均衡的具体结果可以知道, 噪声功率的比值不仅包括有效信号的功率, 而且包括有效信号功率所迭加的噪声功率。同时, 在COFDM系统的调制端, 大多数数据信号都是在经过随机处理后才被映像的, 因此其常量的数值只与映射前的星座图有关。考虑到实际过程中会尽量的避免进行除法的相关运算, 进而便可以将平均噪声的功率率先计算出来:
其中, 通过利用归一的方法可以将ZK均方的功率计算出来, 也就是常量, 因此信道状态的信息便可以利用相关的量化以及查表映像计算出来。
因此, 在频率衰落变化相对来说比较快的选择性信道当中, 只有通过进行大量的统计平均才能将噪声本身的统计特性准确的反映出来。本文所用的统计器主要是利用先进先出的数据缓存器实现对数据的不断更新然后再求其平均, 系数P对于迭代速度的调节具有非常重要的作用, 且时间越长所反映出来的信道噪声特性更准确, 进而每个载波点的实时信道状态信息值也能够明确的计算出来。同时, CSI是长时间进行平均统计的重要结果, 便在很大程度上避免了信道中窄带对于信道估算所造成的干扰影响。
3.3 CSI提取后在软判决中的具体应用
数据信息在均衡过之后便需要将QAM所代表的映像星座图和CSI所提取的信息有机的结合起来, 然后对提取的信息进行软判决, 每一次软判决中的某个位置的可信度度量在一定程度上可以利用星座点与判决限之间的距离来表示的。由于判决信号的可信度往往可以由信道状态信息CSI以及mi直接表示出来, 因此最终可信度的度量值可以通过CSI与mi相乘得知。
利用归一法所提取的CSI, 在很大程度上经历了长期迭代的考验, 信道噪声所具备的统计特性能够充分准确的展现出来。因此, 在一些易受窄带干扰和衰落变化速度相对较快的移动类接收信号中更加适用。
4 结语
近年来, 随着社会经济的发展和科学技术的进步, 数字化时代悄然而至。本文通过对数字高清晰电视多载波传输方案的科学分析, 采用FPGA方案样机对其他硬件电路进行科学的检查, 且在实际传输环境进行相关的传输测试, 证明了其所用的方法具有一定的可行性和数字高清晰电视具备良好的性能。
摘要：近年来, 随着社会经济的发展和科学技术的进步, 数字化时代悄然而至, 数字电视也相应地获得了更快的发展。通过对数字电视地面广播COFDM传输中的软判决技术的深入调查与研究, 从中提取出信道状态信息的CSI方法, 并且运用算法对仿真的科学分析, 在此基础上将在其具体的过程中的应用阐释清楚, 既能够克服单频又能模拟电视的同频干扰。
关键词：数字电视,地面广播,COFDM传输,软判决技术
参考文献
[1]陈赟.数字电视解调芯片若干关键技术及其应用研究[D].上海:复旦大学, 2007.
[2]夏菽兰.数字电视地面广播中传输技术的研究[D].南京:南京理工大学, 2011.
地面传输 第7篇
2006年8月30日, 国家标准管理委员会发布了具有自主知识产权的中国数字电视地面广播传输系统标准GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》, 这一标准已正式批准成为强制性国家标准。本项标准实现了关键技术的创新, 形成了多项有自主知识产权的专利技术, 支持高清晰度电视、标准清晰度电视和多媒体数据广播等多种业务。随着标准的提出, 地面数字电视广播网络在全国各地纷纷建立起来。
在地面数字电视广播网络建设过程之中, 信号的覆盖测试为其提供了重要的数据依据, 而码流的分析与处理在信号的覆盖测试里有举足轻重的意义。如果能够把接收终端解调生成的数据流传输到计算机上, 那么就可以利用计算机在信号分析处理和多任务处理方面的天然优势, 进行数据的分析与后处理, 帮助测试人员分析测试数据。为了实现上述目的, 需要选择合适的数据传输接口, 将数据从解调板传输至计算机, USB2.0接口以其高速性和通用性, 成为了不二的选择。
本文中所介绍的USB测试接收机, 在国家广电总局广播电视规划院的测试项目中已经正式投入使用, 在国家地面数字电视广播系统的测试中发挥着巨大的作用。
2 总体系统设计
符合国家地面数字电视广播标准的USB测试接收机, 需要完成以下功能:能够对地面数字电视广播信号进行解调;能够将解调和解码后的数据传输至计算机;能够在计算机上完成解码后数据的分析与处理;能够使用户通过计算机设置和读取解调芯片的基本信息。
基于上述分析, 本系统的基本框图如图1所示。
2.1 信号解调
从天线接收的信号输入至调谐器, 调谐器输出的信号经过模/数转换, 从模拟信号转换为了数字信号, 然后输入至完全符合中国数字电视地面广播传输系统标准的专用解调芯片, 目前在市场上有成熟的此类芯片在售, 比如LGS_8G13系列芯片和HD_2910系列芯片。本文中所描述的系统采用双芯片的设计模式, 即同时使用了两颗地面数字电视的专用解调芯片, 分别利用两颗芯片的优势, 在不同的信号调制模式下, 使用不同的芯片解调, 以使数据更加有效和具有说服力。
2.2 控制单元
控制单元主要负责控制信息的传输, 它具有如下功能:
(1) 根据PC传来的控制命令选择双芯片中的哪一颗作为当前的工作芯片;
(2) 从解调芯片读取工作状态和调制信息;
(3) 设置调谐器的调谐频道;
(4) 提供接口, 使得PC上运行的软件可以和解调芯片进行控制信息交流。
2.3 数据传输
数据传输模块为系统提供高速数据传输支持。本系统中, 采用CY7C68013A系列芯片作为USB通信处理芯片, 在下文中, 将会对数据的传输和控制过程进行详细的介绍。
2.4 用户接口
PC上运行的控制软件, 提供良好的人机界面, 为使用者创造直观、简便的操作环境。通过用户接口, 程序将读取到的控制信息, 有序、合理地输出至显示终端, 同时又提供了易操作的控制接口, 使得使用者能很方便地对设备进行控制, 跟踪设备的状态。
2.5 视频播放
视音频节目是地面数字电视广播承载的节目种类中最重要的一种, 由于视音频数据的特殊性, 主观评价成为了衡量数据质量好坏的重要标准之一。为了能够对其进行主观评价, 就必须开发可用的播放模块。本文所述系统中的视频播放模块能够实时播放从USB接口读取到的视音频码流, 为使用者提供主观评价支持。
3 基于USB2.0的地面数字电视码流传输
3.1 USB2.0介绍
通用串行总线 (USB) 是一种计算机接口, 广泛用于在主机与各种外设之间进行数据传输。USB2.0是USB总线协议的第三个版本, 于1999年发布, 它的理论最高速度达到480Mbps。除了传输速度快之外, USB2.0还有众多优点, 如统一了各种接口设备的连接头并使用单一专用的接头型号, 可以连接多个接口设备等。最突出的优点是具有“热插拨”的特性, 可以即插即用, 并能自动检测与配置系统的资源。
值得一提的是, 支持更高速度的USB3.0也已经揭开了神秘面纱, 它的理论极限速度更是达到了惊人的4.8Gbps。
3.2 CY7C68013与EZ-USB FX2架构
CY68013系列芯片是集成USB2.0的微控制芯片, 它将高性能USB引擎和增强8051内核有机结合, 并集成通用可编程接口 (GPIF) 来代替外部接口电路, 使得开发过程简单迅速, 是一种性价比较高的USB2.0通用接口芯片。
CY68013芯片使用了EZ-USB FX2架构, 该架构包括一个USB2.0收发器、SIE、增强的8051核控制器、一个可编程的外围接口。它允许其固件的配置和更新, 便于开发。EZ-USB FX2中的智能SIE可以处理大部分USB2.0协议, 使得微控制器可以专注于应用功能, 从而减少了开发时间, 确保了的兼容性。
3.3 开发USB芯片的固件代码
所谓固件程序就是固化在设备USB控制器内部程序存储器中或外部扩展的程序存储器中的程序, 固件程序用以帮助硬件完成所需的功能。
在本系统中, 基于USB接口的数据传输与控制, 是最为核心的部分。系统中使用的USB处理芯片, 不仅完成了高码速率的数据传输, 同时通过I2C总线对解调芯片和调谐器 (Tuner) 进行控制。它的控制功能包括:设置和读取调谐器的当前调谐频道;在双解调芯片中选择工作的芯片, 对其进行各项初始化;读取解调芯片的解调信息, 传输至上位机;响应从上位机传来的控制指令。
固件程序不但完成了上述的全部控制功能, 而且通过设置关键寄存器, 帮助硬件完成数据传输。因此开发USB通信与控制模块的关键, 在于编写高效、稳定的固件程序。
开发EZ-USB FX2架构下的固件代码, 包括下面三个过程:
(1) 初始化, 包括处理器和外围电路的初始化;
(2) 主函数, 包括完成符合设备特定要求的代码;
(3) 中断处理, 包括处理各种中断的程序代码。
在本系统的初始化过程中, 需要完成的任务有:设置USB芯片的工作模式:选择合适的端点用以传输数据;配置端点的相关寄存器, 使数据传输高速、有效地运行;选择默认的解调芯片;设置默认的调谐频道;同时, 初始化所有的全局变量。以下代码是初始化过程的部分示例代码:
由于EZ-USB FX2架构使得硬件完成了数据传输的大部分功能, 在初始化完成之后, 不需要在主函数和中断处理过程中进行单独的数据传输控制了, 但是考虑到USB芯片还要响应上位机的控制和查询指令, 还需要利用E Z-USB FX2的自定义用户接口, 使用EP0通过控制传输方式, 发送控制指令, 和芯片完成指令交流。USB2.0协议规定数据是令牌包形式的, 因此, 可以很简单地通过不同的令牌包的特定字节的内容判断上位机的请求。简单来说, 就是规定好特定位置的值, 代表不同的控制请求, 在芯片收到令牌包后, 通过判断这些特定位置的值, 决定如何处理和如何响应。
综上, 本系统中, USB固件程序的流程如图2所示。
4 使用DirectShow实现地面数字电视码流的播放
4.1 MPEG TS流简介
国家地面数字电视广播中承载的数据流是M P E G-2TS流。TS是传输流 (Transport Stream) 的英文简写, 它是MPEG-2标准的一部分, 是为音频、视频和其他数据传输所设计的。TS流的设计目的, 是为了复用数字视频和数字音频数据, 并且将它们同步输出。TS流提供的纠错方法, 使得数字信号可以在不可信赖的信道条件下可靠传输, 比如无线通信信道。这一特性, 使之与节目流 (Program Stream) 相互区别开来。
4.2 DirectShow架构简介
在Windows环境下进行MPEG-2 TS流的视频处理, Direct Show无疑是最好的选择。它是美国微软公司为软件开发者提供的多媒体开发平台DirectX的一部分。借助于Direct Show架构所提供的应用程序编程接口 (API) , 软件开发者不用编写与硬件相关的代码, 就可以开发出高性能的多媒体应用程序。Direct Show的设计初衷就是为了让应用程序开发人员从复杂的数据传输、硬件差异、同步性等工作中解脱出来, 使软件开发者能够利用DirectShow的框架, 更容易地开发多媒体应用程序。
4.3 使用DirectShow对地面数字电视码流进行实时播放
Direct Show使用一种叫做Filter Graph的模型来管理整个视音频流数据的处理。在这个Filter Graph中参与数据流处理的各个单元都叫做Filter。他们各司其职, 根据他们的功能按照一定的顺序对数据流进行处理, 完成多媒体播放控制。按照功能来分, Filter通常可以分为三大类:Source Filters、Transform Filters、Rendering Filters。
图3是本系统中用以处理MPEG-2 TS流的各个Filter的连接示意图。
在最前端, 是用于读取USB数据的Source Filter。它从USB接口获得数据, 然后交给下一级Filter处理。
后续的MPEG TS Demux Filter、Video Decode Filter以及Audio Decode Filter都属于Transform Filters。Transform Filters负责数据的格式转换, 例如数据的编/解码, 特殊效果的叠加, 数据流的分离/合成, 等等。在本系统中, 从Source Filter输出的数据是按照MPEG TS流标准压缩的多媒体数据, 这些数据经过上述的三个Transform Filters, 依次进行视音频数据的解复用、视频解码和音频解码, 分别得到了解码后的视音频数据, 然后传递给下一级的Rendering Filters。
Rendering Filters主要负责把数据输送到显卡、声卡进行最后的输出显示。当数据到达声卡和显卡之后, 整个的数据处理过程正式结束了。
要实现上述的处理过程, 重点在于实现各个Filter的连接和数据传输。
(1) Filter的连接。Filter之间是通过Pin互相连接的, Pin可以理解为每个Filter上的输入和输出管脚。Filter一般由一个或多个Pin组成, Filter之间通过Pin相互连接。连接过程如下:Filter Manager通过输出Pin上的媒体信息等相关信息确认输出Pin是否接受连接;如果输出Pin接受连接, 那么询问输入Pin是否接受连接, 如果输入Pin也接受连接, 则分配相关资源, 完成两个Pin之间的连接。
(2) Filter之间的数据传输。在连接完成之后, Filter之间就可以通过相互连接的Pin进行数据传输。Filter的数据传输分为两种模式, 推 (Push) 模式和拉 (Pull) 模式。推模式最典型的应用就是在实时数据源的处理中, 而拉模式则主要用于数据源为文件的情况。本系统中Source Filter的数据传输采用了推模式。数据传输的时候, 由输出Pin把数据存储到双方协定好的缓冲区内, 输入Pin从这块共用的缓冲区取得数据。上面的过程循环往复, 使得数据可以源源不断地从Source Filter传输到下一级的Filter。
以上介绍了本系统视频处理模块的开发重点, 实际的运行效果表明, 使用DirectShow处理系统中的视频数据, 性能稳定, 并且控制力强, 应用于USB测试接收机, 可以为测试人员提供更直观的测试依据。
5 小结
USB接口是现代计算机的通用接口, 了解和熟悉基于USB接口的数据传输, 对开发地面数字电视测试系统具有很大的帮助。同时, 懂得如何使用DirectShow架构进行多媒体处理, 可以为地面数字电视测试系统提供更直观和丰富的测试手段。本文中所介绍的数字地面电视码流传输与处理系统, 结合了上述两种技术, 实现了地面数字电视码流从解调板经USB2.0接口, 传输至PC, 然后使用Direct Show技术进行多媒体处理的过程。图4是软件的运行效果图, 可以看到, 软件通过USB接口读取视频数据并播放, 效果良好;同时, 软件还从解调板读取了其他的信息, 分析、显示了信道冲击响应等重要的测试信息。
参考文献
[1] Cypress Semiconductor Corporation. EZ-USB FX2Technical Reference Manual [Z]. 2001.
[2] 陆其明. DirectShow开发指南[M], 清华大学出版社, 北京.2003.