基于USB接口便携式DTV码流测试分析仪

2014-10-20杨俊东郝文飞

科技与创新 2014年16期

杨俊东　郝文飞

摘要：设计了一款便携式USB数字电视传输流（TS）监测设备。该设备集射频QAM信号和基带ASI信号的截取、监测分析、基带ASI信号发送功能于一体，满足了数字电视的产品开发、测试、传输网络等参数的监测、分析、码流的发送和截取等需要。

关键词：USB2.0；数字电视传输流监测；CPLD；TS流监测系统

中图分类号：TN943；TP311.52 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0134-02

近年来，数字电视技术在各国的大力推广下得到了飞速的发展。标清、高清等数字电视设备层出不穷，数字电视传输网络也在不断扩大与完善。在开发数字电视产品、监测和维护数字电视的传输网络和终端设备时，都需要利用数字电视传输流监测、发送和截取设备等。而在某些现场测试环境下，需要这些设备具有体积较小、各种功能集成、使用简单和便于携带等特点。

1 系统简介

该设计的主要任务是将数字电视传输网中符合DVB-C标准的QAM射频信号通过高频调谐器解调，或直接将ASI信号通过USB2.0协议上传到计算机上进行实时监测和分析，包括TR101-290三级参数、节目的详细信息、PCR抖动图、QAM星座图和所选节目的解码播放。可将码流采集、存储在计算机上，还可以将已有的传输流通过ASI接口发送到数字电视传输网中。该设计集QAM和ASI信号的截取与分析、ASI信号的发送于一体，并且尺寸只有125 mm×80 mm×30 mm。

2 系统设计和硬件实现

系统硬件的主要模块有：USB控制器（内含主控单元MCU）、CPLD、FIFO（First In First Out，先入先出存储器）、时钟发生模块、ASI接口、DVB-C射频输入模块和电源模块。设备的硬件系统框图如图1所示。

图1 硬件系统

2.1 主控MCU模块

主控MCU模块选择了EZ-USB FX2LP系列芯片中的CY7C68014A作为核心芯片，而其他公司的产品只包含USB物理接口的总线收发器，比如NXP公司的ISP1581系列等。FX2LP集成了一个USB 2.0物理接口和一个MCU，是一个整体的解决

方案。这既可少占用电路板的空间，又降低了开发的难度。该芯片的内部结构如图2所示。

USB收发器、智能串行接口引擎（SIE）和PLL共同构成了一个USB2.0物理层协议处理器（PHY），可完成大部分USB2.0协议处理工作，包括打包和拆包数据、返回握手信号，甚至能独立进行设备枚举。这大大减轻了开发难度，使用户可以把更多的精力放在传输上，而不必详细了解复杂的USB协议。

增强型的8051内核既与标准的8051兼容，又有多项改进：在最高工作频率48 MHz下，一个指令周期只需4个时钟周期，比标准的8051平均提高了2.5倍；具有2个通用异步收发器（UART）和3个定时/计数器；扩展了更多的中断和I/O口，可以更好地进行控制管理工作。

芯片内部还带有16 KB的片上RAM和4 KB的FIFO。通用可编程接口（GPIF）则用来管理高速数据传输的时序，配合FIFO可实现与外围接口的无缝连接。主控I2C接口可控制管理外围的I2C接口器件，其在本系统中主要控制EEPROM和射频输入接口模块。

2.2 时序控制模块

本系统选用ALTERA公司的CPLD器件EPM7128S-100实现对外围逻辑电路的控制。EPM7128S-100内含128个宏单元，并带有100个可供用户使用的I/O脚，其中4个为专用输入脚；内置JTAG（IEEE Std.1149.1 Joint Test Action Group）边界扫描测试电路，通过JTAG口可实现在线系统编程（ISP）；I/O接口支持3.3 V和5 V两种供电电压，不需要转换电压，且本系统的

两种电压信号都采用直接连接的方式。

2.3 电源模块

对于开发一款便携式设备，电源模块的选择非常重要。USB协议规定的电缆可提供5 V的输出电压，且每个设备都能分配到500 mA的电流。该设备选择USB电缆供电的方案，必要时需多加一条USB电缆，以提高输入的电流值。

设备中包含3.3 V和5 V两种供电电压芯片，并选用Linear公司的开关电源LT1767来转换电压。与一般线性电源相比，开关电源的转换效率更高、发热量更小，更适合便携设备使用。

2.4 时钟模块

本系统选用AD公司的AD9833和一个有源晶振制成的时钟发生模块。AD9833是一款数字的可编程波形发生芯片，内部包括可编程DDS系统、高性能的DAC和高速比较器，能当作全数字化编程控制的频率合成器和时钟发生器使用。外接精密的时钟源，即可产生频谱纯净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。正弦波可直接作用于信号源的设定，也可转换成方波作用于数字电路时钟。AD9833支持串行口编程，可直接输入频率、相位等控制信息数据。频率输出范围在1～12.5 MHz之间时，分辨率可达0.093 Hz，基本满足本设备的要求。同时，芯片的封装只有半个指甲盖大小，功耗也仅有20 mW，非常适合于开发便携式设备。

2.5 数据缓存模块

系统选用IDT公司的IDT72V2111芯片缓存TS流。IDT72V2111的最高工作频率为100 MHz，容量为512 K×9 bit，可设置为标准工作模式或FWFT（First Word Fall Through）工作模式，并提供全满、半满、全空、将满和将空五种标志信号。除硬件复位方式外，IDT72V2111还提供软件复位方式，可在保留可编程设置项的前提下清空所有数据，重设标志位，这在工作过程中非常实用。此外，该芯片也是一款低功耗的产品。设计中，将IDT72V2111设置为标准工作方式，选用8位数据带宽方式和半满标志位。

2.6 接口模块

ASI的输入和输出接口芯片采用Cypress公司的CY7B9334和CY7B9234，它们可以单独完成ASI接口通信协议的转换，输入和输出直接并行TS流，使用比较方便。射频输入接口模块选用PHILIPS公司的DCQ-1C/111器件，它集成了一个调谐器和一片TDA公司的TDA10021信道解调器，是典型的DVB-C射频输入接口集成设备。其中，TDA10021处于主控地位，提供对外的I2C接口，并可通过设置转接到调谐器。连接有线电缆后，器件就可以在FX2LP主控的I2C接口的控制下，输出并行TS流，同时还可以读取QAM星座图。

3 系统软件设计

应用程序主要是为设备用户提供一个可视化的界面窗口，并通过调用驱动程序控制硬件设备，最终实现数字电视信号的监测、截取和发送功能。应用程序主要分信号的监测和分析、信号的截取和发送两部分。

3.1 监测系统软件设计

监测软件主要包括TR101-290三级参数、节目的详细信息、

PCR抖动图、QAM星座图和所选节目的解码播放等部分。软件对截取的码流实时分析，将码流的详细信息提取出来，并对当前所选节目实时解码显示。对于TR101-290三级参数等信息，将每秒刷新1次，并将错误和发生时间保存在日志中。如果输入QAM射频信号，软件还将提供高频调谐功能，调谐成功后将实时提取QAM信道参数，并绘制出QAM星座图。具体如图3所示。

3.2 截取和发送软件设计

截取软件界面如图4所示。该软件支持ASI信号输入和QAM信号输入的码流截取。当输入信号为ASI时，选择“ASI接口”直接进行截取操作；当输入信号为QAM射频信号时，选择“QAM接口”输入所需截取节目所在的频点，按“调谐状态”进行高频头的调谐，调谐成功后，即可进行截取操作。发送软件界面如图5所示。该软件提供任意码流的发送，发送码率可自行设定，同时还可以选择单次发送和循环发送两种模式。

4 结束语

在详细研究了USB2.0接口技术的基础上，研制了一款基于USB 2.0的便携式数字电视码流监测系统，主要进行了系统硬件的设计与实现、系统软件的设计与实现、软硬件协同调试等工作，实现了该系统预定的功能，并达到了产品化的要求。

参考文献

[1]马振华.基于USB2.0的便携式数字电视码流传输设备研制[D].天津：天津大学，2007.