原创 实现TS流多路复用器的单芯片解决方案

随着全国数字电视平移的加速展开，广电运营商势必建设更为完善的适合数字电视信号传输的网络，这就需要业界提供功能强大、性能稳定而成本更低的前端设备。TS流复用器是所有数字电视前端系统中的核心设备，其复杂度高且对性能要求极为苛刻，是国内许多广电设备生产企业的难点问题，若国内企业能够提供性能稳定、成本低廉且集成度高的复用器必将带动这些企业的其它前端设备全线进入市场，从而推动整个数字电视网络设备国产化率的提高。

由于采用本土企业的产品商务环节更少、服务更及时，可以进一步降低网络造价，同时增加网络的稳定性，这有利于广电运营商将数字电视网向二、三级城市的全面建设和覆盖。因此，提高复用器的稳定性、通过提高集成度来降低其成本，并很好地通过本地设备生产企业实现产业化已经成为推动数字广电网络建设的重要因素之一。本文将阐述用单片FPGA实现8ASI TS复用器的方案及外围设计参考。

单芯片TS流复用器方案

SW6308F是成都斯达威科技发展有限公司自主开发的业内首款基于FPGA的单芯片TS流复用器方案，所有信息处理均由硬件实现，对单节目传送流(SPTS)和多节目传送流(MPTS)进行复用并自动生成相关PSI/SI信息和数据，生成新传输流，是所有提供全面数字电视解决方案的核心器件。以该芯片为核心，配以简单的CPU和少量的外围元器件即可实现完整而简洁的TS流复用器方案，单片可实现最多高达16套节目复用，同时用户可灵活插入EPG、EMM和ECM等信息。SW6308F可广泛应用于数字电视前端、多通道移动节目采集、图像监控等领域。

SW6308F支持1~16套单节目和多节目复用，参与复用PID最多提供128个，支持级联(层叠)使用；提供8路标准ASI输入和4路同源ASI输出，同时提供8路输入ASI环路输出，每路输入ASI最高输入码率可达120Mbps，并支持包突发模式；4路同源ASI输出，输出码率可在0~100Mbps范围内任意调节；支持自动检测188/204字节输入TS包格式，输出TS流包长(188/204)可选择设置；支持EPG、EMM、ECM和数据等信息从任意输入端口插入，用户可选择插入PID高达32个；每套输入节目解复用，并自动生成各种PSI/SI信息表；自动对每一节目进行高精度PCR校正，能将PCR抖动控制在100ns以内，强大的PCR校正阵列可同时进行16路PCR流校正；超低内部传输处理时延，从复用器输入到输出的时间延迟通常保持在1ms以下，并具备带宽保护功能；提供4线制SPI CPU总线接口对芯片内部进行管理和控制，芯片内部提供丰富的管理和控制信息方便进行用户网管。

特别值得一提的是，SW6308F的8路ASI最多允许的180套节目输入是共享式的而非固定的平均分配，同时可编辑或重新映射输入节目的任何信息，包括节目名称、任何输入PID、Service_ID、EIT_schedule_flag、EIT_present_following_flag、running_status、Free_CA_mode、service_Type、Transport_Stream_ID、Original_network_ID等信息。SW6308F内部功能框图如图1所示。

在芯片内部包含8个独立ASI接收模块，每个模块均工作在270Mbps，是将芯片外部来的270Mbps的串行差分高速输入码率先经过串并变换，再用过采样技术进行位同步和字节对齐处理，然后经过8B/10B解码后变换为27M的并行输出码率，并进一步从27M并行码率中滤掉K28.5特征码，最后从并行有效数据中提取出188或204字节的同步信号生成帧同步信号，同时生成并行码率时钟、有效信号，从而形成标准的并行TS流并汇入芯片内部TS总线。该模块自动识别188或204字节的帧格式，并支持帧突发模式，最高突发速率高达155Mbps。除从这8个ASI输入节目流外，还可以通过CPU设置从任何一个ASI接口插入EPG、EMM、ECM和数据等信息，用户可选择插入PID数目高达32个。

图1：芯片功能框图

节目搜索和解复用模块是该芯片的核心模块之一，其处理方式不同于传统的CPU软件处理方式，它由纯硬件方式实现，因此除具有不占用任何CPU开销之外同时具有处理速度快、稳定可靠等优点。该模块能够快速提取来自8个并行TS流总数目高达180套的所有节目信息，该信息通过内部总线存放在外部SRAM 180K字(word)的空间内，用户可以在复用前修改任意套节目的信息，该信息还可以由硬件直接搬运到外部FLASH进行掉电存储，因此除掉电恢复后自动进入原工作状态功能外，在每次复用前不必重新进行节目搜索。

该模块可以处理180套输入节目，这180套节目可来自8个输入TS流，也可以来自其中的某几个TS流，因此这8个TS流可以共享180套节目空间，每个TS流最大节目输入套数除ASI接口速率限制外不受其他限制，这跟传统的端口最大输入节目套数有本质的区别，因此该方式能够满足任何环境下的应用。每套复用节目的任何信息在复用前都可以方便修改，包括节目名称、节目提供商名称、重新映射任何PIDService_ID、EIT_schedule_flag、EIT_present_following_flag、running_status、Free_CA_mode、service_Type、Transport_Stream_ID、Original_network_ID等信息，给用户带来了极大的方便和使用灵活性。

节目复用模块/PSI重构模块也是由纯硬件方式实现，是将存放在外部SRAM的并且被选中参与复用的输入节目信息(这些信息可以被用户修改)取出重构PSI/SI信息表，这信息表包括PAT、PMT、SDT、NIT等，这些信息表生成后存放在外部SRAM供输出控制模块定时读取，这些信息表的最大存储容量为16K字，能满足16套节目并且这16套节目的所有信息表均为IEEE13818-1、EN300486定义的最长包要求。在重构完信息表后，再提取这些参与复用节目的所有音视频PID、PCR_PID、CA_PID和数据PID等搬运到每个TS流的PID过滤存储器，过滤存储器最多可以存放128个PID，当复用16套节目时每套节目平均有8个PID，而一般节目只有3~4个PID，因此几乎能满足任何要求。

当芯片在节目搜索和节目复用完成后，生成的PSI/SI信息存放在外部SRAM的固定存储空间，提取的PID放在PID过滤存储器中，固定存放在外部SRAM的PSI/SI信息由芯片IEEE13818标准要求定时读取到复用输出；来自每个端口的TS流先进PID过滤寄存器进行比较过滤，如果相同则接受该TS流包同时放入TS流包缓存器进行缓存，然后推入FIFO缓存，最后输出模块在DDS时钟的推动下复用到输出。在该过程中，如果PID过滤寄存器检测到接受的TS流包包含PCR信息，则要将该信息取出并推入PCR校正阵列进行校正，最后在该TS流包复用输出时替换该PCR值。用户可以在0~100Mbps范围内调节DDS的输出时钟。

系统应用方案

应用SW6308F实现一个完整、功能强大的8ASI复用器相比其他如DSP+FPFA或CPU+FPGA的方式有许多优点，主要体现为SW6308F为全硬件实现，稳定性更可靠、集成度更高、成本更低、灵活性更好而应用起来却更方便，用户能通过SW6308F再配合简单的外围器件就能更快更容易地实现一个完整的产品。

图2：8 ASI输入4 ASI输出复用器方案的典型应用框图

通过图2可以了解到使用SW6308F实现完整的复用器外围电路相当简单：只需要一片主FPGA，配合SRAM、FLASH、54MHz晶振、PROM(EPCS4)以及单片机和BNC同轴头就能完整实现一台8路ASI输入口、4路ASI输出口和一个RS232(以太网)接口，还提供1个液晶模块和简易键盘输入的复用器。需要说明的是：此处的FPGA必须选用ALTERA的EP2C20Q240C8；SRAM必须支持256×16K字，速度为10ns；Flash应采用SPI串行接口，支持512×8KB；由于系统时钟为54MHz，因此晶振为54MHz。

FPGA通过四线制的SPI总线与MCU相连。MCU在整个复用过程中只需要占用很小的开销来对FPGA进行控制管理，因此MCU在处理速度上基本上没有较高要求，使用MCS51单片机也完全能满足应用要求。SPI总线可以由普通输入输出I/O口模拟时序实现，液晶模块和简易键盘配合使用，主要是完成节目搜索使能、复用节目参数修改输入、复用节目选择、复用使能以及状态监控等功能；RS232接口实现的功能和上述功能基本一样，只是要通过PC的RS232串口来控制管理，并且管理功能可以做得更丰富更强大；以太网接口可以对复用器实现远程网络控制管理。MCU的操作流程如图3所示。

图3：CPU操作处理流程

本文小结

TS流复用器经历了从复用节目数少到复用节目数多，从集成度低到集成度高，从管理简单到能支持远程网管的发展阶段。用单片FPGA实现的SW6308F方案从功能和稳定性上满足了这种发展趋势，目前该方案在总结前几年多FPGA芯片组SW6306F实现6路ASI复用器的经验基础上已成功推出。基于SW6308F的8ASI复用器方案实现的设备达到了高集成度、高稳定性、低功耗和易管理性的目的。

作者：胡强

项目经理

starway@china-starway.com

成都斯达威科技发展有限公司