基于FPGA的多功能视频服务器设计与实现

发布时间：2020-06-18 01:29

【摘要】： 数字电视是采用数字信号广播图像和声音的电视系统,它在电视信号的获取、产生、处理、传输、接收和存储的各个环节中都采用数字信号或对数字信号进行处理。数字电视画面质量达到DVD水平,完全没有模拟电视的雪花、重影等现象。供用户选择的节目内容也将极大丰富。通过数字电视,用户将跨入个性电视、互动电视的时代。 MPEG-2标准是国际上流行的音视频压缩标准。这个标准中只定义解码模型,因此编码端和数据处理过程有很大的自由度,只要能够被MPEG-2解码器所解码就符合要求。本文所介绍的设计能实现三种节目源的播出:卫星节目、本地硬盘存储节目和网络节目以及这三种节目源的混合复用播出。它同时可以在以太网和数字电视两个网络上运行。并能实现对转播卫星节目的覆盖插播,网络节目和本地节目的实时切换等业务。提供加扰播出服务,实现条件接受等增值服务。可以提供数字电视节目点播服务。提供了ASI输入节目的录制功能,实现卫星节目的延迟播出。本设计的核心部分采用FPGA和DSP,提高了电路设计的灵活性,缩短了产品的研发周期。本文中首先概述了数字电视的发展现状和研究进展,简单介绍了FPGA的基本概念和硬件描述语言的特点及FPGA的设计方法。然后论述了MPEG-2系统层协议和视频结构的部分内容。研究了MPEG-2编码时数据的复用过程,介绍了三个有关时间的重要概念:PCR、PTS和DTS,并研究了它们之间的关系。接着研究了多功能视频服务器在数字电视播出系统中的位置,及其所能实现的功能。提出了视频服务器的硬件电路结构。重点论述视频服务器中FPGA所完成的功能及其实现方法。提出了FPGA程序总体结构设计,根据数据传输通道分三部分:本地播出、卫星转播和节目录制。然后将整个FPGA系统拆分为不同的功能模块,逐个分析和研究:卫星接入和解复用模块、本地播出系统、复用系统、无缝拼接系统和PCR调整模块。最后讨论了系统的测试结果,并论述了本设计存在的优势和待改进的部分。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP368.5
【图文】：

生成结构,模块程序,解复用

当从 TS 分组中提取到 PID 值就使能查表比较模块。此处的 RAM 为由 ISE 提供的IP 资源库生成的双口 RAM。读使能始终有效，开始时地址为 0。将数据输出端口的低 13 位和 PID 寄存器中的值进行比较，若相等，则输出选通标志，同时输出相应的PID_new 值；若不相等，地址加 1，继续比较。直到所有的有效地址都比较完毕还没有找到与 PID 寄存器中的值相等的，则说明此 TS 分组是不需要的，发送过滤标志，将其过滤掉。当从延迟模块中输出的 TS 分组到达处理模块（替换 PID 模块）时，该分组的分析结果已经得到。若此分组是需要过滤掉的 TS 分组，则将数据有效位拉低，后面的模块将不会处理该分组。若此分组是需要选通的分组，则将原始 TS 分组 PID 相应地址内的数据替换成 PID_new 的值，然后输出给后面的模块。根据上面的论述可知，此处的解复用所起到的作用是过滤和置换 PID。而不是将一个 TS 复合流解复成多个 TS 流。它只是在卫星节目中抽取所需要的节目，参与后面的复用。该模块程序综合后的结构如图 4-5 所示。

程序综合,复用,后结构,模块

（3） PSI 信息的重构PSI 是表征该路 MPTS（多节目传输流）中各分组之间关系的信息或用户私有据。当多路 MPTS 经过解复用/复用后生成一路 MPTS，原来各 MPTS 中的 PSI 信息然已不再适合现有的数据流了。所以必须将原来的 PSI 信息过滤掉，同时重构适合用后的 MPTS 的 PSI 信息。由于两路复用前节目中可能存在 PID 相同的基本流，所在复用前需要根据重构的 PSI 信息，重新分配各基本流的 PID 值。这在前面解复用章节中有过详细的论述。在本系统中，PSI 的重构由上位机软件完成。对于复用系统而言，PSI 信息是本地节目一起的，所以不需要复用系统对 PSI 信息做处理。这种模型使得卫星节目转播功能等同于卫星节目和 0 套本地节目的复用。4.4.4 复用系统的 FPGA 程序设计复用仲裁模块程序综合后结构如图 4-16 所示。

【引证文献】