MPEG-2信道解复用器的DSP FPGA设计

张蔚丽　　数字高清晰度电视(high definition television)简称hdtv，是继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视系统。其图像细腻逼真，质量与35 mm电影相当，再配以环绕音响，使收视效果大幅度提高。它将成为21世纪的主要电视产品，具有潜在的巨大经济效益。因此，日、欧、美等发达国家都相继投入了大量人力、物力来开发hdtv系统。我国从1996年启动国家重大产业工程项目hdtv功能样机系统研究开发工程。 　　1 mpeg-2标准简介以及数字电视功能分析?　　mpeg（motion pictures expert group）译为运动图像专家组，他是在iso的召集下，为数字视频和音频制定压缩标准的专家组。该组织于1994年推出mpeg-2标准。此标准分为4个文件，分别是：　　系统层（system,iso13818-1）描述视频，音频的数据复用方式和视频，音频同步方式。?　　视频压缩层（video，iso13818-2）描述数字视频编码方式和解码过程。?　　音频压缩层（audio,iso13818-3）描述数字音频编码方式和解码过程。?　　一致性（con formance,iso13818-4）说明测试编码码流的过程，检验是否符合前3个文件的规定。?　　mpeg-2运动图像及其伴音通用国际标准在数字音/视频领域得到了广泛的应用。在mpeg-2中，定义了两种形式的码流，即传输流（ts）和节目流(ps)。节目流一般用于相对无错的环境中，如交互式多媒体业务，其长度是可变的。传输流则用于有错误的环境中，如数字电视的地面广播传输，其分组长度固定为188 b。传输流和节目流都是编码后的基本数据流（es）按照一定的格式打包后形成pes包，再加上一些系统级信息而构成。码流的形成过程可以用图1来表示。其中，采样得到的视频数据流和音频数据流经过编码器后，成为mpeg-2 基本流（es），再通过打包，成为包化es流（pes）,再经过传输复用器，将音频pes，视频pes,以及其他的数据和控制信息，转换成mpeg2传输流（ts）.ts流经过信道编码和调制之后，发送到信道中。在接收端，正好相反，经过解调，信道解码和前向纠错之后，再通过传输解复用器，分别输出视频pes流，音频pes流，以及数据和控制信息，再通过视频解码器和音频解码器后，分别送入dtv显示系统和音频播放系统。

　　2 关于传输流以及传输流中几个重要概念?　　传输流ts包的结构如图2所示。

?　　传输流由一道或多道节目组成，每道节目由一个或多个原始流和一些其他流复合在一起，包括视频流，音频流，节目特殊信息流和其他数据包。?　　首先介绍视频和音频pes流是如何转换成ts流的。pes流是由视频或音频基本流分别打包处理后形成的pes包系列，pes包的长度是不定的。每个pes包的包头携带了：?　　流标识(sid)由同一个es经打包处理后得到的pes，其流标识相同。?　　显示时间戳（pts）用于视频和音频之间的同步控制，它指示对解码后视频和音频播放的适当时刻。?　　解码时间戳（dts）用于视频基本流解码器和音频基本流解码器的同步控制，它指示对视频和音频基本流解码的适当时刻基本流的速率控制信息。?　　由于ts包长固定为188 b，所以在打包时，pes包长若大于188 b,则对其进行分段处理，因为pes是放在ts包的有效载荷区进行传送的，所以分段后每段大小为184 b,不足184 b的加上适应字段构成184 b，有没有适应字段则由包头中的适应字段控制来指示。每段加上ts包头就形成一个ts包。　　ts包包头中各字段含义如下：?　　同步字节指示一个ts包的开始。　　传输错误指示表示该传输包在传输过程中有无错误。?　　有效传输开始指示若有效载荷区传输的是来自pes包的数据,则有效传输开始指示表示有效载荷区的第一字节是否为被分段的pes包的起首字节。若有效载荷区传输的是来自节目特殊信息的数据，则有效传输开始指示表示载荷区第一字节是否是psi数据起首字节的位置指针。?　　传输优先指示表示的是具有相同的pid的传输包的优先级。?　　连续计数器pid相同的传输包的计数。?　　此外，在ts包包头的调整字段中，有一个重要的域pcr,即节目时钟基准。它以固定的频率插入包头。在解码端，正是根据pcr来恢复系统时钟的。psi信息使用4个表来定义码流的结构，分别为节目关联表（pat）、节目映射表(pmt)、条件接收表（cat）和网络信息表（nit）。其中，最重要的表信息是pat和pmt。pat是psi信息的根，其pid是0，表中列出了传送码流中所有节目的节目映射表的p