文章作者：北京清華大學(xué)電子工程系 溫仲文

摘要：在簡要介紹DVB_S接收系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析了DVB_S標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)的幀格式轉(zhuǎn)換模塊的功能、設(shè)計(jì)的方法及其在專用集成電路芯片（ASIC）上的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字衛(wèi)星信道接收芯片 幀格式轉(zhuǎn)換 專用集成電路芯片

數(shù)字衛(wèi)星接收芯片（DVB_s）是準(zhǔn)基帶采樣變換到MPEG-2碼流的完全解決方案的集成芯片。主要用于衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字電視、數(shù)字語音的壓縮編碼的數(shù)字解調(diào)與信道解 碼。此傳輸系統(tǒng)基于前向糾錯編碼（FEC）技術(shù)和QPSK調(diào)制技術(shù)，可保證傳輸業(yè)務(wù)的可靠性。

DVB-S系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。包括物理接口、QPSK解碼、Viterbi譯碼、同步頭尋找、去交織、RS解碼、解擾以及幀格式轉(zhuǎn)換。經(jīng)過幀格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)稱為TS流，輸出的時鐘為占空比近似為1：1的均勻時鐘。TS數(shù)據(jù)和時鐘送給解碼芯片進(jìn)行信源解碼。

1 幀格式轉(zhuǎn)換

幀格式轉(zhuǎn)換位于信道傳輸?shù)淖钋岸耍ɑ蜃钅┒耍�，完成信道傳輸與信源MPEG-2編（解）碼的相應(yīng)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換以及產(chǎn)生相應(yīng)的時鐘。在發(fā)送端，該部分將信源MPEG-2的數(shù)據(jù)包格式轉(zhuǎn)換成信道傳的數(shù)據(jù)包格式，并產(chǎn)生信道傳輸編碼部分的時鐘。相應(yīng)地，接收端部分將信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式轉(zhuǎn)換成信源MPEG-2的包格式，同時也產(chǎn)生信源MPEG-2的時鐘。

1.1 進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的原因

進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換是由于DVB-S信道幀格式與MPEG-2的信源幀格式不同。信源MPEG-2編（解）碼數(shù)據(jù)包格式是按段組織的，每一個數(shù)據(jù)段包括1個字節(jié)的段同步和187個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這種幀結(jié)構(gòu)稱為信源數(shù)據(jù)包格式。而本方案信道傳輸?shù)腞S編（解）碼是按每個段進(jìn)行的，即（204，188，16）碼，也就是每段187個字節(jié)信息數(shù)據(jù)外又增加16個糾錯校驗(yàn)位。MPEG-2數(shù)據(jù)包格式和DVB信道數(shù)據(jù)包格式及時序如圖2所示。

這里主要討論接收端的格式轉(zhuǎn)換，即將DVB_S信道格式轉(zhuǎn)換為MPEG-2信源格式。上端數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換主要包括兩：（1）去掉校驗(yàn)字節(jié)；（2）將時鐘變?yōu)檎伎毡?：1.去除校驗(yàn)字節(jié)子部分將由RS編譯碼引入的冗余校驗(yàn)字節(jié)去掉，使每包的數(shù)據(jù)恢復(fù)為188字節(jié)。為防止信號畸變，保證數(shù)據(jù)正確地采樣，時鐘占空比應(yīng)展寬為1：1。目前市場上的解碼芯片支持并行和串行兩種模式。以上討論并行模式輸出（以字節(jié)形式輸出）、串行模式輸出以此特形式輸出。

1.2 幀格式轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

1.2.1 并行模式

該部分將去除由DVB-S的RS編碼引入的冗余校驗(yàn)字節(jié)，使每包的數(shù)據(jù)恢復(fù)為MPEG-2格式的188字節(jié)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。其核心部分為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)和讀時鐘的產(chǎn)生。

（1）數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

從信道數(shù)據(jù)包格式和信源包格式可以看出，相對信源包而言，信道包每多出了16個RS碼校驗(yàn)字節(jié)。信道數(shù)據(jù)按如下規(guī)則寫入緩沖區(qū)，讀端也按照一定規(guī)則讀出煌怛：16個字節(jié)的RS校驗(yàn)碼不寫入緩沖區(qū)，其他數(shù)據(jù)按地址順序?qū)懭刖彌_區(qū)；在讀郵時，按照順序讀出緩沖區(qū)的內(nèi)容，每幀為188字節(jié)的數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)時，使用信道的時鐘，而從緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)時，使用信源時鐘。

為了保證讀出數(shù)據(jù)的正確性，只能讀已經(jīng)定改的數(shù)據(jù)，也就是讀操作滯后于寫操作（這里一個存儲單元為1個字節(jié)）。設(shè)計(jì)時采用SRAM作業(yè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

（2）讀時鐘以及信源時鐘的產(chǎn)生

·參考時鐘的產(chǎn)生

為了減少整個系統(tǒng)的復(fù)雜度（主要為減少芯片外圍電路），前級時鐘恢復(fù)（Clock Recovery）模塊采用了內(nèi)插算法，引起了符號時鐘周期的不確定性，進(jìn)一步導(dǎo)致了字節(jié)時鐘周期的不確定性，即傳輸給幀格式轉(zhuǎn)換模塊的字節(jié)時鐘是很不均勻的。

為了得到近似均勻的字節(jié)時鐘，幀格式轉(zhuǎn)換模塊采用數(shù)字鎖相法產(chǎn)生一個近似均勻的參考時鐘，如圖4所示。

圖4中，本地產(chǎn)生的近似均勻的字節(jié)時鐘頻率與輸入的不均勻字節(jié)時鐘的頻率保持一致，而輸出的參考時鐘頻率是輸入字節(jié)時鐘的8倍，且近似均勻。之所以要8分頻而不是2分頻或是4分頻，主要考慮到在DVB_S系統(tǒng)中符號頻率是2MHz-45MHz，折算到字節(jié)頻率為0.25MHz-5.5125MHz（如果Viterbi譯碼的刪節(jié)模式是1/2，字節(jié)頻率=符號頻率×1/4×Viterbi譯碼的刪節(jié)模式），當(dāng)符號頻率很低時，如采用2分頻或4分頻數(shù)字鎖相器穩(wěn)定較慢，而8分頻符合設(shè)計(jì)要求。

·讀時鐘產(chǎn)生以及信源時鐘的生成

由于信源格式的每個包只有188字節(jié)，因此首先把信道格式的每包204字節(jié)使能去掉16個，采用丟時鐘的方法，在204個丟掉16次使能，即51中丟掉4次。故采用一個51計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)到11、24、37、49時丟掉輸入的字節(jié)時鐘，得到丟掉后的每包只有188個字節(jié)時鐘（如圖5）。把丟掉后的字節(jié)時鐘傳輸給上面的參考時鐘