摘要：TS流是數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)闹饕绞?，由于其采用的是廣播方式且信道中存在著許多干擾，因此是不可靠傳輸。為了保證數(shù)據(jù)的正確性，一般需要進(jìn)行信道編碼。在發(fā)送端，TS流中通常采用的信道編碼方式是CRC校驗(yàn)；在接收端進(jìn)行譯碼。由于TS流數(shù)據(jù)量非常大，通常的軟件譯碼方法不能滿足要求。設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FPGA的CRC譯碼器，速度快，并且具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。
關(guān)鍵詞：FPGA；TS流；CRC校驗(yàn)；譯碼器

0 引言
    隨著我國(guó)數(shù)字電視發(fā)展的越來(lái)越快，集成度越來(lái)越高，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性也變得越來(lái)越重要。而TS流作為數(shù)字電視傳輸?shù)闹饕绞?，其信?hào)的正確性將直接影響到電視畫面的質(zhì)量以及各種數(shù)字電視業(yè)務(wù)的發(fā)展，如互聯(lián)網(wǎng)等。為了保證傳輸?shù)目煽啃?，就要?duì)數(shù)據(jù)加上CRC校驗(yàn)碼，接收的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行譯碼。當(dāng)前的譯碼大多是在微處理器上用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣的軟件譯碼方式速度比較慢，無(wú)法滿足高速大容量的的數(shù)字電視信道的要求。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FPGA的CRC譯碼器，通過查找表法進(jìn)行譯碼，能夠達(dá)到很高的速度，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。

1 TS流的結(jié)構(gòu)
    傳送流(Transport Stream，TS流)，它是根據(jù)ITU-T Rec．H．222．0 | ISO／IEC 13818-2和ISO／IEC13818-3協(xié)議而定義的一種數(shù)據(jù)流，其目的是為了在有可能發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下進(jìn)行一道或多道程序編碼數(shù)據(jù)的傳送和存儲(chǔ)。傳送流由一道或多道節(jié)目組成，每道節(jié)目由一個(gè)或多個(gè)原始流和一些其他流復(fù)合在一起，包括視頻流、音頻流、節(jié)目特殊信息流(PSI)和其他數(shù)據(jù)包。TS流是數(shù)字電視信號(hào)的主要傳輸形式，TS流由許多的TS包組成，每個(gè)TS包的長(zhǎng)度為188 B，它由包頭、自適應(yīng)區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)三個(gè)部分組成，其中，每個(gè)TS包的有效信息占184 B，字節(jié)后面是4 B的CRC校驗(yàn)碼。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)采用了Altera公司的低成本低功耗的CycloneⅣ系列的EP4CE6E22C8N芯片，此芯片具有6 272個(gè)LE，還有270 KB的內(nèi)部存儲(chǔ)器，非常適合用來(lái)做CRC校驗(yàn)。本系統(tǒng)采用了Verilog語(yǔ)言在FPGA上實(shí)現(xiàn)了UART的收發(fā)和CRC校驗(yàn)的功能。
    TS包的數(shù)據(jù)由串口發(fā)送至FPGA，在FPGA內(nèi)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，當(dāng)一個(gè)section的數(shù)據(jù)校驗(yàn)完之后，又由UART發(fā)送出去?？傮w框圖如圖2所示。

3 UART設(shè)計(jì)
    UART的程序采用了自頂向下的分模塊設(shè)計(jì)方法，其功能模塊主要分為波特率產(chǎn)生模塊、起始位檢測(cè)模塊、發(fā)送模塊和接收模塊四部分。各個(gè)模塊分別編寫好并且仿真通過之后，再在頂層對(duì)其進(jìn)行例化，使各個(gè)模塊能夠連接起來(lái)。
3．1 波特率產(chǎn)生模塊
    設(shè)計(jì)采用的波特率為9 600 b／s，幀格式為1 b起始位，8 b數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，1 b停止位。波特率的產(chǎn)生主要是使用累加的方法，當(dāng)累加到一定值的時(shí)候，就給clk_bps一個(gè)時(shí)鐘的高電平，從而產(chǎn)生波特率。產(chǎn)生波特率的部分代碼如下：
   
    波特率產(chǎn)生的RTL視圖如圖3所示。

3．2 起始位檢測(cè)模塊
    起始位是UART傳輸數(shù)據(jù)的開始，因此起始位檢測(cè)的好壞至關(guān)重要，本設(shè)計(jì)采用了邊沿檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)起始位，當(dāng)起始位的那個(gè)下降沿到來(lái)的時(shí)候，H2L_sig端口就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘周期的高電平，為下面的接收做好準(zhǔn)備，起始位檢測(cè)的部分代碼如下：
   
    起始位的RTL視圖如圖4所示。

3．3 發(fā)送模塊
    發(fā)送模塊主要功能就是將FIFO里8 b的數(shù)據(jù)按9 600 b／s波特率一位一位地發(fā)送出去，最后再加上停止位，其RTL視圖如圖5所示。

3．4 接收模塊
    接收模塊的主要功能就是檢測(cè)到起始位后再在每個(gè)數(shù)據(jù)的中央位置進(jìn)行采樣，接收完一幀數(shù)據(jù)后就放到接收FIFO里供CRC校驗(yàn)?zāi)K使用，其RTL視圖如圖6所示。

4 CRC校驗(yàn)
    CRC校驗(yàn)有兩種方法：一種是按位來(lái)計(jì)算的，一種是按字節(jié)來(lái)計(jì)算的。按位來(lái)計(jì)算的占用FPGA邏輯資源比較少，但是相對(duì)來(lái)說速度會(huì)比較慢，不能適應(yīng)高速的TS流的要求。按字節(jié)來(lái)運(yùn)算的速度快，但是占用FPGA的邏輯資源多。綜合考慮后，這里使用按字節(jié)的算法。
    本設(shè)計(jì)的CRC算法采用直驅(qū)動(dòng)表法，由于一個(gè)字節(jié)只有8 b，與生成項(xiàng)進(jìn)行異或后最多有256個(gè)結(jié)果，先將256個(gè)待查表的值生成MIF文件，放入由FPGA的IP核生成的ROM里，然后用查表法可以達(dá)到很快的運(yùn)算速度，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。其具體算法如下：
    crc_reg<=crctab[crc_reg[31：24]＾buffer[7：0]&8'hff]＾{crc_reg[23：0]，8'h0}；
    圖7是用model sire對(duì)CRC進(jìn)行仿真的結(jié)果使用的是PSI表里的一個(gè)section的數(shù)據(jù)，可以看到，校驗(yàn)到最后的時(shí)候，crc_reg的值變?yōu)榱?，說明數(shù)據(jù)是正確的。

    只要在接收FIFO里有數(shù)據(jù)，CRC模塊就會(huì)將讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)。而每個(gè)PSI表里都有一個(gè)section_length是記錄在這個(gè)表里面從該字節(jié)之后有多個(gè)字節(jié)是有效數(shù)據(jù)的。所以，要將這個(gè)數(shù)據(jù)提取出來(lái)再加上3就得到了整個(gè)表的長(zhǎng)度。在CRC校驗(yàn)的時(shí)候，也要設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于記錄處理多少個(gè)數(shù)據(jù)，并與section_length比較。若這兩個(gè)數(shù)相同，則判斷CRC寄存器里的值；若為0，則說明這個(gè)數(shù)據(jù)段是正確的，通過串口發(fā)0x00給上位機(jī)；若CRC寄存器不為0，則說明這個(gè)數(shù)據(jù)斷是錯(cuò)誤的，F(xiàn)PGA發(fā)送0x01給上位機(jī)。
    CRC校驗(yàn)處理的流程圖如圖8所示。

5 結(jié)論
    本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證具有很高的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，并且在上位機(jī)和FPGA上都進(jìn)行了校驗(yàn)，可以驗(yàn)證是否數(shù)據(jù)在串口傳輸?shù)倪^程發(fā)生了錯(cuò)誤，其FPGA部分可以當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的模塊加入到其他系統(tǒng)中，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。