［摘要］文章针对有线数字电视信号的传输特点，应用cpci架构技术搭建有线数字电视信号传输的质量监测系统，以解决在pci架构的监测系统遇到的难以克服的问题，更好地提升系统性能。文中着重阐述构成监测系统的各个模块的功能和具体的实现。详细介绍无视频、无音频、图像静止、黑场、彩条等异态视音频的判别方法。
［关键词］ cpci；嵌入式；音视频监测；ts流；编码解码；powerpc；fpga
一、引言
随着全国各地广播电视有线网络数字化整体平台的转换，有线数字电视信号已进入千家万户，如何保障节目信号的安全传输，是广电网络传输部门和广电监管部门必须要考虑的事情，建立一套运行稳定、及时准确、高效率的监测系统势在必行。
目前，我国在对广播电视信号监测方面还广泛采用的是pci架构的通用工控机与windows操作系统以及测量板卡组建的专用监测系统，这样的系统存在如下问题：
1.windows操作系统的安全漏洞、内存溢出等问题。
2.通用硬件的稳定性、可靠性不能够满足长期全天候运行。
3.系统硬盘长时间工作反复读写对硬盘的机械磨损容易损坏磁盘。
4.ipc机的硬件和软件冗余使系统效率低、可靠性差、功耗大。
5.ipc机内的功能板卡不支持热插拔，维护时，必须要关机。
为解决pci架构存在的缺陷，当前的发展趋势是采用cpci架构研究方向发展。
采用标准的cpci架构，具有如下优点：
1.cpci开放的总线技术，有利于各类系统集成，可以随时增加具有不同功能的板卡放入一套机箱。wwW.133229.coM
2.抛弃ipc传统机械结构,改用可靠的欧洲卡结构，改善了散热条件，提高了抗振动冲击能力，符合电磁兼容性要求。
3.灵活的连接方式，2mm密度的针孔连接器，具有气密性、防腐性、可靠性、高负载能力。
4.高效的热插拔技术，在系统运行没有断电的情况下，插拔功能模块板，而不破坏系统的正常运行。
cpci所具有高开放性、高可靠性、可热插拔的特点，使该技术除了可以广泛应用在通讯、网络、计算机、电话整合，也适合实时系统控制、产业自动化、实时数据采集、军事系统等需要高速运算、智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。由于cpci拥有较高的带宽，它也适用于一些高速数据通信的应用，包括服务器、路由器、交换机等。
现在超大规模的集成电路飞速发展，嵌入式计算机的应用领域越来越广泛，构建基于cpci嵌入式系统具有体积小、结构紧凑、可靠性高的优点。
嵌入式系统采用模块化的设计思想，根据有线数字电视信号监测系统功能及其应用环境的特定要求，制作各种特定功能的板卡，安装在机箱内，通过cpci总线与主板相连，完成系统功能。
二、广电有线数字电视传输信号特点
目前我国数字有线电视系统采用dvb-c标准。在前端编码器将各种设备输出的视音频信号按照mpeg-2的编码标准，对a/d输出信号进行压缩编码，送入复用器完成多套节目的复用，通过qam调制，形成ts流或ps流 。在一个8mhz电视频道内传输多套（目前国内采用qam64调制方式，最多包含8套）数字电视节目。
ts流中业务信息具有特殊重要作用，它关系到嵌入式监测系统的频道调谐、节目选择和定位、电子节目指南、解码。
三、系统技术原理
（一）原理框架图（图1）
（二）功能模块原理分析
本方案由四部分组成，分别是：有线数字信号接口模块、码流分析模块、解码模块、编码模块。
1.有线数字信号接口模块
该模块主要由调谐器（tuner）和cam卡及各种内部总线组成。
基本原理：调谐器接收射频信号并下行变频为中频信号，接收的射频信号的频率是码流分析模块控制设定要接收的频率。码流分析模块中的cpu（powerpc）通过外部总线与flash、sdram相连，从flash中读取应用程序指令，如给调谐器设置频率指令，然后从sdram读取所需的数据，如频率参数，通过i2c总线控制调谐器。调谐器输出的中频信号，通过qam解调成ts流，送入cam卡专用芯片，得到解ca的ts流。cam卡芯片通过pci总线与码流分析模块的powerpc处理器连接。
解ca的ts流通过并行数据总线输入到解码模块的8块解码芯片，完成一个频点的8套节目pes流的分离。
2.码流分析模块
该模块主要由cpu、fpga、flash、sdram及各种内部总线组成。
fpga（field－programmable gate array），即现场可编程门阵列。它是作为专用集成电路（asic）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。fpga的基本特点：
（1）采用fpga设计asic电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 （2）fpga可做其他全定制或半定制asic电路的中试样片。
（3）fpga内部有丰富的触发器和i/o引脚。
（4）fpga是asic电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
（5） fpga采用高速cmos工艺，功耗低，可以与cmos、ttl电平兼容。
可以说，fpga芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
码流分析模块的主要任务：
（1）通过执行应用程序给调谐器设置频率，并读取调谐器的数据有：翻转状态、该频点的电平值、qam类型、符号率、制式等。
（2）读出cam卡的模式（有无）。 cam卡座可以同时插2块cam卡，码流分析模块可以读出cam卡的使用数量及卡的位置。
（3）调谐器输出的一路ts流进入fpga，为了精确分析码流必须打上100mhz的计数时钟，得到ts流的pid包间隔，使pcr（解码时钟基准）的抖动消除、延时得到修正。
（4）码流分析是此模块最主要的任务。在mpeg-2的ts流中，可以包含多个节目，每个节目又可以包含多个基本码流，基本码流和其他的控制数据等都被打成固定长度的包，每个包都有一个包识别符（pid）。mpeg-2用节目特定信息（psi）来传送节目和pid之间的相互关系。psi必须以一定的频率不断发送。psi使用4个表来定义码流结构，分别是：节目关联表pat、节目映射表pmt、网络信息表nit、条件接收表cat。在监测方面， pat和pmt表特别重要。pat表的pid号为“0x00”，它包含了与多路节目复用有关的控制信息，用于指出ts流中包括哪些节目，每个节目的编号及相应的pmt的位置pid＝0xxxxx，同时还提供网络信息表（nit）的位置。pat丢失将导致接收端无法解码ts流的任何节目。pmt完整地描述了一路节目是由哪些pes组成的及它们的pid号，如：某一路视频pes、音频pes、pcr的pes。pat和pmt在传输过程中是不加密的。对ts流的分析可作如下简述：首先从ts流中找到188b，包头占4b，包头中的同步字节为0x47的ts包，再从此包中找出pid＝0x00的pat表，pat含有每套节目相对应的pmt的pid，查找到对应的一套pmt里的视频pid、音频pid、pcr的pid ，最后可以分析出对应视频流的基本数据：aspect、size、frate、brate等；音频流的基本数据：layer、brate、freq。
（5）码流监测方面：根据etsi rt 101/290标准 通过执行应用程序读取ts流里的信息作出监测。一级错误有：ts流同步是否丢失；pat表格是否错误；连续计数是否错误；pmt表格错误；pid是否错误。二级错误有：ts流传输错误；pcr错误；crc错误；pcr错误；cat表错误。三级错误有：nit；eit； tdt； sdt； rst；服务信息si重复周期。
