一种面向HFC接入的视频服务器QAM调制卡

摘要

本发明公开一种面向HFC接入的视频服务器QAM调制卡，用于将HFC接入视频服务器接入到HFC网络，该QAM调制卡包括：PCI接口单元1、存储单元2、处理单元3、QAM调制单元5、频率合成单元6、正交调制单元7和功放单元8。本发明的优点在于：提供了一种集成度高，使用方便的QAM调制卡，实现了视频服务器HFC接入功能，并精简了HFC前端复杂的设备构成，减少了成本，降低了系统不可靠性；采用了二级流水结构，使得服务器与QAM调制卡对码流的处理和传输相对独立，确保视频服务器输出码流最大可能地按照节目原始码率依据DVB协议输出，并且软硬件间传输周期和传输算法的一致性使软件对PCR校正成为可能。

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频广播、数字电视和视频点播领域，特别是一种面向HFC接入的视频服务器QAM调制卡。

背景技术

同轴电缆可提供较宽的工作频带和良好的信号传输质量，基于现有有线电视网设施的HFC(Hybrid Fiber Coaxial，混合光纤同轴，以下简称HFC)接入网技术越来越引起人们的重视。HFC接入网是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术及高度分布式智能技术的宽带接入网络。HFC网络系统结构由前端设备、网络和用户端组成，高速接入性能使其可提供多媒体业务，如数字视频广播、视频点播等。HFC网络系统的前端主要完成节目编辑、发送和信道接入等任务，组成设备包括视频服务器、QAM(QuadratrueAmplitude Modulation，正交幅度调制，以下简称QAM)调制器和合路器，设备间依据DVB(Digital Video Broadcasting，数字视频广播，以下简称DVB)协议实现无障碍连接。DVB视频服务器HFC接入模式如附图1所示，视频服务器必须通过HFC桥接设备——QAM调制器才能接入HFC网络。

在现有技术中，视频服务器必须有一个数字视频广播卡，视频服务器通过数字视频广播卡与调制器连接。数字视频广播卡实现了视频服务器至调制器的无隙接口，使视频服务器能方便地嵌入到整个数字视频系统中。视频服务器的数据流通过数字视频广播卡、QAM调制器到合路器最后输出到有线网上去。有关数字视频广播卡的详细信息可参见中国专利00136752.8“数字视频广播卡”。

现有的QAM调制器可以很好地实现HFC接入功能，并对多种传输码率兼容，具有广泛的适应性，但在某些具体的应用场合，它还存在着一定的不足。例如：QAM调制器由于体积较大，它与视频服务器所组成的HFC前端设备较为复杂，在一定程度上会提高系统的不可靠性。此外它对于社区、车载等小规模HFC网络而言，其成本较高，不利于系统的推广。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的符合HFC接入的内置于视频服务器的QAM调制卡，从而加强视频服务器的功能集成度、精简HFC前端复杂的设备构成和实现高效的服务器码流传输协议。

为了实现上述的发明目的，本发明提供了一种面向HFC接入的视频服务器QAM调制卡，用于将HFC接入视频服务器接入到HFC网络，该QAM调制卡包括：PCI接口单元1、存储单元2、处理单元3、QAM调制单元5、频率合成单元6、正交调制单元7和功放单元8；

PCI接口单元1用于与HFC接入视频服务器相连，以便QAM调制卡与HFC接入视频服务器之间通过PCI总线进行数据传输；

存储单元2连接于PCI接口单元1和处理单元3之间，用于将QAM调制卡从PCI总线接收到的数据进行缓存后传输至处理单元3；

处理单元3用于控制QAM调制卡的数据传输，并将数据输出至QAM调制单元5；

QAM调制单元5用于数据的信道编码和符号映射，并将经信道编码和符号映射后的数据发送至正交调制单元7；

正交调制单元7将QAM调制单元5发送的数据信号进行正交调制；

频率合成单元6与正交调制单元7连接，用于为正交调制单元7提供调制时需要的载频；

功放单元8与正交调制单元7连接，用于将正交调制单元7的输出信号进行功率放大。

上述技术方案中，还包括一处理单元3连接的ASI单元4，用于将处理单元3的数据直接通过ASI接口输出。

所述的处理单元3包括传输周期发生器模块9、总线数据传输侦听模块10、数据缓存模块11、码率均衡模块12、以及至少一个接口模块；其中，所述传输周期发生器模块9用于产生传输周期信号；所述总线数据传输侦听模块10用于侦听PCI总线数据传输的流控队列信息，并在QAM调制卡本地重建该流控队列；所述数据缓存模块11依据总线数据传输侦听模块10重建的流控队列从存储单元2读取数据；所述码流均衡模块12用于均衡QAM调制卡的输出码率。

所述接口模块包括IIC接口模块15和SPI接口模块14。

所述接口模块还包括ASI接口模块13。

所述处理单元3还包括一系统状态监控模块16，用于配置QAM调制卡的各部件并监控各部件的工作状态。

所述的频率合成单元6和正交调制单元7是QAM调制卡的射频功能单元，其射频输出采用捷变频技术，可指定不同的输出频道。

上述技术方案中，所述的正交调制单元7的基带调制采用零中频技术，只进行一次正交调制，没有混频过程。

上述技术方案中，所述QAM调制卡成形为一个可插接在HFC接入视频服务器内的板卡。本发明的优点在于：

1、提供了一种集成度高，使用方便的QAM调制卡，减少了因传统HFC前端复杂的设备组成所诱发的系统不可靠性，有利于社区、车载等小规模HFC网络的系统集成、应用和维护，降低了成本。

2、采用了二级流水结构，总线数据传输侦听模块10侦听PCI总线数据传输的流控队列信息，并在QAM调制卡本地重建该流控队列，使得服务器与QAM调制卡对码流的处理和传输相对独立，通过统一的传输周期和传输算法实现码流在QAM调制卡上的码率重构和传输，从而确保视频服务器输出码流最大可能地按照节目原始码率依据DVB协议输出，并且软硬件间传输周期和传输算法的一致性使软件对PCR校正成为可能。

附图说明

图1为DVB视频服务器入网结构图；

图2为具有HFC接入功能的视频服务器入网结构图；

图3为本发明的QAM调制卡结构图；

图4为本发明的QAM调制卡中的处理单元3的功能模块图；

图5为本发明的QAM调制卡的流水线数据传输结构图。

图面说明：

PCI接口单元1    存储单元2        处理单元3

ASI单元4        QAM调制单元5     频率合成单元6

正交调制单元7           功放单元8         传输周期发生器模块9

总线数据传输侦听模块10  数据缓存模块11

码率均衡模块12           ASI接口模块13    SPI接口模块14

IIC接口模块15            系统状态监控模块16

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的QAM调制卡是现有的数字视频广播卡与QAM调制器的集成产品，该QAM调制卡成形为可插入计算机的板卡形式。如图2所示，该QAM调制卡(图2中未示出)插入到HFC接入视频服务器后，该HFC接入视频服务器可通过其内的QAM调制卡直接与合路器连接从而接入到HFC网络，而不必采用图1中外接的QAM调制器。其中，HFC接入视频服务器可以使用普通的PC服务器。

本发明的QAM调制卡的组成如图3所示，包括PCI接口单元1、存储单元2、处理单元3、ASI单元4、QAM调制单元5、频率合成单元6、正交调制单元7和功放单元8。

PCI接口单元1用于与HFC接入视频服务器的PCI总线相连，它的作用是实现QAM调制卡本地总线与HFC接入视频服务器的PCI总线间的桥接，建立起HFC接入视频服务器和QAM调制卡之间数据及流控信息的传输通道。在一个实施例中，PCI接口单元1符合PCI总线V2.2标准。在PCI接口单元1的内部，设计有DMA主控制器，采用DMA主控制器以后，在实现数据的传输操作时由DMA主控制器控制数据的传输，而不再占用HFC接入视频服务器的CPU资源，从而提高了CPU的利用效率。

处理单元3与PCI接口单元1、存储单元2、ASI单元4、QAM调制单元5以及频率合成单元6分别相连。处理单元3可通过对一个FPGA芯片进行编程来实现，其功能主要是以高精度时钟主控服务器的码流处理流程，并将视频服务器的DVB传输协议数据正确传输至QAM调制单元5，以便由QAM调制单元5进行QAM调制。处理单元3按照其功能可由多个模块组成，如图4所示，处理单元3包括：传输周期发生器模块9、总线数据传输侦听模块10、数据缓存模块11、码率均衡模块12，ASI接口模块13、SPI接口模块14和IIC接口模块15，系统状态监控模块16。

处理单元3的ASI接口模块13、SPI接口模块14用于数据通道。其中，SPI接口模块14与图3中的QAM调制单元5连接，用于向QAM调制单元5发送数据。而ASI接口模块13与图3中的ASI单元4相连接，ASI单元4的作用是提供了一个标准的DVB接口——ASI，ASI可提供标准MPEG-2TS流，可与复用器、QAM调制器等DVB设备连接；ASI单元4实质上是一个并串转换和8/10b编码电路，可以采用Cypress公司的CYB923芯片实现。通过处理单元3中的ASI接口模块13以及图3中的ASI单元4，使得本发明的QAM调制卡不仅可以使用卡内置的QAM调制单元5进行QAM调制，也可与现有的DVB设备连接，特别是可与现有的QAM调制器连接，使用外置的QAM调制器进行QAM调制，扩展了本发明QAM调制卡的应用场合。

处理单元3的IIC接口模块15用于配置通道，连接于PCI接口单元1和QAM调制单元5之间，用于实现HFC接入视频服务器对QAM调制单元的功能配置，所谓的功能配置是指HFC接入视频服务器通过IIC接口以主设备方式对从设备QAM调制单元5进行读、写操作，将QAM调制单元5的输入MPEG-2TS码率、调制阶数以及锁相环配置参数等配置信息写入QAM调制单元5的相应寄存器，同时读取相应寄存器来获得QAM调制单元5的状态信息。

处理单元3中的传输周期发生器模块9用于生成高精度传输周期，并将生成的传输周期发送给视频服务器，由视频服务器根据所接收到的传输周期向QAM调制卡发送数据，传输周期用于控制数据传输的流水时间，由传输周期发生器模块9生成并以中断方式通知服务器。如图3所示，存储单元2与PCI接口单元1和处理单元3分别相连，QAM调制卡接收到的数据这些数据首先在存储单元2内缓存，然后在处理单元3的流控信号下以不定的包间距实现数据的猝发方式发送至处理单元3。

在本发明的一种优选实施方式中，视频服务器与QAM调制卡对码流的处理和传输构成二级流水结构，如图5所示。所谓的二级流水结构就是一级为服务器数据传输，二级为QAM调制卡上的数据传输。为了实现上述二级流水结构的数据传输，处理单元3相应地包括总线数据传输侦听模块10和数据缓存模块11。服务器内的数据在传输周期控制下根据服务器内部的流控队列通过PCI总线发送至QAM调制卡，此为第一级流水。流控队列记录的是每个传输周期码流的发送数据量，同时它也蕴涵了码流的发送速率信息，服务器的流控队列可作为码流的配置文件离线生成，只用于流控而不作传输。处理单元3的总线数据传输侦听模块10侦听PCI总线的数据传输获得服务器的流控队列信息，并由总线数据传输侦听模块10在处理单元3重建此流控队列；总线数据传输侦听模块10根据其重建的流控队列控制数据缓存模块11从存储单元2的数据读取，此为第二级流水。通过此二级流水结构。采用二级流水结构使得服务器与QAM调制卡对码流的处理和传输相对独立，通过统一的传输周期和传输算法实现码流在QAM调制卡上的码率重构和传输，从而确保视频服务器输出码流最大可能地按照节目原始码率依据DVB协议输出，并且软硬件间传输周期和传输算法的一致性使软件对PCR校正成为可能。

处理单元还包括一个码率均衡模块12，用于均衡QAM调制卡的输出码率，当所要被传送的数据经过码率均衡模块12时，传送数据被填充为恒定码率的比特流。系统状态监控模块16用于监控系统状态，实现对QAM调制卡的功能控制与状态显示。功能控制是指系统状态监控模块16接收服务器的操作指令，控制QAM调制卡上的各个功能部件，确保上电、各单元参数配置等流程的实现以及定时查询各单元的工作状态，同时将系统状态信息会传输给主机。状态显示是通过QAM卡上的一组发光二极管来实时显示各单元的工作状态。

返回图3，QAM调制单元5与处理单元3和正交调制单元7相连，用于信道编码和符号映射。信道编码包括：同步反转与能量分散、RS编码、卷积交织、字节到符号变换和差分编码。由于有线电视HFC系统采用的是一种模拟技术，要实现数字信号传输，必须进行宽带调制。调制前为了保证在传输过程中尽可能减少差错，通常还要加入用于纠错的RS码和卷积码，同时还要作交织处理使可能产生的差错均匀分布，以利于纠错。符号映射是指将一个比特流以一定单位长度进行顺次分割，并将单位比特数据映射到一个电平信号，从而将该比特流映射为一个多值逻辑信号流。QAM调制单元5可以用LSI Logic公司的L64777芯片来实现。

频率合成单元6和正交调制单元7是QAM调制卡的射频功能单元，频率合成单元6与处理单元3和正交调制单元7相连，正交调制单元7则与QAM调制单元5和功放单元8直接相连。频率合成单元6通过频率合成为信号的调制提供一个载频；利用频率合成单元6提供的载频，正交调制单元7实现信号从数字信号到射频信号的调制。

频率合成单元6中采用了捷变频技术，该技术是指QAM调制卡本地载频采用数字锁相环技术，频率合成单元6的输出频率范围为470～820MHz，不同的频率范围可用于指定不同的输出频道，更好地适应了HFC对接入信道分配的要求。在捷变频技术中，频道带宽为8MHz。QAM调制卡输出的下行频点可通过主机配置为频率范围内的任意频率。

在正交调制单元7中采用零中频技术实现对信号的调制。现有的信号调制过程中，先对信号进行正交调制，在正交调制的过程中将调制信号调制到一个频率较低的频点上，再利用混频将频率进行搬移。而零中频技术在调制过程只有一次正交调制，去掉了混频，从而提高了调制信号的信噪比。传统的调制过程不但复杂而且会降低信号质量，在正交调制单元7中所采用的零中频技术可以有效地克服上述缺点。

功放单元8，该单元与正交调制单元7和外部设备直接相连，它的作用是实现HFC接入的输出阻抗和输出信号电平与HFC信道特性匹配。功放单元8上还有射频输出接口，射频输出接口用于HFC接入，与HFC合路器相接。

此外，QAM调制卡是利用视频服务器的CPU和I/O对QAM调制和频道配置进行控制，完成对视频服务器HFC接入功能的管理。QAM调制卡驱动程序为用户提供一组接口函数，用户通过接口函数传递相应参数实现对QAM调制和频道配置等操作，提高了QAM调制卡的可控性。