基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法

摘要

本发明涉及一种基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，包括A)获取带有播出时间戳的节目复用帧；B)以同频网功能中的帧同步方式对所述节目复用帧进行编码调制，获取带同步头和时间戳的波形I/Q帧；C)利用所述波形I/Q帧的时间戳与GPS时钟进行对比，根据对比结果决定是将此帧丢弃还是直接输出或者等待输出，从而实现帧同步。本发明的有益效果为：采用嵌入式Linux操作系统，提供了强大稳定的IP网络接入能力和进程调度能力，通过CPLD实现最终波形帧的同步。

说明书

技术领域

本发明属于数字电视广播技术领域，具体涉及一种中短波数字调幅广播中 基于ARM和CPLD的单频网同步实现方法。

背景技术

在DRM(中短波数字广播)实现大面积覆盖的需求之下，使用多个发射站 使用单频点实现对大面积区域的覆盖成为一个解决方案，在此运用条件下DRM 广播系统必须具备复用设备与发射设备具有地域分离能力，典型的运用中复用 设备位于节目源汇聚的中心机房，各个发射设备地理上位于远离复用器中心机 房的各个覆盖点中央，由于使用的是中短波频段，每个发射点之间距离可以很 远(十几公里甚至成百上千公里)，因此传输设备间的复用数据链应该具有较为 灵活的传输方式以实现远程的复用数据传输，并且在各个发射端能都进行同步 运行能力。网络IP传输作为一种全球化使用的技术，相对灵活的接入方式使其 成为DRM复用数据传输的首选，DRM系统中由于存在多种模式多种带宽，所 以调制方式较为复杂。

基于以上考虑在嵌入式的DRM调制器方案选择方面显得尤为重要，首先 要有较强的长时间工作稳定性，具有较为丰富的接口，具有较强且稳定的IP网 络接入能力，并且具有发射数据的时间频率同步能力。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于ARM和CPLD 的DRM单频网同步实现方法。

本发明所采用的技术方案为：一种基于ARM和CPLD的DRM单频网同步 实现方法，包括：A)获取带有播出时间戳的节目复用帧；B)以同频网功能 中的帧同步方式对所述节目复用帧进行编码调制，获取带同步头和时间戳的波 形I/Q帧；C)利用所述波形I/Q帧的时间戳与GPS时钟进行对比，根据对比结 果决定是将此帧丢弃还是直接输出或者等待输出，从而实现帧同步。

进一步，所述A)获取带有播出时间戳的节目复用帧为采用嵌入式Linux自 带的IP网络协议栈接收带有播出时间戳的标准MDI复用接口的DCP帧。

进一步，采用链路最大时延加GPS时间得到播出时间戳。

进一步，所述最大时延为5秒。

进一步，所述B)中，同频网功能中的帧同步方式采用编码调制后端基带 波形数据400ms帧起始位置播出方式同步。

进一步，所述B)中，对波形I/Q帧进行缓冲方式处理。

进一步，所述B)中，波形I/Q帧采用带同步头和时间戳的帧方式缓冲输 出。

进一步，所述B)具体包括：

B1)获取所述节目复用帧的时间戳生成同步帧头；

B2)对所述节目复用帧进行DRM信道编码调制，生成基带波形I/Q帧；

B3)在所述基带波形I/Q帧中加入同步帧头，放入缓冲池。

进一步，所述C)具体包括：

C1)分离同步帧头，读取ARM缓冲区将数据读入同步针头获取时间戳 Tsent；

C2)进行同步输出判断；

C3)同步输出。

进一步，所述C2)具体包括：

C21)获取GPS时钟Tnow；

C22)对比Tnow与Tsent，如果Tnow＝Tsent，则判定直接输出该帧；如 果Tnow>Tsent则判定将该帧丢弃；如果Tnow<Tsent则判定等待下一帧。

本发明的有益效果为：由于采用嵌入式Linux操作系统，提供了强大稳定 的IP网络接入能力和进程调度能力，通过CPLD实现最终波形帧的同步，解决 的ARM Linux对实时流数据处理能力不足的问题和低成本CPLD内部没有足量 缓冲空间的问题，发挥了二者自身在信号处理中的长处，大大降低成本并降低 了开发维护难度，并且具有启动速度快，长时间运行稳定功耗低等特点。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现 方法的流程示意图；

图2是本发明实施例1提供的400ms基带波形数据帧结构框图；

图3是本发明实施例2提供的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现 方法的流程示意图；

图4是本发明实施例2提供的CPLD工作流程示意图；

图5是本发明实施例3提供的ARM调制器硬件结构图。

具体实施方式

实施例1：

图1是本发明实施例1提供的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现 方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的400ms基带波形数据帧结构框图。

本发明基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，包括如下步骤：

A)获取带有播出时间戳的节目复用帧；

该步骤中，节目复用帧可采用嵌入式Linux自带的IP网络协议栈接收带有 播出时间戳的标准MDI复用接口的DCP帧。

B)以同频网功能中的帧同步方式对所述节目复用帧进行编码调制，获取带 同步头和时间戳的波形I/Q帧；

该步骤中可采用链路最大时延加GPS时间得到播出时间戳，其中优选最大 时延为5秒。同频网功能中的帧同步方式采用编码调制后端基带波形数据400ms 帧起始位置播出方式同步；如图2所示，为本实施例提供的400ms基带波形数 据帧结构框图。实际应用中，波形缓冲数据位于ARM系统中，编码调制系统 处于及收及编后缓冲方式处理；ARM编码完成的波形I/Q帧采用带同步头和时 间戳的帧方式缓冲输出；

C)利用所述波形I/Q帧的时间戳与GPS时钟进行对比，根据对比结果决 定是将此帧丢弃还是直接输出或者等待输出，从而实现帧同步。

如果时间戳与GPS时钟相等，则直接输出该帧；如果GPS时钟大于时间戳， 则将该帧丢弃；如果GPS时钟<时间戳，则等待下一帧，直至时间戳与GPS 时钟相等。

实施例2：

图3是本发明实施例2提供的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现 方法的流程示意图；

图4是本发明实施例2提供的CPLD工作流程示意图。

如图3所示，本发明提供了一种基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实 现方法，包括如下步骤：

1)节目复用帧采用嵌入式Linux自带的IP网络协议栈接收带有播出时间 戳的标准MDI复用接口的DCP帧。该步骤具体包括：

1.1)获取IP数据包；

1.2)解MDI帧数据，获得带有播出时间戳的标准MDI复用接口的DCP帧。

2)以同频网功能中的帧同步方式对所述节目复用帧进行编码调制，获取带 同步头和时间戳的波形I/Q帧。该步骤具体包括：

21)获取所述节目复用帧的时间戳生成同步帧头；

22)对所述节目复用帧进行DRM信道编码调制，生成基带波形I/Q帧；

23)在所述基带波形I/Q帧中加入同步帧头，放入缓冲池。

3)利用所述波形I/Q帧的时间戳与GPS时钟进行对比，根据对比结果决定 是将此帧丢弃还是直接输出或者等待输出，从而实现帧同步。

31)分离同步帧头I/Q数据。

读取ARM缓冲区将数据读入同步针头获取时间戳Tsent；

32)同步输出判断机制。

如图4所示，用时间戳Tsent对比本地获取的GPS时钟Tnow，如果Tnow 与Tsent如果二者相等则决定直接输出，如果二Tnow>Tsent则读出此帧数 据并丢弃，如果Tnow<Tsent则决定等待，直到Tnow＝Tsent。

33)同步输出。将经过同步输出判断机制判定为直接输出的帧进行输出。

实施例3：

图5是本发明实施例3提供的ARM调制器硬件结构图。

本实施例为采用本发明方法实现的完全符合DRM系统技术规范的嵌入式 DRM同频网同步编码调制器，如图5所示，包括：复用器端、调制器端和可编 程逻辑器CPLD。

具体运行如下：

复用器端采用GPS 10Mhz信号同步本地音频数据的采样率以保证基带音频 采样率同步，获取GPS时间加上传输链路上的最大延时Tdelaymax得到发送时 间戳Tsent作DRM中MDI帧中(tist)时间戳的基准数据，最终复用数据通过 IP网络发送。

调制器端由于采用嵌入式Linux操作系统，系统所携带的TCP/IP协议栈可 实现稳定的IP层协议，通过IP网络接收DRM复用数据帧，按照400ms帧方 式使用ARM处理器经行编码调制形成基带I/Q时域波形数据，下一步将生成的 数据针头部分加入本帧400ms的同步时间戳(tist)时间戳的基准数据，生成带 同步帧头的I/Q波形数据，送入发送缓冲。

由于嵌入式Linux采用的是非实时的操作系统，所以从发出数据同步中断 到中断响应处理的时间不固定所以采用CPLD实现最终时序同步，CPLD通过 硬件接口(例如SPI)与ARM连接，连接方式为CPLD主，ARM从方式。CPLD 从ARM缓冲区将数据读入同步针头获取Tsent，并与本地获取的GPS时钟Tnow 对比，根据对比结果决定是将此帧丢弃还是直接输出或者等待输出。

本发明方法主要由上述同步编码调制器的两个主控芯片ARM和CPLD来 实现，其具体实现如下：

1.ARM处理器

ARM内安装的是Linux嵌入式操作系统，系统内为以太网接口用于复用数 据接收，一个SPI接口用于带同步的I/Q基带帧输出，DDR为系统内存，操作 系统内开启4个进程，分别实现以下功能：

进程1：用于输入流控制，使用SOKET编程实现IP包的接收并合成400ms 的复用帧数据，从MDI帧中获取时间戳，获取调制编码参数，将待调制编码数 据放入进程间通信缓冲区。

进程2：用于编码调制运算，获取带编码数据按照DRM标准要求和传入参 数要求的编码调制方法进行运算。

进程3：用于输出流管理，将编码完成的波形数据加入数据同步头和时间 戳后将数据放置到波形缓冲池中，缓冲池的大小(TBuffMax)如下：

TBuffMax＝Fs*Wb*2*Tdelaymax+(Tdelaymax/400)*12

TBuffMax:开劈缓冲的字节数

Fs:波形I/Q数据采样率

Wb：采样位宽一般选择2Byte

Tdelaymax：网路最大延时

将发送缓冲池与收发器连接，使得CPLD可以从ARM的收发器获取数据。

进程4：主要实现硬件编码调制器的控制以及远程监控。

2.CPLD处理逻辑

如图4所示，CPLD将从ARM硬件编码器获取的波形基带同步帧的帧头 部分，确定帧头开始位置后获取发送时间戳Tsent，然后对比Tnow与Tsent如 果二者相等则直接输出，如果二Tnow>Tsent则读出此帧数据并丢弃，如果 Tnow<Tsent则等待，直到Tnow＝Tsent。

由上述实施例可见，本发明产生的有益效果是：由于采用嵌入式Linux操 作系统，提供了强大稳定的的IP网络接入能力，和进程调度能力，通过CPLD 实现最终波形帧的同步，解决的ARM Linux对实时流数据处理能力不足的问题 和低成本CPLD内部没有足量缓冲空间的问题，发挥了二者自身在信号处理中 的长处，大大降低成本并降低了开发维护难度，并且具有启动速度快，长时间 运行稳定功耗低等特点。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其 他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请 相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。