CN104579625A - 基于arm和cpld的drm单频网同步实现方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法

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。

Claims (10)

1.一种基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于：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。

3.根据权利要求2所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于：采用链路最大时延加GPS时间得到播出时间戳。

4.根据权利要求3所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于：所述最大时延为5秒。

5.根据权利要求1所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于：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。

6.根据权利要求1所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于：所述B)中，对波形I/Q帧进行缓冲方式处理。

7.根据权利要求1所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于：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。

8.根据权利要求7所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于，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。

9.根据权利要求1所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于，所述C)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。

10.根据权利要求9所述的基于ARM和CPLD的DRM单频网同步实现方法，其特征在于，所述C2)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。