MPEG-2复用器PSI信息分析部分的FPGA实现

复用器是数字电视前端平台的关键设备，它的主要功能是完成对输入多路传输流(Transport Stream，TS)的复用工作，它的性能稳定性直接影响前端平台的运行。而复用器对传输流中节目特殊信息(Program Spe-cial Information，PSI)的分析处理是否完整全面，则直接影响到复用器其他功能部分的运行结果是否正确。对PSI信息的检测分析是复用器设计中首要的也是最重要的部分之一。下文将对PSI信息检测问题进行深入的分析探讨。

1 TS流语法结构

传输流以TS包为单位，其中每个包的长度为188 B，这188个字节大致可以分为：包头、调整字段和有效负载三个主要部分。包头占4个字节，如图1所示。



同步字节：8 b，值为0x47，表示一个TS包的开始。传输错误指示：1b，当置为1时，表明在相关的TS包中至少有一个不可纠正的错误。有效负载起始指示：1 b，在带有PSI信息时，置1表示TS包含有PSI部分的第一个字节并带有pointer field字段，否则表示不含有PSI的第一个字节。传输优先级：1 b，置1表明相关的包比其他具有相同PID但此位没有置1的TS包有更高的优先级。PID：13 b字段，指示传输流有效负载的数据类型。传输加扰控制：2b，用来指示TS包有效负载的加扰方式。自适应字段控制：2b，用来指示本TS包首部是否跟有调整字段。连续计数器：4b，随着每一个具有相同PID的传输流包而增加，当它达到最大值后又恢复到0。

节目专用信息PSI用来描述TS流的组成结构。它包括节目关联表(Program Association Table，PAT)、节目映射表(Program Map Table，PMT)、网络信息表(Network Information Table，NIT)和条件访问表(Conditional Access Table，CAT)。PAT是PSI信息的最上层，列出了传输流中所有节目所对应的PMT的PID值，可以根据节目的PID值找到相应的PMT信息及NIT信息。节目映射表PMT提供节目号码与组成它们的原始流之间的映射关系，这种映射表是一个TS流中所有节目定义的集合。网络信息表NIT是可选的，其内容是私有的，通常包括用户选择的服务和通道频率、卫星脉冲发射机、调制特性等的映射。条件接收表CAT提供条件接收(CA)系统的相关信息，指定EMM的PID值及相关的参数。

2 PSI信息提取分析

由于PSI信息四个表结构差别不大，所以提取算法也大致相似，在此主要以PAT表为例详细介绍J"SI信息的提取流程。对TS流的分析在FPGA内部以字节为单位。PAT语法结构如图2所示。



PAT的提取流程：

(1)首先应在传输流中找到包首PID 13位全为0且有效负载起始指示位为l的TS包。

(2)然后根据自适应字段控制位判断是否含有调整字段，再结合pointer_field字段值找到table_id，从此字段开始到CRC校验字节之前，将对所有有效数据进行CRC校验。

(3)接下来是section_length字段，由此字段可以得到该PAT分段的TS包个数。

(4)接下来两字节是传输流标识字段，再接下来的一个字节包含着版本号信息及当前段是否可用信息。保留当前版本号并与下一次的版本号对比以确定版本是否有更新。若当前段可用，则继续，否则返回(1)。

(5)接下来的两个字节分别是当前分段号和最后分段号，由此信息可以得知是否提取了所有分段的信息，即对整个PAT表是否进行了一次完整的分析。

(6)对循环字段的处理，每4字节一次循环，由前两字节的节目号可以得知后2字节的PID是PMTPID还是NIT—PID。在循环字段结束后立即停止CRC校验并把校验的结果和码流中的CRC四字节进行比较从而得知传输是否有误。

(7)在TS包结尾处判断当前PAT分段是否结束，否则继续检测下一TS包，是则进一步判断是否分析了所有分段，若已经分析了所有分段则给出一个表示PAT分析全部结束的信号，否则转到(1)继续分析下一分段。

3 信息提取的硬件实现

信息提取框图如图3所示。



一路TS流首先经过芯片CY78933进行串并转换再进入同步模块进行同步锁定后，其他各模块才开始工作。由图3可看出，以上各检测模块是并行独立工作的，但是PMT检测模块、ELE检测模块、NIT检测模块和EMM检测模块要想进行有效工作，需要先接受其他模块提供的信息，具体为PMT和N1T检测模块要接受PAT检测模块提供的PID信息，ELE检测模块要接受PMT检测模块提供的PID信息，EMM检测模块要接受CAT检测模块提供的PID信息。   

3．1 信息提取同步模块

根据MPEG一2标准可知，一个有效的TS包长为188 B，且其同步头为8′h47，只有在有效地识别了包头，才能严格地按照MPEG一2标准对数据包的每一位进行分析。在同步模块检测中，当找到8′h47时，必须连续3～5次(可通过参数设置)隔188 B都找到8′h47，才能认为实现了同步。另外考虑到TS包可附加16 B的前向纠错码，故该模块做成188／204 B自适应，这样可以提高通用性。