基于FPGA的TS流传输系统设计与实现

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kency2008
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如今,我们进入了信息化、网络化、数字化的时代,丰富的影音信号充斥着我们的生活。先进的嵌入式技术亦推动了数字媒体相关领域的蓬勃发展。在数字电视广播领域都是采用MPEG-2标准压缩的音视频作为传输信号,在MPEG-2系统层中将其定义为传输流(TS)。当TS流引入IP网络时,就是目前数字电视广播领域中处于旺盛时期的TSOver IP技术。自2008年以来,音视频技术突飞猛进,数字机顶盒、数字卫星接收机(IRD)等处理数字音视频信号的产品获得了难得的发展契机。现在已有ASIC、MCU、DSP等方案实现产品的TS网络传输功能,但是它们存在成本高、设计复杂、移植性差等缺点。本课题采用FPGA实现局域网传输TS流的解决方案。本文在已有IRD的基础上添加网络传输系统的硬件平台,解决了获取对方主机的物理地址建立网络连接,获取网络实时状况信息,选择性地对TS流进行UDP封装或RTP封装,对任一路TS流进行单播或者组播等问题。本课题采用FPGA搭配MAC层芯片AX88180和PHY层芯片88E1111的硬件实现方案。通过灵活的Verilog HDL语言对FPGA进行开发,分模块地实现网络传输系统的各个功能。首先设计了MAC层和PHY层初始化模块完成以太网控制芯片AX88180的寄存器配置,令AX88180与88E1111建立RGMII通信模式。其次设计了数据接收模块,通过UDP、ARP、ICMP和IGMP的协议类型的比对,对以太网帧进行解封装,获取各协议的相关参数。然后设计了中间数据处理模块,包括物理地址转换,ICMP/IGMP校验和计算以及TS流的调整;在发送模块中,分别设计了ARP、ICMP、IGMP、UDP协议的以太网帧封装。最后使用Quartus II9.1中的SignalTap II Logic Analyzer实时抓取FPGA端口的数据,检查封装序列的正确性;利用网络抓包工具Ethereal对数字卫星接收机的网络传输数据进行实时监测,证明了其良好的局域网连接能力;并且使用数字卫星接收机的软件功能统计出传输速率和丢包率,进一步验证系统优良的通信能力。本设计之所以采用FPGA作为硬件平台,不仅仅是因为其具有高灵活性、可移植的特点,更重要的是其高度的系统集成。这样既减轻布线的复杂工作又减小PCB板面积,有利于稳定性的提高。
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