發布日期：2022-07-15 點擊率：39
目前在許多國家和地區已經有了DAB廣播,特別是在歐洲和亞洲的一些國家和地區DAB覆蓋率很高,且已經成功實現商業化。伴隨DAB技術在中國的推廣應用,市場對DAB接收機的需求也越來越迫切。
從技術原理和標準來說,DAB接收機通常包括三個模塊:RF解調模塊、基帶解碼(信道解碼和音頻解碼)模塊和控制模塊。其中控制模塊主要用于快速信息通道(FIC)解碼的實現和人機界面的顯示和控制。電子節目指南(EPG)[1]給用戶提供音頻和各種數據業務的節目說明信息,它在FIC中聲明,通過主業務信道(MSC)傳輸,通常作為人機界面的一部分,給用戶提供可選節目的信息,是DAB接收機的重要組成部分。本文主要針對英國BBC和Digital One廣播的EPG數據,采用西芯微電子公司的ID200 DAB基帶解碼芯片和TI公司的MSP430等器件,提出對EPG信息的軟件解碼方案并實現。該項目的結果將被用于西芯微電子公司的DAB/DMB接收機評估板中。
EPG介紹
1. EPG傳送內容
在DAB系統中,EPG用來傳輸音頻和各種數據業務的節目說明信息,經接收終端解碼后將這些說明信息顯示給用戶,以方便用戶選擇節目。這些說明信息主要包括信號群(一個固定頻率上的所有電臺稱為一個信號群)說明信息、業務(各種節目的統稱)說明信息以及節目時間表、節目說明信息等與業務和業務內容相關的說明信息。
2. EPG編碼結構
在DAB廣播站發送端,音頻和各種數據業務的節目說明信息首先被處理成可擴展置標語言(XML)[2]格式的文件,在這一過程中,為了描述節目相關的說明信息采用了如圖1所示的層次嵌套結構描述EPG信息中的音頻和各種數據業務的節目說明信息之間的層次關系。
EPG中用元素[3]表示相關信息的統稱,元素內部可包含多個其它元素和屬性；屬性[3]表達具體含義,比如節目的起始時間、結束時間等。該結構體現了不同層次元素之間的從屬關系,以及屬性與元素的所屬關系。最外層為父元素,父元素的屬性和其子元素屬于同一層,類似的,子元素的屬性和二級子元素屬于同一層。各級元素有其獨有的屬性,屬性值代表了具體的含義。
圖1:EPG編碼結構
在DAB接收端,EPG解碼的目標就是將各級元素及其對應屬性值以適合液晶屏幕顯示和人們看懂的方式為表示出來。父元素是相對的,任何一級的元素的編碼結構都相同,都是標簽(tag),長度(len)和值(value)的組合,tag標識不同的元素和屬性,len表明value的長度,value是屬性的值,或者是下級元素和屬性。這樣在解碼端可以方便地實現有選擇的解碼,對不感興趣的元素可以直接跳過Len長度的數據,為高效解碼提供了可能途徑。
3. EPG的傳輸
EPG的編碼流程如圖2所示。將應用層的待傳輸文件即經過EPG編碼的文件,經過多媒體對象傳輸(MOT)編碼器產生完整的包括附加信息在內的MOT對象。把這些對象切割成適當大小的塊,接著將這些塊轉化成適合DAB傳送的數據包,通過包模式[4]或者在X-PAD[4]數據區來傳送。
圖2:EPG編解碼流程示意圖
a. 傳輸層數據處理
經過EPG編碼之后的碼流采用MOT數據傳輸協議傳輸。為了便于靈活的處理大量的數據(如File),MOT編碼器將對象(在正文前面加上頭即成為對象)分割成多個塊,如圖3所示。
圖3:MOT對象的塊處理過程
從圖3中可以看出原始文件首先被加上頭,然后頭信息和正文分別被獨立地分割成許多的塊,然后給每個塊也分別分配一個頭,用來標識塊的大小以及在傳輸中的重復次數等重要信息。最后頭信息塊和正文信息塊組成不同類型的MSC數據組,數據組的類型及其它相關的信息都在MSC數據組頭中定義。
b. 網絡層數據處理
DAB系統中,包含MOT數據的數據組可以通過包模式和X-PAD數據通道兩種方式來傳送。這里僅以包模式為例來說明數據處理。將包含MOT的數據組打包,給每個包分別加上包頭和包尾信息,以數據包的形式在DAB信道中傳輸(如圖4所示)。
圖4:MSC數據組打包過程
EPG解碼的軟件實現
當有大量的EPG信息需要傳送的時候,常以包模式傳輸,因此這里以包模式來討論。
EPG的解碼過程需要先從網絡層開始,即先解包,然后處理傳輸層,即MOT解碼,最后處理應用層,即EPG解碼。但是由于整個過程最終要在便攜設備上實現,不可能一層一層的解碼,因此我們采取的方法是每收到一個包就一直處理到EPG解碼完成,然后再處理下一個包。
解包的過程就是去掉包頭包尾,從而恢復MSC數據組。包頭中提供包的長度以及包在MSC數據組中的位置等重要信息。包尾用作CRC[3]校驗,為了簡化軟件設計可以省去CRC校驗過程,處理時直接跳過包尾即可。另外,處理CRC校驗對處理器要求較嚴格,又由于DAB作為廣播系統,它的EPG信息本身就被反復重傳,所以沒有必要浪費資源,可以省去CRC校驗過程。后面的解碼過程中還將多次遇到不同層次的CRC校驗,都可以跳過不處理。
解MSC數據組過程同樣也是去掉數據組的首尾,恢復出正文的塊,將塊按照數據組的類型分類并按順序組合,即可恢復正文內容。再對正文進行EPG解碼,則最終實現EPG解碼。
另外值得注意的是,根據DAB的EPG協議,EPG解碼有兩個Profile可供選擇,分別是Basic Profile和Advance Profile[3],需根據硬件資源進行選擇。由于本設計針對便攜設備,選擇的處理器是較為低端的產品,所以選擇Basic Profile,這樣對硬件要求和處理速度要求都較低。具體EPG解碼流程如圖5所示。
圖5:具體的EPG解碼流程圖
EPG解碼的硬件電路
本設計方案中采用的DAB解碼芯片是西芯微電子公司的ID200 DAB。ID200能對Eureka-147標準的DAB傳輸幀進行全速解碼,包括數字混頻、同步/跟蹤和解調,可同時對傳輸幀內的兩路音頻、數據或視頻節目進行解碼,解碼后的音頻節目可以通過片內MPEG L2音頻解碼器播放,而數據/視頻節目可以通過SPI接口送出,用其他器件進一步處理直到顯示。
采用的MCU是TI公司的MSP430F147處理器,它是超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機,具有強大的處理能力、豐富的片上外圍模塊和方便的開發方式。它提供32kb的FLASH ROM、1kb RAM。同時為了適應低端便攜DAB接收機的要求,所以采用Basic Profile來實現EPG解碼。
本設計的硬件原理框圖如圖6所示,首先DAB廣播進入RF模塊后,被轉換為中頻信號,經過A/D轉換后送入基帶解碼模塊,進行信道和音頻解碼,同時基帶解碼模塊將FIC信息送入MCU進行軟件解碼。對于EPG解碼,MCU首先對FIC進行分析,判斷選擇與EPG相關的MSC,然后從基帶解碼模塊中讀取相關數據,再對其進行EPG解碼,最后將解碼后的EPG數據送至顯示設備。
本文小結
本設計利用單片機實現對DAB EPG數據信息的軟件解碼,并將其作為DAB接收機人機界面中的一個模塊。這種設計方法不僅可以降低基帶解碼模塊的硬件復雜度,而且有利于根據實際情況靈活地對產品進行軟件升級,同時留出下一層的軟件解碼接口,方便針對更高級MCU而采用Advanced Profile EPG協議的升級應用。
參考文獻:
[1] Digital Audio Broadcasting (DAB);Multimedia Object Transfer (MOT) Protocol. ETSI EN 301 234 . 2006.1.
[2] Digital Audio Broadcasting (DAB); XML Specification for DAB Electronic Programme Guide (EPG). ETSI TS 102 818 .2006.2.
[3] Digital Audio Broadcasting (DAB); Digital Radio Mondiale (DRM);Transportation and Binary Encoding Specification for Electronic Programme Guide (EPG). ETSI TS 102 371 .2005.1.
[4] Mingying Lu, Guoyu Wang, Hongsheng Zhang , Embedded DAB Decoder IP for 3G/4G Mobile Application, 2005 Global Mobile Congress, :236-240
[5] Radio broadcasting systems; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed EN 300 .1.
作者:宋清
碩士研究生
重慶郵電大學微電子工程重點實驗室
陸明瑩
技術總監
西芯微電子公司
