MAP200E音頻編碼器X.21接口設計

沈向輝，尹航

(中國傳媒大學，廣播電視數字化教育部工程研究中心，北京 100024)

MAP200E音頻編碼器X.21接口設計

沈向輝，尹航

(中國傳媒大學，廣播電視數字化教育部工程研究中心，北京 100024)

本文利用現有E1轉PCI接口板上提供的LTC1543多協議轉換芯片，將MAP200E 音頻編碼器輸出的數據流(STI-PI幀)通過X.21接口接入FPGA芯片，實現STI-PI幀同步。

MAP200E；E1；PCI；LTC1543；X.21接口；STI-PI幀

1 引 言

在現有E1轉PCI接口板的基礎上，利用其上提供的LTC1543多協議轉換芯片，將MAP200E編碼后的數據流(STI-PI幀)通過X.21接口(非標準)接入FPGA芯片(EP1C6Q240C8)進行后續處理。

在FPGA內將由MAP200E編碼后的數據流打包封裝成PCI接口所需的信號格式，由PCI接口向外(復用器)輸出PCI信號流。

2 硬件設計方案

2.1 MAP200E的X.21接口標準

閱讀MAP200E的datasheet可知其提供的X.21接口為非完整標準的接口，相關接口特性如下：

圖1 X.21接口板信號流向示意圖

2.1.1 機械特性

MAP200E上的X.21接口的機械特性采用ISO4903規定的15插針。公頭一般為DTE設備端，MAP200E即為公頭。

2.1.2 電氣特性

MAP200E上的X.21接口的電氣特性符合公版X.21標準的定義。接口數據傳輸速率小于等于9600kbit/s時，接口電路的電氣特性在DCE一側應符合X.27建議，在DTE一側應符合X.26或X.27(V.11，RS-442-A)的有關規定。接口數據傳輸速率大于9600kbit/s時，接口電路的電氣特性符合X.27建議的有關規定。

2.1.3 功能特性

MAP200E上的X.21接口的功能特性不同于公版，其相關定義如下：

圖2 MAP200E的X.21接口功能特性

這里需要注意的是Clock ref input信號，其只有在外部時鐘工作模式下需要，DAB音頻編碼采用此格式，所以需要由FPGA產生輸入參考時鐘。

2.1.4 規程特性

圖3 MAP200E的X.21接口信號流向示意圖

2.2 基于現有LTC1543的實現方案

2.2.1 LTC1543芯片實現方案分析

LTC1543工作于+5V 單電源、具有3路發送器/3路接收器的多協議收發器，支持X.21。LTC1543收發器可以傳輸高速時鐘和數據信號，內部電荷泵和專有的低壓差發送器輸出級在+5V 供電時能夠提供與V.11兼容的邏輯電平。所有模式選擇引腳(M0、M1和M2) 被拉高或浮空時，器件進入無電纜連接模式。在無電纜連接模式下，電源電流降至0.5μA，所有發送器和接收器輸出都被禁止(高阻)。短路限流和熱關斷電路可避免發送器功耗過大。

圖4 LTC1543內部結構示意圖

數字接口部分采用單5V 供電的多協議接口芯片LTC1543。這部分電路的主要作用是完成系統中TTL 電平與線路中用戶所要求電氣性能的相互轉換，線路碼型為NRZ 碼。LTC1543多協議軟件可編程數據傳輸接口芯片與LTC1344多協議軟件可編程終端電阻網絡配合使用，可使數據處理單元方便快捷地滿足用戶不同數據格式的傳輸要求，靈活地選用V.10，V.11，V.28，V.35多種協議。

圖5 現有E1接口板上V.11相關電路圖

2.2.2 現有E1接口板分析

MAP200E的X.21接口與信號流相關的管腳如下，均為差分信號，有正負端：

輸出管腳(DataTx、BitClock) 4pin

輸入管腳(Clock ref input) 2pin

對于LTC1534輸入輸出反向，即在LTC1534上需要兩組接收器和一組驅動器(發送器)，由現有相關電路設計可以看出，PCB上提供了兩組接收器和兩組驅動器，可以滿足需要，但是由于配置模式管腳被硬配置，現在將其更改為X.21協議模式將PCB上相關的配置管腳的下拉電阻空焊。

3 STI-PI幀同步模塊設計

MAP200E音頻編碼器的數據流通過LTC1543進行X.21電平轉換將串行的STI-PI數據流送入FPGA內部，在這里完成STI-PI幀同步，將同步后的STI-PI數據流送入PCI總線，進行下一步處理。由于暫不考慮后續PCI總線接口的設計，這里FPGA主要完成功能為STI-PI幀同步。

3.1 STI-PI幀同步模塊接口定義

圖6 STI-PI幀同步模塊接口

INCLK：系統工作時鐘，32.768MHz

RST：系統復位信號

SERIN：串行數據輸入信號

WORDOUT：幀同步后32位數據輸出

NEXTFR：讀入數據的下一幀號

FRDY：同步完成數據輸出標志信號

CLKOUT8：8KHz參考時鐘輸出

FRCLK256：256KHz參考時鐘輸出

3.2 STI-PI幀同步內部結構

其主要由以下幾個模塊構成：

(1)時鐘分頻模塊

由于板上提供的時鐘為32.768MHz，這里選取的碼流數據率為256Kbit/s，所以對外部時鐘進行分頻，分頻系數為128，產生頻率為256KHz的主時鐘，同時作為參考時鐘送入MAP200E中。

(2)同相時鐘產生模塊

產生和主時鐘相位一致的RAM讀地址發生時鐘，由于RAM位寬為32，所以讀地址發生時鐘為256/32=8KHz。

(3)讀地址發生器

本質上為一個計數范圍為0～255的8位計數器，以產生RAM的讀地址。時鐘由同相時鐘產生模塊提供，使能信號由幀同步模塊產生。

(4)幀同步模塊

利用同步狀態機及RAM的乒乓操作實現STI-PI幀的同步，并輸出同步后32位寬的STI-PI數據流。

3.3 STI-PI幀同步實現過程

用狀態機來控制相應的工作狀態，狀態機分為四個狀態：

圖7 STI-PI幀同步系統結構頂層原理圖

define SEARCHING_SYNC 0

define GET_FRAME0 1

define VERIFY_FRAME 3

define GET_FRAME1 2

(1)首先進入SEARCHING_SYNC，尋找候選的STI-PI的同步頭

Frame0 ：24’h1F90CA

Frame1 ：24’hE06F35

(2)找到同步頭后進入相應的GET_FRAME狀態，CNT_SYNC標志+1，同時next_frame輸出與當前幀相異的幀號，并將此幀完整讀入，存入相應的frameram中(32*192)，結束后進入VERIFY_FRAME狀態

(3)在VERIFY_FRAME狀態中，通過判斷CNT_SYNC標志，確定上一幀同步的狀況，并驗證下一幀的同步字是否與上一幀相異，如結果為真，則CNT_SYNC標志高位置1，進入相應GET_FRAME狀態，否則歸0，進入狀態SEARCHING_SYNC

(4)當CNT_SYNC標志高位為1時進入GET_FRAME狀態，則由next_frame生成frame_no，并產生ram讀使能信號，將存在frameram中的數據輸出

(5) 由frameram0和frameram0實現乒乓操作，用frame_no來判斷

4 結束語

MAP200E是一個通用的MPEG-1和MPEG - 2Ⅱ層音頻編碼器，它提供X.21輸出接口，用于DAB系統時需將MAP200E音頻編碼后輸出的STI-PI幀通過X.21接口接入FPGA芯片進行后續處理，在FPGA內將數據流打包封裝成PCI接口所需的信號格式，由PCI接口向外輸出PCI信號流。本文完成了STI-PI幀同步，將同步后的STI-PI數據流送入PCI總線，進行下一步處理。

[1]ETSI EN 300 401(2006-1)，Radio Broadcasting Systems；Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile，portable and fixed receivers[S].

[2]李棟.數字聲音廣播[M].北京廣播學院出版社，2001.

[3]ETSI EN 300 797(2005-5)，Digital Audio Broadcasting (DAB)，Distribution interfaces，Service Transport Interface (STI)[S].

[4]劉嵐.FPGA應用技術基礎教程[M].電子工業出版社，2009.

DesignofMAP200EAudioEncoderX.21Interface

SHEN Xiang-hui，YIN Hang

(ECDAV，Communication University of China，Beijing 100024，China)

This paper uses the available multi-protocol conversion chip (LTC1543) on E1 to PCI interface board to access MAP200E audio encoder output data stream (STI-PI frame) to FPGA chip through X.21 interface，achieving STI-PI frame synchronization.

MAP200E；E1；PCI；LTC1543；X.21 interface；STI-PI frame

2010-04-08

沈向輝(1982-)，女(漢族)，天津人，中國傳媒大學廣播電視數字化教育部工程研究中心助理研究員.

E-mail：shen_xiang_hui10@sina.com。

TN911.7

A

1673-4793(2013)01-0031-04

(責任編輯：龍學鋒)