CN1376959A - Pcmcia mpeg码流分析方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硬件和软件结合的测试仪器,用于测试数字电视广播技术中的PCMCIA MPEG码流,硬件***流输入控制、处理及缓冲,PMCIA接口控制,软件采用较独立的三个软件层次——应用软件、支持软件、驱动程序,驱动程序是操作***管理硬件所必须的,其他软件对硬件的操作都经过驱动程序,而支持软件与应用软件的分离可以屏蔽底层的细节,本发明可以充分利用软、硬件的优势,灵活使用,功能强大,可以对各种码流进行分析,包括CA码流,DVB标准输入的码流,也可测试分析ATSC标准输入的码流,仪器体积小,携带方便,适用于技术人员对***进行适时测试。

Description

PCMCIA MPEG码流分析方法及设备

技术领域

本发明涉及一种数字电视广播中对传输码流的分析方法及其相应的设备。

背景技术

随着MPEG-2标准的制定，国内外数字音视频和MPEG的开发应用正进入迅速发展的阶段；在MPEG-2码流的编码及使用过程中，需要知道生成的码流或得到的码流是否符合相应的标准，有时还要分析码流的编码性能及传输的性能。生成或接收到的码流很难读懂，也无法象模拟电视信号一样直接观看，因此需要有能够对MPEG码流进行分析的仪器。同时，有一些设备调试过程中需要有相应的验证码流，这需要能够发生MPEG码流的仪器。虽然国内外的几个主要测试仪器和广播设备生产商有这方面的设备，但大都采用PCI计算机接口来实现的，有的虽然涉及到PCMCIA，但也只是作为一个接口，并没有真正的PCMCIA专业分析仪，因此对于一些经常需要进行实地测量的技术人员来说，它们的体积过于庞大，给搬运和携带带来许多不便；而且，有些设备的分析功能不齐全，对于使用者来说，不能很好地、直观地了解MPEG码流，在调试、检查和验证设备时也不方便。基于这一系列的情况，上海广播科学研究所开发并完成了性能良好且体积小的PCMCIA-MPEG码流分析仪。它适用于MPEG-2数字电视标准清晰度和高清晰度领域各个环节输出码流的错误监测和特性分析，以及设备的验证和安装调试：在数字电视***的安装与调试过程中，可以对***的各个环节进行分析、验证以及故障定位；在数字电视***的监测环节，可以对***的主要节点进行监视；在数字电视设备开发和研制过程中，可以对其进行调试和性能分析等。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用硬件、软件相结合的方法，利用PCMCIA接口对MPEG传输码流进行分析的仪器设备。

本发明包括硬件和软件，硬件制成分析仪器，硬件包括码流输入控制及处理设备，PCMCIA接口硬件，软件采用独立的三个软件层次：应用软件、支持软件和驱动程序，驱动程序完成与硬件控制及操作***相关工作，支持软件用于联系应用软件和驱动程序，屏蔽硬件细节，为应用软件提供数据，分析进程管理，提供访问硬件的接口函数，进行数据整理，应用软件完成用户输入的处理，按用户要求对取得的数据进行分析、统计、显示。

所述硬件包括输入模块完成输入信号格式的转换。输入信号是ASI格式。ASI接口是串行270M的信号，接口电路完成信号耦合与整形，采用一个ASIC完成比特时钟恢复，线路解码及10比特/8比特转换，将其转换成并行信号。

时钟信息模块负责监视和记录PCR时钟值。PCR是MPEG码流中***时钟基准，它的精确度与抖动对数字视频***的影响较大，因此对它的分析必须准确，这就要求对它的记录也要即时、准确。时间信息寄存器寄存上述的时间信息，并在适当时间通过计算机接口提代给软件进行分析处理。

输入分析与控制模块控制输入芯片的参数及操作，接收从输入模块进来的数据，根据其中控制信号对码流进行分析，并向输入缓冲器写入数据。

输入缓冲及控制模块对数据进行缓存，为简化电路，缓存器采用FPGA内部的块RAM实现。模块还负责检查缓冲器的充满程度，给出相应的指示信号。再结合数据传输控制部分的指示将输入码流数据经PCMCIA接口传给软件进行分析和处理。

时钟处理模块生成27M的***时钟，并经过驱动后发送到各部分进行工作。

PCI状态控制模块主要完成PCMCIA接口中PCI规范，实现PCI的功能与控制。PCI规范是比较复杂的，它的状态控制也比较复杂，这里包括PCI接口空间的控制、命令的解释、地址与数据的选择、数据传输过程及状态的控制等。

寄存器及控制模块。寄存器是硬件中提供控制参数及硬件信息的主要手段，在PCI规范中，寄存器是空间中的一个重要的组成部分。它的控制主要包括地址解析、数据读写、初始化、参数对其它模块的控制等。

数据传输控制模块主要完成的任务有：判断并发起数据PCI传输过程，通知相应的硬件及缓冲器对此进行准备，控制相应的PCI硬件进行正确的地址数据选择，选择正确的缓冲器及找到相应的地址，确认任务的完成，结束传输过程等。

中断控制模块根据输入数据传输与输出数据传输的次数及相关的控制寄存器的参数，在完成一定的数据传输后产生中断，通知计算机中相关软件对数据进行记录分析处理。

计算机接口模块主要完成与计算机的直接连接的缓冲，保证计算机接口部分的电气性能符合规范要求。

电源控制模块主要完成的有：从PCMCIA的单一电源转换出各种芯片要求的其它直流电源，这其中包括升压电路和降压电路。此外，还要完成节电所需要的电源控制，在有些情况下切断某些部分电路的电源。

初始化及编程模块。这一部分是FPGA所必需的初始化电路，它在上电时将FPGA所需设置信息载入到FPGA的配置空间中，使FPGA能够实现所要求的功能。

所述驱动程序与操作***相配合完成硬件初始化，设备建立，中断、输入输出口和缓冲器各资源的分配，使硬件成为操作***可访问的设备，并对支持程序和应用程序可见，操作***在发现硬件并开始启动驱动程序后，工作步聚是：

1.首先是对硬件进行初始化，分配资源和完成***控制结构。

2.接下来是进行缓冲器的分配，分配用于分析和发生的缓冲器。

3.此后驱动程序驻留的部分等待支持程序发来的命令。

4.收到命令后对其进行解释，并分解成对硬件的访问操作。

5.根据分解出的访问操作要求通过PCMCIA接口对硬件进行访问。

在初始化完成后，驱动程序还驻留了另一部分，即中断响应程序：

1.收到中断响应激活相应的中断响应程序。

2.由于PCI规范采用共享中断，首先需要判断中断的来源。

3.如果是这里的设备产生的中断，则检查缓冲器的状态。

4.若缓冲器已经得到数据或需要新的数据，则对缓冲器的状态进行调整。6，向支持软件发出缓冲器需要处理的请求，由支持程序处理得到的数据或提供新数据。

所述支持软件包括分析控制模块、记录文件处理进程模块、分析数据处理进程模块、硬件参数设置与获取模块，各模块工作步聚如下：

分析控制程序：

分析控制：

1.初始化软、硬件参数，为码流的输入缓存及分析操作做准备。

2.分配分析用的缓冲器，分析码流需要较大的缓冲器以缓冲码流平滑分析过程。

3.设定硬件的参数，开始分析码流的硬件动作。

4.生成记录文件处理的进程，它将按要求将所需要的码流数据记录到文件中。

5.生成分析数据处理的进程，它将对从输入缓冲器取得的数据进行处理，并调用应用回调函数进行详细的分析处理。分析数据处理进程：

1.进程开始后等待来自驱动程序的数据处理请求。

2.首先对缓冲器进行整理，从数据处理缓冲器将数据移动到文件处理缓冲器中，然后改变文件处理缓冲器和数据处理缓冲器的状态。

3.需要将文件处理缓冲器中数据记录时发出写文件的请求。

4.需要对码流数据进一步分析处理，调用应用程序回调函数进行处理。

5.最后整理缓冲器，将处理过的缓冲器清理掉，用于新数据的缓冲。硬件参数设置获取：

1.首先对应用调用的功能和要求进行分析。

2.根据所需的功能计算相关的参数。

3.选择与要求功能相关的寄存器。

4.根据参数和相关寄存器的特性计算寄存器的相应值。

5.打开设备，准备进行硬件操作。

6.调用驱动程序进行寄存器的读写。

7.返回读取的寄存器值。

8根据寄存器值计算需要了解的信息参数值。

所述应用软件包括MPEG码流实时分析软件和MPEG码流离线分析软件，其中MPEG码流实时分析软件首先通过底层硬件模块得到***控制权，然后启动程序视图，创建各功能页面，程序视图框架包括工具栏和菜单栏、树型结构框架、实时分析框架、PCR分析框架、节目分析框架、表格分析框架、Buffer分析框架、硬件分析框架；其中***设置模块程序的工作步聚是：

(1).***设置模块在启动后，首先创建设置对话框；

(2).读取***的当前设置参数并显示；

(3).用户可以在各个设置按钮上选择符合自己要求的选项(也可只是查看，不作选择)；

(4).在完成(3)步骤后，用户选择是否同意现有的参数设置，如果不同意则询问是否退出***参数设置，如果不退出则返回步骤(3)，否则退出设置；

(5).如果在步骤(4)中选择同意现有的参数设置，则将设置参数输入***核心模块，并退出***设置。MPEG码流离线分析软件，首先通过底层硬件模块得到***控制权，然后启动程序视图，创建各功能页面，程序视图框架包括工具栏和菜单栏、树型结构框架、综合分析框架、PCR分析框架、节目分析框架、表格分析框架、视频分析框架。

进入实时分析时调用***核心模块，其工作步聚是：

1.启动***核心模块，开始等待底层硬件模块的中断调用；

2.启动底层硬件模块，底层硬件模块从输入信号线上捕获码流数据填充入***内存的缓冲器1中，当缓冲器1中的数据填满后，产生***中断，调用***核心模块中的中断响应函数，并将缓冲器的地址、缓冲器的大小和硬件时钟传给中断响应函数。完成以上步骤后，底层硬件模块继续捕捉码流数据，并填充入***内存缓冲器2中，当缓冲器2的数据填满后，产生***中断，调用***核心模块的中断响应函数，重复步骤2直到分析***发出停止分析的控制命令；

3.***核心模块在收到底层硬件模块的中断调用后，运行中断响应函数。中断响应函数得到码流数据的内存指针、码流数据块的大小和***硬件的时钟信息。首先通过码流数据的大小计算码流数据的包数和每个数据包的包长；按包数分别对每个数据包进行分析；

4.在MPEG的传输流中有许多特殊的服务信息表格，他们以包数据的形式发布在数据流中。其中的PAT表格(Programassociation table：节目关联表)是产生整个码流结构的关键表格。在步骤3中，一旦出现PAT表的数据包，即刻进入PAT表格分析过程。

5.在步骤3中，对每个数据包进行分析前先检查数据包的第一个字节是否为同步字节0X47。若不是，表明该数据包可能出现数据错误或是数据没有同步。将错误信息送入错误处理模块，并进行下一个数据包的分析；以上步骤完成后，检查数据包中的第二个字节的最高位(传输错误标志位)，若为“1”则表示数据包中存在无法纠正的传输错误，将错误信息送入错误处理模块，并进行下一个数据包的分析；以上步骤完成后，检查数据包中的第四个字节的后4位(包连续计数位)是否是上一个相同PID包的连续计数+1(0×f+1＝0)，若不是，则在码流中可能出现数据丢失或重复，将错误信息送入错误处理模块，并进行下一个数据包的分析；

6.在完成步骤5后，对每个数据包的包头数据进行分析，检查是否存在节目的时钟信息。若有时钟信息，则查找该数据包对应的节目号，根据节目号取得上一次的时钟信息，再从硬件的时钟信息中查找对应的时钟信息，计算出PCR时钟的间隔值和精度值；将计算结果送入FIFO(先进先出的缓冲器)中，判断其间隔值和精度值是否超出了标准允许的范围。若超出范围，则将错误信息送入错误信息处理模块；

7.在完成步骤6后，将每个数据包的包头中的PID(Packet ID：13比特)取出，根据标准分析包数据的属性；

8.在步骤7中，若包的PID属于服务信息表中的一种(PSI-SI表格)，则取出数据包中的表格识别码(Table ID)，根据Table ID分别进行不同表格的分析。其中若出现PAT表，则执行所述的步骤4，并刷新码流结构；

9.在步骤7中，若包的PID属于音/视频流数据，则查找该音/视频数据属于哪套节目，并从数据包中将音/视频的属性取出，放入对应的节目属性的数据结构中；

10.在步骤7中，若包的PID不属于任何标准所规定的PID并且不属于任何节目中的数据流，则将该PID的数据包认为是码流未指定的PID，将其列入未指定PID列表中，并将错误信息送入错误信息处理模块；

11.在步骤1中，一旦底层硬件模块被启动，***将定时向硬件申请当前的硬件信息数据，并将得到的硬件信息送入硬件信息分析模块，将硬件信息显示给用户。

所述码流离线分析软件，其中，文件识别程序的工作步聚是：

1，选择要分析的流文件；

2，取得文件名及其后缀，并判断是否为传输流后缀，若不是，则警告用户该流文件可能不是可分析的传输流；

3，查找同步字节OX47，记下当前位置，认为其是文件开始的的偏移量；

4，继续查OX47，若两个相邻OX47的间隔大于188则记下间隔值，反之，当前位置为码流起始位置，继续步聚4；

5，重复步聚4，直到获得5个连续的间隔值后，判断其中是否存在合法值(即是否为188或204)；若存在，则将间隔值和文件头偏移量的值送入***核心心模块，反之，则退回步聚1重新选择文件。

所述码流离线分析软件，其中，文件时钟恢复模块的程序工作步聚是：

1，取得节目的PCR的PID；

2，查找含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

3，查找后一个含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

4，判断是否找到6个PCR包，或是文件结束，如不是，返回3；

5，记录共找到的PCR包数pcmum；

6，从文件未尾查找第一个含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

7，查找前一个含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

8，是否找到pcmum个PCR包？如不是，则返回7；

9，计算前向第i(i＜＝pcmum)个PCR与后向第pcmum-j(j＜＝pcmum)个PCR之间的比特数和PCR时钟间隔，以27MHZ时钟计算出码率；

10，判断是否计算出pcmum个码率，如不是，返回9；

11，计算各码率之间的误差，去掉明显错误的码率值，对相对正确的码率值取平均值；

12，将计算结果送入***核心模块。

所述码流离线分析软件，其中，音/视频倒出模块程序的工作步聚是：

1，取得音视频流的PID值，通过选择决定导出的是PES还是ES；若为ES则继续步聚2，否则跳到步聚4；

2，判断选择的是音频流还是视频流，若为音频流则查找第

一个音频头，反之，则查找第一个视频序列头，并记录其位置，忽略其PES及TS包的头数据，开始记录有效数据；

3，判断是否将选择范围内的数据流都导出，若无，继续步聚2，反之，则跳到退出该模块；

4，在可选择的范围内查找下一个含有PES头的数据包，记下PES包的数据长度；

5，忽略TS包的头数据，开始记录有效数据，直到一个PES的数据结束为止；

6，判断是否将选择范围内的PES数据都导出，若无，继续步聚4，反之，退出出该模块。

本发明的优点是，可以充分利用软、硬件各自的优势，使用灵活。根据情况调整软、硬件的分工，增加了一些其他类似分析产品所不具备的功能。这样，在不增加成本的情况下，使本产品集多种分析功能于一体，而其中每个功能都可以单独实现，功能强大，体积小，携带方便，适合技术人员对***随时进行实地的测量。作为分析、测量仪器，其提供的软件界面友好，方便使用者使用，并且直观地了解码流信息。

附图说明

附图1是本发明***结构示意图。

附图2是本发明硬件结构方框图。

附图3是驱动程序流程与硬件接口示意图。

附图4是支持软件模块及流程图。

附图5是实时分析软件流程图。

附图6是***设置模块流程图。

附图7是***核心模块流程图。

附图8是PAT表格处理流程图。

附图9是表格分析模块流程图。

附图10是离线分析模块流程图。

附图11是文件识别程序流程图。

附图12是文件时钟恢复程序流程图。

附图13是音/视频倒出模块程序流程图。

具体实施方式

下面详细叙述本发明主要软件及模块特性及工作过程：

软件的功能较多、较复杂，本设计采用了较为独立的三个软件层次：驱动程序、支持程序及应用程序。其中驱动程序是操作***管理硬件所必须的，其它软件对硬件的操作必须经过驱动程序。支持软件与应用软件的分离可以屏蔽低层的细节，并具有更大的灵活性，如在实时性能要求更高时，可适当将其中的部分由计算机完成的软件改由硬件实现，而只要保持支持软件对应用软件的接口不变，应用软件就不需要作太大修改。驱动程序

它与操作***相配合完成硬件的初始化，设备的建立，中断、输入输出端口和缓冲器等各种资源的分配，使得硬件成为操作***可以访问的设备，并对支持程序和应用程序可见。此外，它还完成与分析本身相关的许多功能。在实际运行时，驱动程序一方面接收从上层软件发出的命令对硬件作配置修改、状态读取；另一方面响应硬件发出的中断，通知支持软件准备数据，并在支持软件数据准备好后缓存到硬件可以访问的内存块中；驱动程序的操作步骤如附图3所示。操作***在发现硬件并开始启动驱动。支持软件

支持软件提供应用软件控制和访问硬件设备的接口的机制是对驱动程序所建立的设备进行访问，并屏蔽硬件资源的具体细节(如寄存器地址等)。设备产生中断后，首先响应中断的是驱动程序，但驱动程序运行在优先级较高的***层，不适合进行大量的运算，因此设计驱动程序响应中断后通知支持软件，由优先级较低的支持软件负责数据的处理等较多的运算。在支持软件响应应用软件的操作命令方面，对于一般的操作，支持软件调用设备一次就完成了处理，但对于码流分析和码流发生操作，设备将处于连续运行的状态，一次操作不可能达到要求。本设计在支持软件收到上述要求时，由支持软件生成相关的处理进程，负责维护设备的连续运行，控制数据和文件的处理，并在收到驱动程序的中断响应通知后，调用应用程序的回调函数，完成数据的处理。

支持软件的主要模块与流程如图4所示，主要模块包括：分析控制、记录文件处理进程、分析数据处理进程、硬件参数设置与获取。支持程序中有许多独立的处理进程模块，这样做的作用是使得许多的操作可以同时进行，而不至于在某一操作发生时其它操作无法进行。如在分析时必须对新输入的数据进行缓冲，否则新数据将会丢失，同时可能还要对缓冲好的数据进行记录保存。

分析控制模块响应应用程序发出的分析码流的命令，完成必要的硬件、软件操作，保证资源到位，使得分析的数据处理及过程控制得以进行，同时还分配码流记录所需要的资源和生成记录所需要的文件处理进程。记录文件处理进程主要负责对输入在缓冲器中的码流数据进行过滤、选择和修改，并对缓冲器的状态进行控制，获取所需要的数据并记录在文件中。分析数据处理进程对输入缓冲器的空满状态进行监视，控制缓冲器的选择，对输入的码流进行整理，并在需要时调用应用程序的回调函数进行更详细的分析处理。硬件参数设置与获取提供了一个对硬件进行控制的接口。根据不同的操作要求或功能要求，经常需要改***件设置，这一接口能设置相应的硬件，以使硬件可以按照应用的要求进行操作。应用程序也经常会需要知道硬件当前的状态，以判别硬件的工作状况和获取外部信号的特性等，这一接口也可以根据要求获取相应的信息。

各模块的主要工作步骤参阅前述发明内容。应用软件

请参阅附图5实时分析软件流程图，应用软件在操作***的辅助下处理用户输入，翻译成相应的命令，对命令解释后通过支持软件控制硬件的工作并获取数据。在得到码流数据后根据相关的标准对其进行分析、统计，按用户要求显示码流的结构、PCR的抖动、节目的信息、码流参数的解释等。

在启动分析***前，将码流源连接到分析***的输入接口(参见“***框图”)。应用软件启动

运行应用软件“MPEG码流实时分析***”，程序首先通过底层硬件模块得到***的控制权限，然后启动程序视图，创建各个功能的显示页面。在附图5中的“工具栏和菜单栏”、“树型结构框架”、“实时分析框架”、“PCR分析框架”、“节目分析框架”、“表格分析框架”、“Buffer分析框架”、“硬件信息框架”分别为各个功能的视图框架。***设置模块

如果用户在使用***前需要对各个监测项目进行一定的设置(以便在***监测过程中按用户自己的要求进行分析)，点击主视图中的工具栏中的“设置参数”的按钮，***将调用“***设置模块”。“***设置模块”的流程如图6所示，工作步聚见发明内容。下面详细分析关键模块的特性。***核心模块

***核心模块是整个分析***的核心，其主要功能是完成码流数据的各项分析和***控制。该模块接收由底层硬件模块的码流数据(在底层硬件发生中断的时候，接收到数据)，将数据按照DVB(或ATSC)的标准进行分类；然后将分类的数据送入不同的处理子模块进行处理；最后将处理完成的结果送入主窗口框架的各个页面显示。

为了达到较高的实时性能，***核心模块采用数据分类处理方式，这种方式也是符合MPEG传输流的数据模式(Transport Stream)——MPEG传输流的数据以打包的数据进行传输，各个不同的音/视频流和用于控制和其他服务的数据流都以自己的速率同时存在于码流中，其顺序没有一定的规则，他们只是以每个数据包的识别码(PID)来区分。

在传输流的分析中，精确的实时时钟是分析的关键。但是，采用计算机内部时钟(BIOS或PCI总线上的时钟)其精度和稳定度远远达不到标准所规定的要求。所以在该***中的实时时钟采用硬件时钟来替代计算机的内部时钟(在硬件中采用的是高精度恒温晶体，其精度高于10^-7)。在核心模块中的时钟相关部分均采用这个时钟信号。而在底层硬件模块中不但要提供该时钟的信息，还要完成码流时钟信息的提取和分析，这样才能保证实时分析的正确性，也不会因为计算机在处理高度精确且实时的数据时过多的占用***的处理时间，从而留出更多的时间处理更高级的分析。码流结构分析模块

该模块的是整个码流分析的基础部分，只有在完成码流结构的分析后，才能对其他项目进行更详细的分析。码流结构也是MPEG传输流分析最常要得到的分析结果(甚至在某些场合只需要分析码流结构)。

因为本***同时支持DVB(欧洲标准)和ATSC(美国标准)，而他们的码流结构在许多方面存在很大的差异。因此在分析过程中需要对码流进行识别。通常情况下，在MPEG传输流中有一些ATSC标准的标志，当***发现存在这些标志时可以确定某传输流采用的是否未ATSC标准。但也有很多传输流没有这样的标志，同时在DVB标准中也没有类似的标志，所以在本***的码流识别处理中采用自动和手动相结合的方式来确定码流的类型。

在码流结构分析过程中，为使用户能直观且清晰的了解整个码流的结构及各个数据流之间的关系，***采用树型的方式来表示一个码流结构。然而在其它的同类产品中，采用树型结构无法达到实时性的要求(树型结构的不断变化会产生闪烁不定的结果)。本***采用的树型结构使用简化的树方式，将用户不使用的功能去掉。在显示树型结构时采用无闪的显示模式。参考时钟分析模块

参考时钟分析是整个***实时性要求最高的模块，他和底层硬件模块的关系最密切。该模块在显示方式上采用动态无闪的图形化显示，能够给用户最直观的信息。在此分析模块中有两个重要的分析部分一一参考时钟(后称PCR)精度分析和参考时钟间隔分析。PCR精度分析是分析码流中每套节目的每个时钟信号来时的误差，在码流中的每个时钟信息以27MHz的频率计数，本***的硬件在同时也对同一个时钟进行计数，用以得到码流在各种传输信道中的时钟抖动情况。在MPEG传输流标准中对PCR计数点的频率也有规定，过长的间隔时间会引起码流时间精度的误差。本***的PCR间隔分析能将PCR间隔的实际情况用图形方式显示。

在两种分析部分，***都使用了直方图形式来提供时钟抖动和间隔在整个时域出现的比率，给出PCR时钟误差的程度。错误信息处理模块

错误信息处理模块是贯穿整个***的模块。由他产生各种警告消息。作为一套标准的分析设备，最重要的是检测被分析的数据是否符合标准，并且在数据发生错误时对用户提出警告，以解决发生的问题，保证播出的质量。本***严格按照ETR290的标准(MPEG传输流测试标准)进行检测。因此在***的各个分析环节都有和错误信息处理模块交互的接口。

错误信息处理模块本身具有详细灵活的设置方式。在用户的控制下可自定义报警的方式和监控的内容，对一些不完全符和标准的数据流可有目的的分析部分错误，而不会被大量不关心的错误所混淆。

错误信息处理模块同时为错误触发存储提供触发条件。因此，灵活的错误信息处理同时也保证了灵活的触发存储方式。表格分析模块

在MPEG传输流分析的过程中，表格信息(服务信息)的分析最为关键。码流的整体结构和各种纷繁复杂的服务功能都是通过表格信息来控制的。在高码率的环境下，从码流中提取相应的表格信息并显示出来是十分困难的，因为服务信息的数据处理复杂、数据量大。而本***中的表格信息处理模块能够实时地分析显示各种服务信息表格。这为数字电视***的构架提供了良好的工具。

能完成实时的表格信息处理功能主要是因为在***核心模块中采用了数据分类方式。***中有为每一种表格处理而定义的数据结构，和灵活的模块式处理方法。其处理过程如图9所示：硬件信息分析模块

硬件信息是本***的独有的功能模块。在MPEG传输流***构架时，经常会遇到线路错误的连接(或是线路质量问题)等，但在其表现形式上与设备问题之间无法区分，因此会在不必要的环节上浪费过多的时间(通常在出现问题的时候总是首先怀疑硬件设备的问题)。硬件信息分析就是针对这种情况而独立出来的分析模块。他采用端口分离，层次分立的模式将硬件线路上的信号情况显示给用户。使用户能迅速找到***在线路方面的问题，加快***构建的速度。

硬件信息模块本身是***软件和底层硬件的交互模块。因为硬件线路的状态只能由底层硬件得到，所以硬件信息处理实际上是实时的将底层硬件得到的硬件线路信息显示给用户。离线分析模块框图

请参阅附图10离线分析模块软件流程图，运行应用软件“MPEG码流离线分析***”，程序首先通过底层硬件模块得到***的控制权限，然后启动程序视图，创建各个功能的显示页面。在附图10中的“工具栏和菜单栏”、“树型结构框架”、“综合分析框架”、“PCR分析框架”、“节目分析框架”、“表格分析框架”、“视频分析框架”、“错误分析框架”分别为各个功能的视图框架。

打开要分析的流文件：

在工具栏中(或菜单栏中的相应选项)的“打开文件”项，***显示一文件对话框，由用户选择需要分析的流文件。在文件对话框中对各路径文件的显示进行一定的过滤，显示可能被分析的流文件类型的文件；

文件类型识别：

请参阅附图11文件识别流程，***先将文件指针送入文件识别模块进行细致的文件类型判断，文件识别模块在文件开头部分查找传输流的同步字节和文件开头的偏移量(考虑到用户在存储码流文件时可能产生的错误)。但由于码流数据中可能存在许多的0×47字节(并非是包的同步字节)，所以在文件识别模块中一开始查找到的同步字节和码流的开头偏移量不一定是正确的。因此，在文件识别模块中采用向后查找5次的方法来进一步确定码流起始位置。在每次查找的同时重新同步起始点。如果以上步骤都失败，则判断码流为非传输流。码流结构分析

启动***核心模块，此时***核心模块的码流输入接口并不是底层硬件模块，而是由文件读取模块的接口。

文件时钟恢复：

***核心模块得到码流的结构，得知每套节目的PCR时钟存在的流。然后从码流开始处，计算每套节目的时钟，其流程如附图12文件时钟恢复流程所示。

文件码率的计算采用文件首尾时间标志的提取和多数据的容差算法，即是在文件头部提取数个时钟信息，在文件尾部提取同样数量的时钟信息，然后取首尾相对应的时钟信息进行运算。这样的算法几乎包含整个文件的长度，每个计算结果的误差都不大，再对多个计算结果取平均值，使误差进一步扩散到每个结果中，进一步减小误差。因此，在文件相对较大时，计算误差相对较小。分析开始：

***核心模块开始对文件中的各个数据包进行分析，其分析步骤同实时分析步骤。文件局部选择模块

在对文件进行分析时，由于其数据来源和实时分析不同，数据是从文件得到，而用户可能在文件的任意部分进行分析(如：文件本身记录1小时的码流，用户关心其最后1分钟的数据，***不可能让用户等待59分钟后才给出分析结果)，***分析文件时也不可能将整个文件的分析进行完成后才显示结果(文件较大时将花费很长的时间)。因此，本***对文件的分析采用局部分析的方法。由用户操作一个“局部范围选择控件”来指定***对文件的分析范围。而***核心模块此时对文件的定位也是由此控件来控制。(***默认分析包数为＜＝100000，用户可选择：1-文件总包数个，文件较大时，分析时间较长)。音/视频倒出模块：

请参阅附图13音/视频倒出模块流程，在完成以上各个步骤后，用户可通过不同的视图框架来查看***对文件分析的结果。当用户需要对码流中的某一单独的音/视频流进行进一步分析或使用其他播放软件查看节目内容时，用户可以使用***中的“音/视频倒出”功能将数据从码流文件中抽取出来，存为单独的文件。在显示码流结构的树型结构中，用鼠标右键点击选择的音/视频子项，***弹出“音/视频倒出”菜单。选择要倒出的文件格式(PES流或ES流)。***核心模块调用“音/视频倒出模块”。

在音/视频数据倒出ES流时，为了能够让其他的软件或工具认识该文件(通常的播放或编辑软件以文件头的起始数据来判断码流类型)，模块在音/视频流开头先查找音/视频的头信息，直到找到后才开始处理以后的数据。离线分析关键模块的特性***核心模块

该模块同实时分析中和***核心模块采用同一模块。

文件识别模块

离线分析的主要操作是针对文件的操作，而数据文件的格式又可以是多种的(包括：传输流-TS、节目流-PS、节目元素流-PES或ES等)，因此文件格式的识别是离线分析的基础。

离线分析的文件识别模块不但要识别出码流文件的类型，而且要检查用户在文件存储过程中产生的错误(比如：文件头定位错误等)。大部分软件在文件识别时只通过文件头的信息来判断文件类型而无法识别有错误的文件。事实上本***的文件识别模块具有一定智能识别功能。

文件识别模块采用多种识别模式相结合的方式来达到智能识别的功能。利用不同格式的数据特性，分层次的模糊判断。

文件数据统计模块

在离线分析中，由于数据来自文件，所以用户可以详细的得到码流中的每一个数据。在文件数据统计模块中的文件数据显示部分，本***没有采用简单的数据显示方式，而是结合***核心模块的数据分类功能将数据中的重要信息分离出来，以不同的颜色显示，并加以提示，让用户能够清楚的了解数据中的每一个成员所代表的意义。这种显示方式不但直观，而且操作方便，界面清晰。

文件时钟恢复模块

对文件进行码流参考时钟分析是本***的又一个独特的分析模块。在静态的文件分析中不可能采用硬件的实时时钟来分析数据在时间方面的特性。而本***在分析码流文件时，预先对整个码流文件进行抽取时钟信息，再通过多次的容错(减少累计误差)算法，能得到相对准确的文件原始时钟。文件时钟恢复的精确度保证也保证了静态码流的参考时钟分析的正确性。

音/视频数据的导出模块

音/视频数据的导出模块事实上完成的是各种码流文件之间的转换工作。通过该模块的功能，将文件或文件中的部分转换为另一种格式，以用来进行其他更深层次的分析(或音/视频的回放)。

Claims (9)

1，一种PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，包括硬件和软件，硬件制成分析仪器，其特征在于：硬件包括码流输入控制及处理设备，PCMCIA接口硬件，软件采用独立的三个软件层次：应用软件、支持软件和驱动程序，驱动程序完成与硬件控制及操作***相关工作，支持软件用于联系应用软件和驱动程序，屏蔽硬件细节，为应用软件提供数据，分析进程管理，提供访问硬件的接口函数，进行数据整理，应用软件完成用户输入的处理，按用户要求对取得的数据进行分析、统计、显示。

2，按权利要求1所述的PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：所述硬件包括输入模块，时钟信息记录模块，输入分析与控制模块，输入缓存及控制模块，时钟处理与控制模块、PCI状态控制模块，寄存器及控制模块，数据传输控制模块，中断控制模块，计算机接口模块，电源控制模块，初始化及编程模块，其中：

输入模块，完成输入信号格式的转换；接口电路完成信号耦合与整形，采用一个ASIC完成比特时钟恢复，线路解码及10比特/8比特转换，将其转换成并行信号。

时钟信息模块，监视和记录PCR时钟值，时间信息寄存器寄存上述的时间信息，并在适当时间通过计算机接口提代给软件进行分析处理。

输入分析与控制模块，控制输入芯片的参数及操作，接收从输入模块进来的数据，根据其中控制信号对码流进行分析，并向输入缓冲器写入数据。

输入缓冲及控制模块，对数据进行缓存，检查缓冲器的充满程度，给出相应的指示信号。再结合数据传输控制部分的指示将输入码流数据经PCMCIA接口传给软件进行分析和处理。

时钟处理模块；生成27M的***时钟，并经过驱动后发送到各部分进行工作。

PCI状态控制模块，主要完成PCMCIA接口中PCI规范，实现PCI的功能与控制，包括PCI接口空间的控制、命令的解释、地址与数据的选择、数据传输过程及状态的控制等。

寄存器及控制模块，控制主要包括地址解析、数据读写、初始化、参数对其它模块的控制等。

数据传输控制模，判断并发起数据PCI传输过程，通知相应的硬件及缓冲器对此进行准备，控制相应的PCI硬件进行正确的地址数据选择。

中断控制模块，根据输入数据传输与输出数据传输的次数及相关的控制寄存器的参数，在完成一定的数据传输后产生中断，通知计算机中相关软件对数据进行记录分析处理。

计算机接口模块，完成与计算机的直接连接的缓冲。

电源控制模块，从PCMCIA的单一电源转换出各种芯片要求的其它直流电源。

初始化及编程模块，是FPGA所必需的初始化电路，它在上电时将FPGA所需要的相关设置信息载入到FPGA的配置空间中，使FPGA能够实现所要求的功能。

3，按权利要求1所述的PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：所述驱动程序与操作***相配合完成硬件初始化，设备建立，中断、输入输出口和缓冲器各资源的分配，使硬件成为操作***可访问的设备，并对支持程序和应用程序可见，操作***在发现硬件并开始启动驱动程序，驱动程序工作步聚是：

1.首先是对硬件进行初始化，分配资源和完成***控制结构。

2.接下来是进行缓冲器的分配，分配用于分析和发生的缓冲器。

3.此后驱动程序驻留的部分等待支持程序发来的命令。

4.收到命令后对其进行解释，并分解成对硬件的访问操作。

5.根据分解出的访问操作要求通过PCMCIA接口对硬件进行访

  问。

在初始化完成后，驱动程序还驻留了另一部分，即中断响应程序：

    1.收到中断响应激活相应的中断响应程序。

    2.由于PCI规范采用共享中断，首先需要判断中断的来源。

    3.如果是这里的设备产生的中断，则检查缓冲器的状态。

    4.若缓冲器已经得到数据或需要新的数据，则对缓冲器的状态进行调整。

6.然后向支持软件发出缓冲器需要处理的请求，由支持程序处理得到的数据或提供新数据。

4.按权利要求1所述的PACMIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：所述支持软件包括分析控制模块、记录文件处理进程模块、分析数据处理进程模块、硬件参数设置与获取模块，各模块工作步聚如下：分析控制模块：分析控制：

1.初始化软、硬件参数，为码流的输入缓存及分析操作做准备。

2.分配分析用的缓冲器，分析码流需要较大的缓冲器以缓冲码流

  平滑分析过程。

3.设定硬件的参数，开始分析码流的硬件动作。

4.生成记录文件处理的进程，它将按要求将所需要的码流数据记

  录到文件中。

5.生成分析数据处理的进程，它将对从输入缓冲器取得的数据进

  行处理，并调用应用回调函数进行详细的分析处理。分析数据处理进程模块：

1.进程开始后等待来自驱动程序的数据处理请求。

2.首先对缓冲器进行整理，从数据处理缓冲器将数据移动到文件

  处理缓冲器中，然后改变文件处理缓冲器和数据处理缓冲器

  的状态。

3.需要将文件处理缓冲器中数据记录时发出写文件的请求。

4.需要对码流数据进一步分析处理，调用应用程序回调函数进行

  处理。

5.最后整理缓冲器，将处理过的缓冲器清理掉，用于新数据的缓

  冲。硬件参数设置获取模块：

1.首先对应用调用的功能和要求进行分析。

2.根据所需的功能计算相关的参数。

3.选择与要求功能相关的寄存器。

4.根据参数和相关寄存器的特性计算寄存器的相应值。

5.打开设备，准备进行硬件操作。

6.调用驱动程序进行寄存器的读写。

7.返回读取的寄存器值。

8根据寄存器值计算需要了解的信息参数值。

5.按权利要求1所述的PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：所述应用软件包括MPEG码流实时分析软件和MPEG码流离线分析软件，其中：

MPEG码流实时分析软件，首先通过底层硬件模块得到***控制权，然后启动程序视图，创建各功能页面，程序视图框架包括工具栏和菜单栏、树型结构框架、实时分析框架、PCR分析框架、节目分析框架、表格分析框架、Buffer分析框架、硬件分析框架；其中***设置模块程序的工作步聚是：

(1).***设置模块在启动后，首先创建设置对话框；

(2).读取***的当前设置参数并显示；

(3).用户可以在各个设置按钮上选择符合自己要求的选项

(也可只是查看，不作选择)；

(4).在完成(3)步骤后，用户选择是否同意现有的参数设

置，如果不同意则询问是否退出***参数设置，如果不退出则

返回步骤(3)，否则退出设置；

(5).如果在步骤(4)中选择同意现有的参数设置，则将设

置参数输入***核心模块，并退出***设置；

     MPEG码流离线分析软件，首先通过底层硬件模块得到系

统控制权，然后启动程序视图，创建各功能页面，程序视图框

架包括工具栏和菜单栏、树型结构框架、综合分析框架、PCR

分析框架、节目分析框架、表格分析框架、视频分析框架。

6. 按权利要求5所述的PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：进入实时分析时调用***核心模块，其工作步聚是：

1.启动***核心模块，开始等待底层硬件模块的中断调用；

2.启动底层硬件模块，底层硬件模块从输入信号线上捕获码流

  数据填充入***内存的缓冲器1中，当缓冲器1中的数据填满

  后，产生***中断，调用***核心模块中的中断响应函数，并

  将缓冲器的地址、缓冲器的大小和硬件时钟传给中断响应函数。

  完成以上步骤后，底层硬件模块继续捕捉码流数据，并填充入

  ***内存缓冲器2中，当缓冲器2的数据填满后，产生***中

  断，调用***核心模块的中断响应函数，重复步骤2直到分析

  ***发出停止分析的控制命令；

3.***核心模块在收到底层硬件模块的中断调用后，运行中断

  响应函数。中断响应函数得到码流数据的内存指针、码流数据

  块的大小和***硬件的时钟信息。首先通过码流数据的大小计

  算码流数据的包数和每个数据包的包长；按包数分别对每个数

  据包进行分析；

4.在MPEG的传输流中有许多特殊的服务信息表格，他们以包数据的形式发布在数据流中。其中的PAT表格(Program associationtable：节目关联表)是产生整个码流结构的关键表格。在步骤3中，一旦出现PAT表的数据包，即刻进入PAT表格分析过程。

5.在步骤3中，对每个数据包进行分析前先检查数据包的第一个字节是否为同步字节0×47。若不是，表明该数据包可能出现数据错误或是数据没有同步。将错误信息送入错误处理模块，并进行下一个数据包的分析；以上步骤完成后，检查数据包中的第二个字节的最高位(传输错误标志位)，若为“1”则表示数据包中存在无法纠正的传输错误，将错误信息送入错误处理模块，并进行下一个数据包的分析；以上步骤完成后，检查数据包中的第四个字节的后4位(包连续计数位)是否是上一个相同PID包的连续计数+1(0×f+1＝0)，若不是，则在码流中可能出现数据丢失或重复，将错误信息送入错误处理模块，并进行下一个数据包的分析；

6.在完成步骤5后，对每个数据包的包头数据进行分析，检查是否存在节目的时钟信息。若有时钟信息，则查找该数据包对应的节目号，根据节目号取得上一次的时钟信息，再从硬件的时钟信息中查找对应的时钟信息，计算出PCR时钟的间隔值和精度值；将计算结果送入FIFO(先进先出的缓冲器)中，判断其间隔值和精度值是否超出了标准允许的范围。若超出范围，则将错误信息送入错误信息处理模块；

7.在完成步骤6后，将每个数据包的包头中的PID(Packet ID：13比特)取出，根据标准分析包数据的属性；

8.在步骤7中，若包的PID属于服务信息表中的一种(PSI-SI表格)，则取出数据包中的表格识别码(Table ID)，根据Table ID分别进行不同表格的分析。其中若出现PAT表，则执行所述的步骤4，并刷新码流结构；

9.在步骤7中，若包的PID属于音/视频流数据，则查找该音/视频数据属于哪套节目，并从数据包中将音/视频的属性取出，放入对应的节目属性的数据结构中；

10.在步骤7中，若包的PID不属于任何标准所规定的PID并且不属于任何节目中的数据流，则将该PID的数据包认为是码流未指定的PID，将其列入未指定PID列表中，并将错误信息送入错误信息处理模块；

11.在步骤1中，一旦底层硬件模块被启动，***将定时向硬件申请当前的硬件信息数据，并将得到的硬件信息送入硬件信息分析模块，将硬件信息显示给用户。

7，按权利要求5所述的PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：所述码流离线分析软件，其中，文件识别程序的工作步聚是：

1，选择要分析的流文件；

2，取得文件名及其后缀，并判断是否为传输流后缀，若不是，则警告用户该流文件可能不是可分析的传输流；

3，查找同步字节0X47，记下当前位置，认为其是文件开始的的偏移量；

4，继续查0X47，若两个相邻0X47的间隔大于188则记下间隔值，反之，当前位置为码流起始位置，继续步聚4；

5，重复步聚4，直到获得5个连续的间隔值后，判断其中是否存在合法值(即是否为188或204)；若存在，则将间隔值和文件头偏移量的值送入***核心心模块，反之，则退回步聚1重新选择文件。

8，按权利要求5所述的PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：所述码流离线分析软件，其中，文件时钟恢复模块的程序工作步聚是：

1，取得节目的PCR的PID；

2，找含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

3，查找后一个含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

4，判断是否找到6个PCR包，或是文件结束，如不是，返回3；

5，记录共找到的PCR包数pcmum；

6，从文件未尾查找第一个含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

7，查找前一个含有PCR信息的数据包，记录其位置和PCR值；

8，是否找到pcmum个PCR包？如不是，则返回7；

9，计算前向第i(i＜＝pcmum)个PCR与后向第pcmum-j(j＜＝pcmum)个PCR之间的比特数和PCR时钟间隔，以27MHZ时钟计算出码率；

10，判断是否计算出pcmum个码率，如不是，返回9；

11，计算各码率之间的误差，去掉明显错误的码率值，对相对正确的码率值取平均值；

12，将计算结果送入***核心模块。

9，按权利要求5所述的PCMCIA MPEG码流分析方法及设备，其特征在于：所述码流离线分析软件，其中，音/视频倒出模块程序的工作步聚是：

1，取得音视频流的PID值，通过选择决定导出的是PES还是ES；若为ES则继续步聚2，否则跳到步聚4；

2，断选择的是音频流还是视频流，若为音频流则查找第一个音频头，反之，则查找第一个视频序列头，并记录其位置，忽略其PES及TS包的头数据，开始记录有效数据；

3，判断是否将选择范围内的数据流都导出，若无，继续步聚2，反之，则跳到退出该模块；

4，在可选择的范围内查找下一个含有PES头的数据包，记下PES包的数据长度；

5，忽略TS包的头数据，开始记录有效数据，直到一个PES的数据结束为止；

6，判断是否将选择范围内的PES数据都导出，若无，继续步聚4，反之，退出出该模块。

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