FPGA實現視頻廣播接收系統方案

2．FPGA設計
由于要使數據能在以太網上傳輸，服務器端的發送程序應該把要傳輸的數據進行打包（或封裝）。本系統中所要傳輸的數據為視頻數據（VCD數據），而VCD數據一般是以dat格式存放在光盤中的。因而在接收端應對接收到的數據包進行解包，并同時完成數據格式轉換的功能，使得送到MPEG－1解碼芯片的數據格式為dat格式的數據，從而進行解碼，最后用普通的電視機就能夠接收。

　　因而該部分主要要實現的功能是：先完成對接收到的以太網數據幀進行解包，取出封裝在以太網數據幀中的數據部分，然后再分別解IP數據包和UDP數據包，把真正的具有VCD播放格式的數據取出來，經過一個先進先出（FIFO）緩沖器輸出到MPEG－1解碼芯片進行解碼。其中在解包的過程中，要對數據進行校驗，校驗正確的數據包才進行傳送，對于校驗不正確的數據包采用了直接丟棄的方法，所采用的校驗算法是循環冗余校驗算法（CRC）。

　　設計框圖如圖3所示。

　　（1）前導檢測：當系統檢測到連續出現了15個nibble的1010，同時隨后的一個nibble為1011時，說明一個以太網數據幀開始了，應該對該部分的數據作進一步的處理。

　　（2）組字節：由于從DM9101芯片出來的數據信號是以一次四位元組（nibble）的形式傳輸的，因而要對它進行組字節操作，每2個nibble組成一個字節，具體操作過程依據的是MII幀結構中的字節組成格式進行。

　　（3）CRC校驗：對以太網幀中的目的地址、源地址、長度、數據進行CRC校驗，并與幀的最后四個字節進行比較，如果一致，即為正確的以太網數據；若不一致，則丟棄這一幀。

　　（4）MPEG－1數據：取出以太網幀中的長度字節的值，用這個值來預置一個計數器，從而對數據進
行計數控制，取出其中的MPEG－1格式的有效數據。

　　（5）FIFO：由于普通的以太網的數據傳輸速率是10
Mbps或100 Mbps，而進行MPEG－1解碼時的速率一般為1．5 Mbps左右，因而要對數據流進行速率調整。該FIFO直接利用了Spartan II系列芯片內部的存儲模塊進行緩存。

　　（6）同步頭檢測：dat格式的數據幀有一個同步頭為：00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00（十六進制），當檢測到該同步頭時，表明一個dat數據幀開始了，應將其后的數據連同該同步頭信息一起輸出至解碼芯片。

　　（7）串行輸出：把最后得到的數據轉換為串行數據，并以I2S的格式將數據和時鐘等信號輸出到　　MPEG－1解碼芯片中進行解碼。　　

四、仿真結果
1．組字節仿真結果
　　數據從2個nibble組成一個字節的仿真結果如圖4所示。其中，CLK信號是25 MHz的時鐘信號，DA是由4位數據組成的數據信號，它們由DM9101芯片輸出；DATA為組成字節后的8位數據信號，CLK—B是由CLK信號二分頻所得到的Byte時鐘信號。

2．I2S格式仿真結果
　　以I2S格式輸出的數據的仿真結果如圖5所示。仿真中采用的格式是：32位BCK，MSB最先，右通道為低電平。其中BCK是位時鐘信號，LRCK是左右時鐘選擇時鐘，DATA是VCD格式的MPEG－1視／音頻數據。

五、小　結
　　本系統所采用的FPGA芯片為Xilinx公司的Spartan II系列芯片，用Foundation軟件工具開發。設計輸入完成后，進行整體的編譯和邏輯仿真，然后進行轉換、布局、延時仿真生成配置文件，最后下載至 FPGA器件，實現其硬件功能。由于系統的很多功能由一塊FPGA實現，外圍器件很少，所以系統體積小、可靠性高，且器件的可編程性使得系統功能易于完善。仿真結果表明，各信號的邏輯功能和時序配合完全達到了設計要求。