視頻應用中的CRC測試

        摘要：量化復雜視頻信號鏈中微小工程變更的影響，常常是件吃力不討好的工作。諸如循環冗余校驗(CRC)之類的簡單錯誤檢測算法，盡管有多方面的局限性，但不失為一種有效的工具。本文以ADI公司功能全面的單芯片影音前端ADV7850為基礎，詳細介紹了一種有效視頻應用的CRC測試方法。

　　1 數字視頻系統

　　近年來，消費、專業和汽車應用中數字視頻傳輸媒體大行其道，促使許多視頻產品設計和制造商轉移焦點。實現出色模擬性能的要求已經走到盡頭，取而代之的是實現盡可能高的數字數據速率的要求。傳輸媒體包括DVI、HDMI、LVDS、MHL和APIX。

　　在這場追逐更高數據速率的競賽中，的增長是主要驅動因素之一。近年來，HDMI規范進一步發展，最大支持視頻分辨率的數據速率已達到2.25GHz到3GHz，在將來的規范升級中極有可能會進一步提高。

　　開發一個集成所有這些器件的可靠視頻信號鏈以支持如此高數據速率的視頻格式，正在成為視頻產品設計和制造商的重大挑戰。 為了成功支持此類視頻格式，電纜質量、電源設計、信號完整性、PCB質量和芯片設置都必須處于絕對最佳水平。 但是，視頻產品設計和制造商如何才能輕松評估各種調整對上述系統要素的影響呢?

　　2 循環冗余校驗

　　循環冗余校驗(CRC)是W. Wesley Patterson于1961年發明的一種冗余校驗方法。它可以檢測數字數據中的錯誤，主要用于數據傳輸中，例如32位CRC被用于以太網數據傳輸。 CRC的局限性包括：CRC只能檢測數字數據中的錯誤，無法在檢測到錯誤后予以糾正，只有更復雜的算法(如糾錯碼(ECC)或前向糾錯(FEC)等)才具有糾錯功能;CRC無法確定接收數據中的錯誤數目。

　　CRC實現方案有很多種，但基本前提是一樣的：數據發送器先計算并追加校驗位數(常稱作“校驗和”)到數據上，再發送數據。

　　誤碼率測試是一種引入注目的CRC測試替代方案，其主要優勢在于它能協助量化數據受損的程度。 誤碼率測試要求將一個參考圖案輸入系統，然后將系統的輸出與參考圖案進行比較分析，差異的數量即表示發生誤碼的數量。 如果輸出圖案與參考圖案完全一致，則無誤碼，系統工作在“最有效點”上。如果輸出圖案與參考圖案不同，則差異的數量可在某種意義上指示數據受損的程度。

　　雖然誤碼率測試是一項非常強大的工具，但它需要輸入已知圖案并能對照已知圖案分析輸出，這也是它的一個主要缺點。 對參考圖案的需求(以便能夠量化數據受損程度)，大大降低了其靈活性。 誤碼率測試只能應用于已知圖案，CRC則可應用于任何靜態數據圖案，也就是說，它可以非常靈活地用在各種情況下： 從原型系統的開發和評估到產品線路測試結束，直至現場調試客戶反映的問題。

　　3 ADV7850

　　ADV7850是ADI公司首款針對消費和專業影音市場而開發的完整影音前端器件。 該器件包含：一個4路輸入HDMI接收器，支持高達4k x 2k @ 30 Hz的視頻分辨率;一個視頻和圖形數字化儀，工作頻率高達162MHz;一路高速串行視頻輸出;一個3D梳狀視頻解碼器;以及一個音頻編解碼器。

　　除了用作功能全面的單芯片影音前端之外，ADV7850還集成了一個采用CRC的幀檢查器。 它位于ADV7850輸出端之前，接近ADV7850信號鏈的末端，可檢查HDMI輸入的完整視頻路徑。該特性不可用于模擬輸入，因為以最高170MHz頻率工作的模數轉換器(ADC)會引入最低有效位(LSB)誤差。

　　ADV7850中的幀檢查器利用CRC-16-CCITT多項式(x16 + x12 + x5 + 1)來分析用戶可配置數量的幀，通過一個I2C位2使能。一旦使能，幀檢查器就會分析各視頻通道(綠、紅、藍)上的每個數據像素(從480p的30萬像素到4k x 2k的800萬像素)，從而計算每個幀(幀數由用戶配置，最多255)的校驗和。 要分析的幀數通過I2C控制寄存器進行配置。

　　幀檢查器完成分析后，通過I2C報告每個通道(HDMI在紅色、綠色和藍色通道上傳輸數據)的一組結果。 如上所述，對于靜態輸入，對CRC執行多次迭代應當產生一致的結果。兩個幀之間只要有一個像素不同(最多有1600萬像素的數據)，校驗和結果就會不同。

　　無論該像素差異是由視頻源上的噪聲或傳輸介質間歇產生的噪聲引起，還是由ADV7850的配置錯誤引起，它都會指出錯誤。

　　這樣，系統設計師就能優化系統并重新測試。

　　幀檢查器的功能當然非常好，但只有將其投入實際應用，才能體現其真正的價值。 ADV7850的幀檢查器可以在視頻產品的整個開發周期中使用，也可以在制造周期中使用。