采用PCM編碼原理及FPGA編程技術

一、概述

----高速傳輸系統(tǒng)中低速設備的接入有廣泛的應用范圍。在環(huán)境監(jiān)控等監(jiān)控網絡中，被監(jiān)控設備往往提供RS-232/RS-485/V.10/V.35的通信接口，為了要將這些接口的低速數據送往遠端中心，一般常通過DDN專線，基帶MODEM，專用復接設備接入高速碼流來實現低速數據的傳輸。這些方法各有各的要求和特點。現介紹一種采用PCM編碼原理及FPGA編程技術實現PCM數字接入的設備，可以實現異步低速速率數據透明接入PCM（2M）碼流的任意時隙的傳輸，而且此接入無須改變傳輸設備的配置。采用直接采樣法從高速系統(tǒng)中最高倍同步時鐘采樣這種方法可靠性很高，本設備在工程實踐中得到了應用與驗證。

二、PCM編碼原理與規(guī)則






圖1：2M接口基本時序



----PCM數字接口符合G.703標準，通過75Ω同軸電纜或120Ω雙絞線進行非對稱或對稱傳輸，傳輸碼型為含有定時關系的HDB3碼，接收端通過譯碼可以恢復定時，實現時鐘同步，其時序關系如圖1所示。Fb為幀同步信號，C2為時鐘信號，速率為2.048Mbps，數據在時鐘下降沿有效，E1接口具有PCM幀結構，一個復幀包括16個幀，一個幀為125μs，分為32個時隙，其中偶幀的零時隙傳輸同步信息碼0011011，奇幀的零時隙傳輸對告碼，16時隙傳輸信令信息，其它各時隙傳輸數據，每個時隙傳輸8比特數據。本設計采用FPGA編程技術來實現PCM編碼原理，線路驅動采用LEVEL ONE公司的LXT30芯片來實現。

三、利用FPGA編程技術實現PCM編碼原理

----根據以上PCM編碼原理，經驗證明可利用職權FPGA編程技術用一片LATTICE1032E可以實現一路低速數據的收發(fā)，其各功能模塊框圖如圖2所示。用大規(guī)?？删幊碳呻娐穼崿F系統(tǒng)設計，可以提高系統(tǒng)集成度，縮短開發(fā)周期，LATTICE芯片時延可控，如果要在一個芯片中實現多路數據的接入，可用XILINX、ALTERA公司更大規(guī)?？删幊屉娐穪韺崿F。

----本接入設計主要由5個模塊組成：

數據采集及處理模塊
----該模塊功能是異步數據接口的數據進行采集及處理并轉換為所需用2M數據流。

時鐘發(fā)生模塊
----該模塊是將8.192MHz的晶振所產生的原始時鐘經過分頻后所產生的系統(tǒng)時鐘與從HCB3碼中所提取的2.048Mbps時鐘進行比較并進行（數字鎖相環(huán)），產生系統(tǒng)所需的2.048MbpsJF時鐘。

時隙產生及控制模塊
----該模塊是利用時鐘發(fā)生模塊產生的2.048MHz的系統(tǒng)時鐘，經分頻及處理后，產生系統(tǒng)所需的零時隙，幀信號及所需數據傳輸的時隙信號等時隙及控制信號。

G.703接口功能模塊
----該模塊是完成2M數據中提取及插入同步碼及2M數據流變換為G.703標準的HDB3碼型。

線路驅動模塊
----該模塊采用LEVEL ONE公司的LXT301芯片及相關變壓器，并由該模塊提取2M系統(tǒng)時鐘。


四、機場監(jiān)視監(jiān)控網絡中低速接入應用





圖2：功能模塊框圖



----在機場監(jiān)控設備及環(huán)境綜合監(jiān)視監(jiān)控網絡中運用PCM數字中繼低速接入設備可以實現圖像、語言、信令、監(jiān)視監(jiān)控數據等多種媒體信息復接在一條PCM數字中繼碼流中傳輸，既可以優(yōu)化網絡結構，又可以提高傳輸的可靠性。即將動工建設的廣州白云國際新機場在進行外場監(jiān)控、侯機樓監(jiān)控、貨運中心監(jiān)控、環(huán)境綜合監(jiān)控（包括噪音監(jiān)控）等時，計劃采用的設備與本文所述原理相同。圖3為模擬機場綜合監(jiān)視監(jiān)控網絡示意圖。圖中攝像機、麥克風輸出的模擬視、音頻信號送編碼終端按H.320系列標準進行編碼，以n×64kbps的速率上E1（2M）專線傳輸，由于要在E1（2M）碼流中插入低速數據，可通過低速接入設備將數據復接在圖像語言信號中一起傳輸到監(jiān)視監(jiān)控中心，在中心再還原出各種媒體信息，分別送監(jiān)視監(jiān)聽網絡平臺、監(jiān)測監(jiān)控網絡平臺，實現信號監(jiān)控。