基于数字电视传输系统Turbo编码器芯片设计

文章摘要：在以往的数字电视方案中已有在内码中采用TCM方案（如美国的ATSC标准），如果将Turbo码与TCM结合的T-TCM方案应用于数字电视系统中，将会获得更好的性能表现。3.Turbo码编码的硬件实现3.1 设计思路由于流片时间限制，本文的设计只设计了Turbo编码器芯片。数字电视系统中，来自MPEG-2编码形成的传送码流（TC），在经过外码和外码交织后再经内码、内码交织，完成信道编码。我们的设计中将Turbo码替换数字电视系统中原有的内码（卷积码/TCM）。3.2 设计流程我们的设计是按照ASIC的设计流程来进行的，设计流程如图3所示。从设计系统行为级描述开始，依次通过系统行为级的功能验证，设计

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在以往的数字电视方案中已有在内码中采用TCM方案（如美国的ATSC标准），如果将Turbo码与TCM结合的T-TCM方案应用于数字电视系统中，将会获得更好的性能表现。

3.Turbo码编码的硬件实现

3.1 设计思路

由于流片时间限制，本文的设计只设计了Turbo编码器芯片。

数字电视系统中，来自MPEG-2编码形成的传送码流（TC），在经过外码和外码交织后再经内码、内码交织，完成信道编码。我们的设计中将Turbo码替换数字电视系统中原有的内码（卷积码/TCM）。

3.2 设计流程

我们的设计是按照ASIC的设计流程来进行的，设计流程如图3所示。从设计系统行为级描述开始，依次通过系统行为级的功能验证，设计综合，综合后仿真，自动化布局布线，到版图后仿真，及DRC和LVS验证。设计中我们使用的仿真工具是Candence公司的NC-Verilog，综合工具是Synopses公司的Design Compiler，布局布线用的是Cadence公司的Silicon Ensemble，采用0.6µm技术工艺。

3.3 芯片主要功能模块

图2给出了Turbo码编码器芯片框图。

1）分量编码器：为递归系统卷积码（RSC）编码器，对系统输入码流信息进行递归系统卷积码的编码，采用约束长度为K=3，（7，5）码。

2）交织器：在第2维RSC编码之前对系统输入码流信息进行数据交织。本设计中采用S奇偶随机交织，S=14。

3）编码输出模块：按一定顺序将编码后数据流送出编码器。

3.4 芯片参数

芯片名字：Turbo Coder

面积：1.70×1.70=2.89 mm²

逻辑单元：约5000门

封装：CDIP20

Pins：19

技术工艺：CSMC 0.6μm 2p2m

芯片的最高工作频率44.24Mhz，实际工作频率可达28.6Mhz。图示4为Turbo Coder芯片版图。

   

图3 设计流程图图                  

 4.Turbo码芯片的版图

4.芯片的仿真结果

为了确保整个Turbo码编码器芯片的功能的正确性，我们在每个阶段都进行了严格仔细的仿真和验证。这里我们用Cadence公司的仿真工具NC_Verilog进行了综合前、综合后的仿真及版图后仿真。

图5 综合后的Turbo Coder的仿真波形

图5是综合后的仿真的波形。版图后的仿真结果与综合后的仿真结果一致。表明芯片的功能符合设计要求。

5.结束语

我们用上述的Turbo码芯片来替换数字电视系统中原有的内码（卷积码/TCM），以相对较少的硬件资源得到系统的最高工作频率44.24Mhz，实际工作频率达28.6Mhz，这远远优于现有的数字电视系统。

但由于只考虑了用Turbo码替换数字电视系统中原有的内码，实际应用中带宽利用率是较低的。若要提高带宽利用率，同时取得较好的纠错性能，可以考虑Turbo-TCM方案，但其译码更为复杂，特别是工作在高速情况下，对硬件的要求也更高。我们下一步的工作目标将是基于数字电视的T-TCM的硬件实现方案。

参考文献
[1]. 刘东华. Turbo码原理与应用技术[M] 北京：电子工业出版社，2004年1月.
[2]. 地面数字电视传输技术（白皮书） 北京：清华大学数字电视传输技术研发中心，2004年8月.

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