視頻應(yīng)用中的CRC測試

        摘要：量化復(fù)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(huán)冗余校驗(yàn)(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(chǔ)，詳細(xì)介紹了一種有效視頻應(yīng)用的CRC測試方法。

　　1 數(shù)字視頻系統(tǒng)

　　近年來，消費(fèi)、專業(yè)和汽車應(yīng)用中數(shù)字視頻傳輸媒體大行其道，促使許多視頻產(chǎn)品設(shè)計和制造商轉(zhuǎn)移焦點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)出色模擬性能的要求已經(jīng)走到盡頭，取而代之的是實(shí)現(xiàn)盡可能高的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)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(shù)據(jù)速率的競賽中，的增長是主要驅(qū)動因素之一。近年來，HDMI規(guī)范進(jìn)一步發(fā)展，最大支持視頻分辨率的數(shù)據(jù)速率已達(dá)到2.25GHz到3GHz，在將來的規(guī)范升級中極有可能會進(jìn)一步提高。

　　開發(fā)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(shù)據(jù)速率的視頻格式，正在成為視頻產(chǎn)品設(shè)計和制造商的重大挑戰(zhàn)。 為了成功支持此類視頻格式，電纜質(zhì)量、電源設(shè)計、信號完整性、PCB質(zhì)量和芯片設(shè)置都必須處于絕對最佳水平。 但是，視頻產(chǎn)品設(shè)計和制造商如何才能輕松評估各種調(diào)整對上述系統(tǒng)要素的影響呢?

　　2 循環(huán)冗余校驗(yàn)

　　循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)是W. Wesley Patterson于1961年發(fā)明的一種冗余校驗(yàn)方法。它可以檢測數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中的錯誤，主要用于數(shù)據(jù)傳輸中，例如32位CRC被用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。 CRC的局限性包括：CRC只能檢測數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中的錯誤，無法在檢測到錯誤后予以糾正，只有更復(fù)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(shù)據(jù)中的錯誤數(shù)目。

　　CRC實(shí)現(xiàn)方案有很多種，但基本前提是一樣的：數(shù)據(jù)發(fā)送器先計算并追加校驗(yàn)位數(shù)(常稱作“校驗(yàn)和”)到數(shù)據(jù)上，再發(fā)送數(shù)據(jù)。

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

　　雖然誤碼率測試是一項(xiàng)非常強(qiáng)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(diǎn)。 對參考圖案的需求(以便能夠量化數(shù)據(jù)受損程度)，大大降低了其靈活性。 誤碼率測試只能應(yīng)用于已知圖案，CRC則可應(yīng)用于任何靜態(tài)數(shù)據(jù)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(tǒng)的開發(fā)和評估到產(chǎn)品線路測試結(jié)束，直至現(xiàn)場調(diào)試客戶反映的問題。

　　3 ADV7850

　　ADV7850是ADI公司首款針對消費(fèi)和專業(yè)影音市場而開發(fā)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(dá)4k x 2k @ 30 Hz的視頻分辨率;一個視頻和圖形數(shù)字化儀，工作頻率高達(dá)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?yàn)橐宰罡?70MHz頻率工作的模數(shù)轉(zhuǎn)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(xiàng)式(x16 + x12 + x5 + 1)來分析用戶可配置數(shù)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(lán))上的每個數(shù)據(jù)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(shù)由用戶配置，最多255)的校驗(yàn)和。 要分析的幀數(shù)通過I2C控制寄存器進(jìn)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(lán)色通道上傳輸數(shù)據(jù))的一組結(jié)果。 如上所述，對于靜態(tài)輸入，對CRC執(zhí)行多次迭代應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生一致的結(jié)果。兩個幀之間只要有一個像素不同(最多有1600萬像素的數(shù)據(jù))，校驗(yàn)和結(jié)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(zhì)間歇產(chǎn)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(tǒng)設(shè)計師就能優(yōu)化系統(tǒng)并重新測試。

　　幀檢查器的功能當(dāng)然非常好，但只有將其投入實(shí)際應(yīng)用，才能體現(xiàn)其真正的價值。 ADV7850的幀檢查器可以在視頻產(chǎn)品的整個開發(fā)周期中使用，也可以在制造周期中使用。