（通信与信息系统专业论文）基于ctv100平台的数字化处理电视软件系统的研制.pdf

中文摘要 数字化处理电视( d r r v ) 是在模拟电视传输体制下，通过a d 转换器将接收 到的模拟电视信号转换成数字信号，然后对数字信号进行数字域处理，最后再经 过d a 转换电路，将数字信号重新转换为模拟信号并显示播出。 c t v l 0 0 数字化电视平台是意法半导体公司( s t ) 推出的1 0 0 1 - l z 电视解决方 案。它采用o s 2 0 实时操作系统，其多线程管理增强了系统实时处理的能力，也 为实现丰富多彩的用户功能提供了平台。c t v l 0 0 的核心是s t v 2 3 1 0 和s t v 3 5 0 0 两块芯片：s t v 2 3 1 0 负责接收各种模拟电视信号，具有制式自动识别，模拟信 号数字化处理等功能；s t v 3 5 0 0 内部含有s t 2 03 2 - b i tc p u 内核，可通过其d 1 接口接收s t v 2 3 1 0 发来的数字信号，并完成倍频，图像缩放，对亮、色信号进 行增强处理等功能。此外，其内部特有的o s d 生成器以及图像合成器( 用于各图 层的叠加) ，使其可提供全新概念的用户菜单。 论文介绍了数字化电视的设计方案( 包括硬件和软件) ，实时操作系统o s 2 0 ， 系统软件的层次化、模块化结构，模块之间的依赖关系和通信方式，开机启动和 正常工作时软件的工作流程。重点介绍了前端信号接收、自动搜台、电视节目存 储、音频等功能模块的设计以及整机调试方法。 数字化电视提高了图像质量，增加了用户功能，电视结构更趋简单，进一步 降低了成本，易于实现智能化，且适用于各种电视制式。当前，在模拟电视向数 字电视过渡的阶段，d p t v 将是电视行业的发展重点。 关键字：数字化处理电视软件分层结构 前端信号接收音频功能 实时操作系统 c t v l 0 0 a b s t r a c t t h ed i g i t a lp r o c e s s i n gt v p 1 、，) r c c c i v e sa n a l o g iv s i g n a lu n d e rt h ea n a l o gt v t r a n s m i s s i o ns y s t e ma n dc o n v e r t si ti n t od i g i t a ls i g n a l t h e nt h ed i g i t a ls i g n a li s p r o c e s s e di nd i g i t a lf i e l d a tl a s td p t v c o n v e r t st h ed i g i t a ls i g n a li n t oa n a l o gs i g n a l a n dd i s p l a y c t v l 0 0d p t vp l a t f o r mi st h el o o h zt vs o l u t i o np r o v i d e db ys t m i c r o e l e c t r o n i c s i n c ( s t ) o s 2 0 r e a lt i m eo p e r a t i o n s y s t e mi su s e di nt h e s o f t w a r es y s t e m t h er t o si s m u l t i t h r e a d i n ga n dm u l f i t a s k , w h i c he n h a n c e st h ea b i l i t yo fr e a lt i m ep r o c e s s i n ga n d p r o v i d e st h ep l a f f o r mf o ra b u n d a n tu s e rf u n c t i o n s t h ec o r eo f c t v l 0 0i ss t v 2 3 1 0 a n ds t v 3 5 0 0 ：s t v 2 3 1 0c a nr e c e i v ea l la n a l o gt vs i g n a l s ，i d e n t i f yt h ev i d e o s t a n d a r da u t o m a t i c a l l y , c o n v e r ta n a l o gs i g n a lt od i g i t a ls i g n a la n dp r o c e s st h ed i 西谢 s i g n a le t e ；s t v 3 5 0 0a c t sa st h es u p p l e m e n to f t h es t v 2 3 1 0 ，i th a sas t 2 03 2 - b i t c p uc o i ei n s i d ei t , a n dc a nr e c e i v et h ed i g i t a ls i g n a lf r o ms t v 2 3 1 0t h r o u g hd 1 i n t e r f a c e w h a t sm o r e 。s t v 3 5 0 0h a sm a n yf u n c t i o n s ，s u c h 嬲u p - c o n v e r t e r , z o o m , p i c t u r ei m p r o v e m e n ta n ds oo i li na d d i t i o n , s t v 3 5 0 0c a nb eu s e dt op r o v i d et h e f i r e - n e ww o n d e r f u lt vm e n ub e c a u s eo fi t so w no s dg e n e r a t o ra n dp i c t u r e c o m p o s i t o r ( m i x i n g f o u rp l a n e s ) t h i sd i s s e r t a t i o ni n n o d u c e ss y s t e md e s i g n ( s o f t w a r ea n dh a r d w a r e ) o fd p t v b a s e d - o nt h ec t v l 0 0p l a t f o r m , o s 2 0e m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e m , t h el a y e ra n d m o d u l eo ft h es y s t e ms o f i 、) i 砒t h er e l a t i o n s h i pa n dc o m m u n i c a t i o nm e t h o d sa m o n g m o d u l e s ，a n dt h es o f t w a r ef l o wo fp o w e ro na n dn o r m a lw o r k i n g e s p e c i a l l y , t h i s p a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g no ff r o n te n ds i g n a lr e c e i v i n g , p r o g r a ma u t os e a r c ha n d s a v i n g ，a u d i of u n c t i o na n d s oo na n da l s oi n t r o d u c e st h ed e b u gm e t h o d so f t h es y s t e m d p t ve n h a n c e st h ep i c t u r eq u a l i t y , i n c r e a s e st h eu s e rf u n c t i o n , s i m p l i f i e st h e iv s t r u c t u r ea n dd e c r e a s e st h ec o s t , e a s yt or e a l i z ei n t e l l i g e n t , a n da l s oa d a p tt oa uk i n d s o f v i d e of o r m a t d u r i l 唱t h et i m ew h e na n a l o g ivi st r a n s f o r m i n gt od i 百t a lt v , d p t v w i l la t t r a c tm o r ed e v e l o p m e n ti nt vi n d u s t r y k e yw o r d s ：d i 咖lp r o c e s s i n gt v ( d p i v ) s o f t w a r eh i e r a r c h y r t o s f r o n te n ds i g n a lr e c e i v e a u d i of u n c t i o nc t v l 0 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丢洼太堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：骂柏枷 签字日期：加- 6 年，月，2l a 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：彰棒狍 导师签名； 刊祥 签字日期：“年，月i2 日签字日期：矽z 年月，2 日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 科学技术的高速发展，使广播电视进入了由模拟电视向数字电视跨越的时 代，人们翘首以待的最高目标是高清晰度数字电视( 玎) t v ) ，这种电视的优异 性能和不同凡响的功能是众所周知的。但是，要实现h d t v 的普及化尚需要相当 长的时间，专家们预计，在发达的资本主义国家，还需要约5 8 年，而对包括我 国在内的发展中国家，估计需要8 1 5 年。在等待h d t v 普及化如此漫长的时间 内，人们早已不安于原有技术指标落后，视频效果不佳，功能单一的传统彩电了。 为了改变这种状况，电视业界作出了不懈的努力，力图从传统的模拟彩电一点一 点地改进，逐步向数字电视过渡。因此，近几年推出了过渡阶段的产品一数字化 处理电视( d p t v ) ，也称数字化电视。数字化处理电视与传统的模拟电视相比， 在性能上有了比较明显的提高，例如改善了画质和音质，成本降低，功能增加等。 未来几年内，数字化处理彩色电视将是彩电市场上的主流产品。 1 2 电视技术及其发展 自从上世纪4 0 年代世界上出现第一代电视以来，电视技术完成了从黑白到彩 色的革命，构成元器件走过了电子管一晶体管一集成电路( i c ) 的历程。尽管世界 各国采用的电路千变万化，款式日新月异，但是大多数电视广播与接收的标准和 制式依然处在模拟阶段。几十年的使用，人们发现模拟电视有很多局刚”。 其一，模拟信号在传输和处理的过程当中，信噪比会越来越差，而且因信号 和噪声在本质上是一样的，故一旦染上噪声就无法清除。 其二，模拟电视的清晰度与占用的频带宽度成正比，传统6 2 5 行的电视占 6 5 m h z ，如果清晰度提高一倍( 水平和垂直都翻一番) 频带就要上升到原来的 四倍，利用带宽压缩技术，可以压缩一些，但是带宽上升是不可避免的。当今， 电视台不断增加，为民用开发的频道已被占满，着要提高电视的清晰度，用户可 接收的总电视台数必然会下降。 其三，模拟电视的集成化成本较高，特别是高清晰度电视的成本更高。日本 从1 9 6 4 年就开始研发模拟高清晰度电视，历时二十几年，耗资十亿美元以上，虽 然成功了，但电视接收机每台超过1 5 0 0 0 美元，长期居高不下，最后不得不放弃 第一章绪论 i 。 从社会发展的角度看，数字电视是电视发展的必然趋势。需要明白的是，数 字电视并不必然与高清晰度联系在一起，数字电视本身就有多种清晰度格式。 s d t v ( 标准清晰度电视) 为现行格式电视的数字化版本，清晰度与优质的模拟 电视和d v d 影碟画面持平。h d t v 为高清晰度格式，画质和音质都大幅度优于现 行电视。 美国的数字电视多达1 8 种格式，分为高清晰度电视圈) t 、，增强清晰度电视 e d t v 和标准清晰度电视s d t v = 类。其中h d t v 的最低格式要求为1 2 8 0 x 7 2 0 p ( 逐行) 或1 9 2 0 1 0 8 0 i ( 隔行) ，画幅比1 6 ：9 ，伴音为杜比环绕声；e d t v 格 式应达4 8 0 p ，也有杜比数字音频伴音；s d t v 是现行电视格式的数字化版本，4 8 0 i 。 我国广电总局于2 0 0 1 年7 月就颁布了有线数字电视系统信道编码与调制规 范行业标准及一些有关业务信息规范，此后，很多城市就开始试播有线数字电 视了，多数用欧洲的d v b c 格式，但这和人们憧憬中的地面数字电视，特别是 h d t v 不是一回事，原因有二： 其一，这种数字电视是封闭的，电视台可以自行其是，没有统一的市场。用 户只能向有线电视台购买专门的调谐器( 也称机顶盒) 后，才能使用，而用户家 中的电视机却不需要任何改造。这种调谐器把与模拟信号在同一根电缆中送来的 数字信号解调并重新组装成模拟信号后送给用户电视机。模拟电视节目与数字电 视节目没有冲突，共存于一个系统。 其二，节目清晰度低。目前各城市开播的有线数字电视，基本上只有s d t v 的等级，清晰度与现行电视一样。而且，为了在有限的频段内多放些节目，大量 节目只有v c d 的水平，清晰度比现行电视还差。仅仅是多了一些数据服务，如炒 股，气象信息，电视网站等信息或互动服务。这些电视的用户享受不到视觉上的 提升，家中的优质电视机也发挥不出威力。 1 3 数字化电视介绍 1 3 1 什么是数字化电视 真正的数字电视机是指不必另加机项盒，能够直接收看数字电视节目的电视 机。由于我国数字电视的标准还没有正式订立，故目前市场上还没有一台是真正 意义上的数字电视机，而所谓的“数字”，“高清”甚至h d t v ( 或h d t v - r e a d y ) 实际上都是用了数字技术的模拟电视。这类电视机中采用了越来越先进的数字技 术，行业主管部门曾给过一个较为确切的用语一数字化电视，但没在市场用开。 2 第一章绪论 数字化电视机，即市面上形形色色的高端c r t 彩电的结构，图像信号解调前 和图像显示与声音播放部分都与模拟电视机完全相同，不同在于信号解调以后的 处理部分。当从全电视信号中解调a v 信号后，传统的模拟电视直接放大后就去 播放，而高端数字化电视还要把视频信号进行模数转换，变成数字信号，接着对 数字信号进行加工处理，然后再对数字信号进行数模转换，最后送c r t 显示。更 高端的液晶和p d p 电视，由于显示期间本身就是数字化的，故最后的视频数模变 换就不再需要了，只要进行不同格式显示的数字变换即可。 1 3 2 数字化电视的主要技术 数字化电视虽然没有明确的分代，但大体上可分为四个档次 1 - 2 】。最早被称 为数字化电视的机种实际上只有色分离电路中采用了数字梳状滤波器，接着出现 了1 0 0 地r 场扫描，逐行扫描技术，最后是目前的各种高端电视中用的高倍显像技 术及扫描频率可变的逐行扫描。 l o o h z 场扫描和逐行扫描两项功能都需要采用数字图像处理专用芯片和特 殊的数字存储器，若把数字化后的行图像数据存储一下，加速扫描两次，原来的 5 0 h z 场频就能上升到1 0 0 h z ，这就是1 0 0 h z 电视机，能消除大面积闪烁。 若把奇数场和偶数场的数据都存下来，间隔之间抽取行信号，把原来1 、3 、 5 行的奇数场和2 、4 、6 行的偶数场构成的图像变成1 、2 、3 、4 、5 逐行 显示的图像，就是逐行扫描。该技术可以消除图像上看得见的扫描行线结构，彩 色的附着力也更好，图形边缘的锯齿和蠕动感消失，画面细腻，有电脑显示器和 电影胶片的画面质感。 这两项技术都需要将行扫描频率和视频带宽上升一倍，偏转机构也要有较大 的改进。同时，因存储器的大小和重新拼装画面的方式不同还有很多细节差别。 扫描频率可变是电视机的又一大进步。原来的电视机只有一种扫描频率，故 可以用最经济的电路来实现，最新型的数字化电视为了能兼容各种视频，特别是 高清晰度视频的不同格式，场频和行频都可以变化，就必须采用与电脑显示器一 样的扫描方式，技术要求较高。最高行扫描频率越高的机种，能兼容的视频格式 也越多。 目前的“高清”或卸d t v r e a d y 电视就是指可以显示与t v 格式相同的模 拟视频信号，一般兼容蛩1 1 0 8 0 i 就足够了，因为我国的h d t v 视频格式采用1 9 2 0 1 0 8 0 i 已确定，有些厂家已兼容到7 2 0 p ，甚至1 0 8 0 p ，并无实际意义，仅仅是为 了寻找卖点而已 第一章绪论 1 3 3 模拟电视机不会被完全淘汰 尽管数字电视制式与现行模拟电视制式没有兼容性，但电视机都还能用，不 需要一夜之间把模拟电视机全部淘汰掉。当数字电视正式开播后，两种电视制式 会共存一段时间。在这段时间内，用户可以有三种选择：1 、用模拟电视机看模 拟台的节目，当然，模拟台会越来越少。2 、购买一只数字电视机顶盒，接上原 有的模拟电视机，可同时收看模拟台和数字台的节目。3 、重新购置数字电视机 看数字台节日。可以想到，在那段时间内，电视机厂也会生产模拟数字双制式 电视机，以方便用户收看所有的电视节目。 当全部模拟电视台停播，完全进入数字电视时代，天空中只有数字电视信号 时，用户仍可用机顶盒加模拟电视机的方式收看数字电视。所以，现在所有的电 视( 包括几百元的廉价品) 将来都能看数字电视，现在所有的电视( 包括几万元 的高端电视) 将来都要买数字电视机项盒。 1 4 本论文的工作内容 由上述内容可以看出，在现阶段研制数字化电视是符合我国国情的，能够进 一步的满足人们对电视质量的需求。本课题的整体任务是研制和开发基于 c t v l 0 0 平台的数字化处理电视机( d p t v ) ，包括其软件和硬件。主要可以分为 两个部分；一、硬件部分数字板的研制和开发；二、软件部分的设计和开发。 软件的主要开发工作可以用表1 1 来表示： 4 第一章绪论 表1 1 数字化电视软件开发分类表 mt l n ec o m m e n t 1 初始版本的软件运行在 修改软件配置，屏蔽掉一些外部器件的依赖，验证处理器系 s s b 上，点亮m o n i t o r 统的正常运行，同时也为以后各模块的添加提供平台。 2 基于e a s t k i t 底板上的 中放部分控制算法会影响整机调谐性能。 调谐器、中放和a v 切 模拟前端信号切换也采用非1 2 c 总线芯片，故同样需要修改 换，接收电视节目或播放 这部分驱动，模块结构也有较大变动。 s c a r t 信号，显示在 m o n i l o r 上 3 开发、集成、测试新的扫扫描芯片由t d a 9 3 3 2 改为s t y 9 2 1 1 + s t v 9 1 1 8 ，需要重写驱动， 描模块，点亮显像管 这部分与参考设计差异很大，在重写扫描驱动的同时还要相 应修改上层对这个驱动的调用，在开发和调试上有很大的难 度。这部分的调试还和显像管的驱动有很大关联，须注意控 制的合理性和安全性。 4 调试音频模块，根据具体 在新的硬件平台上修改音频驱动，实现各种音频控制功能， 要求增加控制功能 支持n i c a m 的f o r c em o n o 功能 5 调试图文电视模块图文电视的调试依赖于对图文电视标准的了解和图文电视 信号发生器 6 完善用户功能包括新风格的o s d 菜单，游戏，闹钟，屏保的集成等。 7 完善开关机流程，形成整 开关机流程需考虑系统各部分，尤其是扫描部分。此外需要 机功能 考虑e e p r o m 数据的交换。 8 开发工厂菜单根据e a s t k i t 具体要求而定 本论文工作是整个课题工作的一部分，主要任务是数字化处理电视底层软件 的设计和开发，以s t v 3 5 0 0 作为c p u ，开发它的软件，实现客户提出的功能要 求。具体工作内容说明如下： 1 前端搜台部分：根据新的高频头和中频芯片，修改前端驱动模块；完善搜台 算法，解决丢台问题，缩短搜台时间；增加了频率微调功能；增加了r fs y s t e m 切换功能。 2 音频模块：根据新版本硬件修改了音频驱动；实现了音频部分的平衡和五段 均衡器控制、声场模式切换、智能音量控制、响度控制、静音等基本功能； 增加了从自动识别系统中提取r fs t a n d 的功能；根据具体要求改进了声道切 换功能；在原有n i c a m 控制的基础上增加了f o r c em o n o 功能。 5 第一章绪论 3 a v 切换模块：用新的p i o 控制芯片替换了开发板中1 2 c 控制芯片，修改了该 模块的驱动；增加了s c a r t 的s l o w b l a n k ( 慢消隐) 识别功能；实现了切换 的优先级别s 端子 s c a r t i s c a r t 2 t v ： 4 用户功能部分：自行设计了童锁，定时闹钟，定时关机功能，设计了底层接 口，为游戏和用户屏保的集成提供了平台。 5 软件系统升级：把整个软件开发平台从原有的d e v k i t l 4 2 升级到了 d e v k i t l 5 2 ，新的软件系统支持s t v 3 6 0 0 ，增加了m o s i c ，r e p l a y 功能，并修 改了原有版本的一些b u g 。 1 5 本课题的研究进展与成果 经过一年多的努力，本课题组研制的数字化处理电视p t v ) 预定的功能己 全部实现，硬件和软件系统也已经稳定。该d p t v 图像清晰，画质细腻，独特的 o s d 菜单和游戏画面也成为其风格之一。目前，该d p t v 作为上海东杰公司的 一款面向欧洲的新机型，已经进行t d , 批量生产，部分样机也发到了欧洲客户手 中，一旦得到订单，就可以进行大批量生产。 6 第二章数字化电视的功能结构概述 第二章数字化电视的功能结构概述 2 1 一般数字化电视的功能结构 1 3 常所见的黑白电视和彩色电视都属于模拟电视范畴，或称为标准电视 ( s t v ) 。普通的模拟电视机接收系统框图如图2 1 p 所示。 图2 - 1 模拟电视接收系统框图 器 该系统由接收电路，解调电路和显示器三部分组成。接收电路从天线接收到 的电信号中选出所需频道的高频电视信号，经过放大滤波加到解调电路，解调电 路去除载波，恢复原始的基带视频信号，并输送到显示器电路。电视接收机接收 到的是模拟信号，该信号经过接收电路、解调电路而进行的各种加工处理都采用 模拟方法，即信号始终没有改变“时间和幅度上均为连续”的性质，所以目前无 论是黑白电视还是彩色电视还都属于模拟电视范畴。 自二十世纪7 0 年代开始，国际上通信技术率先开始向数字化发展，此时数 字集成电路和微处理器发展迅速，在电视机方面开始出现采用微处理器控制的遥 控器，采用由半导体存储器构成的帧存储器实现画中画( p i p ) 功能等。二十世 纪9 0 年代后期，我国电视机厂家开始采用数字处理集成电路生产d p t v 电视机， 一般的数字化电视机信号流程简图如图2 2 1 4 1 所示。 图2 - 2 一般的数字化电视机信号流程简图 7 第二章数字化电视的功能结构概述 数字化电视机中的高频头以及中频电路仍然采用与普通彩色电视机相同的 模拟电路，在中频电路中对信号进行解调，从而得到视频信号和音频信号，随后 数字化电视机对其进行a d 转换，将模拟信号变为数字信号，再进行数字信号 处理。经过上述处理的数字信号最终还要通过d a 转换电路，重新转化为模拟 信号，再经过视频功率放大后去激励显像管，经音频功率放大后去激励扬声器。 d p t v 电视机中采用的数字化电路主要有如下几种1 4 j ； l 、功能控制的数字化电路 数字化电视采用微处理器系统来控制全机的操作与调试，该系统一般由微控 制器( c p u ) ，e 2 p r o m 存储器和1 2 c 总线控制电路组成。可以实现如下的基本 功能：频道选择、预置、自动搜索、半自动搜索等；制式识别和切换控制；图像 画质控制，例如对比度、亮度、色饱和度、鲜明度；伴音参量控制；用户控制菜 单；其他功能如待机，定时开关机，t v a v 切换。 2 、数字式梳状滤波器y c 分离电路 普通电视中的y c 分离通常采用频率分离法，即在亮度通道中设立色度副载 波陷波器，用以滤除色度信号和取出亮度信号，但效果欠佳。在数字化电视中广 泛采用的是数字动态梳状滤波器，分离效果彻底而且无需作任何调整。 3 、主信号的数字化处理 为了改善隔行扫描引起的行间闪烁和大面积的图像闪烁等问题，对电视信号 进行数字化处理，采用场内行插入法和帧内场插入法，提高行频和场频，从而彻 底消除各种闪烁对画质的影响。倍频扫描技术改善了图像垂直清晰度，减少了行 间闪烁；用数字梳状滤波器可以改善图像水平清晰度，减少了亮、色串扰。这两 种技术从不同角度解决了传统模拟彩电的缺陷，能获得最佳的显示效果。 4 、- c a m 技术的应用 n i c a m 技术的核心是英国b b c ( b r i t i s hb r o a d c a s t i n gc o r p o r a t i o n ) 所开发 的n i c a m 7 2 8 技术，即准瞬时压扩多伴音系统，俗称“丽音”。丽音技术在传输 电视图像和模拟单声道信号的基础上，还同时传输两路经数字编码的声音信号， 作为电视节目的伴音，采用该技术传送的伴音质量，无论在信噪比、动态范围还 是声道个数等方面都比传统的调频伴音质量要好许多，比较接近c d 的音质。 除了上面介绍的技术之外，还有画中画电路，v g a 显示器接口等其他电路， 总之这些数字化技术的采用，使数字化电视在性能上有了很大的提高 8 第二章数字化电视的功能结构概述 2 2 基于c t v l 0 0 平台的数字化电视解决方案 2 2 1c t v l 0 0 的硬件结构 s t 公司提供的c t v l 0 0 平台主要由以下几部分电路组成：数字板部分( 用 于将模拟信号转换为数字信号并进行处理) ，底板部分( 主要的模拟电路部分， 并包括调谐器、音视频输入输出等端子) ，前面板部分( 接收遥控信号) ，键盘 部分，扫描尾板部分，电源部分，偏转和显像部分，以及可作为选项的v g a 接 口板部分。整体硬件结构框图如图2 - 3 所示： 教字都分 h i i f r c i ：翼电疆i 爵夏磊习 叫型i 2 5 y i _ j 匕二= 刿 s r b 湖 1 罂墅l h 圊阿 c v 船l _ 叫 i l 叫5 。 专 视频 f 锄麟目g e ：i 诺 i 虻 盯b 输入 i 一 皿盯玛9 i 信号 矩阵 【开关 甘 上 i l s r 蹦 i i 面 黜 1 0 0 x z 电视整q解硖方案辆6 图2 - 3s tc t v l 0 0 电视整机方案框图 数字板部分以s t v 3 5 0 0 和s t v 2 3 1 0 为核心，负责模拟电视信号的数字化及 其处理的全过程。其中，s t v 2 3 1 0 是一个优质的通用视频前端电路，能够提供 极具成本效益的面向“数字化”电视应用的解决方案。它兼容全球模拟电视输入 标准( p a l ，n t s c ，s e c a m ) ) ，以及模拟r g b 和y c r c b 输入格式，并能够把输 入格式转换成一种数字的i t u - rb t 6 5 6 6 0 1 方形象素流( d 1 制式) 。s t v 2 3 1 0 内嵌一个优质的v b i 限制器，通过一个1 2 c 接口，编程操作十分容易，可应用 于便携式录像机( p v r ) 、机顶盒、d v d 视盘机、p c 电视、高清晰度电视等。 作为s t v 2 1 3 0 的一种补充，s t v 3 5 0 0 包括一个高度灵活的2 h 升频器。这 是一个高性能的3 2 位s t 2 0 处理器核心，能够提供支持主流业务如图文电视( 最 高2 5 代) 、闭路图文、e p g 、复杂位映像屏幕显示器、h t m l 游览器和网络电 视( t e l e w e b ) 所需的全部处理能力。此外，它还包括控制电视机箱所需的全部 外设和以提高图像质量为目的处理各种信号的各种算法。 9 第二章数字化电视的功能结构概述 c t v l 0 0 平台另外还有带s r s ( s o u n dr e t r i e v a ls y s t e m 虚拟环绕声) 多制式电 视音频处理器和数字声音解码器的芯片s t v 8 2 0 6 ，视频切换矩阵开关芯片 s t v 6 6 18 或t e a 6 4 1 5 c ，视频扫描芯片t d a 9 3 3 2 ，以及一些外围器件e e p r o m ， f l a s h ，s d r a m 等。 在本项目的实际设计中，因为机型主要针对欧洲市场，不需要兼容显示高清 和v g a 信号，但要求支持欧洲标准的s c a r t 接口，支持图文电视，对图像和 音质效果要求比较高，并且考虑成本因素，所以视频切换开关采用了c i m 0 5 2 ， 视频显示处理芯片选择s t v 9 2 1 1 + s t v 9 1 1 8 ，声音处理芯片采用s t v 8 2 1 6 。 2 2 2o t v l 0 0 主要芯片介绍 2 2 2 1s t v 3 5 0 0 芯片介绍 s t v 3 5 0 0 是专用于l o o h z t v 解决方案的一款低成本、高集成度芯片，输入接 口为d l 接口，可配合s t v 2 3 1 0 组成一个d p t v 的解决方案。s t v 3 5 0 0 内部包括行、 场上变频器、可控制机内各外设的接口、一个s t 2 0 系列3 2 位c p u 内核和可显示 文字与图片的内部o s d 生成器。s t v 3 5 0 0 内部结构如图2 - 4 所示； 图2 4s t v 3 5 0 0 芯片的结构框图 由该图可知，s t v 3 5 0 0 内部结构可以图中的总线( b u s ) 为界划分为两大部分： 总线之上是视频信号处理流水线；总线之下是整机控制及同步部分，以下是对各 个主要的功能模块的介绍： ， 1 输入模块s d i n ：用于处理输入的视频信号，包括以下一些特性与功能： ( 1 ) 提供符合d 1 标准的输入接口，可对4 ：2 ：2 格式的视频数据流进行解复用， 并可从中抽取出嵌入的各种辅助数据。 1 0 第二章数字化电视的功能结构概述 ( 2 ) 模块内的行场滤波器可通过编程设置其系数，用以减小图形失真。 ( 3 ) 拥有基于s t 专用算法的3 d 瞬时降噪功能。 ( 4 ) 还可通过软件进行循环检测，来估计噪声级别并控制3 d 瞬时降噪。 ( 5 ) 此外，该模块还具有运动估计功能。 2 视频显示模块( v i d e od i s p l a y ) ：模块内包含将输入的视频数据流转换成需 要的显示格式这一处理过程中所有的功能单元，并且此模块可根据上变换的模 式，产生出正确的视频显示序列，包括：每行的像素数，每场的行数，每秒的场 数。此外，它还可利用高分辨率的行和场多相滤波器内插入所需的额外像素和行， 以满足所选择的显示格式的需要。 3 图像合成模块( p i c t u r ec o m p o s i t o r ) f 用于将经过视频显示流水线中的 y s i ，c 模块增强后的视频层面与来自o s d 生成器的图形层面，以及光标子图 层和背景层面信号进行合成，对于不同的层面，采用2 5 6 级不同的透明度模式。 4 屏显模块( o s d ) ：该模块可生成叠加于电视图像层之上的电视菜单，o s d 利用颜色查找表c l u t ( c o l o rl o o k - - u pt a b l e ) 来确定具体的颜色。c l u t ( 也称 作调色板) 定义了2 s 6 种颜色并存储在外部的s d r a m 中，因此o s d 使用c l u t 时用8 b i t 数据即可确定一种颜色，而每种颜色却需要3 2 b i t 来定义，包括8 b i ta 透明度控制以及8 b i tr 、8 b i tg 、8 b i tb 。o s d 层由不同的显示区域组成，对于每 个区域可使用不同的c l u t 。 5 2 d 块搬移模块( 2 db l o c km o v e ) ：负责从内存中的莱区域读入数据块，处 理后再写到另一区域中，内存地址采用字节对齐方式，该复制过程是由d m a 引 擎来控制的，从而减轻了c p u 的负担。该功能可用于加速图像的重定位和显示。 6 内插矩阵模块( i n t e r p o l a t i o nm a t r i x ) ：根据输出格式的需要，完成所需像素 的内插以及视频数据的矩阵转换。 7 d a 转换模块( d a c ) ：用于将数字视频信号转换成模拟的y c r c b 分量信号 或r g b 信号输出。以上七个模块共同构成视频信号处理流水线。 8 s t 2 03 2 b i t 的c p u 内核：s t v 3 5 0 0 中的c p u 内核属于s t 2 0 家族，运行 频率在4 1 0 0 m h z ( 主要取决于是在低功耗还是在全速模式下) ，内核中还包括 4 k b 的指令缓存器和4 k b 的数据缓存器，8 k b 的s r a m 以及调试控制器( d c t j ) 和中断控制器0 t c ) 。 9 外设接口模块( t v p e r i p h e r a l s ) ：该模块包含了s t v 3 5 0 0 控制t v 机内的 所有外设接口，包括：3 0 b i t 的完全可编程的p i o ；4 个外部中断；8 b i t 可编程的 p w m 和4 个i o ；红外数字处理器；实时时钟以及看门狗定时器；4 个1 6 b i t 的 定时器：u a r t 接口等。 1 0 e m i 接口：用于与外部的存储器连接，如f l a s h 和s d r a m 等。 第二章数字化电视的功能结构概述 1 1 时基发生模块( t m a e b a s eg e n e r a t o r ) ：该模块生成用于视频输出所需的行 场同步脉冲信号。它可从s d i n 中抽取出h v 同步脉冲( 在l h 域) ，然后根据选 择的同步模式，生成相应的用于2 h 域的h v 同步脉冲信号并输出。 1 2 中断级别控制器o n t e r m p tl e v e lc t r l ) ：用于设置并控制中断级别。 总体来看，s t v 3 5 0 0 内部结构可以由五个子系统组成： 1 内核子系统：由s t 2 0c p u 内核、i ) c u ( d e b u g g e r ) 、s t b u s 总线、e m i 、 f l a s h 和s d r a m 组成，实现程序存储、取指、译码、执行以及数据存取等的最 小范围的内部系统。 2 视频子系统：由s d 玳、d i s p l a y 、c o m p o s i t o r 、o s d 相关模块和输 出阶段组成，构成视频信号处理的全过程。 3 同步子系统：由v t g 和时钟控制器模块组成，提供整个芯片的时钟和同 步。 4 通信子系统：由取、1 2 c 、p w m 、a d c 、u a r t ，m d a 、r t c 卿m g 、咖r s 等组成，完成与机内其他芯片和电路的通信与控制。 5 图形子系统：由o s d 生成器，光标以及d m a 块移动引擎组成，用以显 示菜单。 2 2 2 2s t v 2 3 1 0 芯片介绍 s t v 2 3 1 0 是用于处理标准模拟信号，并将其转换成数字信号输出的高品质 视频处理前端芯片。它能够处理的信号包括n t s c p 朋娟e c a 】制式的c v b s 电视信号，模拟的r o b 和y c r c b 信号。 该芯片具有自动识别标准的功能，可根据标准自动选择最优的y c 分离算 法，并且具有根据需要改变输出图像显示比例的功能，它还能够把输入信号的格 式转换成数字的i t u - rb t 6 5 6 ，6 0 1 格式。 而且，s t v 2 3 1 0 不需要外部同步系统，它可从c v b s 或y 分量信号中提取 同步，并将该同步信号通过行、场及帧同步引脚传输出去。 s t v 2 3 1 0 的应用领域很广，它适用于各种需要对模拟电视信号进行数字化 处理的应用场合，如：1 0 0 h z 1 2 0 h z 倍频情况数字视频广播d v b 、高清晰度 电视 玎) t v 、基于p c 的t v 、机顶盒s t b 以及p v r 等领域，其结构图2 - 5 所示： 1 2 第二章数字化电视的功能结构概述 图2 - 5 芯片s t v 2 3 1 0 的结构框图 按照s t v 2 3 1 0 内部的各功能单元可将其分为如下几个主要模块： la d 变换模块( a d c & s r c ) ：在经过该模块中的信号钳位及自动增益控制 电路后，模拟信号幅度将限制在模数转换器( a d c ) 所能接收的范围内，并通 过a d c 转换为数字信号。 2 亮色分离模块( l u r n ac h r o m as e p a r a t o r ) ：用于将色度信号从包含有亮度 信号、色度副载波信号以及同步信号的复合信号中提取出来，然后将亮度、色 度信号送入不同的模块进行处理。 3 解码模块( f u l l ya u t o m a t i cp a l s e c a m n t s cd e c o d e r ) ：对数字信号进行 视频标准的自动识别，并根据该标准对分离出来的色度信号进行解码。 4 亮度信号延迟模块( a d a p t i v el u m i n a n c ed e l a y ) ：在色度信号处理过程 中，该模块对亮度信号采取自适应延迟处理方式，以便在亮、色信号重新组合 时能够保持正确的时序。 5 格式转换和输出模块( l i n ef o r m a tc o n v e r t e ra n do u t p u ts c a l e r ) ：此模块将 按照芯片设置情况，完成显示格式的转换以及改变输出图像的尺寸、比例等工 作。 6 数据合成及输出接口模块( d a t a m i x i n g & o u t p u ti n t e r f a c e ) ：当s t v 2 3 1 0 接 收y c r c b 信号时，y 信号送入a d c & s r c 模块，而c r 、c b 信号送入模拟r g b 插入模块中的a d c 中，这两路信号数据将在本模块内重新组合，并按4 ：2 ：2 y b 的格式输出数据及其像素时钟。本模块也可将经过亮色分离后的原c v b s 信号，最终以4 ：2 ：2 y c r c b 的格式输出。 7 色度控制模块( c r c bt i n tc o n t r 0 1 ) ：用于控制输入的c r 和c b 分量信号的 色调。 1 3 第二章数字化电视的功能结构概述 8 同步模块( s y n c h r o n i z a t i o na n dm o n i t o r i n gu n i t ) ：负责从视频信号中提取 行、场同步信号，再把得到的同步脉冲送至p l l 进行锁定，并将其作为同步信 号输出。 2 2 2 3 其它芯片介绍 除了上面介绍的几个主要芯片外，在本项目设计中还包括其它芯片，下面主 要介绍其中用到的视频扫描芯片有s t v 9 2 1 1 和s t v 9 1 1 8 。 s t v 9 2 1 1 是受1 2 c 总线控制的r g b 信号的驱动放大器，可以将来自o s d ( o n s c r e e n d i s p l a y ) 设备的r g b 信号与视频信号相叠加，并可以对对比度、亮度等 参数进行设置。 ， s t v 9 1 1 8 是几何校正芯片。支持的几何校正选项包括：场位置，场幅，垂直 水波纹，水平宽度，梯形，枕形，上( 下) 边角，平行四边形，桶形等。它只需 很少的外围器件配合工作，非常适合在需要高性能几何调整特性的场合使用。 2 2 3c t v l 0 0 软件系统架构 在s t v 3 5 0 0 内部集成了一个3 2 位的r i s cc p u 内核，主频最高可以达到 1 0 0 m h z ，这为实现功能强大的软件提供了基本保证。同时，为协同管理电视工 作时各种操作，在该平台中使用了s t l i t e o s 2 0 嵌入式操作系统。因此，在整个 系统的开发过程中要考虑影响嵌入式系统运行的许多因素，如实时性，系统资源 的合理分配与利用，任务调度，中断设置，应用程序与操作系统的结合等。一般 在比较大型的软件项目中，都是采用模块化的组织结构，分层设计，这样有许多 的优点：各个模块划分相对独立，便于多人协作开发，同时软件也易于维护，并 且具有可同时扩展的特