（信号与信息处理专业论文）投影仪无线传输设备中视频处理系统的设计.pdf

南京邮电人学硕j j 研究生学位论文 摘要 摘要 随着电子技术的飞速发展和人们生活水平的稳步提升，传统的投影仪由于在计算机到 投影仪之间采用有线传输方式，在不少场合，例如悬挂投影仪连接，多台计算机到投影仪 的切换等，已经难以满足人们的需求，因此采用无线方式的从计算机到投影仪的传输技术 就成为研究和丌发的热点。 在投影仪无线传输设备中，由于计算机输出的数字视频的信息量庞大，而无线传输带 宽有限，因此必须对所传输的数字视频进行压缩处理。在这样的传输设备中，除了宽带无 线传输技术以外，数字视频的压缩是整个设备中至关重要的一个部分。本文从实际应用需 求出发，选取p h i l i p s 公司的p n x l 5 0 0 高速多媒体处理器来实现投影仪无线传输设备的视 频处理功能，完成视频的采集、处理和输出等基本任务。这种以d s p 为主的视频压缩处理 系统包含硬件和软件两个部分，本文工作的重点在于硬件实现部分，可概括如下： 1 ) 在分析投影仪无线传输设备组成的基础上完成了视频压缩处理系统的原理设计： 2 ) 完成了视频处理系统的原理图设计、p c b 图的绘制、所有的元器件的安装和调试； 3 ) 进行了系统的底层b s l ( 板级支持库) 、局域网接口、电源电路设计和调试、部分 测试代码的编写和调试。 本文的第一章主要介绍了投影仪的无线传输设备的构成；第二章简述了视频处理系统 的总体构架；第三章主要描述硬件和p c b 设计；第四章介绍了系统的底层软件设计；第五 章是有关安装和调试方面的内容；最后，第六章总结了本文的工作，并指出了今后有待完 善之处。附录部分给出了视频处理系统( 发端) 的p c b 图和安装好的实物照片。 关键词：无线传输，视频处理，p n x l 5 0 0 ，p c b 设计 南京邮电人学硕j j 研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n t i f i ct e c h n o l o g ya n dt h e i n c r e a s i n g l yi m p r o v e m e n to f p e o p l e ss t a n d a r do fl i v i n g ，t h et r a d i t i o np r o j e c t o rw h i c hu s e sw i r et r a n s m i s s i o nw a yb e t w e e nt h e p r o j e c t o ra n dt h ec o m p u t e ri sa l r e a d yi n a d e q u a t et os a t i s f yp e o p l e sn e e di nc a s eo ft h eh a n d d i n g p r o j e c t o rl i n k su p ，t h ec h a n g e so fm a n yp l a t f o r m so ft h ec o m p u t e rt ot h ep r o j e c t o ra n ds oo n t h e r e f o r e ，t h et e c h n o l o g yo fa p p l y i n gw i r e l e s sm e t h o d st ot r a n s m i s s i o nf r o mc o m p u t e rt on e w p r o j e c t o rb e c o m er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n th o ts p o t f o rw i r e l e s sp r o j e c t o rt r a n s m i s s i o ne q u i p m e n t s ，t h ea m o u n to fi n f o r m a t i o no ft h ed i g i t a l v i d e oi sh u g ew h i l et h ew i r e l e s st r a n s m i s s i o nb a n d w i d t hi sl i m i t e d ，s ot h et r a n s f e r r e dd i g i t a l v i d e om u s tb ec o m p r e s s e d f o rs u c ht r a n s m i s s i o ne q u i p m e n t ，b e s i d e st h eb r o a d b a n dw i r e l e s s t r a n s f e r r i n gt e c h n o l o g y , d i g i t a lv i d e oc o m p r e s s i o ni st h em o s ti m p o r t a n tp a r t i nt h i sp a p e r , b a s e d o np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，t h ep h i l i p sc o m p a n y sh i g hs p e e dm u l t i m e d i ap r o c e s s o rp n x l5 0 0i s c h o s e nt or e a l i z et h ev i d e op r o c e s s i n gf u n c t i o n so ft h ew i r e l e s sp r o j e c t o rt r a n s m i s s i o ne q u i p m e n t ， a c c o m p l i s h i n gt h ev i d e of u n d a m e n t a lm i s s i o n ss u c ha sc o l l e c t i n g ，h a n d l i n g ，o u t p u t t i n ga n ds oo n t h i sv i d e op r o c e s s i n ga n dc o m p r e s s i n gs y s t e mb a s e do nd s pi sc o m p o s e do ft w op a r t s ，w h i c h a r er e s p e c t i v e l yh a r d w a r ea n ds o f t w a r e w ef o c u so nt h er e a l i z a t i o no ft h eh a r d w a r ep a r ti nt h i s p a p e r , a n dt h es u m m a r i e sa r ea sf o l l o w s ： 1 a c c o m p l i s ht h ep r i n c i p l ed e s i g no fv i d e oc o m p r e s s i n ga n dp r o c e s s i n gs y s t e mb a s e do n a n a l y z i n gt h ec o m p o s i t i o no ft h ew i r e l e s sp r o j e c t o rt r a n s m i s s i o ne q u i p m e n t ； 2 c o m p l e t et h ep r i n c i p l ed e s i g no fv i d e op r o c e s s i n gs y s t e m ；d r a wt h ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d ， i n s t a l la l lc o m p o n e n t sa n dd e b u gt h es y s t e m ； 3 d e s i g na n dd e b u gt h eb o a r ds u p p o r r tl i b r a r y , l o c a la r e ai n t e r f a c ea n dp o w e rc i r c u i t s ，a sw e l la s w r i t i n ga n dd e b u g g i n gs o m ep a r t so ft e s t i n gc o d e t h ef i r s tc h a p t e r so ft h i s p a p e ri n t r o d u c e dt h ec o m p o s i t i o no ft h ep r o j e c t o rw i r e l e s s t r a n s f e r se q u i p m e n t ；i ns e c o n dc h a p t e r st h es k e t c h e ds t r u c t u r eo ft h ev i d e o p r o c e s s i n gs y s t e mi s p r e s e n t e d ；t h i r dc h a p t e r si n t r o d u c e dh a r d w a r ea n dp c bd e s i g n ；i nt h ef o u r t hc h a p t e r st h ed e s i g n o ft h es y s t e mb o a r ds u p p o r tl i b r a r ya r eo b t a i n e d ；i nt h ef i f t hc h a p t e r st h e r ea r et h ec o n t e n t s r e l a t i n gt oa s s e m b l i n ga n dt e s t i n ga s p e c t ；f i n a l l y , i nt h es i x t hc h a p t e rw ec o n c l u d et h em a i n w o r k o ft h i sp a p e ra n dt h ef u t u r ew o r k t h ea p p e n d i xp a n ss h o w e dt h ev i d e op r o c e s s i n gs y s t e mp c b i i 南京邮电大学硕 ：研究生学位论文a b s t r a c t p i c t u r e sa n da s s e m b l i n gf i n a lm a t e r i a lo b j e c t s k e y w o r d s ：w i r e l e s st r a n s m i s s i o n ，v i d e op r o c e s s i n g ，p n x15 0 0 ，p c bd e s i g n i i i 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，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 含为获得南京邮电大学或其它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。 研究生签名： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：蹲导师签名：纽日期：率- 孕 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 本章首先简单介绍一下投影仪无线传输设备和视频处理系统，然后在引入课题的同 时，按照设计目标比较目前各种常见信号处理芯片( d s p ) 的性能，由此作出了芯片的选 择，在本章的最后介绍一下本文所作的主要工作。 1 1 投影仪无线传输设备框图 投影仪是人们在学习和工作中常常用到的一类多媒体演示设备，它为我们的学习和工 作带来了便利。平时我们一般使用的投影仪设备都是有线的，用一根1 5 芯r g b 连接线， 从计算机的v g a 接口连接到另一端的投影仪接口，只能在一个房间这样狭小的区域内实 现端到端的传输投影，缺乏灵活性、移动性等，限制了我们在日常中的使用。于是采用无 线传输设备来拓宽投影仪的使用范围，投影仪无线传输设备这个概念就应运而生了。顾名 思义，无线传输设备就是通过无线手段传输本来需要经过有线传输信号的设备，然后在投 影仪终端显示。这种设备拓展了我们对于投影仪的使用范围，满足了我们不断增长的需要。 下图1 1 就是投影仪无线传输设备的总体框图。 计算机一 模拟v g a 投影仪 模拟r g b 显示 视频数字化输入 压缩 p c ! 输出 ( a ) 发送部分 p c i 输入 解岖缩 模拟r g b 输出 p c i 接口 8 0 i o o m b i t s 3 2b i t 数 据和地址 p c i 接口 8 0 1 0 0 m b i t s 3 2b i t 数 据和地址 7 ( b ) 接收部分 图1 1 投影仪无线传输设备框图 如图所示，计算机输出的模拟v g a 信号，通过发送端的视频处理功能模块框，对其 南京邮电大学硕一i - 研究生学位论文 第一荦绪论 处理( 主要是压缩处理) ，之后经p c i 接口通过无线发送模块( 如u w b ：超宽带) 发送出 去。然后在远端经过无线接收模块接收，通过接收端视频处理功能模块框的( 主要是解压 缩处理) 处理，输出模拟r g b 信号到投影机显示。本文主要工作是进行图中发送和接收 部分视频处理功能框( 以下称为视频处理系统) 的设计以及发送视频处理框的硬件实现。 无线投影仪设备的发送端视频处理系统主要完成v g a 信号的采集、转换、压缩处理、输 出等功能。 1 2 视频处理系统对d s p 的要求 在投影仪设备中，由于是对计算机的v g a 信号的采集和模拟r g b 信号的显示，所以 要对视频格式进行一定的转换和进行数字化处理，另外我们可以估算v g a ( 8 0 0 6 0 0 ) 信 号输入速率：8 0 0 6 0 0 3 = 5 0 0 k b 3 = 1 5 m b 帧，i 5 3 0 8 - - 3 6 0 m 比特秒，实际计 算机r g b 输出的帧率为6 0 7 0 h z ，只采样3 0h z ，在显示时可以增补为6 0 7 0h z 。p c i 总 线标称速率：3 3 m h z 3 2 比特= 1 3 3 m b s - - - 1 0 0 0 m 比特秒，理论上p c i 总线传输速率为： 1 3 3 m b p s ，更为实际的约8 0 m b p s 。需要的压缩比：3 6 0 8 0 = 4 7 5 倍，由于所处理的内容还 包括文字、图形、动画等等，压缩效率不如自然场景的视频，压缩比定为7 倍左右比较合 适，所以视频处理系统对于投影仪无线传输设备是很重要的，对于视频处理系统的压缩处 理平台的选择对于设备的性能起到关键的作用。 d s p 作为视频压缩处理的主要平台，用户可根据自身的应用要求选择不同的d s p 芯 片，以使自己的产品做到成本最低，性能最佳。由于视频处理的实时性要求和数字视频处 理的特殊需要，视频d s p 的整体性能不能单单以主频的高低为主要衡量指标，需要根据应 用的要求来评价视频d s p 的综合性能。我们的无线传输设备就是需要选择一款合适的d s p 来搭建这样一个满足条件的视频处理系统。在p n x l 3 0 0 系列成功应用的基础上，p h i l i p s 推出了性能更高p n x l 5 0 0 系列。作为p n x l 3 0 0 系列的升级换代产品，p n x l 5 0 0 系列处理 能力更高、性能更好。从芯片的技术指标来看，p n x l 5 0 0 并不是p n x l 3 0 0 简单的速度升 级，而是在各方面性能都有了很大提高，功能也日趋完善。作为p h i l i p s 新推出的一款功能 强大的数字信号处理器，p n x l 5 0 0 采用成熟的t r i m e d i ac p u 内核新产品，具有f i v e 2 i s s u e s l o t 超长指令字( v l i w ) 架构，能支持多种格式视频的实时全分辨率解码和编码。p n x l 5 0 0 具有编解码m p e g 。1 2 4 、d i v x 、w m t 以及r e a lv i d e o 格式的功能，集成了许多必要 的片上外设，包括1 0 m 1 0 0 m 以太网m a c 、l c d 控制器、强大的视频输入输出接口、i d e 控制器、2 d 图形引擎、视频滤波、d e 2 i n t e r l a c e 处理，具有多播放器合成及o s d 实时屏幕 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 监看功能的优质解交错器【1 1 。总之，通过p n x l 5 0 0 和外围器件可以非常方便地实现对视频 信号的处理和传输。 1 3 核心芯片的选择 1 。3 1 设计目标 整个投影仪无线传输设备要实现从计算机信号的采集、处理、压缩，然后通过无线发 射模块传输到投影仪端进行显示，其中的视频处理系统完成相关的视频信号的处理，由于 我们选择的d s p 不具有直接处理v g a 信号( 计算机信号) 的功能，在这罩我们要加入一 个视频转换模块，把v g a 信号转化成t v 信号，然后从t v 信号在转化成适合d s p 处理 的信号。本文是一种基于实现的研究，u w b ( 超宽带无线传输) 模块暂时采用了以太网网 口进行有线传输。 1 3 2 常见的多媒体d s p 由于以视频信号为主的多媒体信号数据量大，压缩算法复杂。同时，考虑到实际效果， 又要求系统传输的图像、声音信号连续平滑、延时小，因此，对处理器的处理能力要求较 高。通用p c 机的c p u 处理多媒体数据的速度慢，且不适合嵌入式应用场合；单片机的能力 有限，不能很好地完成以高密集度乘加运算为主的压缩算法；专用芯片的运算速度快，但 缺乏灵活的可编程性，难以通过软件升级( 如多媒体编码标准的更新等) 实现设备的更新 换代。而传统的通用d s p 芯片，虽然具有可编程性，但缺乏多媒体信号尤其是视频信号的 外围接口，且缺乏针对图像位和字节操作的专门指令，在多媒体系统设计上缺乏竞争力。 为了解决上述问题，不少大公司相继推出一系列的新型的d s p 芯片媒体处理器( m e d i a p r o c e s s o r ) 。它们继承了通用d s p 芯片的特点，并针对多媒体的应用，扩充了各种接口功 能和优化了中央处理器结构。它们的出现，使得完全可编程的多媒体设备得以实现。与上 述处理平台相比较，在d s p 上进行视频产品开发有以下几方面的优势：第一，媒体处理器 特有的数字视音频输入输出接口、多媒体协处理器等使开发变得更加简单、方便：第二， d s p 处理能力强，可以在一个d s p 上同时实现多路音视频信号的压缩处理，同时为了及时 满足应用的需要，还提供了很多视频专用功能，这使得进一步降低产品的成本成为可能； 第三，可以根据市场变化，随时进行软件应用的调整，而不会受制于专用芯片组本身的技 术限制，从而在第一时间提升产品性能，增强产品的竞争力：第四，开发周期短，可快速 3 南京邮电大学顾l 研究生学位论文 第一章绪论 实现技术更新和产品换代；第五，芯片功耗低，利于提高产品稳定性。目前常见的多媒体 d s p 的选择范围主要有：p h i l i p s 公司的n e x p e r i a 系列芯片，t i 公司f l o d m 6 4 x 系列芯片， c r a d i e 公司的c t 3 4 0 0 与c t 3 6 0 0 系列芯片，a d i 公司的b l a c k f i n 系歹j j d s p 。 我们的选择范围也是在这些芯片之间，另外配合一些外围芯片。比方说：d d rs d r a m ，h y 5 d u 5 6 1 6 2 2 组成3 2 m b 内存；f l a s h 采用n o r 或n a n df l a s h ，例如，可以用i n t e l 的 2 8 f 3 2 0 ；视频解码芯片：比较典型的是p h i l i p s 的s a a 7 1 x x 系列等。 1 3 3 主要芯片的选择 1 d s p 的比较 n e x p e r i a 系列是p h i l i p s 公司推出的针对多媒体应用的d s p 。从1 9 9 6 年推出第一款芯片 t m l 0 0 0 后，陆续推出了t m l l 0 0 1 3 0 0 ，p n x l 3 0 0 ( t m l 3 0 0 改进版) ，p n x l 5 0 0 和p n x l 7 0 0 等，其主要性能见表1 1 。主要结构包括v l i wp r o c e s s o rc o r e ( 即核一g , c p u ) ，d m a 方 式的多媒体输入输出单元，d m a 方式的多媒体协处理器，高性能总线和内存系统，灵活 的外部总线接口。其中，采用v l l w ( 超长指令字指令集) 的3 2 位d s pc p u 是t m i3 0 0 的c o r e ， 其运行是由实时操作系统p s o s + 进行控制的， 指令( i n s t r u c t i o n ) 可以包含5 个并行的操作， 其编译器支持c 及c + + 级的代码。一条v l i w 每个操作又相当于数个r i s c 的操作。 项目 p n x l 3 0 0p n x l 5 0 0 主频速度( m h z ) 1 4 3 2 0 0 2 4 3 3 5 0 内存最大带宽( m b s )7 3 21 6 0 0 内存支持人小( m b ) 2 “48 2 5 6 视频输入精度( 位) 8 1 0 视频输入口( 个) 12 视频输出口( 个) i 2 p c i 接口标准 p c i2 1p c i2 2 指令缓存( k b ) 3 2 6 4 数据缓存( k b ) 1 61 6 核供电电压( v ) 2 5 1 2 功耗( w )2 3 ( 18 0 m h z ) 1 5 ( 2 6 6 m h z ) 芯片价格( r m b ) 1 3 0 1 6 0 2 1 0 2 5 0 表1 1p n x l5 x x 系列d s p 性能比较f 2 0 j 2 0 0 3 年，t i 发布了t m s 3 2 0 d m 6 4 x 系列的视频d s p 产品，它是一款面向多媒体应用的 专用d s p ，其主要性能见表1 2 。d m 6 4 x 系列采用的是c 6 4 xd s p 核，v e l o c it i 2 结构，其 4 南京| l i ；电大学硕i ：研究生学位论文 第一荦绪论 时钟高达7 2 0m h z ，8 个并行运算单元，处理能力达5 7 6 0m i p s 。它们支持1 0 m 1 0 0m b p s 的 以太网口( e m a c ) 、多通道音频串口( m c a s p ) 、p c i 接口等等，可支持4 路d l 图像，3 0 s 的m p e g 2 的实时压缩。不仅能够以m i c r o s o f tw m v 9 格式提供高清晰视频流，而且还能够 提供m p e g 4 ，m p e g 2 以及m p e g 1 视频流，同时支持h 2 6 4 。d m 6 4 2 具有支持v g a 分辨 率下的单路m p e g 2 编码或4 路m p e g 2 解码的能力。 项目t m s 3 2 0 d m 6 4 2 系列 时钟频率( m h z ) 5 0 0 ，6 0 0 ，7 2 0 处理能力( m l p s ) 4 0 0 0 ，4 8 0 0 ，5 7 6 0 外部存储器空间寻址范围( m b ) 1 0 2 4 核供电电压( v ) 1 2 ，1 4 ，1 4 一级程序高速缓存l lp ( k b ) 1 6 一级数据高速缓存l l d ( k b ) 16 第二级缓存l 2 ( k b )2 5 6 芯片价格 3 8 0 4 0 0 表1 2t m s 3 2 0 d m 6 4 2 系y i j d s p 性能比较 n e x p e r i a 系列的p n x l 3 0 0 d s p 处理能力稍弱，p n x l 5 0 0 年1 3 p n x l 7 0 0 处理能力较强，而 且其外设功能也较强，价格在同类产品中属于中等。d m 6 4 x 系列优势在于其计算能力和指 令集功能都很强大，且片上外设丰富，资料齐全便于开发，缺点是芯片价格贵2 。 基于价位和需求，以及之前实验室有过对于p h i l i p s 公司的d s p 处理系统开发的经历等 方面的考虑，我们这里选择了p n x l 5 0 0 。 2 视频解码芯片 d s p 不能接收模拟视频信号，因此需要对模拟视频信号进行数字化，俗称“视频解码” 或“电视解码”。需要解码的模拟视频信号主要有如下类型，一是复合视频信号( c v b s ) ， 一是s 端子视频信号( s - v i d e o ) ，还有y p b p r 分量视频信号以及v g a 视频信号。由于我们的 d s p 选择t p h i l i p s 的p n x l 5 0 0 ，所以外围视频解码芯片也选择p h i l i p s 公司的。p h i l i p s 半导体 公司能够提供多种视频解码芯片，对s v i d e o 、c v b s 信号进行解码的芯片有s a a 7 1 1 1 、 s a a 7 11 2 、s a a 7 1 1 3 、s a a 7 1 1 4 、s a a 7 1 1 5 、s a a 7 11 8 ，以及一些具有编解码功能的芯片 ( o i s a a 7 1 0 8 s a a 7 1 0 9 等) 2 2 j 。解码芯片的功能比较可见下表1 3 。 器件型号 s a a 7 1 1 2s a a 7 1 j 4s a a 7 1 1 5s a a 7 】8 采样率 i t u 6 0 li t u 6 0 l 2 x i t u 6 012 x i t u 一6 01 实时控制 - 0_ 0 输入 南京邮电大学硕- | ：研究牛学位论文第一章绪论 模拟输入 6661 6 a d c 分辨率 89 9 过采样9 过采样 模拟r g b y p b p r 输入 视频标准 n t s c p a l s e c a m 0寸 标准检测 -0 全臼动全自动 一般特性 颜色格式 y u vy u vy u vy u v 输山口( 比特) 8 ，1 68 ，1 68 ，1 68 ，1 6 供电电压( v ) 3 33 33 3 3 3 1 2 c 总线状态中断引脚 t 表l 一3 p h i l i p s 视频解码芯片性能比较一览表 相对而言，s a a 7 1 1 5 s a a 7 1 1 8 较优，s a a 7 1 1 8 是一款视频专用解码芯片，它支持1 2 c 总线，需要微型控制器( m c u ) 通过1 2 c 总线对它进行控制才能正常运行。p h i l i p s 提供的 数据手册( d a t as h e e t ) 中给出了它的各种控制模式及流程。 我们这里选择s a a 7 118 来作为视频解码芯片来处理s v i d e o c v b s 信号。 3 v g a 信号转换芯片 在无线传输设备的发送侧( 计算机侧) ，由于欲发送的模拟视频信号是来自计算机的 v g a 信号，而视频解码：枣片s a a 7 11 8 要求的输入信号是t v 信号( s - v i d e o 、c v b s 等) ，所 以我们选择了一款a v e r l o g i c 公司的视频格式转换芯片a l l 2 8 来实现从v g a 信号( r g b + 行 场同步信号) n s v i d e o c v b s 信号的转换。 与此相对应，在接收侧( 投影仪侧) ，我们则是采用a l 2 5 0 芯片，把从p n x l 5 0 0 中发送 过来的y u v 数字视频信号转化为投影仪v g a 接口可以接收的信号v g a 信号，供投影仪显 示用。 1 4 本文主要工作 本文根据投影仪无线传输设备的视频处理系统的要求，根据对目前常见的几种多媒体 d s p 的比较，采取了利用p n x l 5 0 0 来实现视频压缩处理的方案。本文的重点在于系统硬 件平台的设计和实现，因此作者的主要工作包括下面几个方面：考查方案的可行性，原理 图和印制电路板( p c b ) 的设计，元器件的安装、各模块的调整和测试，最终建立了发送 端视频处理系统的硬件工作平台。 除了本章之外，后续的第二章简述了系统的总体构架和系统框图，对于系统主要部分 和核心处理器进行了介绍；第三章主要在前一章节介绍的基础上把系统分解为电源模块、 6 南京邮 乜人学硕l 研究生学位论文 第一章绪论 视频采集和显示模块、启动模块、数据存储模块、通信模块，在硬件层面上详细讲述了各 个功能模块的设计过程，最后对p c b 绘制也作了简单介绍；第四章对视频处理系统的底层 软件进行了设计，包括n e x p e r i a 软件构架和系统b s l 的设计；第五章是系统的安装和调 试，编写相应的测试程序来验证模块的正常工作：最后第六章是对于本文的总结和展望。 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第二章投影仪无线传输设备中视频处理系统的设计 第二章投影仪无线传输设备中视频处理系统的设计 本章首先介绍一下系统的框图及其主要构成，然后着重阐述了视频处理系统中核心处 理器p n x l 5 0 0 的内部主要模块，使大家对于本系统有一个直观的了解。 2 1 视频处理系统的构成 2 1 1 系统框图 本系统是利用p n x l 5 0 0 实现视频图像的采集，压缩处理，传输以及显示的功能。首 先，利用从计算机的v g a 接口采集模拟的r g b 视频图像数据，传输给视频转换解码芯片 ( 这里选择s a a 7 1 1 8 h 和a l l 2 8 ) ，视频转换芯片主要是实现v g a 信号到t v 信号的转变 ；解码芯片主要做两个工作，一个是实现模拟视频数据的数字化工作，一个是完成视频图 像的制式转换工作，把p a l 制或n t s c 制式转换成y u v 格式，然后，p n x l 5 0 0 利用v i p 对生成的数字的y u v 视频数据进行相应的处理，并通过d m a 方式存储到d d rs d r a m 中，接着利用软件编码器( 如h 2 6 3 、h 2 6 4 等) 对内存当中的视频数掘进行压缩，压缩后 的数据保存在d d rs d r a m 中，然后调用网络发送模块，把压缩后的视频数据通过以太网 i s l 无线发送模块发送到远端，远端接收数据，解包并存放到本地硬盘中以备后用或内存中， 接着直接通过d m a 方式从内存中读取视频数据送到q v c p 处理生成相应的数据格式，接 着通过倍频芯片a l 2 5 0 生成标准的v g a 信号，最后通过v g a 接口送到投影仪上显示。 组成框图见图2 1 ，图中虚线框为视频处理系统。 2 1 2 系统主要组成部分 投影仪无线传输设备发送端的视频处理系统主要由以下三个部分构成： 1 v g a 信号到模拟电视信号的转换( 由a l l 2 8 完成) v g a 是视频图形阵列的缩写，是i b m 公司为p c 机的显示系统制定的标准。v g a 的 特点是扫描格式繁多，分辨率从3 2 0 2 0 0 一直延伸到1 2 8 0 1 0 2 4 甚至更高，行频1 5 。8 0 7 0 k h z ，场频5 0 1 0 0 h z 等。扫描方式有逐行和隔行，绝大部分是逐行。显示模式有文 本和图形之分。相比之下，电视扫描只有6 2 5 5 0 h z 和5 2 5 , 行6 0 h z 两种行场频方式，而且 全部为隔行扫描方式，每帧包括2 场【2 3 1 。 8 南京邮电人学硕一i j 研究生学位论文第二章投影仪无线传输设备中视频处理系统的设计 计算机模拟v g a 输出 a l l 2 8 s a a 7 1 1 8 ( r g b + 行场同步h v ) ( n t s c ，p a l s t a n d a r d ( 即插即用型 v g a n t s c p a l )8 b i ti t u rb t 6 5 6 ) 8 0 0 x 6 0 06 0 h z 令 一b v i p 端口 p n x l 5 0 0 ( 2 6 6 m h z 3 0 0 m h z ) i t u r 6 5 6 l a n l 0 0 数字视频压缩处理 y u v y c b c r u w bi 4 ：2 ：2 7 发射单元 i 八 耸：j 占越望 ， 一 ：二 、” 一 佞仪冀蔚 一 u w b 接收单元 h 视频输出单元 f ； p n x l 5 0 0 ( 2 6 6 m h z 3 0 0 m h z q v c p j a l 2 5 0 l l a n l 0 0 数字视频压缩处理 y u v叫 y u v 4 2 2 v g a 信号 4 ：2 ：2 图2 1 计算机到投影仪的无线传输设备框图 在专业电视设备中，用数字制式转换器在6 2 5 行5 0 h z 和5 2 5 行6 0 h z 两种扫描方式之 间进行转换。基本原理是通过帧存储器，用一种制式的时序“写 帧存，而用另一种制式 的时序“读”帧存，并用增减行场的方法调整扫描频率。增减行场会引起图像不连续，还 必须用内插算法进行平滑。v g a 到t v 的转换也采用类似所述的原理。由v g a 信号转化 到t v 信号有时还要实现逐行扫描到隔行扫描的转化。 采用v g a 口的连接线，把计算机的图像视频信号通过此线传到发送端的v g a 接i ：i 上， 然后由a l l 2 8 完成对v g a 信号的转换。格磊( a v e r l o g i c ) 公司生产的v g a 转t v 数字 视频转换芯片a l l 2 8 ，自动检测输入信号的行、场频率值，然后自动进行行、场频率 调整，使最终输出的视频信号符合标准的电视制式1 2 1 。如图2 2 所示，a l l 2 8 提供了模拟 r 、g 、b 信号送到数字视频处理器之前，需经过8 b i t 模数转换器，将模拟的r 、g 、b 信 号转换为数字r 、g 、b 信号。而后将其送到数字视频处理器中，并通过行存储器和场存 储器缓存，完成扫描方式变换、色度信号变换、行场频率调整以及数字滤波等数字信号处 理工作。经过数字信号处理的视频数据被送到视频编码器，对亮度信号、色差信号以及色 副载波信号等进行编码，使其输出变为符合广播电视标准的复合视频数字信号或s - v i d e o 9 南京邮电大学硕l 研究生学位论文第二章投影仪无线传输设备中视频处理系统的设计 和r g b 数字视频信号。最后经过9 b i t 的数模转换器，将数字信号变成标准的模拟电视信 号【3 1 。 外挂场存储器 图2 - 2a l l 2 8 内部功能模块框图 a l l 2 8 的主要特点如下： 1 ) 即插即用，无需软件即可自动支持的分辨率有6 4 0 x 4 0 0 ，6 4 0 4 8 0 ，8 0 0 x 6 0 0 ， 在6 4 0 4 8 0 的分辨率下，刷新率可达1 0 0 h z ；8 0 0 6 0 0 分辨率下可达8 5 h z ： 2 ) 具有高质量的抗闪烁滤波器，可除去令人不快的闪烁。这种动态闪烁滤波器在除 去闪烁影响的同时，可以维持原始的p c 图像分辨率及清晰度： 3 ) 集成了5 1 2 k 存储器，可以通过自动检测所接受图形信号的分辨率和刷新率来实现 即插即用； 4 ) 内建n t s c p a l 制式解码器，数模、模数转换器及静态存储器； 5 ) 可以由1 2 c 接口编程实现功能的完全控制f 3 l 】； a l l 2 8 具有很强的功能，几乎不需要什么外围器件，就可实现视频信号的转换。 2 模拟电视信号到y u v 4 2 2 信号的转换( 由s a a 7 11 8 完成) s a a 7 11 8 是一种适用于多电视标准的解码芯片。它有可供用户组合应用的四路模拟预 处理通道( 最多支持1 6 路模拟c v b s 信号) ，它们是资源选择、抗混淆滤波器、模数转 1 0 南京邮电大学顾十研究生学位论文 第二二章投影仪无线传输设备中视频处理系统的设计 _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ - _ 。_ _ _ - - _ _ - _ 。_ _ _ 。_ 。i - _ - _ 。i - 。_ - - 。- 。- _ _ 。_ _ _ 。1 。- _ 。一一 换器以及支持1 3 5 m h z 到2 7 m h z 的滤波器。每个预处理通道都具有自动钳位控制 ( a u t o m a t i cc l a m pc o n t r 0 1 ) 和自动增益控制( a u t o m a t i cg a i nc o n t r 0 1 ) 。具有多种数字输 入输出端口：r 端口( 实时信号端口) ，x 端口( 双向扩展口) ，i 端口( 视频图像端口) ； 其中i 端口可以配置为8 b i t 数据( 扩展为1 6 b i t 数据) ，4 - 2 ：2 ，4 ：l ：1 ，4 ：2 ：0 ，4 ： l ：0 的y c b c r 输出。通过1 2 c 总线和外部控制器，比特率可以达到4 0 0 k b i t s 。 不同格式的视频信号通过输入端子接入解码芯片的模拟输入端( s a a 7 l1 8 共有1 6 个 模拟端口) ，可以通过设定输入模式的控制字来确定输入的信号模式。它共有4 0 种信号 输入模式，支持多制式视频解码，支持目前所以视频制式( p a l n t s c s e c a m ) ，有自带 的梳状滤波器。其1 6 路模拟信号输入端，可实现灵活的信号组合输入：c v b s 、s v i d e o 、 r g b y c b c ，分量以及r g b 到y p b p ，转换：具有用于c v b s 、s v i d e o 和基带信号的分离的 亮度、对比度和饱和度调整，亮度色度带宽可编程1 4 j 。 所有的这些输入视频信号都被送到a d c 进行数模转换，但是不同的信号有不同的输 出。如果是y u v r g b 分量信号，先转换为数字化的分量信号，然后通过转换矩阵变换为 y c b c ，分量信号。如果是c v b s 信号，则首先通过a d c 数字化，然后通过一个梳状滤波 器改善亮色分离性能后再分别进行亮色处理，最后同样地转化为亮色信号y c b c ，分量。在 处理亮度和色度信号的同时，同步信号也得到了解码。该信号一方面被用来作为解码的输 出控制，另一方面还可以用来协助b c s 控制及分辨率变换处理。n t s c 制式时为7 2 0 4 8 0 ，p a l 制式时为7 2 0 5 7 6 。 3 视频的压缩及转发( 由发送端p n x l5 0 0 完成) 这部分是视频处理系统的核心，其功能主要由高速多媒体d s pp n x l 5 0 0 承担。 p n x l 5 0 0 具有解码m p e g 一1 2 4 、d i v x 、w m t 以及r e a lv i d e o 格式的功能，集成 了许多必要的片上外设，包括1 0 m 1 0 0 m 以太网m a c 、l c d 控制器、多种视频输入输 出接口、i d e 控制器、2 d 图形引擎、视频滤波、d e 2 i n t e r l a c e 处理和具有多播放器合成 及o s d 实时屏幕监看功能的优质解交错器。p n x l 5 0 0 可以实现两路视频输入：一路是 v i p ( v i d e oi n p u tp r o c e s s o r ) ，一路是f g p i ( f a s tg e n e r a lp u r p o s ei n p u t ) 。这样只要处理 能力足够，就可以同时进行2 路视频的编码。p n x l 5 0 0 具有两路视频输出：一路是q v c p ( q u a l i t yv i d e oc o m p o s i t i o np r o c e s s o r ) ，一路是f g p o ( f a s tg e n e r a lp u r p o s eo u t p u t ) 。 从s a a 7 11 8 输出的y u v 4 2 2 数字视频信号进入到p n x l 5 0 0 的v i p 端口，然后经过内部