（通信与信息系统专业论文）数字视频和oled微显示技术.pdf

电子科技大学硕士学位论文 摘要 人们通过视频可获取极其丰富的信息，因此对传递图像的质量 的要求日渐增高，同时还希望能通过多种渠道获取、欣赏视频图像， 甚至任何地方任何时间都可以看自己想看的节目，由此引发了数字 电视技术、流媒体技术、图像的大容量存储技术的迅速发展，数字 视频技术以及显示技术则是上述三种技术中的关键之一。 本文从数字视频角度出发，按m p e g 2 标准对图像信源压缩编 码方案、串并并串转换方案和终端微型显示均做了相关的研究。 这些研究包括信源部分的m p e g 2 编码器的设计与实现，同步并行 接口s p i 与异步串行接口a s i 的接口相互转换的设计与实现，以及 终端微显示方案的有机发光二极管o l e d 微显示接口控制的设计 研究。本文将这三部分的内容按照数字视频系统从信源到接收端的 顺序，分章节地作了详细的叙述，从原理到实现，从抽象到具体。 关键词：数字视频，m p e g 2 ，异步串行接口，同步并行接口，有机发 光二极管 电子科技大学硕十学位论文 a b s t r a c t a b u n d a n c ei n f o r m a t i o na r ei n c l u d e d i n v i d e o ，s oi m a g e t r a n s p o r t a t i o nw i t hh i g hq u a l i t yi sr e q u i r e d w h i l ev i d e oi s w a t c h e d a n de n j o y e di nt h em o r ew a y s ，e v e np e o p l ew a n tt ow a t c hd i g i t a l v i d e oa n y w h e r ea n da n y t i m e h e n c ei ti sd e s i r e dt oq u i c k l yd e v e l o p o f d i g i t a l t v 、s t r e a m - m e d i aa n d l a r g ec a p a c i t yi m a g es t o r a g e t e c h n o l o g y ，d i g i t a l v i d e oa n d d i s p l a y a r ev i t a lf o rt h e s et h r e e t e c h n o l o g y i nt h i s p a p e r ，c o m p r e s s i o n a n d c o d i n g 、a n dd i s p l a y i n g o f d i g i t a l v i d e oa r e s t u d i e d 、d e s i g n e d a n di m p l e m e n t e d ，b a s e do n m p e g - 2 ，f r o mt h ep o i n to fv i e wo fd vs y s t e m t h er e s e a r c hi n c l u d e m p e g - 2e n c o d e ru s e di nc o m p r e s s i o na n dc o d i n go fd i g i t a lv i d e o 、 c o n v e r s i o no fa s i s p iu s e di nt r a n s p o r t a t i o no fd i g i t a lv i d e oa n d o l e d m i c r o - d i s p l a y e ru s e di nd i s p l a y i n go f v i d e o ， t h i s p a p e r s p e c i f i e s t h e t h e o r y a n d t e c h n o l o g yc h a p t e rb y c h a p t e r f r o mt h e p o i n t o fv i e wo fd vs y s t e m ，f r o mo r i g i n a l t o t e r m i n a lo fd i g i t a lv i d e os i g n a l ，f r o mp r i n c i p l et oi m p l e m e n t ，f r o m a b s t a c tt oe n t i t y k e y w o r d s ：d i g i t a lv i d e o ( d v ) 、m p e g 一2 、a s y n c h r o n o u s s e r i a l i n t e r f a c e ( a s l ) 、s y n c h r o n o u sp a r a l l e li n t e r f a c e ( s p i ) 、o r g a n i cl i g h t e m i t t i n gd i o d e ( o l e d ) l i 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 的研究工作及取得的研究成果。据我所知，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，也不包含为获得电子科技大学或其 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 说明并表示谢意。 签名：塑堇坌日期：妒皇年g - 月珥e l 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使 用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权电子科技大学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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 痧 日期：2 。心年f 月珥日 电子科技大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 数字视频的概念及其特点 电视的实现，不仅扩大和延伸了人们的视野，而且以其形象、 生动、及时的优点提高了信息传播的质量和效率。在当今社会，信 息与电视是不可分割的。多媒体的概念虽然与电视的概念不同，但 在其综合文、图、声、像等作为信息传播媒体这一点上是完全相同 的。利用多媒体计算机和网络的数字化、大容量、交互性以及快速 处理能力，对视频信号进行采集、处理、传播和存储是多媒体技术 正在不断追求的目标。可以说视频是多媒体的一种重要媒体。 数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，采用数字化技 术将外界影像的颜色和亮度信息转变为数字电信号，再记录到储存 介质( 如录像带) 。播放时，视频信号被转变为帧信息，并以每秒 约3 0 帧的速度投影到显示器上，使人类的眼睛认为它是连续不间 断地运动着的。数字视频具有以下的特点： 1 数字视频是由一系列二进位数字组成的编码信号，它比模拟 信号更精确，而且不容易受到干扰； 2 视频信号数字化后，视频设备在加工数字视频时只涉及到视 频数据的索引编排，对数字视频的处理只是建立一个访问地址表 而不涉及到实际的信号本身。这就意味着不管对数字信号做多少次 处理和控制，画面质量几乎不会下降，可以多次复制而不失真； 3 可以运用多种的编辑工具( 如编辑软件) 对数字视频进行编 辑加工。对数字视频的处理方式可以多种多样，可以制作许多特技 效果。将视频融入计算机化的制作环境，改变了阻往视频处理的方 式，也便于视频处理的个人化、家庭化。 4 数字信号可以被压缩，使更多的信息能够在带宽一定的频道 内传输，大大增加了节目资源。数字信号的传输不再是单向的，而 是交互式的。 电子科技大学硕十学 奇论文 1 2 数字视频在数字电视中的应用 由于数字视频技术容易编码、加密等数字信号处理，数字视频 技术不仅已广泛应用于影视制作、广告设计、音乐创作、安全监视 控制系统、交通控制系统等专业领域，而且也成为个人和家庭电脑 用户的消费新时尚。随着科技的进步，数字视频技术也日新月异。 1 2 1 数字电视概念及其优点 数字电视( d i g i t a lt e l e v i s i o n ；d t v ) 是指采用数字技术将活动图 像和声音等信号加以处理、压缩、编码，经存储或实时广播后，供 用户接收、播放的电视系统。系统的各个环节，包括从演播宣节目 制作，到处理、传送、存储，传输，直至接收、显示等过程都采用 数字信号。与传统的模拟电视相比，数字电视在图像和声音质量两 面都有重大改进。根据清晰度可分为：标准清晰度数字电视 ( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ；s d t v ) 和离清晰度数字电视( h i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ：h d t v ) ，码率分别为4 兆和2 0 兆比特左右。 数字电视技术具有的优点主要体现在以下几个方面： 1 清晰度高、音频效果好。由于数字电视全过程采用数字信号， 不受节目编辑、传输、转播和接收的影响。s d t v 数字电视节羁可 以达到d v d 质量，在观看h d t v 节目时清晰度是目前电视的4 倍 以上，如35 m m 电影般清晰。 2 频带利用率高。原p a l 频道可播放4 到8 套s d t v 。 3 抗干扰性能好。解决了模拟电视中的闪烁、重影、亮色互串 等问题；可以实现城市楼群的高质量接收，移动载体中也可以接收 到清晰的数字电视节目。 4 便于开展各种综合业务和交互业务( 包括因特网业务) ，有利 于构建“三网合一”的信息基础设施。 5 节目的加密处理等应用。 1 2 2 数字电视的国内外发展 从1 9 9 4 年开播卫星数字电视，到19 9 8 年底开播地面数字电视 电子科技大学硕十学位论文 广播，数字电视实现了全面启动。由于客观情况、标准、制式等不 同，各国的数字电视发展状况也不尽相同，其中美国、欧洲、日本 的数字电视发展比较迅速。 美国是世界上最早发展数字电视的国家，不仅在技术领域完成 了数字电视三大标准的制订工作，而且率先实现了商业播出。到 2 0 0 3 年其地面数字电视的覆盖率已达9 4 。欧洲数字电视的卫星 广播于1 9 9 6 年开播，目前用户已超过6 5 0 万。整个欧洲采用以数 字视频广播( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ；d v b ) 为框架的数字电视标 准，发展的侧重点放在s d t v 。 目前我国数字电视产业正在迅速发展，但各地区发展不平衡的 国情决定了我国电视系统的数字化不可能一步到位，只能是有选 择、有步骤，分批、分阶段进行。我国的数字电视发展过程将要经 历机顶盒、s d t v 和h d t v 三个阶段，而且这三个阶段将在很长的 一段时间内并存发展。2 0 0 3 年广电总局提出发展数字电视的步骤 是先有线、后直播卫星、再地面无线的“三步走”战略，即2 0 0 3 年 全面推进有线数字电视：2 0 0 5 年开展数字卫星直播业务，开始地 面数字电视广播试验；2 0 0 8 年全面推广地面数字电视广播。 1 2 3 数字电视最新发展一移动电视 数字电视最新发展移动电视( 标准是d v b h 标准) 。相比传 统电视，移动电视的最大特点是移动性、便携性、不受地域限制、 不受电线羁绊。移动电视用户能够在工作间隙、上下班途中享受短 暂而精彩的多媒体服务，移动电视业务开拓了电视节目全新的传输 通道和承载终端。 在国内，中央电视台等推出了移动( 手机、电视业务。由于目前 国内还没有d v b h 的数字广播网络，通过2 5 g 或2 7 5 g 网络传输 技术来播放“手机电视”节目。在2 0 0 3 年年底，中央电视台与北京 移动合作完成电视节目在现有g p r s 网络上的实时直播试验：在 2 0 0 4 年c c b n 展会上，又与中国移动合作在数字奥运展厅搭建小 规模3 g 试验网络环境为参观者展现高清晰度的移动( 手机) 电视直 播体验：2 0 0 4 年8 月，其又在北京地区向本地移动( 手机) 用户开通 电子科技大学硕十学位论文 在线直播或点播的流媒体音视频节目内容试商用服务，用户可以通 过登陆移动梦网w a p 站点来体验手机电视。 d v b h 的现场试验( f i e l dt r i a l ) 自从2 0 0 3 年底在芬兰赫尔辛基 启动以来，已陆续在德国，西班牙，美国，新加坡，澳大利亚等地 进行了传输试验。广播电视运营商英国冠城国际已在美国宾夕法尼 亚州匹兹堡建成了d v b h 试验设施，有望于2 0 0 5 年在全美构筑基 于d v b h 标准的广播电视网络。目前美国微波数字广播采用的是 a t s c ，而a t s c 无法进行移动接收。 移动( 手机) 电视在日本和韩国发展得更快。因为那里手机内的 高速网络发展得好，而且消费者对这个新技术的接受程度更高。 1 2 4 数字电视标准 目前在数字电视标准中，也有1 9 9 5 年美国联邦通讯委员会批 准的a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e ：高级电视系统 委员会) 作为美国高级电视( a t v ) 国家标准，和1 9 9 7 年欧洲通讯标 准组织与国际电信联盟i t u 通过的数字视频广播d v b 标准。在信 源编码方面，这两大标准对视频信号都以m p e g 2 为核心进行压缩 编码。但是对音频信号，a t s c 选用杜比a c 3 数字音频压缩标准， 而d v b 采用i s o i e cm p e g 的m u s l c a m 声音标准；a t s c 除了 m p e g 2 定义的节目特殊信息外，还提供了节目及系统信息协议， 用于描述系统及节目层中一个传输流中所有虚拟频道所包含的信 息，但只适用于数字电视地面广播，而作为m p e g 2 的p s i ( p r o g r a m s p e c i a li n f o r m a t i o n ：节目专用信息) 拓展，d v b 还提供了业务信息 f s e r v i c ei n f o r m a t i o n ：s 1 ) ，适用于d v b 系统不同的传输信道，便 于综合接收解码器( i n t e g r a t e d r e c e i v e rd e c o d e r ：1 r d ) 接收数字电 视节目；d v b 支持条件接收，但a t s c 不能支持；另在信道传输方 式上也不同。在数字电视技术领域，两大标准备有千秋并相互竞争。 基于m p e g 2 数据压缩、复用技术为基础，e t s i 以市场驱动 的原则制订了实用化的d v b 标准，几乎涵盖了数字电视广播的每 个方面，定义了卫星、地面和有线三大传输媒体的信道编码和调制 方式，并扩充了m p e g 2 系统层的复用部分，定义了与其它网络接 4 电子科技大学硕士学位论文 口，使d v b 系统成为集视频、音频、( 广播、用户) 数据于一体的 多媒体开放系统，考虑了与现有网络和业务的兼容性，为未来各种 新的增值业务的拓展提供了较大的发展空间，比如电子节目指南 ( e l e c t r o n i cp r o g r a m m eg u i d e ；e p g ) 、条件接收( c o u d i t i o n a a c c e s s ； c a ) 、交互业务、数据广播、多媒体家庭平台( m u l t i m e d i a h o m e p i a t f o r m ：m h p ) 等。d v b 标准是一个庞大的体系，有关d v b 的标 准和资料请阅读参考文献 2 】 1 】，其规范核一心主要包括： 1 压缩编码部分：采用灵活组合压缩格式的m p e g 2 图像、声 音和数据编码。 2 复用部分：对m p e g 2 系统层部分作了扩充，基于m p e g 一2 的节目特殊信息，定义了业务信息、数据广播、图文电视等在复用 器复用流中的结构标准，其中公共业务信息系统用于描述传输系统 和业务内容。 3 接口部分：定义了各种标准如a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d e ：异步传输模式) 、p d h ( p 1 e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ：准同 步数字体系) 、s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a e h y ：同步数字体系) 等 网络接口。 4 条 串接收部分：定义了逶震豹搬我算法巍骛理投蕴售慧及控 制权益信息在复用器复用流中的结构。 5 ，茧操终部分：定义了务静媒俸豹交互掇侈檬准及模型。 6 传输部分；定义了传输流在备种传输媒体中的编码及调制方 式。d v b 标携作为数字电视广播蒸统豹王业檬准，其中重要部分 又分为数字卫艇电视d v b s ( s a t e l l i t e ) 、数字有线电视d v b c ( c a b l e ) 和数字地面电视d v b - t ( t e r r e s t r i a l ) 。其主要区别是：d v b s 采用 难交相移键拄调铺( q u a t e r n a r yp h a s es h i f tk e y i n g ；q p s k ) ：d v b c 采用正变调幅调制( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ；q a m ) ： d v b t 采用较复杂的编码正交频分复用调制( c o d e do r t h o g o n a f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ；c o f d m ) 。 但怒它们的信道编码、传输格式基本上都怒相同的，一种传输 系统上的电视节目很容易接入另种传输系统上进行传输，这榉i 可 以构成一个由卫星到肖线褥割遣霹传输的系统，郄逶道避蘑卫星棱 电子科技大学硕十学何论文 收机接收由d v b s 传输的星上节目，再通过复用器将这些星上节 目与地面第三方编码器编码的节目复用处理，以增加更多的节目， 再送到有线电视或地面传输系统前端，传输到最终用户。 1 2 5 数字电视标准最新发展一d v b d v b h ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gh a n d h e l d ：手持数字视频广 播标准) 标准是在d v b - t 传输系统基础上，通过增加定的附加 功能和改进相关技术使手持移动设备能够方便有效的接收包括数 字电视在内的移动多媒体业务。它是d v b t 和i p 数据广播技术的 有机结合，以i p 数据包作为处理对象，通过多协议封装技术( m u l t i p r o t o c o le n c a p s u l a t i o n ：m p e ) 完成对i p 网与d v b t 网的连接。 虽然d v b t 标准有着良好的移动特性，但是在手持设备中的 一个重要考虑却是电池寿命。而d v b h 标准针对移动终端的功耗 节省采用时间分片技术( t i m es l i c i n g ) 。d v b h 标准具有以下特点： 1 采用时间分片技术实现低电池功耗和蜂窝间无缝业务切换； 2 增加4 k 模式以适应移动接收特性和单频网蜂窝的大小，实 现灵活的组网设计； 3 对2 k 和4 k 模式进行深度符号交织，采用m p e 前向纠错技 术，改善c n 门限，增强抗多普勒效应和抗干扰性能； 4 引入传输参数信令t p s ，实现快速的服务网络搜索和锁定； 5 具有5 m h z 、6 m h z 、7 m h z 、8 m h z 灵活的传输带宽和高达 l5 m b s 的传输速率( 基于8 m h z 带宽) ； 6 与d v b t 系统有良好的兼容性，利用对d v b t 系统中部分 设备的改动实现良好的性价比。 1 3 数字视簇在军事领域籍馥用及o l e d 缴显示技寒 翠事糖镄与攻蠢应越方面i 蹩凡年发展起来鲸网终传感设施中， 电视摄像头已扮演了所有图像传感中重甏角色。下图是美图 s h a r n o f f 公嘲的一教产品彩页中的一蠛圈。融图1 1 可以葫见：坦 克中的士兵能够通过头舔微型撼示嚣观察分布在各观察点图像传 感器送过来其周围环境3 6 0 度的场景图像，这些观测点可装在无人 6 电子科技大学硕士学位论艾 战车上，也可以是定点，以形成所谓远视( r e m o t ev is i o n ) 。 圈1 - 1 数字视频技术在军事领域的成用及蕊头盔微型显示 蠢銎l l 也可知，鼗德头静v i d e o 信号缀篷缩编褊转或数字视 频，送往传输信道，接收端接收并进行效据分析和视觉综合后转成 标壤v i d e o 僚毒，逐至头焱镦显添器。 头盔微照示器柱系统扮演了萋要角色。近几年微湿示技术发展 逡速，o l e d 羰显承是透馨瑟兴豹一静徽受技术，o l e d 甏其套 蔻 功耗简亮度簿特色。下面燕要介绍一下o l e d 技术的发展。 0 0 嚣d ( o r g a 蚤i cl i g h te m i t t i n gd i o d e ：毒撬发巍二裰繁) 是继 t f tl c d ( t h i nf i l mt r a n s i s t o rl i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ：薄膜晶体篱 滚鑫婺示器 ，部分国羚又豫o l e d 为毫撬毫激光显示( o r g a n i c e e c t r o lu m i n e s e n e ed i s p l a y ；o e l d ) 。新一代的平面显示器技术。 箕其鸯糖造麓萃、囊发毙不霞要鸳竞源、对比度蹇、殍爱薄、援楚 广、暖应速度快、可用于绕曲性面板、使用濑度范围广等优点。 1 9 8 7 年k o d a k 公司帮海云f e w 、t a n g ) 撵等人，终0 l e d 缝 件及蕊本的材料确立。1 9 9 6 年p i o n e e r 成为第一家将此技术量产化 的公霹，并蟋o l e d 蔼援搭鬣予美瑟生产筑车蠲考确显示嚣。逸霉 来，由于其前景看好，日本、美国、欧洲、台湾及韩国的研发团队 妇秀纛誊笋艘撼继袋立，搏致了剪极发光材料强蕴戏熟，设各厂襄 蓬勃发展，以及相继工艺技术不断演避。 邓青云搏生予香港，毕监于台湾大学化学系势获得媾学 位。】9 7 5 年加入拇运公司，在r o c h e s t e r 实验熬从事醋究工作。9 7 9 年的天晚上，邓先生在圆家的路上忽然恕起有东疆忘记在实验 电子科技大学硕士学位论文 室。回到实验室，他发现黑暗中有个亮的东西。原来是做实验的有 机蓄电池在发光，o l e d 研究就由此开始。现在邓青云仍是该领域 最高权威之。 o l e d 在亮度、对比度及清晰度上都将达到一个新的高度。 o l e d 显示屏能够快速成像，视角接近18 0 0 ，图像刷新率比液晶显 示器快1 0 0 至1 0 0 0 倍。除了图像质量的根本性改进外，还具有令 人着迷的特性，它耗电极低且重量轻、抗震性好，这对于便携式设 备而言十分有利。 o l e d 的未来发展：目前在全世界范围内，已经有9 0 多家厂 商在从事o l e d 的商业性开发，他们分成了小分子o l e d 和聚合物 o l e d 两大集团。小分子o l e d 以柯选公司为代表；聚合物o l e d 有飞利浦、爱普生、东芝等公司。另外中国台湾省也有公司开发生 产o l e d 。目前已经有一些大公司，推出了展示样机。e m a g i n 公 司与i b m 公司合作开发了一款分辨率为6 4 0 x 4 8 0 、尺寸为 2 。2 e r a 1 6 5 c m 的o l e d 显示器，它已被用在i b m 公司推出的具有 无线上网功能的l i n u x 手表上。另据某权威机构的调查，2 0 0 0 年全 球0 l e d 的市场营业额为18 0 0 万美元，2 0 0 1 年会是8 4 0 0 万美元， 2 0 0 5 年将达到4 5 0 亿美元，2 0 0 5 年以后急剧增长，成为显示器市 场的主流，届时将会是o l e d 一统天下的局面。 1 4 研究背景 采用数字视频技术将模拟啻视频信号先进行压雅编码 ( m p e g ”2 编码) 产生数字视频信号( m p e g 2t s 流) ，经多节鼹复露 ( w 选) ，樽进行信道编码f e c ( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ：前向纠错) 、 傧道调制( q a m 、q p s k 、c o f d m ) 、上下变频、鳃调解码或撩是采 瘸i p 打包分缀技术经t n t e r n e ti n 络传输，荐由p c 枫上的p c i 接收 卡接收，最后幽终端驻示视频图像等等。 由于数字税频噩缩编戳技术和数字概频产生昀质壁好坏是影 响数字视频传输的高效性和显示效果的本质因素，因此如伺设计与 实现出有效的离品质离质餐豁视频编码器尤其璧要。 电子科技大学硕士学位论文 由于同步并行信号f s y n c h r o n o u sp a r a l l e li n t e r f a c e ；s p i ) 是并行 信号，易处理且速度快，但该接口易受噪声干扰、传输距离短等缺 点，故常用于设备内；而异步串行接口( a s y n c h r o n o u ss e r i a i n t e r f a c e ；a s i ) 是串行信号，不易受干扰且传输距离远，故常用于 远距离的设备之间。因此，在数字视频系统中，设备( 编码器输出需 要进行并串转换，后端设备接收到编码器输出的串行信号先要进行 串并转换1 之间将会遇到大量的a s i 和s p i 接口之间的相互转换。 模拟 音视 顿1 模搬 音视 频2 一! 1hl j uu 而司jl ，瓜翮，翮，陌鬲 图1 - 2 数字视频功能框图 实嚣上，数学遣视广撵每以说是数字视频熬一穆转搬渠遵，近 几雄发展怒来的流媒体既数字视频数据可以在i n t e r n e t 网络上传输 ( 有辐瘦弱援凝匿缕编码标准) ，这榉蜀班运过令人诗冀坟在弼终上 观释视频节目：数字视频数据还可以存储在存储媒介质上，任何时 闻媛何地点都可以理看，于是个性化、硬携式、头藏式显示器就褥 到人们青昧；军鬻数字 视频图像递过擎事卫 星传播给作战现场等 宫兵将领，使她们能够 随嚣寸了解作战背景情 况；另外躁前应膊广泛 的备种安全监榄数字 视频图像通过专用网 络传播和照示佼安全 工作人员能够监视现 军事卫星黄攮卜+ 致字电视橇播hf 电视f 一1 l 虮或l 1 | lp c 巍| l 船n 吐辫结卜h 磊 i 剥矧渊翮| il 最釜重篆 安全监桃专用孵络卜- j 监视控制中心显幂 酹1 3 数字褫频及其显示 9 电子科技大学硕士学位论文 场情况等等。而且，高速运动视频图像需要快速响应和高清晰度的 显示技术。因此采用新型的响应速度快、高清晰度的显示技术设计 出高质量的显示器是人们迫切需求的。如图1 2 所示。 1 5 本文所完成的任务 本文敞开信道而着重信源压缩编码及传输与处理所用并串串 并转换与微显示器接口控制开发与研究： l 。对信源压缩编码部分进行了简单的分析和研究，并完成了 m p e g 2 编码器的设计与实现； 2 提出一种新型有效的算法提高a s i s p i 转换的可靠性、抗干 扰性，且能够同时自动识别检测字节长度为18 8 字节1 2 0 4 字节f l8 8 个数据字节和1 6 个空字节) 的m p e g 一2 传送包格式；并完成 a s i s p i 接口之间相互转换的设计与实现，采用c p l d 来实现控制 逻辑时序的设计，用v h d l 硬件描述语言进行描述。 3 采用新型的o l e d ( o r g a n i el i g h te m i t t i n gd i o d e ) 微显示技 术，完成o l e d 微显示器接口控制的设计与实现。 第一章主要介绍了数字电视的概念、特点、国内外发展及最新 发展( 移动电视) 、标准以及最新技术标准( d v b h ) 、系统和o l e d 微显示技术的发展等情况。以及数字视频概念和特点。 第二章主要介绍视频压缩编码标准的发展以及m p e g 2 视频 压缩编码技术；m p e g 2 数据信号接口；有机发光二极管显示技术： 1 2 c 串行通信总线的基本原理。 第三章主要详细说明了m p e g 一2 音视频编码器的设计与实现 的系统结构框图及其主程序流程图以及实验结果。 第四章给出了a s i s p i 接口之间相互转换的设计与实现的详细 介绍，并给出了逻辑仿真和实验结果。 第五章说明了视频显示o l e d 微显示器接口控制软硬件的设 计与实现，给出了主要程序代码，详细分析o l e d 微显示器的功能。 1 0 电子科技大学硕+ 学侥论文 第二章相关基础知识 2 1 视频压缩编码技术 2 1 1 视频压缩编码标准的发展 面对信息化社会中，信息( 尤其是视频信息) 数字化所产生的海 量数据对存储容量、传输带宽、处理能力及频谱资源利用率提出了 不切合实际的要求，使数字化难以实现。已成为有效地获取和使用 信息的瓶颈问题之一。单纯地靠提高存储容量或信道传输速率的做 法是不经济实际的。因此，视频压缩编码技术尤其重要。 2 0 世纪8 0 年代后期以来，一种基予d c t 变换和遮动补偿的混 合编码方案在视频隧缩中得到了广泛应用，并逐步形成了一系列国 际标准，如h 2 6 i 、h 2 6 3 、h 2 6 l 帮m p e g 。1 、m p e g 2 、m p e g 4 、 m p e g 一7 、m p e g 一2 1 等。上述视频压缩标准的推出，不仅极大地推 淤了视频压缩技术静研究，丽置己经或瑟将对多媒俸相关产曛产釜 深远的影响。下面分别对它们作简要介绍。 一、h ，2 6 1 标臻 h 2 6 】是最早的活动图像( 视频) 压缩标准，由嗣际电信联盟 i t u ( 藜称匡嚣毫豢奄话咨询委员会c c i t t ) 予1 9 9 0 年1 2 月潮定， 它首创的基于运动估计与补偿的帧间压缩模式比基于帧内压缩的 j p e g 爨有雯舞兹压缝毙。它豹雍壅是麓了在速攀舞p 6 4 k b i t s sf p = l 3 2 ) 的信道上传输可视电话与会议电视。 二、h 2 6 3 标准 h 2 6 3 是由i t u 于19 9 5 年推出并于1 9 9 6 年完善的在公用电话 嬲上转输莛爨鹤率栽频熬缀释鹳禧准。嚣珏 2 6 l 相毙，h 。2 6 3 主要 改进有：支持更多的图像格式；运动估计的精度精确到半像索，搜 索蕊围也扩大戮( 一1 6 ，1 5 5 ) ；慰运动矢餐采霜差分缡犸。 三、h 2 6 l 标准 h 。2 6 l 是i t u 基藏制定戆最瑟视频压缩据矬，毽继承了h 。2 6 3 、 h 2 6 3 + 、h 2 6 3 + + 等标准的许多优点，同以前的标准相比，h 2 6 l 电子科技大学硕十学位论文 进行了许多改进：运动估计预测的精度已经精确到1 8 像素，可以 进行1 4 像素的运动补偿，能够自适应选择块尺寸的大小，量化级 别精确到了宏块级，嫡编码采用了u v l c ，对数据分割方面的也有 相关语法语义定义。 四、m p e g 一1 标准 m p e g 1 标准从19 8 8 年5 月开始启动，编号为i s o i e c l l l 7 2 ， 于1 9 9 2 年1 1 月达到国际标准状态( i ss t a t u s ) ，是关于1 5 m b i t s 数 据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码的国际标准。它与 h 2 6 l 及h 2 6 3 原理大致相同，不同的是m p e g 1 主要针对媒体的 存储，而h 2 6 1 ，h 2 6 3 主要针对视频的传输。故m p e g 1 在顾及图 像质量、压缩比的情况下，还要考虑对序列图像进行随机访问和编 辑的方便。m p e g 1 标准的制定极大地促进了v c d 产业的发展。 五、m p e g - 2 标准 m p e g - 2 蠢臻麸1 9 9 0 年6 匀开始痿动，编号为i s o i e c l 3 8 1 8 ， 于1 9 9 4 年1 1 月达到国际标准状态，烧针对数字视频广播( d v b ) 、 裹涛鳜度毫撬( h d t v ) 、数字援鑫d v d 等裁定熬蹇予l + 5 m b i t s 遥 动图像及其伴音的编码桥准。m p e g 2 在制定过程中，充分地考虑 了黠m p e g l 豹装窖，辩嚣豫痰量粒数据蕊靛率熬多屡次零求。 m p e g 2 不仪支持帧编码，而威支持场编码。m p e g 2 的另一特点 是其毒可分级蛙( s c a l a b i l i t y ) ，这使撂它更灵滔，逶农牲瞧受广泛。 另外，m p e g 3 是i s o i e c 煅初为h d t v 开发的编码压缩标准。 童予m p e g 一2 抉遮发展，m p e g - 3 豹功戆蒡入到了m p e g ，2 中。 m p e g 2 标准将使高清晰度的数字电视最终完企取代现有的模 拟电援，嚣燕画庚葶丑音餍豹d v d 也将取代现有豹v c d 。 六、m p e g - 4 标准 m p e g - 4 括准扶19 9 3 年7 月开娥启动，题嗣为“音襁频对象 的通用编码( g e n e r i cc o d i n go fa u d i o 。v i s u a l o b j e c t s ) ”，编号为 i s o i e c1 4 4 9 6 ，予1 9 9 9 年5 胃达到嗣际标凇状态。其初始目标是 面向低位率的第二代编码，随着信息她务从普通视频、音频扩展到 了包括声啻、文字、数据、图形和视频等信熙的多媒体业务，人们 希望在通信中迸行生动、丰富和有效酶多媒体信息交流，所以1 9 9 4 电子科技大学硕十学伊论文 年m p e g 专家组将其重点从压缩转向新功能+ 压缩。 m p e g 一4 引入了一个关键的概念：a v 对象( 视频音频对象) 。a v 对象是m p e g 4 为支持基于内容编码而提出的。在m p e g 一4 中所见 的视频音频已不再是过去m p e g 1 和m p e g 2 中的图像帧或音频帧 的概念，而是一个个的视昕场景( a v 场景) ，这些a v 场景由不同的 a v 对象组成。a v 对象是听觉、视觉、或者视昕内容的表示单元。 整个m p e g 4 就是围绕如何高效编码a v 对象，如何有效组织、传 输a v 对象而编制的。因此，a v 对象的提出，使多媒体通信具有 高度的交互能力和很高的编码效率。 m p e g 4 视频编码的另一特点是它提供了基于视频对象的时域 和空域可分级性，与m p e g 2 不同的是它提供了视频对象的可分级 性( 不定是一帧图像) ，m p e g 4 称之为“视频对象平面( v o p ) ”， 它代表了一个视频对象平面的基本层或者增强层。另外，和m p e g 一2 一样，m p e g 4 也提供了抗差错能力。 m p e g 4 是迄今为止功能最强，应用范围最广的视频编码压缩 标准，它将在交互式多媒体的节目制作，网上视频传输，交互式移 动多媒体，数字视频监控等诸多领域得到广泛应用。 七、m p e g 7 标准 m p e g 一7 标准遐多媒体内容描述接口r m u l t i m e d i ac o n t e n t d e s c r i p t i o ni n t e r f a c e ) 。m p e g 7 是抉速显窍效撼搜索爨蘑户艨震粒 不同类型的多媒体资料的方法，它将解决以下问题： | 当需要搜索m p e g 4 编码镶息孛的菜一套节髫孵，来爨不同 领域的一些要求。 2 。焱m p e g - 4 诱法中对攫索功能适巍支持豹一些术语。 3 m p e g + 4 编码信息搜索引擎通用工具蕊格。 m p e g 7 将对各葶申不同类型的多媒体信息进行标凇亿的攒述， 该描述与所描述的内容相联系，以实现快速而有效的搜索。该标准 不包含对描述鄹特征的自动提取，它也没有规寇利用撼述进行搜索 的工具( 或任何程序) 。m p e g 7 可以独立于其他m p e g 标准使用， 墩可以熠于攒述模拟式钓电影。但m p e g 。4 中所定义的对音频视频 对象的描述适用于m p e g ，7 ，这种描述是分类的基础。可以利角 电子科技大学硕士学何论文 m p e g 7 的描述来增强其他m p e g 标准的功能。 m p e g 7 的应用很广泛，既可以用于存储( 在线或离线) ，也可 以用于流式应用( 如广播、将模型加入i n t e r n e t 等) ，它可以在实时 或非实时环境下应用。实时环境指的是当信息被捕获时是与所描述 的内容相联系的。m p e g 7 在教育、新闻、导游信息、娱乐、研究 业务、地理信息系统、医学应用、购物等等各方面具有潜在的应用 能力，一些应用举例如下： 1 数字图书馆( 图像目录、音乐字典等) ，利用网络，用户利用 计算机就可查找所需的资料。 2 多媒体名录服务( 如黄页) 。 3 广播媒体选择( 无线电信道、t v 信道等) 。 4 多媒体编辑( 个人电子新闻业务，媒体写作) 。 八、m p e g 2 1 标准 2 0 0 0 年3 月成立的m p e g 2 1 工作组在酝酿制定m p e g 2 1 标 熬，其孩心磊舔是傻数字多媒俸穰患资源黥被大藩霞熬瓣终帮设备 透明和增值地使用。2 0 0 0 年1 0 月，m p e g 。2 1 专家组提出创遗一个 熊够茭鞠使弼瓣多媒体信愚框架。黉要完蒇寝下务： 1 樵架的备成分之间是如何关联的，能够察觉不能实现联系的 障碍在穗絮戆仟么建方。 2 数合现荫系统中的各种标准以支持多媒体管理的各种协调 鼓寒。 3 开发新的规范使得能够通过网络存取和使用多媒体内容；实 或多个交荔搂黧僳涯服务模慰及浚费；缳辫蠹蜜耀户豹爨嚣投。 多媒体信患框架应该提供各种接口和协议，使得信息资源的各 耪逡容能够产熊、操嚣、查询、存取、存储、簧送襄使用。它应具 有多种功能，如内容创造、内容生成、内释传送、内容使用和消费、 内容表示、痰褰辨识秘说甥、终端期网络资源撼象、事件擐簧、知 识产权管理和保护、用户隐私权、付费管理等蒋。 在多媒薅、数字他、计冀机、网络技术毽毅月异的今天，各生 成厂家亟需一个通用的压缩标准使产品更加市场化。m p e g 标准化 缎织一鼗致力予对数摄匿缩技术标准化工作的磺究，劳取褥缀大成 l 瘁 电子科技大学硕士学位论文 绩。m p e g 1 和m p e g 2 标准己成为世界广泛采用的标准，随着 m p e g 一4 ，m p e g 一7 和m p e g 2 1 标准的不断推出，数据压缩和传输 的技术将趋向更加规范化。但音频、视频等压缩编码工作还远没有 结束，比目前压缩方案性能更好的编码方案将不断推出。 不过，至今，m p e g 2 标准仍然是针对数字视频广播( d v b ) 等 系统最成熟的一种压缩编码标准，国际上大多数国家以及我国的数 字电视系统对视频信号都是以m p e g 2 为核心进行压缩编码。因此 本文将简要介绍m p e g 一2 压缩编码技术以及在第三章中完成 m p e g 2 视频压缩编码器的设计与实现。 2 1 2m p e g 2 压缩编码技术 m p e g * 2 拣漆”h2 j 裁是菇了瀵足瓣诸热数字存麓媒体，电褫谨 播以及通信等应用中对运动图像及其相关音频的般编码方法的 弱爨增长豹嚣求嚣裁定熬，它戆瀵是大郄分场合懿要求。 m p e g - 2 采用离散余弦变换和运动补偿来对视频图像进行聪缩 藕弼。在缡码过稷孛，m p e g 一2 援频濯豫是分层熬，嚣豹是把魄特 流中逻辑上独立的实体分开，防止语懑模糊，并减轻解粥过程的负 担。每一援支持令确定豹豳数，或一个穰号处骥函数f 离教余弦 变换d c t ，运动补偿) ，或一个逻辑溺数( 同步，随机存取点) 等。 褪颏隧爨空趣上鲍篷缀采髑d c t 变换聪结算法。已谨弱d c t 是许多类图像的凝佳的变换。它是一种正交变换，允许将8 8 的图 像缀间表达式转化为频率域的表达，只嚣少璧数擐点表示图像。它 所产生的系数很容易被量化， 从两获褥好的块压缩。并黩 d c t 算法性能较好。可以进行 高效的运冀，因此它在软硬件 上都很容弱实现。 d c t 编码方法归纳起来， 可分为离散余弦嶷换d c t ，对 交换系数进行量化f 包括攫化， z 字招摇，行程编码) 和熵编磁 电子科技大学硕士学位论文 这三个阶段。如图2 1 所示。 其中，d c t 变换的公式如下，它是针对图像中的块层( 8 8 的 像素块) 进行变换的。 。，访= a 国江( v ) 耋毫c 酝，力c 。s ! ! ! ；坚 c o s 卜! ! ：；翌t 0 ，0l 1 0 jl 1 0 j a ( k ) = 两( 当k = 0 ) ( k ) = 丽( 当k = 1 ，2 ，7 ) 相应的逆变换的公式如下： 啦力=嚏圭脚c洲。f(2z+，。1)u，ry- 笺爿 扣0l ” jl 1 0 j d c t 变换将图