（通信与信息系统专业论文）数字电视卡的设计与实现.pdf

摘要 数字电视是近年来飞速发展的新技术，相对于现在流行的模拟电视它具有清晰度 高、音频效果好、抗干扰能力强等优点，正逐渐取代模拟电视成为新的家庭娱乐的潮 流。本课题主要研究数字电视卡的设计与实现。该设计是基于m p e g 一2 d v b 标准的计 算机p c i 插卡，安装到计算机上，就可以接收有线电视网传送来的数字视频信号和d v b 数据广播，并可以兼容模拟信号的接收。可以使家庭电脑实现数字电视机的功能，播 放数字电视。设计中力求结合最新技术，紧跟市场脚步，以推动数字电视的产品化。 本文概述了数字电视的发展、特点、优势以及数字电视卡研究的背景，并从市场 角度、技术角度阐明了项目的可行性与必要性。 本文重点论述了数字电视卡的软硬件实现方法，根据电视卡工作原理画出了硬件 电路图及软件整体流程图，依据电路和软件流程具体作出了硬件以及编写了程序，其 中软件设计应用了v c + + n e t 、c o m 、d i r e c t s h o w 等现在比较先进的程序设计工具和组 件模型，文中对此结合具体应用也进行了简单的介绍。最后，根据软硬件结合调试结 果论证了设计的正确性。 本课题所研究的电视卡是结合数字电视发展、市场与用户的产品设计。就整体而 言，属于一种创新的产品，是整体的创新，而不是某个程序或者某个步骤的创新。 鉴于数字电视广播与模拟信号在一定时期内将共同存在，为了适应用户的使用需 要，本文设计的电视卡兼容了两种信号的接收。该电视卡不仅仅能接收数字电视，并 且可以接收从摄像头等输入的模拟信号。 关键词：d v b 传输流数字电视卡 i nt h i sp r o j e c t ，w ea i mt od e s i g nat v c a p t u r ec a r df o rd i g i t a ls i g n a l t h i sd e s i g ni s b a s e do nm p e g 一2 d v bs t a n d a r dc o m p u t e rp c ii n s e r t st h ec a r d ，i n s t a l l st ot h ec o m p u t e r o n ， m a yr e c e i v et h en m n e r a lv i d e os i g n a la n dt 1 1 ed v b d a t ab r o a d c a s tw h i c ht h ew i r e d t e l e v i s i o nn e t w o r kt r a n s m i t s ，a n dm a yt h ec o m p a t i b l es i m u l a t e ds i g n a lr e c e i v e ，i nt h e d e s i g nm a k e se v e r ye f f o r tt ou n i f yt h en e w e s tt e c h n o l o g y , p r o v i d e sal o wc o s t ，t h eh i g h t a r g e td e s i g np r o p o s a l ，f o l l o w sc l o s eo nt h em a r k e tf o o t s t e p s ，b yi m p e l st h ed i g i t a l t e l e v i s i o np r o d u c t i o n t h ee l e c t r i cc i r c u i th a ss e l e c t e dt h ev i d e od e c o d i n gp e r f o r m a n c ep r o m i n e n tp h i l l i p s s a a 7 1 3 0c h i p ，s t v 0 2 9 7t u n e r ；a n du s e dt h es u r f a c et op a s t en e a r l yc o m p l e t e l yi n s t a l l st h e c o m p o n e n t ，h a sa v o i d e dt h ec o m p l e xs t r u c t u r ea n dt h em a s s i v ep e r i p h e r ym a ya d j u s tt h e c o m p o n e n t ，r e a l i z e dt h eh i g hi n t e g r a t i o nr a t e ，d i dn o tn e e di nt h ep r o d u c t i o na r t i f i c i a l l yt o d e b u g t h es o f t w a r eu s e sv c 抖n e ti nt h ec o mc o n n e c t i o nu p p e rf o r m m i o nc o m p i l a t i o n d r i v e rw h i c h7 1 3 0p r o v i d e s ，a n du s e sd i r e c t s h o wi nt h eu p p e rf o r m a t i o nt oc a r r yo nv i d e o p r o c e s s i n ga n dt h eb r o a d c a s t i nv i e wo f t h ef a c tt h a tt h ed i g i t a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s ta n dt h es i m u l a t e ds i g n a lw i l l c o e x i s ti nt h ec e r t a i nt i m e ，i no r d e rt om e e tu s e r su s en e e d ，s o l u t i o nc o m p a t i b l et w ok i n do f s i g n a l sr e c e i v e ，t h i st vc a p t u r ec a r dc a r lr e c e i v et h ed i g i t a lt e l e v i s i o nn o tm e r e l y , a n dm a y r e c e i v ef r o md v l p h o t o g r a p h st h ep r i m ei n p u tt h es i m u l a t e ds i g n a l t h ed e s i g nc a r r i e so n a c c o r d i n gt ot h er e l a t e ds t a n d a r da n dt h ep r o d u c t i o nr e q u e s t ，t op r o d u c tt r a n s f o r m a t i o n k e y w o r d s ：d v b ，t r a n s p o r ts t r e a m ，t vc a p t u r ec a r df o rd i g i t a ls i g n a l 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l j 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，也不包含为获得叁盗盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我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：呆捉签字日期：声卯岁年矗月彩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘芏有天保留、使用学位沦文的规定。特授 权盘壅盘茔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。| 一j 意学校向围家有必部门 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： 采祆 导师签名：泷乇步锨 签字日期：如j 年口? 月瑚日签字闩期：2c 了年乏月1 罗日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 数字电视技术的特点、优势及发展背景 数字电视不是“数字电视机”。数字电视是采用数字信号广播图像和声音的电视系 统，它在电视信号的获取、产生、处理、传输、接收和存储的各个环节中都采用数字 信号或对数字信号进行处理。我们现在推广的“数字电视”主要是指在传输阶段使用数 字技术。它是一个可以承载综合业务，以视频业务为主；可以采用多种传输媒介，结 合单向广播与各种回传通道技术的数字平台，相对于传统的模拟电视，它可以同时传 输和接收多路视频信号和其他数字化信息，同时令信息数字化存储以便观众随时调 用。其图像质量可以达到电视演播室的质量水平，水平清晰度达到l2 00 线以上， 声音质量也非常高。“模拟电视看不到的数字电视看得到，模拟电视做不到的数字电 视做得到”，这就是数字电视的独特之处。 数字电视相对于模拟电视有以下特点 1 、节目信号质量明显提高。节目信号比现在模拟信号画面更清晰、音质更优美。 2 、频道资源得到释放。原来一套模拟节目要占用8 兆带宽，现在8 兆带宽可传 输4 - 6 套有线数字电视节目。 3 、安全播出得到保证。采用数字技术后通过数字机顶盒可以对每套节目，每个 用户进行管理。不仅提高了管理水平，还从根本上解决了非法插播和偷接问题，用户 收视费可以通过银行自动划帐。 4 、服务领域极大拓宽。数字电视不仅可以提供节目、公共服务，还可以提供电 子节目指南、天气、股票等多种信息，使广电与国际互联网、语音系统等其他资讯服 务融合。 数字电视的优势在于： 清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强。数字电视信号的传输不象模拟信号受在 传输过程中噪声积累的影响，且不受地理因素的限制，几乎可以无限扩大覆盖面，在 接收端收看到的电视图像及收听到的声音质量非常接近演播室水平。此外，数字电视 的音频效果好，可支持五声道的杜比数码( a c 一3 ) 5 1 环绕立体声家庭影院服务。 频道数量将成倍增加。利用现有的8 m h z 的一个模拟电视频道，可传输4 8 套质 第一章绪论 量较高的数字电视节目，用户对节目的可选度高。可方便实现加密、解密和加扰、解 扰功能，便于专业应用以及广播应用( 特别是开展各类计费业务) 。而条件接收系统 的应用，可以实现用户和业务的良好管理。系统采用了开放的中间件技术，能实现各 式各样的交互式应用。易于实现信号存储，而且存储时间与信号的特性无关，易于开 展多种增值业务。由于保留了现有模拟电视视频格式，用户端仅需加装数字电视机顶 盒即可接收数字电视节目。 数字电视采用了以下的关键技术： l 、对电视图像及伴音进行压缩编码的技术。将模拟电视信号数字化后其数码率 很高，例如，对图像亮度信号与色差信号分别用1 3 5 m h z 及6 7 5 m h z 取样频率进行取 样，用1 0 位二进制数进行量化，其数码率达2 7 0 m b s 。而一个频带宽为8 m h z 模拟电 视信道若只使用二进制调制方法只能传送小于1 6 m b s 的二进制数据流。因此必须想 法去除图像信号中的多余信息，将数码率从2 7 0 m b s 压缩到能在一个信道中传送。这 可采用图像与伴音的压缩编码方法实现。国际组织已经制定了许多压缩编码的国际标 准，对图像进行压缩编码的标准有j p e g ( 静态图像压缩编码标准) 、m p e g 一2 ( 运动图 像压缩编码标准) 等。对伴音进行压缩编码标准有m p e g 伴音压缩编码标准、a c 一3 等。 2 、纠错编码等信道编码技术。为了提高数字电视传输的可靠性，必须对数据码 流进行纠错编码。纠错编码的方法很多，如里德一索罗门码、卷积码、交织、格状编 码调制等。 3 、多进制数字调制技术。为了提高传输的频带利用率，可以采用多进制调制方 法。如q p s k ( 四相相移键控) 、q a m ( 正交幅度调制) 、v s b ( 残留边带调制) 等。 数字技术使广播影视发生了重大变化： 1 、改变了信号处理方式，使信号质量大大提高。模拟技术是将信号进行整体处 理，用电平幅度的大小来表示一个信号，信号通过电路一级一级实时地、连续地、完 整地处理，电路中的杂波也一起被当做信号予以处理，杂波一级一级地累加，使接收 端得到的图像质量大大低于发送端的图像质量。而数字技术是将画面分割成一个个小 块进行单独处理，用“0 ”和“l ”组成的代码来表示，在发送端按照行列编好顺序， 称为编码，在接收端也按约定的顺序还原，称为解码。数字处理变为“o l ”处理， 即使有杂波，只要01处理不出错，就相当于去除了杂波，减少了损耗，使发 送端和接收端的图像质量基本一样，信号质量大大提高。 2 、改变了信号传输方式，使传输效率大大提高。模拟技术是将电信号进行实时 传输，一个通道只能传一路信号。数字技术是利用压缩和存储的方法，传输第一幅画 面时，接收端先存储起来，传第二幅画面时，发送端只传变化了的信息，传输量大大 2 第一章绪论 减少，一个通道就可以多传几路信号，使传输效率大大提高，传输空间大大扩展。由 于是将多路信号打成数据包传输，传输的内容还包括了数据包本身的识别信息，这就 使发送端和接收端有了更为紧密的联系。 3 、改变了信号传输系统，可实现多种业务的融合。用模拟技术传输图像、声音、 数据信号，必须使用不同的传输系统和制式。数字处理是将图像、声音、数据等不同 的信号编成同一格式的0 和1 组成的数字代码信息，打成一个数据包，放在同 一个系统、同一个通道里传输，这就可以实现广电节目与各种数据、互联网信息等业 务的融合。 如此数字化给广播影视带来了重大变化，也带来了一个难得的发展机遇。 1 、拓宽了发展空间。有线电视分配网一般只能传送4 卜5 0 套模拟电视节目，采 用数字技术后，可以提供5 0 0 套左右的数字频道，频道资源极大丰富，从根本上解决 了频道资源紧张的矛盾。同时数字化为广播影视提供的端到端的服务手段，可以控制 管理每一个用户、每一套节日、每一个时段，满足不同用户对节目服务的需求，拓展 市场服务领域。 2 、改进了服务方式。数字化使广播影视不仅向大众提供公共类节目，进行“广 播”服务，还可以对特定人群提供丰富多彩的专业化、多样化、对象化节目，提供端 到端的个性化“窄播”服务；不仅提供传统的单向的节目服务，还可以提供个性化的 互动节目和点播节目，不仅提供节目服务，还可以提供电子节目指南、远程教学、购 物、交通信息、互联网、游戏等丰富多彩的信息服务和娱乐活动，成为用户可以自选 的“文化超市”，使观众从被动地“看”电视变为自选地“用”电视。 3 、使产业化发展成为必然。数字化带来频道资源的极大丰富，使广播影视可以 不断提供专业化、多样化、个性化的市场服务，这就要求广播影视必须走产业化发展 的道路。5 0 0 套频道的空间对节目内容的需求量极大，不能全靠原有的生产方式来制 作节目，需要借助社会的力量和市场的力量，进行规模化、集约化生产，开辟节目内 容产业的新天地。数字化为广播影视产业化发展注入了新的活力，提供了新的服务手 段，使广播影视不断走向社会、走向开放、走向融合，真正成为“扬独家之优势，汇 天下之精华”的现代传媒。 第一章绪论 1 2 电视卡技术概况 电视卡是使用电脑接收电视节目的一种装置笼统的简称，它的工作原理是将传送 来的模拟电视信号转为数字信号，然后由电脑进行识别和播放。 电视卡可分为四种：1 。电视盒2 。p c i 电视卡3 。u s b 电视盒4 视频转换 盒。 1 、外置的电视接收盒 外置的电视接收盒外形如一个调制解调器大小，是一个相对独立的设备。大部分 电视盒都可以独立于电脑主机工作，即无需打开电脑和软件就可以利用电视盒配合显 示器收看电视节目，附加功能多为了提供a v 端子s 端子输入、多功能遥控、多路视 频切换等。外置电视盒安装和操作都比较简单，更像在使用一件家电，同级产品中外 置产品的收视清晰度常常优于内置的产品。 电视外置接收盒一般都支持即插即用，安装比较简单，因受外界因素干扰的可能 性较少，所以性能比起内置的视频接收卡来说会稳定一些。电视外置接收盒不需要软 件支持，配合v g a 显示器可以达到大部分普通电视机的基本功能，另外通过电视接收 盒其面板上的各种指示灯还可以对其运行状态了如指掌，这可是内置式电视卡所无法 比拟的；再有，就是外置式电视接收盒大多可以在不打开电脑的情况下收看电视节目， 只需要打开电视盒的开关和显示器即可；而且外置电视盒般都配有类似普通电视所 用的遥控器，这可以大大地提高操作的方便性。 而它的主要缺点就是价格会比同档的内置电视卡贵上近2 0 0 元左右，且很多外 置电视盒都不能进行窗口播放，因此不能在同一屏幕下进行多任务的操作；并且它还 需要外接专门的电源和占用计算机上的一个并口，这对于已经连接了较多外设的朋友 会造成很多不便。 2 、电视卡 内置式电脑视频卡又叫电视卡，电视卡提供标准电视接收功能外，往往提供了不 同程度的视频捕捉功能，可以动态静态地捕捉视频信号转换成数据流。视频信号是 一个广泛的概念，包括电视信号、录像机信号以及摄像头的信号等。 p c i 结构的多功能电视卡一般集电视卡、视频捕捉卡于一身。它的优点是：价格 要比外置的电视接收盒便宜很多，适合于一般用户的经济水平：其次，它不会占用 外部的桌面空间，现在在电脑桌上有太多的外没( 比如：音箱、打印机、m o d e m 、扫 描仪等) ，如果摆放的过多也是件比较烦人的事情；其三，内最视频卡不需外接电源， 4 第一章绪论 不仅省去了一个电源插头的位置，也减少了电源连接线过多而显得十分杂乱的情况， 而且还可以避免因市电电压不稳而带来的视频质量下降的情况发生；其四，内置的视 频接收卡大多数都可以在w i n d o w s 系统下实现多任务，可以开一个小小的电视窗口， 再同时打开w o r d 继续工作，而大多数外置电视盒都只能在全屏状态下进行视频与 w i n d o w s 桌面的切换。 但内置式视频接收卡也有它的弱点，那就是易受到电脑内部元器件的电磁干扰， 引起其播放质量下降；另外在安装时要比外置的麻烦一些，必须要拆开机箱才可以进 行安装，且在安装软件时也容易和其他电脑设备发生冲突。 3 、u s b 电视盒： u s b 电视盒插在计算机的u s b 插槽中就可使计算机上看电视，一般具有采集录象 功能，有的还可制作v c d 。性能指标有：接口输入信号视频捕捉文件格式电视接收 台数分辩率遥控否。u s b 电视盒是笔记本上看电视专用设备。 4 、视频转换盒： 视频转换盒一头插在计算机的v g a 槽中，一头用a v 或s 端子与电视连接，使计 算机的内容显示在电视上。 市场上比较常见的是外置电视盒与内置电视卡。本次设计所要完成的就是内置电 视卡，也就是简称的电视卡。它是一种p c i 接口的装置，可用计算机来看电视，录像 带，摄影机，通俗的来讲，也就是，在电脑机箱的p c i 插槽上插入电视卡，则该电脑 及拥有电视的功能，可以接收电视信号，并收看电视节目。它的成本比较低，市场占 有率也比较大，缺点在于由于安装在机箱里，电磁干扰现象比较严重，这也就是我们 设计硬件的重点所在。一般而言，我们需要有p e n t i u m4 0 0m h z 以上配置的计算机 和d i r e a t x 兼容的声卡、显示卡，个空的p c i 插槽及w i n d o w s9 8 s e 以上的操 作系统才能正常运行电视卡。电视卡不能让电视来当计算机的屏幕，而需要有一张显 卡具有t v o u t 或v i v o 视讯输出入的功能( v i d e o i n v i d e o o u t ) j 能让计算机来 正常显示电视节目。 另外需要注意的是不同的国家使用不同的电视信号格式来发送，所以在硬件设计 时需要注意这个电视卡是适用于本国的电视信号。 各国常用的电视信号格式见表1 一l 。 第一章绪论 表l 一1 ：各国常用的电视讯号格式 翠缴勰鬻黪墼 美国，日本，台湾等 n t s c5 2 56 0 欧洲和其它国家 p a l b ，g h 6 2 55 0 中国大陆p a l b ，g h 6 2 55 0 英国和南非 p a l i6 2 55 0 巴西p a l m5 2 56 0 阿根延和其它国家 p a l - n5 2 5 6 0 法国和其它国家s e c a m 5 2 56 0 与市场上所销售的几乎所有电视卡不同，本次课题所研究和实现的电视卡接收的 是数字电视，同时可以兼容模拟d v 或者摄像头等接收并解码在电脑屏幕上显示。在 数字电视逐步步入每个家庭以及国家广电部大力扶持并逐渐取消模拟电视播出的现 在，有很强的现实意义。 1 3 课题的背景、可行性与研究意义 电视数字化是一个全球的趋势，是继黑自电视到彩色电视后的又一次革命。广播 电视是我国信息产业和文化产业的重要组成部分，广播电视数字化是国家现代化和社 会信息化的重要标志。我们党和政府高度重视我国广播电视数字化工作，将其列入了 国家发展规划。黄菊、李长春及刘云山、曾培炎、陈至立等中央领导同志对推进广播 电视数字化都作了重要的指示，提出了明确的要求。曾培炎同志在全国人大十届一次 会议的报告中明确将数字电视列为对国民经济发展有深远影响的重大高新技术产业 工程之一，要求加快这项工程的实施。 经过全困广电系统多年的艰苦努力，大部分广播电台、电视台在节目采集、制作、 播出、传输环节基本实现了数字化，目前只有接收环节，即用户的电视机是模拟的。 我国有线电视实现数字化的条件已经具备，时机已经成熬。广电总局确定从今年开始， 我国有线电视由模拟向数字整体转换，全面推进广播电视的数字化。 广播电视数字化将实施“三步走”的发展战略，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，开始地面数字电视试验，有线数字电视用户达到3 0 0 0 6 第一章绪论 力- ；2 0 0 8 年全面推广地面数字电视和高清晰度电视。2 0 1 5 年将停止模拟电视的播出。 今年5 月，广电总局发布了我国有线电视向数字化过渡时间表，按照东部、中部、 西部三个区域，分2 0 0 5 年、2 0 0 8 年、2 0 1 0 年、2 0 1 5 年四个阶段全面实现有线电视数 字化。 广播电视数字化将对我国经济社会发展产生深远的影响。一是广播电视数字化将 大大加快我国信息化进程。广播电视是最普及的信息丁具和最好的信息载体，广播电 视数字化将使目前的4 亿台电视机成为一个集公共传播、信息服务、文化娱乐、交流 互动于一体的多媒体信息终端。广播电视实现了数字化就意味着家庭进入了数字化， 每个家庭的数字化是城市现代化、社会信息化的重要标志。二是广播电视数字化将极 大地促进文化产业的发展。广播电视数字化搭建了一个新的平台、创造了一个新的空 间，带动文化、媒体、服务等行业的发展，形成新的文化娱乐消费市场，满足人民群 众日益增长的对精神文化生活的需求。 广播电视数字化引起了社会各界的广泛关注。地方党委、政府大力支持，积极倡 导：产业部门积极响应，密切配合：各地观众多方咨询，踊跃参与。近期，总局委托 有关机构对全国大中城市进行了抽样调查，绝大多数城镇居民对广播电视数字化持赞 成态度，7 4 的城镇居民表示愿意为享受数字电视付费。 广播电视数字化是国家的要求，人民的期望。为了全力推进广播电视数字化，广 电总局将2 0 0 4 年确定为数字化发展年和产业化发展年。广播电视数字化给文化产业 和媒体的发展带来了一个难得的历史机遇，只要抓住了这一机遇，今后十年文化产业 和媒体将是我们国家发展最快、变化最大的行业。 由此可以看出，数字电视的发展是飞速的，潜力是巨大的，在未来的几年里，数 字电视将逐步取代模拟电视成为家庭娱乐休闲的主要方式。而数字电视节目则会成为 电视节目的主体。因此，数字电视卡的出现也是势在必行的。 经过对天津地区众多高校的调查以及全国部分高校的抽样调查，如天津大学、南 开大学、清华大学、上海交大、厦门大学等，我们知道，现在许多高校的学生宿舍都 装有宽带以及有线电视网，电脑使用非常普及，平均每个宿舍( 新生宿舍除外) 都至 少有一台电脑，但是学校并没有配备电视。由于有线电视网的存在，学生的电脑在插 上了电视卡之后就可以接收电视节目。这样，学校比较重要的会议、教学节目就可以 直接组织学生在各个教室或者宿舍通过观看，这就解决了现在学生数量增多会议场地 不够等情况，而且方便快捷。因此，项目的设计初步定位于主体的用户是大学生，重 点是实现用p c 机接收数字电视。由以上的分析可以看出，本次的设计是针对市场以 及现实提出来的，是符合现状以及市场需要的。 7 第一章绪论 1 4 本论文的结构和工作重点 本篇论文的结构安排如下： 第一章简介数字电视技术的特点、优势与发展背景；闸明数字电视卡研究的口j 行性、先进性、创新壮与其市场意义；概述数字电视卡的主要实现的功能以及确定本 论文的结构。 第二章讲述电 ! ! i l 卡技术的思想和基本原理，从系统整体分析各主要部分的作用； 并从整体以及主要元件等部分介绍了电视卡硬件设计。 第三章该章是奉论文的重点之处。本章讲述了数字电视卡的软件设计。奉课题 的软件采用v c + + n e t 在7 1 3 0 提供的c o r l l 接口上层编写驱动程序，并在上层使用 d i r e c t s h o w 进行视频处理与播放。涉及到了v c + + n e t 、c o m 、d i r e c t s h o w 等现在先进的 编程工具与组件技术。论文将结合这些组件技术以及编程工具论述电视卡软件的整体 思想、算法与流程，以及具体实现。 第四章在本章中，主要直观的论述了本课题的设计结果，也就是在上述软件与 硬件的结合中实现电视卡接收并显示信号的过程与结果。 第五章结束语。总结全文，对本篇论文的全部工作做简要总结，展单数字电视 以及数字电视卡技术的未来。 本论文的主要工作重点： 对于c o m 、d i r e c t s h o w 等先进技术的了解、掌握与运用。 给出软件设计实现的细节、主要环节、处理流程图，根据不同的工具技术 分模块编写，并且完成软件编程。 根据芯片说明进行硬件设计，并手工完成实际贴片焊板，在个人电脑中进 行调试。 软硬件结合调试，达到实际需要效果。 本文的主要创新点与难点如下： 本课题所研究的项日为应用设计，属于老师的自选题e l ，是市场上没有的一种产 品的设计与实现，是结合市场与用户的产品设计。就整体面言，属于一种创新的产品， 是罄体的创新，而不是某个程序或者某个步骤的创新。 本次设计的电视卡兼容模拟数字两种格式，与市面上经营的模拟电视卡不同，它 可以接收数字电桃节目，同时可以通过d v 摄像头等处理模拟信号。是在充分了解数 字电视发展背景与市场走向之后经过深思熟虑开始设计实现的。在数字电视广为发展 字电视发展背景与市场走向之后经过深思熟虑开始设计实现的。存数字电视广为发展 8 第一章绪论 的今天，有很强的现实意义与市场价值。 由于巾- 场上尚未有成熟产品，以及相应技术较为先进，因此除了芯片说明书以及 编程工具组件介绍等工具书几乎没有相关方面内容的任何资料可以借鉴参考，而且所 有相关技术几乎都要从头学习。这就造成了准备工作的困难，以及加大了i ：作中解决 问题的难度。 本次设计均为实践操作而不单纯是理论实现。从硬件设计到软件流程设计再到编 程，均为个人动手实现完成。 9 第二章数字电视卡硬件设计 第二章数字电视卡硬件设计 2 1 数字电视卡工作原理 从总体上说，相对电视机来说，电视卡的实现原理比较简单，仅仅相当于电视机 中的信号接收、信号解码和处理部分。由于采用p c 显示器为终端输出，所以不需要 关联显示屏幕部分，因此比之传统的电视机要简单的多。简单的说，电视卡主要由 r f 射频模块( r a d i of r e q u e n c y ) 和解码芯片来实现的。当视频和音频信号通过铜轴 电缆或无线装置传入r f 模块后，转换成解码芯片能够识别的低频数字信号，最终输 出到显示器。简而言之，电视卡承接了一个将高频数字信号转换成显示器能播放的模 拟信号的作用，电脑作为信号流通的重要环节，可以对它进行截取、采集和再编辑， 发挥p c 的多功能优势。 电视卡主要有几个部分组成：高频头( t u n e r ) 、解码芯片( d e c o d e r ) 、p c b 板和其他 相关芯片；其简单工作流程如下： 当电视信号( r v 信号) 传送到电视卡上，首先进入的是高频头( t u n e r ) 。高频头的作 用是负责选择从线缆进来的信号，并且予以放大和变频。当接收到高频信号后，先经 高频头的输入回路，它从众多高频信号中选取欲接收的频道信号，并且有效地馈送给 高频放大级，同时抑制本频道以外的干扰。高频放大级对所接收的信号进行放大处理。 然后将音频和视频信号分离，此时两种信号仍然为模拟信号。 模拟的音频和视频信号从高频头输出后，需要经过专门的芯片处理。在电视卡上， 视频信号通过解码芯片( d e c o d e r ) 将其转换为数字信号，然后对信号做相应的处理后， 经p c i 接口和系统总线( b u s ) 传送到显卡上。此时显卡会将其转换成适合p c 显示器 输出的信号，一般这个过程中还有一个数模转化的过程。而音频信号要经过音频芯 片进行处理，然后通过p c i 总线传送到声卡上，声卡对进来的音频信号进行处理，然 后通过音箱输出。 如图所示： l o 第二章数字电视卡硬件设计 下面，详细论述一下硬件的实现过程。 2 2 芯片选择 目前市面上常见的解码芯片有c o n e x a n tb t 8 7 8 a 、2 3 8 8 x 和p h i l i p s 的 s a a 7 1 3 x 7 1 1 x 系列。b t 8 7 8 a 是使用最广泛、兼容性最好、价格最便宜的产品，由 于只有一组d m a 通道，且它的色彩取样只有8 b i t ( 2 5 6 色) 。c o n e x a n t2 3 8 8 x 是基于 8 7 8 开发出来的，支持捕捉数字和模拟信号，支持全球广播音频解码，支持1 0 b r 色 彩取样，并且通过了m i c r o s o f t w h q l 认证。p h i l i p s 的7 1 3 x 7 1 l x 芯片支持9 b i t 的色 彩取样，最高支持7 组d m a 通道，7 1 i x 主要用于电视盒，7 1 3 x 主要用于电视卡。 而且p h i l i p s 的a d ( 模拟一数字) 转换做得比较好，p h i l i p s9 b i t 色彩取样的最终效果 和2 3 8 8 x1 0 b i t 的最终效果相当。因此总的说来，2 3 8 8 x 和7 1 3 x 7 1 1 x 是同一档次的 产品，8 7 8 a 是稍低一点的产品。 对于本次设计，我采用飞利浦s a a 7 1 3 0 作为解码芯片。理由如下： 飞利浦p c i 7 1 3 4 d v b t ( h ) 设计包是一个完整的基于数字电视接收的解决方案。 该接口设计包提供完整的硬件和软件的接收混合电视的方法。p c i 7 1 3 4 d v b t ( h ) 支持 所有的现行的模拟和数字视频标准。在将来，可以以很低的成本完成从模拟到数字的 转变。 p c i 一7 1 3 0 d v b t ( h ) j 集成了s a a 7 1 3 0 视频解码器，显著简化了混合t v 应用方案 的设计。s a a 7 1 3 0 能处理模拟电视视频、进行立体声解码。m p e g 一2 传输流捕获、提 第二章数字电视骨硬件设计 供p c i 总线控制接口使其他关键组件获得更高i o 速率。基于软件m p e g 解码和多路 复用显著减少数字广播接收的开销。p c i 7 1 3 4 d v b t ( h ) 也可以提高成本来实现数字无 线广播、实时录像、视频编辑、宽带因特网广播的接收和新兴的m h p 。 s a a 7 1 3 0 具有非常先进的性能，采用了标准四行梳状滤波器和插值滤波器 ( i n t e r p o l a t i o nf i l t e r s ) ，结合先入，先出的数字视频信号2 d 方向( 上下) 换算电路 ( s c a l e r ) 以尽可能提高视频回放效果，并整合了灰阶补偿，黑电平延伸等高级功能； m u l t id m ac h a n n e l 方面，s a a 7 1 3 x 有7 组d m ac h a n n e l ，d m a 模式接口吞吐率 4 0 m b p s s ，足以支撑更大量的平行视频资料的多重运用：具有9 b i t a d c 的色彩采样。 s a a 7 1 3 0 提供了一种高集成，低成本的p c i 音视频捕获设备的解决方案。这种 设备可以捕获模拟电视和数字视频广播。各种各样多媒体数据类型通过p c i 总线控 制，实现主机最佳的传送能力。s a a 7 1 3 0 符合p c 的设计指南9 8 9 9 和2 0 0 1 。完全 符合2 2p c i 和a c p i 标准。而且解决方案支持多种视频输出格式如y u v 和r g b ， 音频可以通过回路传给声卡。s a a 7 1 3 0 提供了通用的外部接口，支持系统扩展。例如： 增加m p e g 解码器；使用d s p 加强音频效果：增加数字视频广播的信道译码器；通过 特制接r 1 接收传输流，然后通过p c i 总线传送给内存。各种内部事件和外部状态信息 可以通过p c i 中断来控制。 如图2 - 2 ，s a a 7 1 3 0 被封装成长方形，共有1 2 8 个针脚。在功能上，针脚共分为5 组，分别是：电源供应针脚、p c i 接口针脚、j t a g 检测接口、模拟输入针脚、g p i o 和主功能针脚。其巾p c i 接口针脚被布置在封装后的“长”边上，这样利于p c i 板卡 的布局设计。j t a g 针脚负责边界扫描检测。s a a 7 1 3 0 4 通过模拟输入针脚提供模拟 视频和音频信号的支持。s a a 7 1 3 0 提供1 2 c 总线，g p i o 等外部接口，具有以下功能 可供选择： 1 数字视频端口f v p ) ，只能输出以8 或1 6 位格式。 2 通过外部的d t v - d v b 频道解码器捕获传输流，快速打包保证同步，满足串 行或并行协议。 3 通过内部a d c s 捕获原始数字d t v - d v b 采样流，并传送给外部的d t v - d v b 信道解码器。 4 g p i o ，作为默认的静态的个别的可选择的读写针脚，可以读写系统重新配置时 的信息。 5 外部中断输入( i n 1 ) 接口。 1 2 第二章数字电视卡硬件设计 图2 - 2s a a 7 1 3 0 管脚结构图 如图2 3 ，s a a 7 1 3 0 整合了两个9 b i t a d c 的色彩采样和模拟电视信号( n t s c ，p a l ， s e c a m ) 的解码器。可自适应的四行梳状滤波器提供华丽的图片质量，清晰度，和高带 宽。视频流可以被裁减，缩放满足应用的需要，支持在水平和垂直两方向进行缩放和 压缩，并且白适应的过滤算法能防止图像失真。对于捕获同一个的视频源，可以定义 两种不同的路径，例如：捕获的视频传送给c p u 进行压缩的同时可以以不同的分辨 率，颜色格式桢频率进行播放。s a a t l 3 0 整合了模拟音频通道和通过回路音频线传送 给对声卡。解码后的音频和视频传送给p c i 总线，但同时提供传送给外部的流接口。 信道解码器捕获传输流，通过外部接口传送给s a a 7 1 3 0 芯片。d m a 控制器管理f i f 0 的填充和音频视频相联系的d m a 通道的填写。m m u 单元负责把虚拟内存地址解释成物 理地自e 。 辫静雾娄融瓣戮|llll 第二章数字电视卡硬件设计 5 j 1 ；l ；：一。嘞。瓣蹴器甚瓢，。_ 芝8 3 ：篙嚣：；某笔。，i i 葛嚣。i 型：! 三 s l 莹r oh3 ：o 1r to jro “t s e l e c t 。c l a m p g a mc o n t r o 2 a d c s9 一b i t n t s c ，p a l s e e a m d e c o d e r a d a p t i v e c o m bf i l t e r v i d e os c a l e r ， 3 一d r a wv b i 2p r o g r a ms e t s d i g i t a l v i d e o p o r ： 囤 f n a t n x e a m m a f o r m a l v i d e of i f o s d m ac o n t r o i 1 2 e i n t e r f a c e d t v t s p l s8 2 s j 热 2 s o u t a n a l o ga u d i o l ，0c l e f a u i t p a s s - t h r o u g h a u d i o a d c s 2 6 b 圈 a u d l o d a c s 2 惦b t v s o u n d s t e r e o d e c o d e r c l u a f m n f c a m 矗u d i of i f o 。s d m ac o n i r o p e ii n t e r f a c e 鱼c pp o w e rm a n a g e m e n l 2 3 硬件总体设计方案 s l f a d c p c ib i j s 图2 - 3s a a 7 1 3 0 内部功能图 本次设计的电视卡选用的如下所述的整体设计方案。解码芯片采用s a a 7 1 3 0 芯 片，t u n e r 采用s t v 0 2 9 7 ，上层应用程序采用该解决方案的s d k ，和d i r e c t s h o w 技术。 第二章数字电视卡硬件设计 具体原理与连接图如图2 - 4 f 巷ja p 掣：c nd i 却附 图2 4 电视卡示意图 板卡的主要活动是： 1 p c i 总线重新设置以后，板卡将进行初始化，激活1 2 c 总线读取e e p r o m 数据， 这些数据包含板卡系统的相关信息，然后加载这些数据，更改p c i 配置信息主要包括 a a s a a 7 1 3 0 寄存器的空间，和s a a 7 1 3 0 相关联的配置寄存器上下文。 2 通过t u n e r 选择用户定义的电视频道。 3 捕获数字电视信号，解码数字视频流，压缩成y u v 格式满足用户随意设定的 窗口大小。其中的音频将通过音频交叉开关由音频数据线传送给声卡。 板卡设计时注意的问题： 1 采用两层板设计，良好的信号、电源和地线布局可以使视频取的很好的性能， 1 5 第二章数字电视 硬件设计 同时具有最少的外部组件。 2 尽量减少外部组件的使用。 3 电源地线的降噪新能将影响板卡的布局。 4 可以简单的更换t u n e r 来支持不同的t v 标准。 2 4 电磁干扰的改善方法 1 选择质量好的连接电缆 一般情况下，连接电视卡的闭路信号线是一根7 5 欧姆的同轴电缆，电视画面 出现不稳定或颗粒较粗，往往是因为连接电缆在信号传输过程中，出现信号衰减而引 起的。一般来说，铜芯比铝芯的信号衰减小，粗线比细线信号衰减小，距离越长信号 衰减越大。因此，尽量选购铜芯比较粗的同轴电缆，比如无氧铜( o f c ) 线缆，减少接 线时的中间环节，不要用过长的信号线，从而可以减少信号在传输过程中的衰减。 2 减少机箱内部干扰 我们的电脑本身就是一个强干扰源，不但有各种板卡，还有电源线、数据线、 网线等各种连线，上述干扰源制造的杂波干扰作用在接入到电视卡的信号线上，由信 号线带入电视卡，从而造成电视卡收视图像中的干扰现象。因此，采用高质量且屏蔽 性能好的信号线和接头对消除电视卡的干扰现象显得很有必要。 另外，在板卡之间的位置安排上尽量花点功夫，可以把电视卡安装到距离显卡远 一点的p c i 插槽中，并和其他p c i 插卡也保持一定距离。 在本项目的设计中，主要采用加粗电缆以及尽可能的多加电容的方式改善电磁干 扰的问题，在实际调试中，将电视卡的位置距离其他p c i 插卡较远的位置。 2 5 本章小结 本章介绍了电视卡的基本工作原理以及简单论述了本次课题数字电视卡的芯片 选择、芯片功能以及硬件电路设计，提出了设计时需要注意的问题并说明了解决的方 法。 1 6 第二章数字电视卡软件设计 第三章数字电视卡软件设计 上章介绍了数字电视卡的基本工作原理与硬件实现过程，核心过程是将数字电视 信号传输入t u n e r ( 高频头) ，并对输入的信号进行信道解调，信源解调则由软件部分来 实现。本章重点论述数字电视卡软件部分。由数字电视卡的原理知道，工作过程主要 由信号传输、译码、播放三步组成，相应的，软件也分为底层驱动程序、上层应用播 放软件、用户界面设计三部分。其中编程环境采用v c + + n e t ，w i n d o w sx p 操作系统。 底层程序在s a a 7 1 3 0 所提供的s d k ( c o m 接口) 基础上进行开发的。上层视频处 理程序采用d i r e c t s h o w 技术。 总体流程如下图所示： 第三章数字电视卡软件设计 图3 1 软件流程图 1 8 第三章数字电视 软件设计 软件的流程是这样的：首先调用d e v i c ee n u m e r a t o r 方法得到设备对象的接口， 通过此接口可以查询到其它接口如：1 2 c 控制器接口、g p i o 控制器接口、解码器接 口，进而对硬件设备进行控制；还可以获得创建音频、创建视频、创建v b i 流、创建 传输流的方法。通过这些接口和方法，可以完全控制设备，使设备工作起来。因为设 计的电视卡要接收数字信号，所以在设