（通信与信息系统专业论文）基于stliteos20嵌入式操作系统的数字化处理电视的实现.pdf

摘要 本项目是在实时多任务嵌入式操作系统( s t l i t e o s 2 0 ) 平台上实现d p t v 即d i g i t a l i z e dp r o c e s s i n gt e l e v i s i o n ，即数字处理电视。d p t v 是在模拟广播 电视传输体制下，将接收到的模拟全电视信号，转换成数字信号，再对数字信号 进行音视频信号分离及进行数字域处理，最后再经过d a 转换电路，重新转换为 模拟信号并显示播出。d p t v 与模拟电视的优势在于，它将接收到模拟电视信号 经过电视机内部的数字芯片进行了图像、伴音的全数字处理，使声音效果更加真 实，画质细腻稳定，电视机的菜单达到接近于计算机上的完美显示效果。还能实 现多项模拟电视机难以觌的功能，如兼容高清晰度节目源等。d p t v 是在数字 电视真正普及之前的最好选择，必将是近几年电视行业的发展重点，具有极好的 发展前景。 本项目是基于s t 2 0 嵌入式系统，能实时操作系统进行多任务，多线程管理 使得信号处理速度非常快。系统软件采用模块化，层次化的结构，非常便于软件 移植，管理和功能升级的实现。只需对软件进行不大的改动就能将系统移植到其 它显示终端，如液晶显示器。该项目已经实现了数字化电视的所有功能，能够进 行量产。 关键字：数字处理电视嵌入式操作系统软件分层结构 任务优先级状态机前端信号接收在线串口升级 a b s t r a c t t h ep r o j e c tr e a l i z e sd p t vb a s e do ns t l i t e o s 2 0r e a lt i m eo p e r a t i o ns y s t e m ( d i g i t a l i z e dp r o c e s s i n gt e l e v i s i o n ) d p t vr e c e i v e sa n a l o gs i g n a l a n ds e p a r a t e v i d e os i g n a la n da u d i os i g n a l t h e nt h es y s t e mc o n v e r t st h es i g n a lt od i g i t a ls i g n a l a n dp r o c e s st h ed i g i t a ls i g n a li n d i g i t a l f i e l d a tl a s td p t vc o n v e r t st h ed i g i t a l s i g n a lt ot h ea n a l o gs i g n a la n dd i s p l a y t h ea d v a n t a g eo fd p t vt h a na n a l o gt v i s t h ev i d e oa n da u d i os i g n a la r ep r o c e s s e di nd i g i t a lf i e l d t h r o u g ht h ep r o c e s so f v i d e oa n da u d i oi nd i g i t a lf i e l dw ec a r lm a k et h ed i s p l a ym o r ee x q u i s i t e l ya n dm a k e t h es o u n dm o r er e a l i t y t h es y s t e mc a nb ec o m p a t i b l ew i t hh i g hd e f i n i t i o ns i g n a l d p t vh a v et h eb e s tf u t u r ei nt vf i e l d t h ep r o j e c ti sb a s e do ns t 2 0r e a lt i m eo p e r a t i o ns y t e m t h er t o si sm u l t i p l e t h r e a d sa n dm u l t i p l et a s k s s ot h es p e e do fs i g n a lp r o c e s si s v e r yh i g h t h e s t r u c t u r eo ft h es o f t w a r eh a sc h a r a c t e ro fh i b e r a r c h ya n dm o d u l a r i z a t i o n n l e c h a r a c t e ri sc o n v e n i e n tf o rt r a n s p l a n ta n dm a n a g e m e n ta n du p d a t e w ec a ne a s i l y t r a n s p l a n tt h es o f t w a r et oo t h e rd i s p l a yt e r m i n a ls u c ha sl c dd i s p l a y t h ep r o j e c th a s b e e nc o m p l e t e d w er e a l i z e da l lt h ef u n c t i o no fd p t vi nt h i ss y s t e m t h es y s t e mc a l l b ep r o d u c ti nf a c t o r y k e yw o r d s ：d i g i t a lp r o c e s s i n gt v ( d p t v ) e m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e m s o f t w a r eh i b e r a r c h y t a s kp o r i t ys t a t em a c h i n e f r o n te n ds i g n a lr e c e i v es o f t w a r eu p d a t ei nl i n eb ys e r i a lc o m m u n i c a t i o n 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，也不包含为获得墨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：j t 苇 签字日期： 。岁年z 月i 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘鲎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：j l | | b 签字日期： 0 9 年2 月f1 日 导师签名： 于撇 签字日期： 。f 年& 月，夕日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着嵌入式系统技术的发展，嵌入式系统越来越多的用在各种消费产品上 面，大大地增强和丰富了各种电子产品的功能。电视也越来越趋向于使用实时多 任务的嵌入式系统来完成各种操作，嵌入式系统的使用使得电视能够完成以前模 拟电视无法完成的功能，并且为向数字电视的过渡打下了较好的基础。数字化电 视不但能够实现逼真的电视菜单和在电视上运行实时性较强的游戏，而且还能实 现上变频和兼容各种信号源的功能。 1 2 数字化电视概述 1 2 1 什么是数字化电视 数字化电视是指将目前的模拟电视信号换为数字信号进行传输、接收、处理、 存储、记录和控制的电视系统。而目前所说的数字化电视是指在不改变现行广播 电视传输制式的前提下，尽量采用数字化技术的电视接收机，因此这种彩电只能 称为局部数字化电视或半数字化电视，亦可叫视频和音频数字化电视。而全数字 化电视则是指从电视台采集信号丌始，便已数字化。 数字化电视与普通模拟电视的根本区别在于信号处理方式a i 同，数字化彩电 具有画面透亮度好，层次与景深感强，颜色更为艳丽逼真，音像质量高等优点。 据预测，国产数字化电视将会j 力经两个阶段：第一阶段在模拟电视内大量采用数 字技术。第二阶段数字机顶盒阶段，当国内电视台发刺数字信号时，千家万户使 用的模拟电视无需更换，仅需再接一个机顶盒，便可接收数字信号。 1 2 2 数字化电视的发展 数字化电视是最近几年电视发展的跳跃，电视由模拟电路发展为数字电路使 得电视能够在数字域灵活的处理图像和伴音信号，数字化电视接收的还是模拟信 号。d p t v 即d j 萄t a t i z e dp r o c e s s i n g t v ，即数字处理电视。它是在模拟广播电视 传输体制下，将接收到的模拟全电视信号，首先由a d 转换器将模拟信号转换 成数字信号，然后对数字信号进行音视频信号分离及进行数字域处理，最后再经 过d a 转换电路，重新转换为模拟信号并显示播出。 模拟电视和数字电视是两种不同的信号传输系统，所反映出来的声音图像的 模拟电视和数字电视是两种不同的信号传输系统，所反映出来的声音图像的 第一章绪论 质量也不同。模拟信号是使用连续变化的物理量( 电压、电流) 为代表的信号； 数字信号是使用离散变化的数字量为代表的信号。使用模拟信号来传送图像的称 为模拟电视，使用数字信号则称为数字电视。数字电视就是从电视台采集、制作、 编辑到信号发射、传输，最终到接收的全过程都是数字化。因为模拟电视机从节 目采集到最终接收，信号的损失和衰减量比较大。譬如现在在模拟传输体制下， 电视台播出的画面质量都在5 0 0 线以上( p a l 制) ，但通过电波和电缆传输到家 庭电视机时，清晰度就损失了一半，在3 0 0 线左右。而数字信号，即用0 和1 数字编码来表达和传输信息，其传输过程中基本没有信号损失，所以数字电视具 有高清晰度。当前我国的整个广播电视传播体制仍是模拟制式，数字电视已经在 国内些试点开播。此项目中的数字化电视是模拟电视向数字电视发展的个很 好的过度产品。 目前市场上的主流彩电均为隔行扫描，都较严重地存在着画面闪烁和行间闪 烁、亮色串扰和运动图像的锯齿现象，图像分辨低，容易造成用户眼睛疲劳，视 力下降。本项目中的变频逐行扫描技术消除了隔行扫描难以克服的行间闪烁，使 垂直清晰度提高了3 0 左右，彻底消除了画面闪烁，画质相当细腻稳定，能够很 好地保护用户视力，带给电视机画质上一个质的飞跃，使得家庭用户可以放心利 用电视进行网上冲浪了。d p t v 与( 普通的) 模拟电视( 相比其) 优势在于，它 将接收到模拟电视信号经过电视机内部的数字芯片进行了图像、伴音的全数字处 理，极大的克服了画面闪烁，并且声音效果更加真实，画质细腻稳定，电视机的 菜单达到接近于计算机上的完美显示效果。还能实现多项模拟电视机难以实现的 功能，如兼容高清节目源等。d p i v 是在数字电视真正普及之前的最好选择，必 将是近几年电视行业的发展重点，具有极好的发展前景。数字化电视为以后的数 字电视的发展提供了良好的基础。 1 2 3 本项目中数字化电视的特点 1 本项目( 的软件) 采用国际上先进的s t l “e o s 2 0 嵌入式操作系统，该 系统以s t l i t e o s 2 0 实时操作系统进行多任务，多线程管理。 2 系统软件采用模块化，层次化的结构，非常便于软件移植，管理和功能的 升级实现。只需对软件进行不大的改动就能将系统移植到其它显示终端，如液晶 显示器。 3 在本项目中采用了先进的p e g 图形处理技术，该技术是专门针对实时嵌入 式系统开发提供的最为完整的g u i 解决方案，它所作出的图形界面接近于计算机 显示的逼真效果，另外p e g 具有占用空间小，处理速度快，易于向任何支持图形 输出的硬件平台移植的特点。 第一章绪论 4 在数字域中我们通过数字化的梳状滤波器大大提高了亮色分离的效果。 5 因为本系统为实时嵌入式操作系统，系统的运行速度非常快，因此能在这 个系统上实现很多功能，如系统能够进行上变频，多画面浏览逼真的游戏画面等 复杂功能，而不会影响系统的反应速度。 1 2 4 本项目中数字化电视机的功能模块 本数字化电视主要包括如下几个部分： 1 管理整个系统的微处理器，在这个微处理器内部嵌有s t 2 0 嵌入式操作系 统和数字信号处理部分。s t 2 0 操作系统是3 2 位r i s c 结构的微处理器，是一个 实时多任务的高性能操作系统。 2 多制式数字视频解码器电路：该模块是用来处理各种标准模拟信号，将模 拟信号模数转换为数字的4 ：2 ：2 y c r c b 的格式的数字信号。此电路能够输出经 过解调的亮度色度和片段数据，如t e l e t e x t , c l o s e d c a p t i o n ，w s s ，等。该部分电 路能自动的识别信号标准并选择y c 分离的算法。 3 两片8 m b y t e 的s d r a m 和一片2 m b y t e 的f l a s h ，s d r a m 的数据总线 上能够高速进行大量的数据搬移。 4 前端接收模块：该模块负责接收高频信号，转换成中频信号并进行中频放大， 音频视频流分离，并转化成c v b s 全电视信号输出给后端a d 转换电路。 5 后端显示处理模块：该模块接收处理器输出的视频信号，进行几何调整 并输出给c r t 显示。 6 上变频模块：该模块能够根据行场频率进行上变频，可以由6 2 5 i 5 0 h z 或 1 0 8 0 i 6 0 h z 进行上变频变成1 0 0 h z 或1 2 0 h z 的频率。 7 另外的几个模块分别是信号通道选择模块，行场同步提取模块，音频模块等 以上电路模块是本数字化电视的典型的电路模块，从该系统各个模块的设置 来看此系统是一个典型的嵌入式系统，该系统具有强大的信号处理能力和很好的 实时性。 数字化电视是电视领域的一个很大的突破，数字化电视的出现标志着电视由 传统的单片机时代过渡到了功能强大的嵌入式操作系统时代，这项进步为以后的 数字化电视的普及打下了良好的基础。 1 3 本论文完成的任务 本课题是天津数字信息技术中心的项目课题，该课题是在嵌入式系统上实现 数字化电视的解决方案，在本项目中我主要负责系统底层驱动程序的编写和上层 第一章绪论 软件的系统集成，同时对电视的硬件系统也有一定的了解在本项目中我具体的 工作有以下几点： 一熟悉嵌入式系统的体系结构和工作原理对嵌入式系统的软件结构和硬件 框架都有较好的了解 一 熟悉本s t 2 0 嵌入式系统的软件结构和运行机制并编写了和调试了多个模块 的驱动程序，并且对整个系统软件进行了集成，同时对o s d 界面的软件已 参与了编写。 - 熟悉嵌入式系统底层b o o t 程序的原理，熟悉本系统的g n u 编译连接环境， 通过利用本系统的g n u 调试环境，控制系统的编译连接，编写了在线串口 升级的双启动程序。 - 利用本系统自带的调试工具对软件代码进行调试。 _熟悉数字化电视的原理和信号处理的过程，以及数字化电视系统设计中问 题的解决。 本论文最终完成的内容包括：开发了基于s t 2 0 嵌入式系统的d p t v 各个底 层模块的驱动程序，编写了电视机在线串口升级的程序，参与编写了基于p e g 工具的上层o s d 界面的程序。 1 4 本课题的研究进展与成果 经过长达一年多的研发，c t v l 0 0 的样机的各种功能已经全部实现，硬件和软 件系统已经成熟，该d p t v 电视具有功能强大，可以选择兼容1 0 8 0 i 高清信号， 播放的电视信号图像稳定，不受外界干扰，画质清晰，系统稳定。该电视在数字 域叠加o s d 菜单使得该电视菜单具有非常细腻逼真的完美效果，受到很多厂家的 好评。目前该c t v l 0 0 项目将要进行小批量生产，2 0 0 5 将正式大批量生产。 4 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 第二章c i v l0 0 系统总体设计方案 c t v l 0 0 设计方案是意法半导体公司推出的一款新的数字化电视解决方案， 该方案也是一套完整的嵌入式系统解决方案，c t v l 0 0 平台是2 h ( 1 0 0 h z 或非隔 行扫描) 数字化的电视开发平台，该平台主要包括s t v 3 5 0 0 和s t v 2 3 1 0 两块核 心芯片，用于软件开发的诊断控制单元接口，可以选择几路视频输入，如 c v b s ，s c a r t ，yc r c b 等，整个系统总体设计方案框图如图2 1 所示 2 1 系统的硬件平台介绍 图2 - 1 系统总体设计方案框图 现在的数字化电视或数字电视的趋势是把数字解码板单独从电视底板分离 出来，这样做的好处是可以充分发挥彩电生产厂家对于传统电视底板电路的设计 的优势和研发企业对数字信号处理电路设计的优势。本项目中我们主要负责电视 数字信号处理板开发。 c t v l 0 0 方案数字板上最主要的芯片是s t v 3 5 0 0 ，s t v 3 5 0 0 内有上变频器能够 对信号进行上变频处理，一个3 2 位c p u 内核的s t 2 0 系列微处理器，本系统的嵌入 式操作系统s t 2 0 就在这里面运行。s t v 3 5 0 0 还具有高性能的0 s d 生成器。s t v 3 5 0 0 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 负责所有数字视频信号处理、o s d 、图文电视信号处理、红外遥控接收以及控制 外围芯片等功能，是这个系统的核心芯片。 系统中另一个主要的芯片是s t v 2 3 1 0 芯片，它可识别p a l 、n t s c 、s e c a m 以及 非标准信号，并将模拟信号转变为数字信号输出8 b i td i 信号。s t v 8 2 0 6 ，带 s r s ( 虚拟环绕声) 多制式电视音频处理器和数字声音解码器，输出多种声音效 果；t e a 6 4 1 5 c ，是1 2 c 总线控制的2 0 m h z 带宽视频矩阵开关芯片。 系统的外围存储设备m 2 9 w 1 6 0 b t ，是1 6 mb i tf l a s h ，系统的主要应用程序就 放在这里。2 片k 4 s 6 4 1 6 3 2 d ，每片是6 4 mb i ts d r a m 。s t v 3 5 0 0 上通过外部存储器 接口( e m i - - e x t e r n a lm e m o r yi n t e r f a c e ) 连接到这些外部存储器上。 f 1 a s h 和s d r a m 的2 0 位地址线是复用的。一片s d r a m 和f l a s h 复用1 6 位的数据 线，另一片s d r a m 单独用1 6 位的数据线，这个系统的e m i 总线接口使用的是p a d g l u el o g i c ( p g l ) 方法，这样能够大大优化管脚数目。此系统的e m i 总线的时钟 频率和连接方法具有相当高效的数据传输速度，能够大大提高系统的数据交换 时间，这种高效的e m i 总线对于对实时性要求较高图像处理系统所必需的。 此外系统中还有m 2 4 5 1 2 一w ，5 1 2 k be 2 p r o m ，实时时钟芯片以及各种电源芯片 等外围设备。 另外在电视的底板上还有前端接收芯片，包括t u n e r 和i f ( 中频放大芯片) 负 责接收高频电视信号，还有伴音芯片这些都是控制芯片都由s t v 3 5 0 0 通过1 2 c 总 线控制。在电视的底板上还有专门给显像管提供行场同步信号的行场变压器以 及偏转线圈，和电视地板的电源等高压器件。 以上就是这个系统的整体硬件框架，系统的硬件设计就是基于以上介绍的芯 片和电源器件设计的。 2 2 整机工作流程介绍 2 2 ，1 系统的信号处理流程 整机的工作流程为高频调谐器( t u n e r ) 先对高频信号进行调谐，高频信号 经过两次混频，得到3 8 9 mh z 的中频信号，再将中频信号送入中频电路模块，在 这一步a f t ( 自动频率控制) 是通过软件用s t v 3 5 0 0 的a d 端口对中频芯片的 a f t 端口采样电压值，来判断中频频率偏差的大小，进而对t u n e r 的分频系数进 行调整达到最佳的混频频率，最后将射频信号转化成稳定的3 8 9 m 的中频信号。 中频信号进入中频放大芯片后进行视频音频分离放大，中频处理芯片将音频信号 输入给s t v 8 2 1 6 伴音处理芯片声音经该芯片处理后能够产生m o n on i c a m 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 z w e i t o n 等各种声音效果，并且通过软件设置能够实现标准效果，剧场效果，音 乐厅效果，等各种效果。另外中频处理芯片中将视频信号转变成为c v b s 全电视 信号输入给s t v 2 3 1 0 芯片处理，至此前端接收的工作完成。 s t v 2 3 】o 是一个低功耗的视频前端，视频信号在s t v 2 3 1 0 d e 依次经过a d 转 换，信号同步提取，a g c 钳位控制，梳状滤波器，自动标准识别等电路模块处 理后，以d 1 的标准格式输出4 ：2 ：2 的y c r c b 像素流数据和像素时钟给s t v 3 5 0 0 。 s t v 2 3 1 0 可以将模拟n t s c 臌l s e c a m 的c v b s 信号以及r g b 或y c r c b 信号转 换成数字信号。s t v 2 3 1 0 还能通过输出被调制过的色度和反相的亮度信号来支持 t e l e t e x t ，c l o s e dc a p t i o n , w s s 的服务。s t v 2 3 1 0 是一个不需要外部同步的芯片， 能够从c v b s 或y 信号中提取同步信号，并且能通过专门的芯片引脚来传输行场 同步信号或者把行场同步信号嵌入在数字的比特流中传输给下一个数字信号处 理芯片一s t v 3 5 0 0 。s t v 2 3 1 0 输出的符合8 一b i ti t u - rb t 6 0 1 6 5 6 标准的数字信 号。s t v 3 5 0 0 接收s t v 2 3 1 0 传过来的8 b i t d l 信号，并对此数字视频信号进行数字 域处理。 s t v 3 5 0 0 内部的标准定义输入模块( s d i n ) 接收符合4 ：2 ：2d 1 格式的非 复用视频数据流，以及行场同步脉冲信号，s d i n 接收的输入格式是7 2 0 像素每 行和4 8 0 行每帧。s d i n 接收d 1 数据后单独将视频流中的亮度信号进行3 d 数字 降噪，以减少干扰。s d i n 接口能提取嵌入在数据流中的行场同步信号，也能直 接接收s t v 2 3 1 0 直接传来的行场同步脉冲。这些同步脉冲用来和视频信号同步 以捕捉视频数据。 行场同步脉冲被送入视频时间基准发生器( v t g ) ，v t g 可以上变频行场同 步脉冲，将输入的1 h 信号上变频成1 h 到3 h 之间的行扫描信号，或将5 0 h z 的 场频上变换成1 0 0 h z 的信号。( 本方案) 项目中选择1 0 0 h z 作为输出的场频，当 信号从v t g 输入或输入的是y p r p b 信号时就不再选用上变频模式，而是使用旁 路模式，让行场信号直接通过v t g 而不经过任何处理。值得注意的是v t g 在上 变频模式下如果要输出的每场的行数和输入的每场的行数不一致则v t g 显示模 块的场滤波器就给每场插入输入行以达到输出行( 要求的) 行数。 s t v 3 5 0 0 的屏幕显示单元( o s d ) 用于显示电视菜单和报文电视。屏幕显示 单元通过把图形层叠加在正常的视频信号上显示出来，在一个显示平面上有4 个 不同的显示层叠加在一起才产生了最终的显示效果，他们分别v i d e o 层， b a c k g r o u n d 层，g r a p h i c s 层，c u r s o r 层。v i d e o 层用来显示一般是电视图像信号， b a c k g r o u n d 层是用来和v i d e o 层结合调整v i d e o 层的对比度饱和度的，伊a p h i c s 层用来显示电视菜单，c u r s o r 层用来显示报文电视的信息。每个层都有自己的功 能。他们叠加在起，组成了整个电视的图像显示。这种不同图层叠加在一起的 显示使得不同图层之间不会相互干扰，对不同显示功能的图层管理更加方便。 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 图像信号在s t v 3 5 0 0 内部经过上变频，亮度，对比度的调整，以及在数字 域叠加菜单，最后输出给后端显示处理模块t d a 9 3 3 2 。 2 2 2 系统接收信号的类型 因为本系统是准备给厂家做的产品，本系统设计可以选择接收多种信号源来 的信号：前端t n u e r 来的高频信号，c v b s 信号，yc r c b 信号，v g a 信号，1 0 8 0 i 信号。 这些信号分成两种方式进入这个系统。 第一种方式：高频信号，c v b s 信号，yc r c b 信号是这个系统最主要的输 入信号，这三个信号先进入s t v 2 3 1 0 芯片，进行模数转换，然后再在数字域处 理，并且在数字域叠加o s d 菜单，最后传输到t d a 9 3 3 2 输出显示。 第二种方式：对于v g a 信号，1 0 8 0 i 信号此系统不能对v g a 信号，1 0 8 0 i 信号进行数字化，所以v g a 信号，1 0 8 0 i 信号就直接通过t a l 3 7 0 芯片提取行场 同步信号后进入后端显示芯片t d a 9 3 3 2 。因为v g a 信号，1 0 8 0 i 信号没有在数 字域处理，所以这两种信号显示时的o s d 菜单只能在模拟域和这两路信号叠加 在一起显示。 因为这么多信号要输入到t d a 9 3 3 2 ，所以要让这些信号先进入t e a 6 4 1 5 视 频切换矩阵开关芯片选通一路信号输入t d a 9 3 3 2 。1 0 8 0 i 信号和v g a 信号进入 系统首先通过t a l 3 7 0 提取行场同步信号，然后这两个信号进入t d a 9 3 3 2 ，提取 出来的行场同步信号被输入到s t v 3 5 0 0 去同步o s d 菜单信号，这样就能保证图 像信号和o s d 菜单的显示保持同步了。 另外音频处理模块s t v 8 2 0 6 接收中频放大芯片输入的音频信号，对伴音信 号进行处理，s t v 8 2 0 6 为带s r s ( 虚拟环绕声) 多制式电视音频处理器和数字声音 解码器。 t d a 9 3 3 2 接收到信号后，对信号进行几何失真调整，同时也对亮度，对比度， 等图像参数的调整t d a 9 3 3 2 最后将调整过的r ，g b 信号和行场同步信号输出给 后端显示 t d a 9 3 3 2 芯片具有r g b l ，r g b 2 ，y u v 三种信号输入的接口第一组r g b l 输 入内接片内的r g b y u v 转换矩阵单元，变为y u v 信号后，与外部的y u v 输入信号 在片内的s w i t c h 模块内进行信号选择，选出一路y u v 后再进行信号处理，转变 为r g b 信号，然后在r g b 内插模块中与第二路外部r g b 2 输入信号混合，生成最 终的r g b 输出。 系统设计中根据两组r g b 信号的特点，当系统的输入信号是从s t v 5 0 0 来的 信号，则信号从t d a 9 3 3 2 的r g b 2 三个管脚输入，此时r g b 信号中已经加入了0 s d 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 信号，就不用在另外加上o s d 信号的输入。当输入信号是v g a 或1 0 8 0 i 信号，这两 路信号就分别输入到t d a 9 3 3 2 的r g b 2 ，y u v 管脚，而这两路信号的0 s d 菜单信 号是在s t v 5 0 0 内部产生的，在本系统中我们设计让t a l 3 7 0 提取v g a 或1 0 8 0 i 信号的行场同步信号输入s t v 5 0 0 去同步v g a 或1 0 8 0 i 信号的o s d 菜单信号，然后 再将此同步信号输入给t d a 9 3 3 2 ，这样设计能够保证v g a 或1 0 8 0 i 信号和0 s d 菜 单信号同步，不会产生图像错位 经过上面的信号处理流程最终能够将接收的信号，经过叠加o s d 菜单信号， 图像各个参数调整最终输出显示。 2 3 系统各个芯片的介绍 2 3 1 系统核心芯片一s t v 3 5 0 0 介绍 s t v 3 5 0 0 是一款运用于低功耗1 0 0 h z 的电视底板的芯片，它提供一个高性能 低功耗的2 h 电视的解决方案。s t v 3 5 0 0 f 1 2 够处理多制式的视频解码芯片( s t v 2 3 1 0 ) 传输的符合i t u rb t 6 0 1 6 5 6 标准的视频流。s t v 3 5 0 0 里面有一个行场上变频 器，一个3 2 b i ts t 2 0 的c p u 内核，0 s d 显示模块等。s t v 3 5 0 0 与外部的s d r a m 一起产 生上变频信号，图文电视和0 s d 菜单。 图2 2s t v 3 5 0 0 芯片的结构框图 s t v 35 0 0 内部结构如图2 ，2 所示 根据图中的总线( b u s ) 分为两大部分 由该图可知，s t v 3 5 0 0 芯片内部结构可以 总线之上是视频信号处理流水线：总线之 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 下是系统的本身运行所需的模块及c p u 内核，以下是对各个主要的功能模块的介 绍： 1 视频显示通道( v i d e od i s p l a yp i p e l i n e ) ：对于我们选择的视频显示格式和即 将到来的视频流有不一致的情况，这个模块就包含了所有的对这种格式不一致进 行处理所需要的各种处理功能。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。 2 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： 提供符合d 1 标准的输入接口，可对4 ：2 ：2 的y c r c b 输入数据流进行解复用，并 可从中抽取出嵌入的各种辅助数据。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 视频时间基准发生器( v t g ) ：该模块产生上变频的行场同步脉冲去驱动 视频r g b 信号的输出。在1 h 的模式下v t g 接收从s d l n 提取出来的行场同步 信号，再根据被选择的同步模式将产生的行场同步脉冲提供给2 h 模式。在逐行 或隔行模式下v t g 能够产生所有从1 h 到3 h 的同步脉冲给行扫描，还能够产生 所有的从5 0 h z 到1 2 0 h z 的同步脉冲给场扫描。 4 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。 5 菜单显示模块( o s d l ：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 r l o o k - - u p t 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 5 6 种颜色并存储在外部的s d r a m 中，而其中有几十种颜 色是不能改动的。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 t a 透明度控制以及8 b i t r 、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 。 6 图像合成模块( p i c t u r ec o m p o s i t o r ) ：图像合成器是一个实时的多层 数字混合器，它将来自四个不同层面的数据混合在一起，图像合成器用于将经过 视频显示流水线中的y s i c t i 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。各个图层通过图像合成器叠加在一起，作为一个单一的数据流 输出。 图像合成器的算法如图2 3 显示， 第二章c n ，1 0 0 系统总体设计方案 0 s d t 2 3 图像合成器算法 7 2 d 块搬移模块( 2 db l o c km o v e ) ：负责从内存中的某区域读入数据块， 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 不。 8 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。 9 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6 4m h z 一1 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 和中断控制器( i t c ) 。 1 0 外设接口模块( t vp 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 “的完全可编程的p i g ；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 1 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。 1 2 时基发生模块( t i m e b a s eg e n e r a t o r ) ：该模块生成用于视频输出需要的行 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1 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 3 中断级别控制器( i n t e r r u 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： 内核子系统：由s t 2 0c p u 内核、d c u ( d e h 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。 视频子系统：由s d l n 、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。 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。 通信子系统：由i r 、1 2 c 、p w m 、a d c 、u a r t i r d a 、r t c w d g 、t i m e r s 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 等组成，完成与机内其他芯片和电路的通信与控制。 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 3 2s t v 2 3 1 0 芯片介绍 s t v 2 3 1 0 是用于处理所有制式的模拟电视信号，并将其转换成符合d 1 标准 的4 ：2 ：2 的y c r c b 视频格式的数字信号输出。它能够处理的信号包括 n t s c p a l s e c a m 制式的c v b s 电视信号，以及模拟的r g b 和y c r c b 信号。 s t v 2 3 1 0 能够自动识别各种图像制式，并且能够根据不同的图像制式选择最 优化的亮色分离算法，并且具有根据需要改变输出图像显示比例的功能。 s t v 2 3 1 0 能够把输入信号的格式转换成数字的8 b i ti t u rb t 6 0 1 6 5 6 标准 和方像素输出标准。 s t v 2 3 1 0 可从c v b s 或y 分量信号中提取同步，因而不需要外部同步系统， 它并将该同步信号通过引脚传输出去或者通过将同步信号嵌入在数字比特流中。 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h d t v 、基于p c 的t v 、机顶盒s t b 以及p v r 等领域，其结构如图2 - 4 所示。 图2 - 4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： 1 a d 变换模块( n dc o n v e r s i o n ) ：在该模块中模拟信号经过该模块中的信号 钳位及自动增益控制电路后，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。 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 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 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 数据合成及输出接口模块( d a t am i x i n g & o u t p u ti n t e r f a c e ) ：当s t v 2 310 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 c r c 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 ：2y c r c b 的格式输出。 5 亮色分离模块( l u m 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。 6 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。 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。 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 o ：s t v 2 3 1 0 的系统时钟采样 频率由嵌入式的晶体振荡器或者是外部时钟产生器产生。采样频率是2 7 m h z ， 并且与任何输入的电视图像制式无关。系统时钟提供或者是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 3 3 其他芯片介绍 t d a 9 3 3 2 是后端显示芯片，由1 2 c 总线控制，能够接收3 路信号的输入， 一路是y u v ，另两路是r g b 信号。在本系统中一路y u v 信号用来接收外部的v g a 信号，另外两路r g b 输入一路来自于s t v 3 5 0 0 的r g b 信号，另一路r g b 来用来输 入s t v 3 5 0 0 的菜单的r g b 信号。另外t d a 9 3 3 2 还具有以下几个特点： 1 t d a 9 3 3 2 具有对于不同色差信号的可变换的矩阵转换电路，因此颜色重现电路 可以适应不同制式的电视节目，如p a l s e c a ma n d ，n t s c 2 具有可编程的偏转处理器，能够生成内部时钟，能产生用于行、场及e - w 偏转 的驱动信号。 3 此芯片既可用于5 0 6 0 h z 单倍扫描模式，又可用于1 0 0 1 2 0 h z 倍频扫描模式。 4 t d a 9 3 3 2 是图像显示的显示驱动芯片，能够控制图像的色度，饱和度对比度。 电视的最终图像显示的很多参数都是在t d a 9 3 3 2 里面控制的，因此调试 t d a 9 3 3 2 的图像显示参数是完成电视产品化中很重要的一点。 t e a 6 4 1 5 主要功能是完成对8 路输入视频信号n 6 路输出视频信号之间的切 换，每次只能输出一路视频信号，而每一路输入信号却可以对应多路输出，具体 第二章c t v l 0 0 系统总体设计方案 的切换可通过i2c 总线控制