（通信与信息系统专业论文）ctv100ctv120平台的dptv视频处理部分的硬件研究与实现.pdf

摘要 数字电视是继黑白电视和彩色电视后的第三代电视。但我国今后很长一段时 间电视广播与接收的标准和制式依然以模拟信号为主，因此在不改变现行广播体 制的前提下，在模拟电视接收设备中使用数字处理技术，大幅度的提高图像的清 晰度和稳定度，即数字处理电视卿g i t a lp r o c e s s i n g t 、，) 应运而生。数字处理电视 接收模拟信号，并进行数字化处理，最后还原为模拟信号输出，是模拟电视向数 字电视过渡的中间产品，也是我国这个阶段的主打产品。因此，数字处理电视的 开发对我国现阶段电视产业的发展有着非常重要的现实意义。 本论文完成的任务是设计与实现天津市数字信息技术研究中心( t r c d i t ) ， 的“基于意法半导体c t v l 0 0 c t v l 2 0 解决方案的数字化电视设计”项目中的硬 件部分。采用这个平台设计的目的是引导电视技术向数字电视过渡，并为现在和 将来的电视提供所需的功能和灵活性，c t v l 0 0 平台核心芯片是一个3 2 位的 9 6 m i - i z 微处理器，c t v l 2 0 平台的核心是一个3 2 位的高达1 3 3 m h z 微处理器， 二者都可以方便地支持要求最苛刻的电视应用。c t v l 0 0 c t v l 2 0 平台是跨越模 数鸿沟的过渡型平台，此平台的成功开发可为今后的d t v 开发打下良好的技术 基础。本文中详细介绍了c t v l 0 0 c t v l 2 0 平台的功能及硬件结构，以及电路板 的设计方法。 关键词：数字处理电视、c t v l 0 0 、c t v l 2 0 、嵌入式系统、信号完整性 输入输出缓冲信息模型 a b s t r a c t d i g i t a lt vi st h e1 h i r dg e n e r a t i o nt va f t e rb l a c ka n dw h i t et va n dc o l o rt v f r o mn o wo n , t h ec u r r e n tt vb r o a d c a s t i n ga n dr e c e i v i n gs t a n d a r dw i l lb em a i n l y a d o p t e df o rs o m el o n gt i m ei no wc o u n t r y i nt h i ss t a g e , d i g 眦p r o c e s s i n gt v ( h e r e a i ! t e rr e f e r r e dt oa s d p t 驴1i sm v e n t e db ym i x i n gd i g i t a lt e c h n o l o g yw i mt h e n o w a d a y sa n a l o gt vr e c e i v e rt om a k eg r e a tp r o 蓼铝s o nt h ed e f i n i t i o na n d s t a b i l i z a t i o no ft h ei m a g ew h i l en o tm a k ea n yc h a n g e st ot h et vb r o a d c a s t i n ga n d r e c e i v i n gs t a n d a r d d p t vh a st h ec a p a b i l i t yt or e c e i v ea n a l o gv i d e os i g n a l s ，m a k e d i g i t a lp r o c e s s i n ga n dt h e nt u r ni n t oa n a l o gs i g n a l sa g a i n , i t st h em i d - p r o d u c ti nt h e t r a n s i t i o np e r i o df r o ma n a l o gt vt od i g i t a lt vi t sa l s ot h ed o m i n a n tp r o d u c ti nt h i s s t a g e s o d p r vi s a ni m p o r t a n tp r o d u c td r i v i n go l | rn a t i v et vi n d m 缸- yd u r i n g c u r r e n tt r a n s i t i o np e r i o d t h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri st or e s e a r c ha n di m p l e m e n to ft h ed p t vv i d e o s u b s y s t e mh a r d w a r eb a s e do ns t m i c r o e l e c t r o n i c sc t v l 0 0 c t v l 2 0p l a t f o r m ，w h i c h w ei n t r o d u c ei sj u s tf o rl e a d i n gu so nt h er i g h tw a yt od i g i t a lt vs t v 3 5 0 0 s t v 3 6 0 0 t h ec o l eo fc t v l 0 0 c t v l 2 0p l a t f o r m ，i sa ni n t e g r a t e du p - c o n v e r t e rw i t h3 2 - b i t c p uc o r ew i t hv i d e oe n h a n c e r sa n d b i t m a p o n - s c r e e n d i s p l a y t h e c t v l 0 0 c t v l 2 0p l a t f o r mn a l t o w 8t h eg a pb e t w e e na n a l o gt va n dd i 百t a lt v t h e d e v e l o p m e n to fc t v l 0 0 c t v l 2 0p l a t f o r mi s ag o o df o u n d a t i o no ff u t u r ed t v d e v e l o p m e n t t h eh a r d w a r es t r u c t u r e ，t h er e a l i z i n gp r i n c i p l ea n dt h ep c bd e s i g n m e t h o do f c t v l 0 0 c t v l 2 0p l a f f o r ma r ed e s c r i b e di l ld e t a i li nt h i sp a p e r k e yw o r d s ： s i g n a li n t e g r i t y d p t v c t v l 0 0c t v l 2 0e m b e d d e ds y s t e m m i s m o d e 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，也不包含为获得墨鲞盘茎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 阼了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 互试 签字日期：加年2 月纠细 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨生盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘生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： 互成 导师签名： 适描。 签字日期：劢年2 月2 归签字日期：o 乙- 彳年毋月斜日 第一章绪论 i 1 引言 第一章绪论 目前我国电视台播放的电视信号大都是模拟信号。国内生产的数字化电视 ( 也称数码电视) 并不是接收数字电视信号的电视机，它接收的信号仍然是模拟 电视信号。它与普通彩色电视的区别在于：它接收到模拟电视信号后，通过a d 变换器将模拟信号转变为数字信号，然后对数字信号进行处理，最后还原为模拟 信号输出。而普通电视则对接收到的模拟电视信号直接进行处理和显示，这种数 字化的模拟电视机称为d p t v 。发展d p t v 方面为了满足人们所期望的电视能提 供更高级的视听享受，给人以身临其境的感觉；另一方面是由于今后较长时间内 我国电视广播还将以现行的模拟制式为主。因此，在我国发展d p t v 是必然的趋 势。数字化电视与模拟电视相比，在性能上有明显的提高，可以得到更加清晰生 动的电视画面和震撼逼真的音效。所以说，数字化电视在未来几年内将是我国彩 色电视机市场上的主流产品。 目前我国的d p t v 发展已进入产业化阶段，为了形成一个相当规模的产品链 条，最大程度的促进d p t v 的产业化。有鉴于此本文的主要工作就是进行d p t v 相关产品的设计和开发。 1 2 数字处理电视概述 1 2 1 数字处理电视( d p i v ) 概念 d i g i t a lp r o c e s s i n gt v ( d ”v ) 即数字处理或数字化电视，也就是具有数字处 理功能的模拟电视，它是传统的模拟电视向数字电视过渡的中间产品，它的工作 原理是：将接收到的模拟射频电视信号，经高、中频放大处理并解调后，得到全 电视模拟视频信号( c v b s ) ，这个过程与普通的模拟电视相同。不同的是，将 得到的模拟复合视频信号进行a d 变换，对图像，伴音和其他信号进行全面的 数字处理，也就是两端( 前端为高中频电路，后端为视频和音频放大电路) 采用 模拟电路，中间( 视频及音频信号处理电路) 采用数字电路。它采用了数字技术 处理信号来提高系统整体性能，实现了许多模拟电视难以实现的功能。 1 2 2 数字处理电视的关键技术 在数字处理电视中，按处理功能划分主要有以下几种数字化电路： 1 功能控制的数字化电路 第章绪论 数字处理电视一般采用微处理器系统来控制整机的工作，该系统一般由微控 制器( m c u ) 、存储器和总线控制电路组成。该系统能实现的功能包括：频道搜索、 选择、跳跃及微调控制；制式识别与切换的控制，其中包括彩色制式( p a l 、n t s c 或s e c a m ) 、伴音制式( d k 、b 6 、i 、m 或n i c a 1 ) 以及场频识别( 5 0 h z 6 0 h z ) ； 图像质量的控制；对比度、亮度、饱和度、以及组合图像的控制；伴音的控制， 包括高音、低音、平衡、音量、静音以及其它音效等；综合功能控制，如待机、 定时开、关机、无信号蓝屏等；以及屏显功能，可显示所需菜单等。 2 数字梳状滤波器y c 分离技术 在普通电视中，色度信号( c ) 和亮度信号( y ) 的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 其效果并不理想，不能彻底分离y c ，仍然会存在色点干扰。而数字处理电视中 采用的数字动态梳状滤波器由于采用了数字技术，彻底解决了y c 分离的问题， 增强了画面质量。 3 倍频扫描技术 为改善隔行扫描所引起的行间闪烁和大面积图像闪烁等问题，在数字处理电 视中采用了场内行插入法和帧内场插入法技术，目前面市的1 0 0 h z 电视均利用该 技术达到倍频效果，从而解决了传统电视中的由低场频、隔行扫描所带来的缺陷。 倍频扫描技术是数字信号处理技术在模拟电视中的一个典型的成功应用。 以上是数字处理电视一般必备的电路模块，此外，根据需求还可加入一些其 他的电路模块，例如丽音接收模块、画中画电路模块等。此外，新技术的发展也 带来了显示器的变革，虽然目前主流显示器仍然是c r t , 但随着电视的平面化， 簿型化，时尚化，l c d 液晶显示器，p d p 等离子体显示器等正在崛起。 总之，数字技术正在改变着传统电视的概念，并赋予它新的含义。 1 2 3 数字处理电视的特点 传统模拟电视存在一些难以克服的内在缺陷，如由于噪声的累积使图像质量 下降，由多路径反射造成重影，亮色干扰难以消除，存在大面积闪烁等。而数字 处理电视，则具有以下几方面的优势和特点： 1 ) 提高图像质量。采用数字方式可使亮度信号和色度信号的分离更加彻 底，削弱两者之间的相互串扰。另外，还可以实现抗干扰性很强的同步、消除闪 烁、逐行扫描方式显示以及降噪等处理功能。 2 ) 增加功能。利用存储功能及相应的处理技术，可以在一个屏幕上进行多 个画面的显示，也可以在一个主画面中附加一个小画面，还可以在任意瞬间使画 面静止显示等。这都是模拟电视难以实现的。 2 第一章绪论 3 ) 实现自动化。采用了数字化技术后，能够很容易地实现计算机控制下的 自动化操作和调整。还可以与计算机或其他数字式设备一起组成多媒体电视系 统，实现可视数据、文字图形以及图像的综合显示，具备文字广播接收功能等。 4 ) 提高生产效率，降低成本。采用数字化技术后，可以使元件及调整部分 减少，使整体电路的可靠性和稳定性大大提高。 5 ) 适用于各种电视制式。通过微机控制可以使同一款电视适用于n t s c 、p a l 及s e c a m 等多种电视制式。 d p t v 的出现，加快了该产业发展的进程，一类旨在顺应当前d p t v 的市场 需求、又满足未来数字电视使用要求的视频处理芯片不断涌现，它们的应用前景 极广，不仅可以用于当前正在热销的d p t v 而且可以用于相关的数字视频设备， 甚至能与以后的高清晰度数字电视兼容。目前世界上很多厂商都可以提供芯片级 的解决方案，如荷兰的p h i l i p s , 美国的t r i d e n t 和意大利与法国的 s t m i e r o e l e e t r o n i e s 等。 1 3 本论文完成的任务 本论文内容是对基于c t v l 0 0 c t v l 2 0 平台的数字处理电视机( d p t v ) 中硬件部 分的研究，本论文主要介绍基于以v 1 0 0 c t v l 2 0 的d p t v 产品的设计与实现。 本人工作主要硬件工作。详细的任务介绍如下： 全面了解电视、数字处理电视的工作原理及其硬件架构。 深入研究s t v 2 3 1 0 、s t v 2 3 4 0 、s t v 3 5 0 0 、s t v 3 6 0 0 、s t y 9 2 1 1 等芯片手册， 并进行原理图级的设计。 _ 完成硬件部分的设计和制作并进行整个平台的软、硬件调试、测试和维护。 3 第二章 t u - rb t 6 0 | 和t u - rb t 6 5 6 衙介 第二章i t u - rb t 6 0 1 和i t u - rb t 6 5 6 简介 i t u - rb t 6 0 1 和i t u rb t 6 5 6 作为数字处理电视的视频编码标准，在 s t m i c r o e l e c t r o n i c s 的c t v l 0 0 c t 、，1 2 0 解决方案中采用，以上标准是数字处理 电视的理论基础，因此本章对该标准进行一下简单的介绍。 2 1i t u - rb t 6 0 1 标准简介 为了便于国际间的电视节目交换，c c i r ( 国际无线电咨询委员会，现在的国 际电联r r u ) 于1 9 8 2 年通过了i t u - rb t 6 0 1 建议，确定了电视演播室分量编码 的国际标准。这个标准是向着数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出的第一 步，在该建议中，规定了6 2 5 和5 2 5 行系统电视中心演播室数字编码的基本参数 值。它对彩色电视信号的编码方式，取样频率，取样结构都作了明确的规定。 考虑到抽样频率对传统的n t s c 制5 2 5 线和p a l 制6 2 5 线系统的兼容性，标 准规定数字视频编码使用一路亮度信号和两路色差信号y r _ y b y ，采用 1 3 5 6 7 5 6 7 5 m h z 的采样频率，为了避免混淆现象，同时还保持了较好的通带 响应，标准还建议了信号的频谱特性。为了上n 制和p 制的电视兼容，两者每行 的采样点数相同，数字视频可以用十进制和十六进制数字表示，同时为了避免二 进制1 0 位和8 位的混乱，规定前8 位表示整数部分，后2 位如果有就表示小数 部分。这个标准简称为4 ：2 ：2 标准，具体细节如下： 它规定彩色电视信号采用分量编码；所谓分量编码就是彩色全电视信号在转 换成数字形式之前，先被分离成亮度信号和色差信号，然后对它们分别进行编码， 分量信号( y ，b _ y ，r _ y ，或r ，g ，b ) 被分别编码后，再合成数字信号。 原始模拟信号定义为磊，露和e ： 则定义亮度信号：耳= 0 2 9 9 鹾+ 0 5 8 7 瓦+ o 1 1 4 e 色差信号： ( 最一乓) = 最- 0 2 9 9 最- 0 5 8 7 岛一0 1 1 4 易 = 0 7 0 1 壤一0 5 8 7 砭0 1 1 4 岛 ( e 一耳) = 岛一0 2 9 9 臣一0 5 8 7 岛一o 1 1 4 岛 = 一0 2 9 9 砭一0 5 8 7 砭+ 0 8 8 6 砭 假设信号为1 伏归一化单位，将得到如表2 一l 的归一化信号值： c d i h 砭砬耳e ；一ee i e i 白色 1l11o 0 黑色o0oo00 红色1o0 0 2 9 90 7 0 lo 2 9 9 第二章i t u - rb t 6 0 1 和i t u rb t 6 5 6 简介 绿色 olo 0 5 8 70 5 8 70 5 8 7 蓝色o01 0 1 1 40 1 1 4 0 8 8 6 黄色110 0 8 8 60 1 1 40 8 8 6 青色 011 0 7 0 1- 0 7 0 10 2 9 9 紫色 l0l 0 4 1 30 5 8 70 5 8 7 表2 一l 归一化的信号值 从上表可以看出，研的取值范围是。到1 0 ，而( e ：一霹) 的取值范围是一0 7 0 1 到+ 0 7 0 1 ，( 或一耳) 的取值范围是一o 8 8 6 至u + 0 8 8 6 。我们要对色差信号进行归 一化处理，使三个分量归一化到相同的动态范围归一化系数分别是： 磁= 盖= 0 7 1 3 ；= 而0 5 = 0 5 6 4 这样色差信号归一化后可以改写为： 占乞= o 7 1 3 ( e i 一乓) = 0 5 0 0 e r 一0 4 1 9 岛一o 0 8 l e 砭= 0 5 6 4 ( 砭一霹) = 一0 1 6 9 e r 一0 3 3 1 砭+ 0 5 0 0 或 这个标准规定对亮度信号和两个色差信号进行8 比特二进制线性p c m 编码，也 就是2 5 6 个均匀量化结，用二进制0 0 0 0 0 0 0 0 到1 1 1 1 1 1 1 1 表示( 对应十六进制的0 0 到f f ) ，也就是十进制的0 到2 5 5 ，另外，为防止由于信号的漂移、过冲等原因 引起量化过载，不使用a d 转换的整个动态范围，不采取全范围量化。在4 ：2 ：2 系 统中用0 和2 5 5 表示同步信号，在1 ：至1 j 2 5 4 个量化级中。 亮度信号的编码采用自然二进制码，给亮度信号分配2 2 0 个量化级，黑电平 的十进位制亮度信号定义为第1 6 量化级，白电平的十进位制亮度信号定义为第 2 3 5 量化级，其余量化级形成过载保护带，亮度信号的表达式为： y = 2 1 9 ( 耳) + 1 6 量化后取最接近的四舍五入整型值 色差信号是双极性信号，因此采用偏移二进制码，偏移二进制码可以理解为 信号的零电平对应为第1 2 8 量化级的自然二进制码，在信号底部和顶部各预留了 1 6 个量化级作为过载保护，为每个色差信号分配2 2 4 个量化级，两路色差信号的 表达式为： g = 2 2 4 【o 7 1 3 ( e i 一耳) 】+ 1 2 8 g = 2 2 4 【o 5 6 4 ( 砭一e ) 】+ 1 2 8 5 第二章i t u - rb t 6 0 1 和m j rb t 6 5 6 简介 简化为 幺= 1 6 0 ( e ：一西) + 1 2 8 岛= 1 2 6 ( 砭一耳) + 1 2 8 标准还规定了取样频率与取样结构。在4 ：2 ：2 等级的编码中，规定亮度信号 和色差信号的取样频率分别为1 3 5 m h z 和6 7 5 m h z ，取样结构为正交结构，即按行、 场、帧重复，每行中的r y 和b y 取样与奇次( 1 ，3 ，5 ，) y 的取样同位置，即取 样结构是固定的，取样点在电视屏幕上的相对位置不变。系统编码参数具体见表 2 2 。 表2 2 系统编码参数 n t s cp a l 5 2 5 行，每秒6 0 场系统6 2 5 行，每秒5 0 场系统 i 编码信号从g a m m a 预矫正前的 y ，c r ，c be ，e ：一e ，砭一耳得到 2 每行采样点个数 一亮度信号r 8 5 88 6 4 一每个色差信号c r ，c b 4 2 9 4 3 2 3 采样结构 每行，每场，每帧重复采样，c r 和c b 采样奇数行 ( 第1 ，第3 ，第5 行等) ，j 壹珩都采样，也就是说每一行中两个色差 信号的样点为空间同位( 在同一时刻抽样) ，色差信号与亮度信号的 奇数样点空间同位 4 采样频率： 一亮度信号 1 3 5 埘z 一每个色差信号c r ，c b 6 7 5 姗z 5 编码格式 亮度，色差信号都采用均匀量化p c r 编码，每个采样点8b i t s 6 每行数字有效采样数： 一亮度信号 7 2 0 一每个色差信号c r ，c b 3 6 0 6 第二章 i t u - rb t 6 0 1 和i t u - rb t 6 5 6 简介 2 2i t u - rb t 6 5 6 标准简介 r r u rb t 6 5 6 是对r r u rb t 6 0 1 的一个补充，它定义了5 2 5 行和6 2 5 行的 4 ：2 ：2 电视广播系统数字分量信号的接口来传输数据流。 具体阐述如下： 标准规定了接口提供了源到端的数据驱动互联方式，要求信号以二进$ 1 8 b i t 数据传输，这些信号是：视频信号，时钟参考信号，辅助信号。 信号0 0 0 0 0 0 0 0 和1 1 1 1 1 1 1 1 用于数字识别，这样只有0 0 0 0 0 0 0 1 到1 1 1 1 1 1 1 0 用于传 输视频信号值，传输速率为2 7 兆字每秒，以下面顺序格式传输： c b ，y ，c | ，y tc a ，y ，c r 等等 这里y ，g ，c 。分别是亮度信号和色差信号的8 b i t 量化值。 标准还规定了比特流并行传输的接口特性 h 碰t m m 孑捌膝纠o h2 d a t a , r f 7 1 87 1 9 7 2 07 2 l 1、 瓣l3 拇 3 6 0 3 6 8 f o l l 0 6 6 ) 1fj 卿1 3 5 9 3 6 0 3 6 8 1 0 j l 0 6 6 ) ，i 乱 i b 。 8d i萋|萋i虱i 萋f 訇封蚕拳 。 三l 罱 冀 n god世 、，一、，、， 脚】m d 姆r e p l 8 剐圩酬a o e d 印 窘” 酬蛐脚 删胥嚣一 e n d d 8 t a z ta t a c t i v e v i d e o 0 口w e v i d e o l 垦堕堡堕些塑坐 图2 一l 比特流并行传输的接口特性 7 第二章 1 t u rb t 6 0 1 和i t u - rb t 6 5 6 简介 如图2 一l ，这里表示了视频抽样信号怎样转化为数字接口的传输数据流，传输 数据流里面有两个时闻参考信号，一个在每个视频数据块的开始处( s u mo f a c t i v ev i d e os a v ) ，一个在每个视频数据块的结尾处( e n do f a c t i v ev i d e o e a v ) ，每个时间参考信号都是由4 个b y t e 序列组成，格式为f fo o0 0x y ，如 表2 3 d a t ab i t f f 0 00 0 x y d 71001 d 61oof 0 51oov d 4l0oh d 3loop 3 d 21o0p 2 d 11o0p 1 d o1oop 0 表2 3 时间参考信号格式 b i tp 0 、p 1 、p 2 、p 3 与b i tf 、v 、h 之间关系如表2 4 ： f v hp 3p 2p 1p 0 oo0oo00 0 01 l10l 01olo ll ollo1 1 o 1ooo111 1 ol1 o1o 11o11o0 111o00l 表2 4 时间参考信号编码 这样的组合可以使该码字有1 b i t 纠错和2 b i t 检错能力。如图2 2 ，视频信号 以8 b i t 不归零码传输，时钟信号为2 7 删z ，脉冲宽度1 8 5 n s ，j i t t e r 为3 n s ， 在时钟的上升沿视频信号有效。 第二章 i t u - rb t 6 0 1 和i t u - rb t 6 5 6 简介 啊n 吨”妇 妇挑删“畦j l - 垒 一 c 燃喇耐6 2 5 ： c l o 矗p 商o d e 5 2 取 馘曲w i c t 赴 弘矗叼嘲二 轴爿砑吲m r 幸1 8 ，5 女3t 琏 d a t a t i m i n g - z n d i n g e r 吐暂一1 8 5 3 m 麝岫脚唧 燃 图2 2 数字视频编码时序 9 第三章c t v i o o c t v l 2 0 平台功能结构概述 第三章c t v l 0 0 c t v l 2 0 平台功能结构概述 3 1 数字处理电视功能 d p t v 的基本功能就是：对输入的模拟音视频信号进行a d 变换，把变换后的 视频码流和音频码流分别送入不同的处理芯片中处理，再把经过处理的数字信号 进行d a 变换，经过功率放大后驱动显像管和扬声器，由于音频处理这部分并不 由我们来设计完成，所以在本论文中不进行描述。 3 2s t 公司的数字处理电视解决方案o t v i0 0 c t v | 2 0 目前世界上许多公司都提供d p t v 的整体解决方案，如p h i l i p s ，t r i d e n t 和 s t 等，本项目所开发的d p t v 最终采用了由s t 公司的专用芯片组组成的方案， 主要考虑到以下几方面原因： - 该平台的软硬件技术相对成熟。s t 作为世界范围内机顶盒与t v 市场主流芯 片及解决方案的提供商，经过多年的技术沉淀，已形成在该领域上的领先地 位并在市场上也占据着相当大的份额。 _ 系统集成度高。c t v l 0 0 平台核心芯片仅两片，c t v l 2 0 平台最多为三片，设 计简单、可靠。 一嵌入式操作系统0 s 2 0 对用户透明，且使用方便，运行稳定，该系统在不同 的基于s t 2 0 系列的平台上具有很强的可移植性。 一该平台所提供的开发工具和s t v a p i 函数，拥有整套强大而通用的命令语言 接口。 一解决方案中引入了p e g 技术，使得电视界面的设计简单有效，将视觉效果提 升到一个新的高度，并使其对o s d 层的设计、使用赋予了新的意义，在国内 与其他数字处理电视解决方案的比较中，处于领先地位。 _ 本项目是天津数字信息技术开发中心( t r c d i t ) 与上海东杰电子，i n g r a m i n t e r n a t i o n a l 和s t 公司共同进行的一项产品开发，因而采用s t 专用芯片 更适合项目需要。 c r v l o o c t v l 2 0 平台是跨越模数鸿沟的过渡型平台，此平台的成功开发可为 今后的f r v 开发打下很好的技术基础。 c t v l 0 0 c t v l 2 0 平台是意法半导体( s t ) 公司推出的一款数字处理电视解决 方案，此平台利用了s t 公司在全球取得成功的机顶盒和d w 芯片技术，该平台 设计的目的是引导电视技术向数字电视过渡，并为现在和将来的电视提供所需的 1 0 第三章c t v l o o c t v l 2 0 平台功能结构概述 功能和灵活性，主要由两到三片核心i c 及相应s t v 软件库组成，可以方便地支 持要求最苛刻的电视应用，该平台充分利用2 5 6 色位图屏幕显示的优势，用户界 面外观变得更加引人注目，而且可以按照用户的要求量身订制，为电视制造商提 供了一个成熟稳定、集成度高、成本效益比俱佳的解决方案。 3 2 1c t v l 0 0 的硬件结构 c t v l 0 0 平台典型应用的整体硬件设计结构框图如下所示：系统设计是以 s t v 2 3 1 0 和s t v 3 5 0 0 为核心展开的，除此之外我们还为该系统匹配了了一片 r t c fif l a s hjf s d r a m ie e p r o m s t y 2 3 1 0 s t v 3 5 0 0 s t v 6 6 8 8 视频切换开关 r g b 哩步提取陛粥a t a l 3 7 0i h y p f p b 视频切换 t d a 8 6 0 1 视频扫描 t d a 9 3 3 2 f r v g a u b 图3 1c t v l 0 0 硬件结构框图 1 6 m b i t s 的f l a s h 用来存放应用程序，两片共2 5 6 i b i t s 的s d r a m 用于去除交错， 提高图像质量，生成文本和图形，存放视频和软件数据，这里要指出的是s d r 删 与s t v 3 5 0 0 的联接数据线宽是3 2 b i t s 的；通过t 总线接一片6 4 k b i t 的e e p r o m ， 用来存放电视频道数据参数和与用户相关的数据信息等。整机的工作流程是：首 先，通上电源、开机后，电源模块将给机内的各部分分配电源。而后，s t 、r 3 5 0 0 在收到复位信号后，从f l a s h 中找到程序启动点开始运行，通过1 2 c 总线对各个 模块进行初始化。在初始任务结束后，程序的主体是一个大的基于状态机的循环 第三章c t v l 0 0 c t v l 2 0 平台功能结构概述 任务，它将监测用户的输入情况( 例如，通过前面板接收遥控器的红外信号，键 盘接收按键信息等) ，并以中断服务的方式来响应用户的输入信息。我们以c v b s 信号的处理过程为例来进行说明。在底板上，高频调谐器先对高频信号进行调谐 及混频，得到中频信号送入中频电路模块，再从中提取出视频、音频原始信号， 然后再将音、视频信号分别送至各自的解码电路中处理。视频信号将传送到数字 板上的s t v 2 3 1 0 中，然后依次经过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 l 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 y 3 5 0 0 ，同时同步模块也将生成的行场同步信 号传给s t v 3 5 0 0 。而s t y 3 5 0 0 内部的s d i n 则接收符合d 1 格式的视频数据，以及 行场同步脉冲信号，然后在视频显示模块中进行图像增强以及倍频等处理，该模 块也可把数据暂存入外部s d r a m 中，倘若此时需要菜单，o s d 生成模块会从存储 器中调入菜单数据，图像合成器模块会将背景层、视频层、0 s d 层、光标层按照 要求进行混叠，内插矩阵模块将根据显示格式所需，插入相应的像素，最后再经 过d a 转换模块就可输出模拟的y u v 信号或是r g b 信号，与此同时，s t v 3 5 0 0 内部的时基模块会输出同步信号 1 1 0 0 、v 1 0 0 以及时钟信号。s t v 3 5 0 0 的视频输 出信号会送至t d a 8 6 0 1 视频矩阵切换芯片，而它的同步输出信号则会送至t a l 3 7 0 同步切换芯片。t d a 8 6 0 1 和t a l 3 7 0 经过设置后，会将需要的视频信号和同步信 号送到t d a 9 3 3 2 中去，经过t d a 9 3 3 2 的处理，其输出的模拟r c b 输出信号加到 显示尾板上，扫描信号将加到偏转部分，并最后通过显像管显示图像。 因为s t v 2 3 1 0 只能处理各种模拟标准信号，对y p r p b 高清信号无法处理 ( c t v l 2 0 平台的s t v 2 3 4 0 完全支持y p r p b 高清信号) ，这时y p r p b 信号需要绕 过s t v 2 3 1 0 、s t v 3 5 0 0 ，直接进入t d a 9 3 3 2 ，而经过s t v 2 3 1 0 、s t y 3 5 0 0 处理后的 信号也要送到t d a 9 3 3 2 ，并且这两路信号都是通过t d a 9 3 3 2 的删引脚接入，所 以在同一时刻y p r p b 信号与s t v 3 5 0 0 输出信号中只有一路信号可以进入 t d a 9 3 3 2 ，这时也需要一块视频输入切换芯片来作控制，此处我们选择的是 t d a 8 6 0 1 ，其位置在t d a 9 3 3 2 前面。 另外，t d a 9 3 3 2 中有r g b 输入引脚，因此可将v g a 接口上的r g b 信号直 接送入t d a 9 3 3 2 。s t v 3 5 0 0 用于接收s t v 2 3 i o 输出的数字信号，其与s t v 2 3 1 0 、 t d a 9 3 3 2 共同构成了模拟信号接收、数字化处理、再转换成模拟信号输出的视 频信号处理流水线，并且它与遥控器、键盘组成了控制命令输入及响应系统，与 f l a s h 、s d r a m 、e e p r o m 等存储器共同构成了机内完整的数据处理、存储系 统，此外，视频显示需要同步信号作为控制，由于系统需要显示y p r p b 高清信 号、s t v 3 5 0 0 的输出信号以及v g a 信号等，他们的行、场同步各不相同，这就 带来了新的问题：如何在选择了不同信号后，使相应的同步信号能正确加载到 第三章c 1 0 0 c t v l 2 0 平台功能结构概述 t d a 9 3 3 2 上去，从而实现控制行场扫描与显示。在本系统中我们采用了 t a l 3 7 0 f g ，其作用就在于它可通过编程实现从多路输入信号中选择一路同步信 号输出，并且可从不含同步信号的y p r p b 中的y 分量提取同步。还有一种特殊情 况是：当选择y p r p b 或是v g a 信号时，需要s l v 3 5 0 0 给出o s d 层信号用作菜 单显示，所以此时需要t a l 3 7 0 反馈给s t v 3 5 0 0 一个同步信号，使s t v 3 5 0 0 处 于从模式状态，并根据该同步信号的频率输出相应的r g b 信号( 用于菜单显示) 。 3 2 。2c t v l0 0 平台主要芯片介绍 3 2 2 1s t v 2 3 1 0 芯片介绍 s t v 2 3 1 0 是用于处理标准的模拟信号，并将其转换成数字信号输出的高品质 视频处理前端芯片。它能够兼容各种制式的电视信号并自动识别和处理 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，还 可以根据标准自动选择最优的y c 分离算法，具有n t s c 和p a l 制式下的梳状滤 波器，并且具有根据需要改变输出图像显示比例的功能，能够把输入信号的格式 转换成数字的i t u - r b t 6 5 6 6 0 1 格式，支持t 总线接口，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，其结构如图3 2 所示： 图3 - 2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 3 第三章c t v l 0 0 c t v l 2 0 平台功能结构概述 1 a d 变换( 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( l 哪c 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 解码器( 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( 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 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 ：2y 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。 7 色度控制( 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 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。 3 2 2 2s i v 3 5 0 0 芯片介绍 s t v 3 5 0 0 是专用于l o o h zt v 解决方案的一款低成本、高集成度芯片，配合多 制式视频a d 变换芯片s t v 2 3 1 0 - - 同使用，可给予s t v 2 3 1 0 以有力支持。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和一个3 2 位s t 2 0 系列c p u 内 核，以及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3 - 3 所示，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 4 第三章c t v l 0 0 c r v l 2 0 平台功能结构概述 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 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。 图3 - 3s t v 3 5 0 0 芯片的结构框图 ( 2 ) 模块内的行场滤波器可通过编程设置其系数，用来减小图形失真。 ( 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 ) ：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。 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，0 s d 利用颜色查找表c l u t (