（通信与信息系统专业论文）一种多制式视频格式转换接口电路的设计与实现.pdf

摘要 摘要 当前，我国的家电产业都在积极努力开拓国际市场，然而由于历史原因，各 国的标准清晰度模拟电视广播系统所采用的调制方式并不相同，加上家庭影院系 统采用了多种视频接口输出视频信号，这些都要求我们的电视机有能力接收多种 接口输入的多种格式的模拟视频信号。随着i n t e m e t 技术的高速发展，高质量的视 频信号可以通过网络传到千家万户，然由于技术和价格的原因，人们要求能用宽 屏幕的电视机来欣赏计算机输出的视频节目。又随着数字电视的兴起，目前我国 开始从模拟电视时代向数字电视时代转变，这个过渡期估计为5 1 0 年左右，在 此期闻，模拟电视节目和数字电视节目同时播送，这样就存在模拟和数字电视节 目接收兼容性的需求。大量的模拟电视机除了要接收原来的模拟电视节目外，还 要能够收看新开播的数字电视节目，同时新的数字电视机也要能同时接收模拟和 数字电视节目。所有这些都要求进行各种视频显示格式之间的转换，这就要求开 发多格式视频转换接口，根据最终显示设备的显示要求对输入视频自动进行格式 转换。 首先，本文介绍了目前普遍被广泛应用的标准清晰度模拟方式视频信号、高 清晰度视频信号和计算机输出视频信号，并对它们的扫描方式，调制方式，行场 参数等作了简要介绍。同时又对1 2 c 协议和d v l l 0 协议作了介绍。 其次，本文设计和实现了一种多格式视频信号的格式转换接口电路，这个接 口电路的主要功能是实现对输入的多种格式的视频信号进行视频格式转换。接口 电路使用m a l 5 6 芯片对标准清晰度模拟方式( p a l 制、n t s c 制和s e c a m 制) 视 频信号进行解码处理，被解码的信号再经模数转换后被编码为c c i r6 5 6 标准8 位 数据信号，最后用w s c l l l 5 芯片进行视频格式转换，并以模拟或数字方式输出。 接口电路还用a d 9 8 8 3 a 芯片对高清晰度视频信号和v g a 接口输出的模拟r g b 视 频信号进行模数转换，转换为2 4 b i t sr g b 数字视频信号，最后执行视频格式转换。 又用s i l l l 6 1 芯片实现对d v i 接口输出的t m d s 数字差分视频信号的解码处理， 恢复为2 4 b i t sr g b 数字视频信号，然后再进行视频格式转换。 最后，对设计的视频格式转换接口电路进行了调试。 关键词：数字电视，视频格式转换，d v i 接口，高清电视 a b s t r a c t a b s t r a c t m a n yt vm a n u f a c t u r e r sa r ea c t i v e l ye x p l o i t i n go v e r s e a sm a r k e t so ft e l e v i s i o n s t o d a y t h e r ea r es om a n ys p e c i f i c a t i o n so fs t a n d a r da n a l o g u et vb r o a d c a s t i n gf o rm a n y h i s t o r i c a lr e a s o n st h a tm o d e mt e l e v i s i o n sh a v et ob ec a p a c i t yo fb e i n gi n p u ts e v e r a l t y p e so fv i d e of r o md i f f e r e n ti n t e r f a c e s w i t ht h eh i 曲d e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e t t e c h n o l o g y , h i g hq u a l i t yv i d e oa r e 廿a n s m i t t e dt h r o u g ht h ei n t e r c o n n e c tn e t u pt on o w , t h et r a n s f o r m a t i o nf r o ma n a l o g o u st vp e r i o dt od i g i t a lt vp e r i o di sd e t e r m i n e db y g o v e r n m e n t ，a n da c c o r d i n gt ot h ee s t i m a t i o nt h i st r a n s f o r m a t i o nw o u l dl a s tf o r5t o10 y e a r s d u r i n gt h i si n t e r v a l ，b o t ha n a l o g o u sa n dd i g i t a lt vb r o a d c a s t i n gw i l lh a v et ob e t r a n s m i t t e d m o d e mt vs h o u l db ep r e p a r e df o rt h i ss i t u a t i o na n dc a r lr e c e i v eb o t h a n a l o ga n dd i g i tv i d e o s i t so b v i o u s l yt h a tt h ef o r m a tc o n v e r s i o ni sr e q u i r e df o rt h et v , i nt h i sp a p e rw ep r o p o s ean e wi n t e r f a c ec i r c u i tt op e r f o r mt h i st a s k f i r s t ，v i d e o sw i t hs t a n d a r da n a l o g o u sf o r m a t ，h i g hd i g i t a lt vs i g n a l sa n dv i d e o s f r o mt h ec o m p e e r sa r ea d d r e s s e d m a n yp a r a m e t e r so f t h e s ef o r m a t s ，s u c ha sh o r i z o n t a l p a r a a n e t e r s ，v e r t i c a lp a r a m e t e r sa n ds c a n n i n gm e t h o d sa r eg i v e n b o t h1 2 c b u sp r o t o c o l m a dd v l l 0p r o t o c o la r ed e t a i l e d ，t o o s e c o n d l y , t h ei n t e r f a c ec i r c u i t sw h i c hc a np e r f o r mt h ev i d e of o r m a tc o n v e r s i o ni s d e p i c t e d t h ec i r c u i t su s et h em a l 5 6c h i pt od e c o d e rt h r e et y p e so fs t a n d a r da n a l o g f o r m a tv i d e o ，s u c ha sp a l ，n t s ca n ds e c a m ，a n dd i g i t a l i z et h e ma n de n c o d et h e d i g i t a ls i g n a l si n t ot h ec c i r6 5 6s t a n d a r df o r m a td a t a t h es i g n a l so fc c i r6 5 6a r e c o n v e r t e di n t ot h es i g n a l sw i t ht h ef o r m a tt h a ti ss u i t a b l et ot h ed i s p l a yd e v i c e s t h e a n a l o g - t o - d i g i t a lc o n v e r s i o ni sc o m p l e t e db ya d 9 8 8 3 ac h i pf o rt h es i g n a l so fh d t v f r o my 但r 停bi n t e r f a c ea n da n a l o gr g bc o m p o n e n ts i g n a l sf r o mv g ai m e r n c e t h e s e d i g i t a ls i g n a l sf r o mt h ea d 9 8 8 aa l s oa r ec o n v e r t e di n t ot h ed e s i r e df o r m a ts i g n a l s t h e c i r c u i tf o rt h ef o r m a tc o n v e r s i o no f t m ，d s s i g n a l sa l s oi sd e s c r i b e d a tl a s t ，t h ea d j u s t m e n ta n dt e s t i l y i n go f t h ei n t e r f a c ec k c u i ti sc o m p l e t e d k e yw o r d s ：d i g i t a lt v , v i d e of o r m a tc o n v e r s i o n ，d v ii n t e r f a c e ，h d t v i 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：；囊堡丝：日期：硎年一；月口旧 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) 签名：型睑导师签名：鲣 日期：彦占年毒月日 第一章绪论 1 1 视频制式概述 第一章绪论 可以这样说，“模拟是连续的世界”，“数字是1 和0 的世界”，数字方式和模 拟方式的不同归纳起来如表1 l 所示那样【l ”。由于数字信号电平边晁清晰，所以与 模拟相比，数字方式具有稳定度高、质量好的优点。另外，由于图像、声音、数 据等各种信号都是用同样的形态进行处理的，所以很容易实现在图像信号中附加 表示信源地址的识别( i d ) 信号等新的功能；与模拟相比，数字方式的劣势主要表现 在信号的频带宽度宽，设备和电路系统规模大，消耗功率大，但随着大规模集成 电路( l s i ) 和超大规模集成电路( v l s i ) 技术的发展，这些不足正在逐步被克服。1 i 过，模拟方式历史久远，在应用方面比数字方式早得多，但数字方式容易实现监 视等功能的自动化，从发展前景看，数字方式更具有优势。现在，模拟方式视频 信号还在被广泛使用，但对视频信号的处理却都采用了数字方式。数字视频信号 正在逐步推广中，数据视频要取代模拟视频尚有很长一段路程要走。 表1 1 模拟方式和数字方式的比较 项目 模拟方式 数字方式项目 模拟方式 数字方式! 稳定性 稍不利稍有利 信号质量 稍不利稍有利 附加信息的利用稍不利稍有利应用性、监视稍不利稍有利 测量稍有利稍不利紧急处理稍有利稍坷i 利 扩展性稍不利稍有利系统规模稍小利稍有利 消耗功率稍有利稍不利 成本 稍有利 稍不利 施工稍不利稍有利 1 2 世界各国的数字发展现状 就全世界来说，数字广播的实用化是从1 9 9 4 年美国的多频道卫星数字电视广 播开始的，其后世界各国实施了多种数字广播业务。在2 0 0 4 年，英国的数字电视 渗透率突破了4 0 ；在法国，其四成居民可以看到数字电视。在德国，政府当局 提出了加速模拟向数字转型的计划，将在2 0 0 6 年前关闭所有地面模拟电视节日。 美国微波数字电视节目的法案的草案内容显示，2 0 0 6 年1 2 月3 1 曰前停播模拟电 【乜子科技人学硕士学位论文 视。，j 麦将在2 0 0 7 年关闭模拟电视业务【2 “。我国也制定了将于2 0 1 5 年关闭模拟 电视的计划。 1 3 模拟电视和数字电视共存的时代 虽然模拟电视制式有许多先天性的不足，但由于它是最先研制出来的方案并 成功投入商业运营，已经有了相当成熟的技术理论和丰富的实践经验，加上用户 现今拥有的大多都是只能接收模拟制式的接收设备，所以模拟电视还将在一定时 期内存在。而数字广播电视的推广应用即要依赖数字电视技术的进一步发展，又 要面临巨大的市场投入，加上现今数字电视节目源不够丰富以及用户对数字电视 的需求度也不是很高，这些都限制了数字电视系统的发展。由于模拟方式和数字 方式会在一个较长的时期内共存，所以世界各国不能立即停止模拟广播而全面执 行数字广播。 1 4 本文研究的主要内容 随着多媒体技术的发展，现代家庭影院中包含进了更多的视频信号源设备，要 求现代彩色电视机有能力处理更多格式的视频信号，如：c v b s 信号( 来自地厩广 播电视等) 、y c 信号( 来自v c d d v d 等的s 端予) 、y p r p b 信号( 来自d v d h d t v 的分量输出端子) 。当今，中国的大部分家电厂商均在努力开拓国外市场，这势必 要求彩色电视机能够接收和处理n t s c 制、p a l 制和s e c a m 制的视频信号。 随着计算机的普及和i n t e m n 技术的迅猛发展，在家庭娱乐、教育培训、商务 演示和视频监控等众多领域都要求将计算机输出的视频信号转化为适合彩色电视 的标准视频信号。这种转换以前主要通过v g a 接口进行，v g a 接口输出模拟 r g b 视频信号，然而由于现代彩色电视机内部的视频信号处理系统采用数字处理 方式，因此必须对v g a 接口的模拟r g b 视频信号进行一次a d 转换，转换过程 t | 不可避免地要引入量化噪声，降低了信号的信噪比，导致最终输出图像质量达 不到最佳效果。由于数字处理比模拟处理有很多的优势，再加上各种新型显示材 料和显示技术的出现，如t f t 、p d p 等显示技术已经能直接接收数字视频信号， 从而迫切希望能把计算机输出的数字信号直接传给电视机，去除其中不必要的d a 和a d 转换。由于视频信号的高时效性和宽带宽的要求，现今主要采用d v 接口 来实现计算机与彩色电视机的数字连接。 电子科技人学硕士学位论文 帆。丹麦将在2 0 0 7 年关闭模拟电视业务畔l 。我国也制定r 将于2 0 15 年关闭模拟 电视的计划。 1 3 模拟电视和数字电视共存的时代 虽然模拟电视制式有许多先天性的不足但由于它是最先研制出来的方案并 成功投入商业运营，已经有了相当成熟的技术理论和丰富的实践经验，j u 上用户 现今拥自的大多都是只能接收模拟制式的接收设备，所以模拟电视还将在定时 期内存在。而数字广播电视的推广应用即要依赖数字电视技术的进步发展，又 要丽临巨大的市场投入，加上现今数字电视节目源不够丰富以及用户对数字电视 的需求度也不是很高，这些都限制了数字电视系统的发展。由于模拟方式和数字 方式会在一个较长的时期内共存，所以世界各国不能立即停止模拟广播而全执 行数字广播。 14 本文研究的主要内容 随着多媒体技术的发展，现代家庭影院中包含进了更多的视频信号源设备，要 求现代彩色电视机有能力处理更多格式的视频信号，如：c v b s 信号f 来目地i n l 广 播电视等) 、y c 信号( 来自v c d d v d 等的s 端子) 、y p r p b 信号( 来自d v d h d t v 的分量输出端子) 。当今，中国的大部分家电厂商均在努力开拓国外市场，这势必 要求彩色电视机能够接收和处理n t s c 制、p a l 制和s e c a m 制的视频信号。 随着计算机的普及和i n t e m e t 技术的迅猛发展，在家庭娱乐、教育培训、商务 演示和视频监控等众多领域都要求将计算机输出的视频信号转化为适合彩色电视 的标准视频信号。这种转换以前主要通过v g a 接口进行，v g a 接口输f b 模拟 r g b 视频信号，然而由于现代彩色电视机内部的视频信号处理系统采剧数字处理 方式，因此必须对v g a 接口的模拟r g b 视频信号进行一次a d 转换，转换过程 中不可避免地要引入量化噪声，降低了信号的信噪比，导致最终输出图像质量达 _ ：到最佳效果。由于数字处理比模拟处理有很多的优势，冉加上各种新型显示牛j 料和显示技术的出现，如t f t 、p d p 等显示技术已经能直接接收数字视频信号， 从而迫切希望能把计算机输出的数字信号直接传给电视帆，去除其中不必要的d a 和a d 转换。由于视频信号的高时效性和宽带宽的要求，现今主要采用d v i 接口 来实现计算机与彩色电视机的数字连接。 来实现计算机与彩色电视机的数字连接。 第一章绪论 由于上述要求，因此本文主要对多制式多接口视频信号的转换进行分析和研 究，对多制式多接口视频信号转换的接口电路进行分析和设计，并对接口电路进 行了调试。 由于全世界存在多种制式的模拟视频信号，为了成功完成对各种制式视频信 号的处理，因此本文第二章对当前主要使用的三大模拟制式的系统结构，理论原 理作简要介绍。考虑到i n t e m e t 和数字电视的高速发展，也对计算机输出视频信号 和h d t v 系统进行了介绍。在第三章中，介绍了的各种视频信号的信号组成以及 相应接口器件的电气特性，包括有c v b s ( 彩色全电视信号) 、s 端子y c 视频信号、 y p r p b 分量视频信号、计算机v g a 接口输出的模拟r g b 视频信号和d v i 接口 输出的t m d s 数字视频信号。第四章到第六章详细介绍了各种视频信号格式转 换的接口电路。其中，第四章描述了方案的整体设计思路，第五章介绍传统三大 制式模拟视频信号格式转换电路的具体实现，第六章介绍高清晰度视频信号、v g a 接口和d v i 接口输出的视频信号格式转换的电路的具体实现。第七章介绍印刷电 路板的绘制和实际调试结果。 电子科技大学硕士学位论文 第二章多种格式的视频信号 当今世界上存在有多种制式的视频信号，如标准清晰度的n t s c 制、p a l 制、 s e c a m 制模拟视频信号，数字电视制式有美国的a t s c 制和欧洲的d v b 制，还 有计算机制式的模拟和数字视频信号。先对这些基本的视频信号有所了解将有助 予更好地对它们进行格式转换。 2 1n t s c 制 n t s c 制是1 9 5 3 年美国研制成功的世界上第一种兼容制彩色电视制式【1 【2 】【3 】。 n t s c 是n a t i o n a lt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e 的缩写词，按色度信号构成的特点 又称为正交平衡调幅制。 n t s c ( 国家电视制式委员会) 彩色电视系统是单通道电视。亮度、色度和同 步信息被适当组合以便通过原先为黑白电视传送规定的6 m h z 的r f 通道发射。此 原理使用了宽带( 4 2 m h z ) 亮度信号和两种窄带色度信号i 、q 。 n q s c 编码器处理宽带亮度信号和两个带宽不等的窄带色差信号。色差信号i 和q ，色差信号的宽带分别是1 5 m h z 或0 5 m h z 。两个色差信号均对频率相同的 两个副载波进行调制，两个副载波信号的相位相差9 0 0 。这两个副载波相位相差为 9 0 度，所以调制这两个载波的原始信号可以在没有串扰的情况下用同步检波电路 还原。两个副载波可共用同一个晶体振荡器。使用的调制类型是正交平衡调幅。为 了实现色度信号和亮度信号的频谱分离，色度副载波的频率是半行频的奇数倍， 即。= 4 5 5 f h 2 3 5 8 m h z 。 n t s c 制的副载波的频率和相位可通过其色同步信号来获取。色同步信号是一 个具有9 1 个周期的正弦波的脉冲信号，在行消隐期间的行同步脉冲之后。相对 于系统相位基准，色同步信号的相位是1 8 0 度。 n t s c 制大多是采用5 2 5 行，6 0 h z 的扫描方式，其单色复合视频信号电平为： 白电平：1 0 0 i r e ( 7 1 4 3 m v ) ；黑( 黑色基准) 电平：7 5 1 r e ( 5 3 5 m v ) ；消隐电平： 0 i r e ( 0 m v l ；同步电平：一4 0 i r e ( 2 8 5 7 m y ) 。 第二章多种格式的视频信号 2 2p a l 制 为了克服n t s c 制对相位失真敏感性，1 9 6 7 年德国研究出一种p a l 制，p a l 是p h a s e a l t e m a t i n nl i n e s ( 相位逐行交变) 的缩写词。按其色度信号的特点，p a l 制又称作逐行倒相正交平衡调幅制。它是基带视频带宽为5 m h z 、5 5 m h z 或6 m h z 并采用7 m h z 或8 m h z 射频通道发射的。根据所使用的传送系统，p a l 制系统分 别标识为b p a l 、d p a l 、g p a l 、h p a l 和i - p a l 。这些不同的p a l 方案间的主 要差异是发射所占用的带宽和两个载波频率之差不同。除这些兼容的p a l 方案外， 还有两种不兼容的p a l 制方案。它们是：主要在巴西使用的5 2 5 6 0 方案，称为 m p a l ；主要在阿根廷使用的6 2 5 5 0 窄带方案，称为n p a l 。 p a l 制的编码器处理宽带亮度信号和两个等宽的窄带色差信号。色度信号称 为u 和v 。v 的极性逐行反相。p a l 色度信号中的u 频谱和v 频谱错开半行频， 使得副载频不能采用同n t s c 制一样的半行频间置，为了使其亮度信号频谱能与 色度信号频谱交错，色度副载波的频率选用1 4 行频间置和帧频偏置的组合，频率 为。= ( 2 8 4 - 1 4 ) f u + 2 5 h z 4 4 3 m h z 。 p a l 制的副载波的频率和相位可通过其色同步信号来获取。色同步信号是一 个具有1 0 个周期的正弦波的脉冲信号，在行消隐期间的行同步脉冲之后。色同步 信号的相位在+ 1 3 5 度和1 3 5 度间交替。在垂直消隐的9 行期间不发射色同步信号。 p a l 制是采用6 2 5 5 0 扫描方式，其单色复合视频信号电平为：白电平：7 0 0 m v ： 黑( 黑色基准) 电平：0 m v ；消隐电平：0 m v ；同步电平：一3 0 0 m v 。 2 3s e c a m 制式 s e c a m 是顺序传送彩色与存储的法文的缩写词。s e c a m 系统使用完全不同 的方法传送彩色信息，它不断地传送亮度信息并逐行交换顺序传送两色差信号。 s e c a m 系统不是对两色差信号进行正交平衡调制，而是采用频率调制。 s e c a m 编码器处理一个宽带亮度信号和两个等带宽的窄带( 1 5 m h z ) 色差 信号。另s e c a m 色度调制信号在传送之前被加重，色同步信号在场消隐期间用 九行传送。 电子科技大学硕士学位论文 2 4a t s c 高清视频标准 a t s c 标准旧i ，它是由美国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 m sc o m m i t t e e ) 制定并拟在2 0 0 6 年取代美国现行的n t s c 标准的数字电视标准。该标准描述了一 个在6 m h z 信道内传输高质量视频、音频和辅助数据的系统。该系统在地面广播 信道内可提供的码率为1 9 m b s ，在有线电视信道内可提供的码率为3 8 m b s ，即能 够用于高清晰度数字电视的传输。a t s c 数字电视系统采用i t u r 数字地面广播电 视模型，即由信源编码和压缩、业务复用和传送及射频传输子系统组成。其视频 编码使用m p e g - 2 标准，音频编码使用a c 3 数字音频压缩标准。其地面广播采用 8 电平残留边带调制( 8 v s b ) ，有线电视采用1 6 电平残留边带调制( 1 6 v s b ) 。 a t s c 和n t s c 存在好几方面的不同。首先，a t s c 显示图像的宽高比为1 6 ： 9 ，而n t s c 则是4 ：3 ；其次，a t s c 的图像分辨率较n t s c 有很大的提高，如以 现在的电脑用的分辨率形式来表示，a t s c 可以显示6 4 0 x 4 8 0 到1 9 2 0 ) 1 0 8 0 ( 或 1 0 8 0 i ) ，或1 2 8 0 7 2 0 i ( 或7 2 0 p ) 。再者a t s c 传送的是数字信号，从而a t s c 可 以较n t s c 携带更多信息。 当前，a t s c 在7 2 0 p 和1 0 8 0 1 两种格式间存在着很大的争论。部分认为1 0 8 0 i 较7 2 0 p 好的人认为，1 0 8 0 1 具有2 0 7 3 ，6 0 0 个像素点，而7 2 0 p 却只能提供9 2 1 ， 6 0 0 个像素点，从而1 0 8 0 1 能提供更好的图像细节。与之相反，推荐7 2 0 p 的人者 认为，7 2 0 p 采用的是逐行扫描方式而1 0 8 0 i 采用的是隔行扫描方式，从而7 2 0 p 格 式不会引起行间闪烁。现行的a t s c 除有1 0 8 0 i 和7 2 0 p 两种高清格式处，还推荐 了多种数字视频格式，表2 1 列出了a t s c 推荐的高清晰度视频格式和部分常用数 字视频格。 表2 - 1a t s c 推荐的视频信号的参数表 每帧的有效行数 每行的样点数 宽高比帧频 扫描方式 1 0 8 01 9 2 01 6 ：9 2 4 ，3 0 ，和6 0 运行扫描 1 0 8 01 9 2 01 6 ：9 2 4 ，3 0 ，和6 0隔行扫描 7 2 01 2 8 01 6 ：9 2 4 ，3 0 ，和6 0 逐行扫描 7 2 07 0 41 6 ：92 4 ，3 0 ，和6 0隔行扫描 4 8 06 4 04 ：3 1 6 ：9 2 4 ，3 0 ，和6 0逐行扫描 4 8 0 6 4 0 4 ：3 2 4 ，3 0 ，和6 0 隔行扫描 第二章多种格式的视频信号 2 5d v b 标准 欧洲的数字视频广播d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 的研究和标准制订开 始于1 9 9 3 年【1 “。和a t s c 的思路不一样的是，它不是直接针对高清晰度电视，而 是由普通分辨率的电视广播数字化作为起点，首先制定的是卫星直播的数字电视 标准。称为d v b s 。然后是使用c a t v 传输数字电视的标准d v b c ，最终才制定 了地面广播的数字电视标准d v b t 。 d v b 在图像扫描格式上也有关于标准清晰度电视( s d t v ) 和高清晰度电视 ( t j d t v ) 的分辨率、扫描方式、宽高比、帧频等参数的建议，但并不要求像a t s c 接收机那样能接收各种格式。它的音频编码是采用m p e g 标准，视频编码和复用 也都是m p e g 一2 的标准。d v b s 的调制用相位调制q p s k ，这种调制方式传送的 码率较低，但可以在卫星上充分利用其宝贵的功率资源。d v b c 是用q a m 调制。 由于通过电缆传送，可用1 6 q a m 、6 4 q a m 以较高的效率传送。d v b t 是用q f d m 调制目的是为了对付多径等干扰。这3 种不同的标准，所采用的信道编码也有 所区别，d v b t 最复杂。 2 6 计算机输出视频信号 计算机通常内部处理的视频信号为数字信号，然而为了适合c r t 显示器的要 求，通常通过v g a 接口输出模拟的r g b 视频信号， j i 云矗；i i ；i 如图2 1 所示。从图中可见，计算机操作系统将要显 示的图形数据通过内部图形数据总线交给图形引擎处 理，处理后的数据利用视频模数转换器，产生模拟形 式的红、绿、蓝三基色信号，同时图形适配器的时序 电路还将生成相应的行同步( 水平同步) 、场同步( 垂直 同步1 信号。由于人们多是在近矩离对计算机进行操 作，所以其一般为逐行扫描方式工作。计算机内部是 以数字方式进行数字图像处理的，所以计算机输出视图2 - 1 计算机输出视频信号 频信号一般以屏幕分辩率和位分辨率来表示。对于所显示的显示标准( 分辨率，场 频) ，所需的信道带宽可由下式估算： b w 2 h p v p x r f x ( 1 + k b ) ( 1 ) h 。：代表水平像素的个数； 电子科技人学硕士学位论文 v p ：代表垂直像素的个数； r f ：代表场频；k b 代表在1 秒内，消隐时阳j 占显示时间的比率； 根据表达式( 1 ) 和v e s a 监视器时序规范可以得出常见的显示格式的信道带 宽，详见表2 2 。 表2 - 2 计算机输出的数字视频信号 显示标准 分辩率场频( r t z )行频( k t l z )带宽( b t h z ) v g a6 4 0 4 8 06 03 1 52 5 1 7 5 7 23 7 73 1 5 0 0 7 53 7 53 1 5 0 0 8 54 3 3 3 6 0 0 0 s v g a8 0 0 6 0 05 63 5 13 6 0 0 6 03 7g 4 0 0 0 0 7 24 8 15 0 0 0 0 7 54 6 94 9 5 0 0 x g a1 0 2 4 7 6 86 04 846 5 0 0 0 7 05 6 ，57 5 0 0 0 7 56 0 o7 8 7 5 0 8 06 4 08 5 5 0 0 8 5 6 8 3 9 4 5 0 0 s x v g a1 2 8 0 1 0 2 46 06 4 01 0 8 0 0 0 7 58 0 01 3 5 0 0 0 数字平板显示器的出现对计算机输出视频信号提出了新的要求，由于v g a 接 输出的模拟r g b 视频信号不能直接为数字平板显示没备所用，数字平板显示设 备必须配有模数转换电路来完成对v g a 接口输出的模拟r g b 视频信号的数字化。 而现代计算机中的d v i 接口就可以输出t m d s 数字视频信号，它利用先进的编 解码算法来实现对计算机数字视频信号的传输。 2 7c v b s 信号及r c a 插座 自然界的大多数色彩均可用r 、g 、b 三基色来合成，然而在彩色广播电视系 统中，考虑到传输信道带宽的利用率、人眼的视觉特性以及与黑白电视的兼容性 等问题，所选用的传输信号并非三个基色信号，而是经过转换后并代表彩色三基 色参量的新的传输信号：一个亮度信号和两个色差信号 3 】。它们与三个基色信号之 问的关系为： y = 0 3 0 r + 0 5 9 g + 01 】b ： 第二章多种格式的视频信号 ( r y ) 2 0 7 0 r 一05 9 g 一0 1 l b ； ( b - y ) 一0 3 0 r - 0 5 9 g + 0 8 9 b ： 在电视系统中，为了能够正确重现图像，要求收端与发端的扫描点应有一 对应的几何位最，即同步，必须加入行、场同步脉冲；为了使扫描逆程光栅不显 示，还需要加入行、场消隐脉冲，使电子束在扫描逆程期间截止；在传统三大电 视制式中，为了实现色度信号的解调分离必须加入一个色同步信号来传送同步检 波所需副载波的频率、相位和逐行倒相信息。c v b s ( 彩色全电视信号) 就是指包含 有亮度信号、色差信号、复合同步信号、复合消隐信号和色同步信号的复合视频 信号，这可从图2 2 所示的c v b s l 0 0 0 1 0 0 0 标准彩条信号可以看出。因此，c v b s 信号必须经过亮、色分离，同步信号分离，色度信号分离处理才能还原为原来图 像的r g b 三基色信号。 图2 2 彩条信号c v b s 的波形图 c v b s 信号一般主要来源为电视广播，v c d 或d v d 等家庭影院设备的a v 端 口输出的视频信号。a v 输出端子一般均使用r c a 插座。 2 8y c 视频信号及s 端子接口 y c 视频信号就是指c v b s 视频信号信号源设备中被分离为亮度信号和色度 信号，需要两根信号线来分别输出y ( 亮度) 信号和c ( 色度) 信号。而c v b s 信号中 的行场同步信号、行场消隐信号仍包含在亮度信号中，色同步信号则包含在色度 信号中。也就是讲，必须从y ( 亮度) 中提取了同步信号和对c ( 色度) 进行色差信号 分离。1 0 0 0 1 0 0 。0 彩条信号的y c 视频信号如图2 3 。 y c 视频信号一般主要来源于v c d 或d v d 等家庭影院设备的s 端口输出的 视频信号。其输出端子使用精制的s 端子，外形如图2 - 4 所示。 电子科技大学硕士学位论文 i 訇2 - 3 彩条信号y c 的波形图 2 9 y p r p b 视频信号和模拟r g b 视频信号 y p r p b 视频信号和r g b 视频信号都可以认为是分量 信号，即它们都至少需要三根 或三根以上的信号线来传输 视频信号，两者也均为模拟视 频信号。y p r p b 视频信号中 的y ，p r ，p b 三个分量信号 均是由v g a 视频信号中的 图2 - 4s 端子外形图和示意图 r ，g ，b 三信号按一定比例求得。y p r p b 视频信号中的y 代表亮度信号，它同 c v b s 中的亮度信号一样是按y = 0 3 0 r + 0 5 9 g + 0 1 1 b 的关系求得，根据不同参数 的高清视频信号它要求的信道带宽有所不同，而p r 和p b 两个分量视频信号所要 求的信道带宽则只需y ( 亮度) 信号的一半左右，同步信号一般混合在y 通道中传送。 然而，模拟r g b 视频信号的r ，g ，b 三个分量信号所要求的信道带宽是一样的， 均要求宽带。在y p r p b 视频信号中，同步信号存在于y ( 亮度) 信号中，而在r g b 视频信号中的同步信号则可能为下面三种情况之一：r g s b 视频信号中的同步信号 存在于g 信号中，r g b s 视频信号中的同步信号则由第四根信号线单独传送， m 第二章多种格式的视频信号 r g b h v 视频信号中的行场同步信号分别由第四根和第五根信号线单独传送。 y p r p b 视频信号一般来源于d v d 、e v d 或d t v 等家庭影院设备的y 坦r p b 视频分量端口输出的视频信号，常用的y p r p b 视频分量输出端的外形如图2 5 所 示，实为三个r c a 插座组合而成。 r g b 视频信号一般来源于计算机的v g a 接口( 部分d v d 机也配有v g a 接 口、输出的视频信号t 2 ”。 批一 图2 - 5y p r p r 接口外形及示意图 2 1 0t m d s 视频信号及d v i 接口 t m - d s 是t r a n s i t i o nm i n i m i z e dd i f f e r e n ts i n g a l ( 最小化传输差分信号) 的缩写 1 2 。7 r m d s 通过先进的编码算法将8 b i t 的像素数据转换成1 0 b i t 的最小变换信 号，削弱了传输电缆中交叉电磁干扰e m i ，并且这种直流平衡的编码信号更有利 于光纤传输。另外这种先进的编码算法可以为接收端提供时钟恢复信号，并允许 在较远距离传输时( 最长为1 0 r e ) 信号有较大的抖动误差。计算机图像显示卡上的 d v l ( d i g i t a lv i s u a li n t e r f a c e ) 发送芯片把视频图像信号转换为t m d s 视频信号，然 1 9 1 7 i 接收连接头端 图2 - 6d v i 接口外形及示意图 后通过d v i 接口传送到显示设备的视频信号接口电路中，由d v i 接送芯片解码后 一一 一 电子科技大学硕士学位论文 形成r g b 三基色数字视频信号。 现在有的计算机配置有d v i 视频信号接口，其外形如图2 6 所示。 第三章1 2 c 总线和d v i i 0 接口 第三章1 2 c 总线和d v l l 0 接口 1 2 c 总线【”1 是由p h i l i p s 公司首先提出的，已经得到国际上公认而且被广泛采 用。所有具有1 2 c 总线接口的集成器件均可以通过1 2 c 总线进行直接通信，它为工 程师设计各种控制电路带来方便。d v i i 0 接口允许计算机与显示设备间进行高速 数字信号传送，具有广阔的应用前景。 3 11 2 c 总线 3 1 1 硬件结构 1 2 c 串行总线有两根信号线：一根双向的数据线s d a ，一根双向的时钟线 s c l 。所有接到1 2 c 总线上的设备的串行数据引脚都接到总线的s d a 线，各设备 的时钟引脚接到总线的s c l 。典型的1 2 c 总线系统应用如图3 - 1 所示。总线的运行 ( 数据传输) 由主1 2 c 控制。主1 2 c 就是启动数据的传送( 发出启动信号) 、发出时钟 图3 一li 总线在电视系统中应用 信号并在传送结束时发出停止信号的设备。多数系统中，主1 2 c 是微处理器之类的 智能芯片。能被主机寻访的设备都称为从1 2 c 。为了进行通讯，每个接到1 2 c 总线 的设备都有一个独一的地址，以便于主1 2 c 寻访。主1 2 c 和从1 2 c 的数据传送，可 以由主1 2 c 发送到从1 2 c ，也可以是从1 2 c 发到主1 2 c 。凡是发送数据到总线的设备 称为发送器，从总线上接收数据的设备被称为接收器。 为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端必须是漏极开路 输出或集电极开路输出的结构。设备与总线的接口电路如图3 - 2 所示。设备上的串 电子科技大学硕士学位论文 行数据线s d a 接口电路应该是 双向的，输出电路用于向总线上 发数据，输入电路用于接收总线 上的数据。串行时钟线也是双向 的，作为控制总线数据传送的主 1 2 c 要通过s c l 输出电路发送时 钟信号，同时要检测总线上s c l 上的电平以决定什么时候发下一 个时钟脉冲电平：作为接受主1 2 c 一+ v d d 。，燃00 r p s 0 c 8 鲥“o 时_ l )t丫 s “f s “e i c u ) 1 l 孥x| 涨j 赫，葫 s 涮z j io 裂刈e | 咖|咖 臀划o ；j a 划搿划。 ； a 寸 d e c e1d v i c e 2m 甜村， 图3 - 2i z c 总线控制器件与1 2 c 总线的连接 命令的从i z c 要按总线上的s c l 的信号发送或接收s d a 线上的信号，也可以向 s c l 线发出低电平信号以延长总线时钟信号周期。总线空闲时，因各设备都是漏 极开路输出，上拉电阻r 使s d a 和s c l 线都保持高电平，如图3 - 2 所示。任一设 备输出的低电平都使相应的总线信号电平变低，也就是说各设备的s d a 是“与” 关系，s c l 也是“与”关系。 3 1 21 2 c 总线协议简介 介绍t 2 c 总线协议的 主要内容，包括起始信号、 结束信号、数据的有效性。 最后将以7 位格式介绍 1 2 c 总线的工作过程。 1 数据传输 图3 - 31 2 c 总线数据传送的开始及停止条件 在1 2 c 总线传输过程中，将两种特定的情况定义为起始信号和结束信号( 见图 3 3 ) ：当s c l 保持高电平时，s d a 从1 跳变到0 标识一个数据传输过程的 开始，这种s c l - 一s d a 的组合称为起始信号；当s c l 保持高电平时，s d a 从0 跳变到17 标识一个数据传输过程的结束，这种s c l s d a 的组合称为结束信号。 起始信号和结束信号由主1 2 c 产生。当1 2 c 总线上出现起始信号时，总线进入“忙” 状态；当1 2 c 总线上出现结束信号时，总线进入“空闲”状态。挂接在i z c 总线上 的主1 2 c 和从1 2 c 通过检测起始信号和结束信号判断总线的“忙”、“闲”状态。由 于1 2 c 总线协议不定义优先级概念，因此任何新过程的开始必须等待当前过程的结 束。使用硬件接口可以很容易地检测起始和结束信号，没有这种接口的微机必须 第三章1 2 c 总线和d v l l 0 接口 以每个时钟周期至少两次 对s d a 取样以检测这