JH8000数字电视实验指导书.doc

JH8000DTV数字电视实验系统概述3第一章 视频A/D、D/A 实验61.1 实验原理61.1.1 视频A/D变换器61.1.2 视频D/A变换器91.2 实验电路231.2.1 实验电路总体框图231.2.2 视频A/D变换电路模块231.2.3 视频D/A变换电路模块271.2.4 数字处理模块（可编程器件）291.3 实验内容311.3.1 实验一 视频源的参数调整311.3.2 实验二 亮色延时实验341.3.3 实验三 量化比特数对数字图像质量的影响361.3.4 实验四 视频A/D，D/A参数的观测391.3.5 实验五 数字电视的国际标准（ITU-601号建议）41第二章 音频A/D，D/A实验432.1 实验原理432.1.1 音频信号取样频率的选择432.1.2 声音信号（双极性信号）量化信噪比442.1.3 音频信号的量化比特数的确定442.2 实验电路452.2.1 实验电路总体框图452.2.2 音频AD系统模块电路简介452.2.3 音频AD系统模块电路简介462.2.4 数据处理与控制模块482.3 实验内容512.3.1 实验一 抽样频率及量化比特数对声音质量的影响512.3.2 实验二 观测各种时钟数据及其相互关系54第三章 MPEG视频编码573.1 实验原理573.1.1 MPEG-2 编解码系统573.1.2 MPEG-2 压缩编码模块623.2 实验电路713.2.1 MPEG编码模块电路713.2.2 MPEG解码模块电路773.3 实验内容823.3.1 实验一 节目码流和传输码流实验823.3.2 实验二 包识别码（PID）实验843.3.3 实验三 视频编解码延时实验863.3.4 实验四 视频帧结构实验883.3.5 实验五 视频编码速率实验903.3.6 实验六 图像子采样模式实验923.3.7 实验七 GOP实验943.3.8 实验八 图像格式实验96第四章 MPEG音频编码984.1 实验原理984.1.1 MPEG-1音频压缩编码984.1.2 MPEG-2音频压缩编码1074.1.3 MPEG-1、MPEG-2音频参数的比较1094.1.4 MPEG-2中的AAC编码1104.2 实验内容1124.2.1 实验一 MPEG音频层实验11124.2.2 实验二 MPEG音频层实验2114附录：波形说明116JH8000DTV数字电视实验系统概述 JH8000DTV数字电视课程实验箱是完全按照数字电视国际标准设计和生产的数字电视传输系统，可以提供数字电视课程所需的若干实验，同时可以作为实际数字电视传输课程培训时的实验装置。一系统描述 JH8000DTV系统主要由视音频A/D,D/A模块,视音频信源编码、解码模块,TS流形成与解复用模块,DVB SPI 收发接口等模块组成。音频A/D模块板音频信源编码TS流的形成DVB SPI TX模块传输信道DVB SPI RX模块TS流的解码视频信源解码音频信源解码D/AD/ATV监视器视频A/D模块板视频信源编码图1 为JH8000系统原理框图：图1 JH8000DTV系统框图各部分的组成及功能简述如下：1） 视音频A/D、D/A模块：采用专用的集成芯片，按照国际标准采样时钟和采样格式将模拟输入的视音频信号变成标准数字视音频信号。2） 视音频信源编码、解码模块：按国际上MPEG1、2压缩标准完成对数字视音频码流的压缩编码。3） TS流形成与解复用模块：按国际标准将视音频信源编码板输出的MPEG视音频码流打包成TS流或解复用成MPEG视音频码流送入视音频信源解码板。4） DVB SPI 收发接口模块：将MPEG-2的TS流按DVB SPI的国际接口标准实现编解码之间的码流传输。其中各个模块既可以独立进行分块实验，又可以综合组成数字电视系统传输实验JH8000DTV（包括视音频A/D模块、视音频信源编解码模块，TS流形复用与解复用模块和DVB SPI传输接口模块）完成系统总体实验二系统实验1系统总体实验在实验中我们使用JH8000DTV实验箱搭建系统总体实验环境，并紧密结合系统的实际运行状态，通过亲手对系统参数的设置和测试，让试验者初步建立数字电视系统总体概念。2 分模块实验通过系统总体实验之后，我们可在建立总体概念的基础上，将总体系统拆分成若干功能的子模块。每一功能子模块作为一个相对独立的分模块实验板，这样便于实验者从模块实验中掌握数字电视传输系统中各部分原理、功能、技术参数、性能指标及在整个数字电视传输系统中的影响，同时让学生了解各个模块的设计参数和设计方法，为学生今后在数字电视系统设备的研究方面打下扎实的研究基础。整个实验系统可以分成：直接视频、音频的AD-DA闭环实验装置和接入后续编解码模块以及传输模块的开环实验装置，可以进行的实验模块有：（1）视频源参数设置模块（开环）l 亮度设置l 色度设置l 对比度设置l 输入信号源选择设置l 信号源制式设置l 场信号标识行设置l 行有效像素数设置（2）视频编码参数设置模块（开环）l 系统模式设置，可以设置MPEG-1或MPEG-2编码方式l 系统编码码流模式设置，可以设置编码码流输出格式：节目码流(PS)或传输码流(TS)。l 可编程设置GOP结构：I、B、P帧的组合，包括I、IP、IBP、IBBP等。l 可编程设置编码速率：512K-15M （NX256K， N=2-57）l 可编程设置数字视频标识码：VPID。l 可编程设置数字音频标识码：APID。l 可编程设置数字参考时钟标识码：PCRPID。l 可编程设置仅视频编码，音频不编码工作方式。（3）音频编码参数设置模块（开环）l 设置MPEG音频编码层：Layer1 or Layer2l 设置音频采样速率l 设置音频编码输出速率l 设置音频预加重模式l 设置音频声道处理模式l 设置音频PES标志（4）MPEG编码参数设置模块（开环）l 可编程设置编码模式l 可编程设置编码速率：512K-15M （NX256K， N=2-57）l 设置图像采样模式l 可编程设置GOP模式l 可编程设置GOP长度l 可编程设置图像编码：D1、4/3 D1、2/3 D1、1/2 D1、SIF、QSIF、SliceScreenl 可编程设置图像预处理滤波模式（5）视频AD/DA实验模块（闭环）l 亮度设置l 色度设置l 对比度设置l 色饱和度设置l 色调设置l 亮色延迟设置l 彩色关闭设置（6）音频AD/DA实验模块l 音频采样频率设置l 音频量化比特数设置l 静音模式设置第一章 视频A/D、D/A 实验视频A/D、D/A变换器是数字电视系统（图1-1）的重要组成部分。视频A/D、D/A变换器性能的好坏对整个数字电视系统重现图像质量有着非常重要的影响。因此，通过视频A/D、D/A实验，更好的掌握视频A/D、D/A的原理，技术参数，国际标准等就显的十分必要。 下面分别介绍视频A/D、D/A变换器的工作原理，参数选择，国际标准，以及各实验的内容，要求，方法等。A/D数字处理器D/A模拟信号模拟信号图1-1 数字设备基本系统组成1.1 实验原理1.1.1 视频A/D变换器A/D转换器的作用是把连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，示意图如图1.1.1所示。它主要包括取样、量化和编码三大部分。取样，是实现时间轴上的离散化；量化，是实现幅度轴上的离散化；编码，是实现把离散化了的数据用二进制码型表示，进而变为一系列的电脉冲。图1.1.1 A/D转换器示意图1分量编码中取样频率的选择分量编码是指对亮度信号（Y）和两个色差信号（R-Y）、（B-Y）分别进行取样、量化和编码。在分量编码中，由于不受色副载波的影响，而且与彩色电视制式关系不大，为了便于国际间节目的交换，建议取样频率应能兼容625行/50场和525行/60场两种扫描体制。根据取样定理，要求取样频率fs2fm，为了防止频谱混叠失真，应选择fs（2.22.7） fm，又为了实现正交取样结构，应满足fs为行频fH的整数倍。综合上述诸条要求，已知亮度信号的上限频率为5.5MHz6 MHz，取样频率可选为fs=2.2fm=1213.2 MHz。对于625行制式行频为fH=15.625 MHz，对于525行制式行频为fH=15.734264KHz，为了满足兼容两种制式的要求，就在13.2MHz附近选定。两种制式行频最佳公倍数为13.5MHz。对625行制式，每行取样点数为：对于525行制式，每行取样点数为： 对于两个色差信号（R-Y）和（B-Y），因为其上限频率均在2.8MHz以下，近似为亮度信号上限频率的一半，为了方便起见，色差信号的取样频率选为： fs(R-Y)= fs(B-Y)=fSY=6.75MHz对于625行制式，色差信号每行取样点数为864=432，对于525行制式，则每行取样点数为858=429。亮度信号和两个色差信号三者的取样频率比例关系为： fs(Y) : fs(R-Y) : fs(B Y) =4:2:2故把这种选择取样频率方式称为4：2：2标准，这就是分量编码中取样频率的选择。2量化量化是使幅度连续的抽样值进一步在幅度上离散化的过程。以便能用有限长度的码字来表示抽样点的幅度。量化可分为舍入量化和截尾量化。舍入量化即用四舍五入来处理被量化信号与预置量化级数电平之间的差值。截尾量化即把高于预置量化级数电平的尾数部分全部舍去。截尾量化误差比舍入量化误差大一倍，因此，一般只采用舍入量化而不采用截尾量化。由量化误差所产生的噪声称量化噪声。设图像信号的最大幅度为A，将它均匀量化成N级，量化级差为A，有：A=NA，N=2n （以二进制表示）电视信号（单极性信号）的量化信噪比定义：量化信噪比= （n为量化比特数） 用分贝表示：可以得出结论：量化比特数n每增加1bit，则信噪比上升6dB；反之，每下降1bit；信噪比降低6dB。信噪比与量化比特数n关系如表1.1.1所示。 表1.1.1量化比特567891041dB47 dB53dB59dB65dB71dB 3编码 A/D转换器中的编码，是把代表特定量化电平等级的比较器的输出状态数据组合，变换成以n比特表示的二进制数码，即每一组二进制数码代表一个取样值的量化电平等级。如表1.1.2。在接受端解码时，从这个数码（或称数据）中重新恢复出原模拟信号电平。表1.1.24视频A/D D/A的特点l 抽样频率高，fs=27MHz (对全信号编码)fs=13.5MHz (对分量信号编码)l 量化比特数高，n=810比特1.1.2 视频D/A变换器 模拟信号被数字化之后，送入数字设备进行处理、记录或传送。最后，当与其他模拟信号设备联结时，需要重新还原为模拟信号。用于把数字信号还原为模拟信号的设备、称为数/模转换器或D/A变换器 图1.1.2 数/模转换器方框图图1.1.2中表示出数/模转换器的简单方框图，主要有数字解码、内插低通滤和零阶保持补偿等三部分电路组成。数字解码是主要部分，其作用是把代表取样值的二进制数码还原为相应的量化电平脉冲。内插低通滤波器，用于把离散的脉冲转换为在时间轴上连续的模拟信号。由于内插滤纸不可能具有理想的门函数频率特性，又因编码时的取样脉冲也不可能是理想的 冲击函数序列而是具有一定宽度的脉冲，这都会使恢复的模拟信号高频成分受到损失。因此，内插低通滤波器之后，又加入零阶保持补偿电路，用于提升模拟信号的高频成分，使输出信号更接近原来的模拟信号。视频 D/A的特点l 运算精度高。l 运算速度快。1电视信号数字化的国际标准分量电视信号的数字编码有利于国际间的电视节目交换。在1982年的CCIR第15次全会上通过了CCIR601号建议书，确定了能实现625行/50场和525行/60场兼容的分量编码4：2：2标准，以后又作了若干补充修正。 数字分量视频标准，则是分别对三个信号（一个亮度信号和二个色差信号）进行取样和量化编码，如前所述,由于消除了色副载波影响，信号质量较高，也有利于制式间的兼容，但是设备复杂，造价高，而且码率也高。在数字分量信号中，亮度信号（Y）峰-峰幅值为700VPP，黑电平与消隐电平一致，同步电平为-300MV，同步信号仅加入亮度信号中；两个色差信号分别称为CR和CB，以0电平双向对称，其满幅度均为700MVPP。 CR=0.713（ER-EY） CB=0.564（EB-EY）2数字分量各信号的取样频率比例根据在前边已介绍过取样频率的选择原则，各信号取样频率之间应满足一个固定的比例。通常把3.375MHZ作为最低的基准频率，抽样比例有以下几种。图1.1.3 亮度与色差信号取样点的分布图（1）4：2：2方式这是较常用的标准方式，其中亮度信号取样频率为3.375X4=13.5MHZ。（2）4：4：4方式这是一些高档级的演播室选用的高质量的取样标准，亮度信号和两个色差信号均采用3.3754=13.5MHz，（3）4：1：1方式两个色差信号取样频率均为3.3751=3.375MHz，这时的色差信号带宽在1.5MHz以下。在图1.1.3中表示了取样点的分布情况，图中代表亮度取样点，而代表色差 CR和CB的取样点。3数字分量4：2：2标准举例现以数字分量4：2：2为例说明如下，表1.1.3中给出了其标准参数。表1.1.3 4：2：2标准参数参数名称625行/50场525行/60场1、编码信号2、1行取样点数亮度信号（Y）色差信号（R-Y）、（B-Y）Y、R-Y、B-Y8644328584293、取样结构正交，行、场、帧重复，（R-Y）、（B-Y）样点同位，并与每行的亮度信号第奇数个（1、3、5）样点同位。4、取样频率亮度信号每个色差信号13.5MHz6.75MHz5、量化方式亮度信号与色差信号均采用每样值8比特均匀量化6、一个有效行取样点数亮度信号每个色差信号7203607、模拟信号电平与量化等级之间关系亮度信号每个色差信号共220量化级，黑电平在每16级，白峰在235级共224量化级，零电平处在0225的量化级中心，即128级8、数字有效行定义（Y）OH到有效行开始有效行期间有效行结束到同步前沿每一行范围132个样点/9.718s720个样点/53.333s12个样点/0.889s864个样点/64s122个样点/9.037s720个样点/53.333s16个样点/1.185s858个样点/63.555s4量化范围的规定及码电平分配 现以100/0/100/0彩条信号为例，说明数字分量信号对量化范围的规定。(1)亮度分量 亮度分量的模拟信号电平与其相对应的数字信号样值（即量化电平）之间的关系如图1.1.4所示。图中示出了8比特量化和10比特量化两种情况下的对应样值，每个样值都分别以10进制数表示其量化级数（亦称量化电平或数字电平）。图1.1.4 100%彩条中亮度信号之模拟电平与量化电平之间的关系在10比特量化系统中共有1024个数字电平（210个），用10进制数表示时，其数值范围从0到1023；用16进制数表示时，其数值范围从000到3FF。数字电平000003和3FC3FF为储备电平(reserve)或称保护电平,这两部分电平是不允许出现在数据流中的.其中000和3FF用于传送同步信息.模拟信号进行A/D变换时,其电平不允许超出A/D的基准电平范围,否则会发生限幅.产生非线性失真,所产生的谐波在抽样后会引起频谱混叠.因此,标准中规定了储备电平,即使模拟信号电平达到储备电平范围仍不会发生限幅,防止了混叠失真.但储备电平的数字不进入数据流.D/A后恢复的模拟信号也不会出现储备电平范围的信号.从0043FB(10进制数41019)代表亮度信号的数字电平;040(10进制数64)为消隐的数字电平;3AC(10进制数为940)为白峰值的数字电平.标准规定的数字电平留有很小的余量:底部电平余量为004040(10进制数为464),顶部电平余量为3AC3FB(10进制数为9401019).值得注意的是,数字分量方式对亮度信号中的同步部分不抽样.由于调整的偏差和漂移,通过滤波器和校正电路产生的过冲都会扩大模拟视频信号的动态范围,所以在消隐电平以下和峰值白电平以上都留有余量,以使余量范围内的信号不失真地进行数字传输.上下余量称为Headroom。用8比特量化时，其储备电平为0和255(16进制数为00和FF)。数字电平的余量范围为116和235254(16进制数为01EBFE);1254代表亮度信号数字电平.消隐数字电平定为16(16进制数为10),白峰值数字电平定为235(16进制数为FB).值得注意的是：8比特字的数字信号可以通过10比特字的数字设备和数字通路,只要在8比特的最低位后加两位0即可,在输出端再将两位0去掉,恢复8比特字数字信号.(2)色度分量应该注意到,色度信号是双级性的,而A/D变换器需要单级性信号,因此,将100%彩条的色度信号电平上移350mv,以适合A/D变换器的要求.图1.1.5（a）CB分量的模拟电平与量化电平之间的关系图1.1.5（b）CR分量的模拟电平与量化电平之间的关系图1.1.5(a)示出CB分量的模拟电平与8比特和10比特的量化电平之间的关系。图1.1.5(b)示出CR分量的模拟电平与8比特和10比特量化电平之间的关系。用10比特量化时，量化电平为：16进制数0043FB（10进制数为41019），共1016级表示CB和CR信号。消隐（即零电平）的量化电平定为200（16进制数），模拟信号的最高正电平对应的数字定为3CA（10进制数为960），最低的负电平对应040（10进制数为64）。所规定的顶部电平余量为3CA3FB（10进制数9601019），底部电平余量为004040（10进制数为464），其作用同亮度信号的电平余量。储备电平范围也同亮度信号。5数字信号的传输接口数字信号的传送方式有两种，即并行传输和串行传输，各具有不同的特点，并适用于不同的场合。（1）数字信号的比特并行传输这种传输方式是每一个量化比特位固定用一条通路来传送，其码率低，误码率也低，设备简单，但是需要通路数量太多，只适用于距离点到点的数字信号的传送。在数字分量并行传输中，可以用亮度数据与色差数据分别传送，也可以把亮度与色差及其他辅助数据先进行时分复用，然后再进行并行传输，通常采用后者。4：2：2 数字分量标准取样点的行场分配:现以4：2：2数字分量标准为例来说明行、场定时关系。在PAL制数字分量中，其亮度（Y）与两个色差（CR、CB）信号的样值分布如图1-4所示。可以看出，在水平垂直方向上都是对齐的，即为正交结构。第一行的第一个样点位置上存在有亮度（Y）和色差CR及CB共三个样值，而第二个样点位置上则只有亮度（Y），以后按此规律排列，即在Y的奇数位置有三个样值，而偶数位置只有Y一个值。第二行之后也均与第一行相同。图1.1.6 PAL制4：2：2样点位置与行同步之间关系每行亮度Y信号的样点数为：，编号从第0号到第863号。其中有效行样点数为720个，编号从第0号到第719号。数字消隐样点数为144个，编号从第720号到863号。其样值位置安排与同步的关系如图1.1.6所示。而在图1.1.7中，则表示出PAL制数字场与模拟场的关系。在模拟场中，每场均包括有半行，如PAL制625行/50场，奇数场与偶数场均为=312.5行。但在数字场中，为了避免处理半个数字行，故将奇偶两场的有效行数均取整数，定为288行。其差别设在场消隐区，如图中所示，第一场（奇数场）的场消隐期为有效行的24行，而第二场（偶数场）的场消隐期为有效行前的25行。图1.1.7 PAL制数字场与模拟场的关系(2)数字亮度信号与色差信号的时分复用在数字分量情况下，有一路亮度信号和两路色差信号，如果各自单独并行传送则需要三条多芯电缆。为了简化设备通常先利用时分复用方法把三路信号归并为一路时序信号，然后用一条多芯电缆并行传送。对于4：2：2方式，525行/60场扫描标准和625行/50场扫描标准，其有效行的样点数都是一样的，即亮度信号为720个，色差信号为360个，每行共计1440，编号为01439，而消隐期间的样点数目，两种标准则不同，625行/50场标准为288个，编号为14401727，525行/60场，标准为276个，编号为14401715。以625行/50场 标准（PAL制）的4：2：2数字分量信号为例，三路复用之后每行的样点在一行内的分配如图1-9所示。根据前图1-4的取样分布情况，每个有效行的第一个取样位置上有三个样值，安排顺序是CBYCR，第二个取样位置上只有Y一个样值，第三个取样位置上安排顺序也是CBYCR，以此类推，其余各行方式相同。由图1.1.8中可以看出，复用后的样值速率（字/秒）也明显提高了。复用前亮度信号的样值速率为：13.5兆字/秒。两个色差信号的样值速率均为：6.75兆字/秒，复用后的总样值速率为：13.5兆字/秒+6.75兆字/秒+6.75兆字/秒=27兆字/秒图1.1.8复用中的样值安排顺序图1.1.9 4：2：2格式时分复用并行输出方框图如果按10比特量化，则码率达到270Mb/s。在图1.1.9中表示了时分复用编码比特并行输出的电路方块图。输入的三路模拟分量信号EY、ER、EB，经过前置滤波器之后，分别送入A/D变换器，变为数字信号。然后分别以并行方式送入数字合成器，以27兆字/秒的速度和上述的顺序实现并行传输。图中的时钟信号，由亮度信号中产生，分别输入亮度与色差三个A/D转换器，以保证分量信号在时间上的一致性。(3)数字分量标准定时基准信号的形成在模拟视频信号中的行、场同步信号是十分重要的，用它来保证收发两端扫描的一致性。然而，它只代表起始的时刻，并无其他信息内容。如果能相应地设置每行的起止时刻标志，则除了数字有效行之外，每行消隐（包括行同步）的样点数据均可不传送。这段在625 行/50场标准4：2：2格式复用之后有288个样点位置，可以用来传送其他辅助信息数据。数字分量标准规定，不传送行消隐期间的样值，而是在每个有效行数据开始之前，即每行的第一个样值（编号为0）之前安排4个样值数据，用于表示每个有效行的开始，称为SAV信号；并在每个有效行数据结束之后，即每个有效行的最后一个样值（编号为1439）之图1.1.10 625/50标准分量时分复用及定时基准位置后也安排4个样值数据，用于表示每个有效行的结束，称为SAV信号。对于625行/50场扫描标准，SAV的样点位置是第1724号到1727号，EAV样点的位置是第1440号到1443号。在场消隐期间，SAV和EAV信号仍以同样格式传送。图1.1.10所示为625/50标准的数字分量时分复用及定时基准信号的插入位置。分别由4个10比特字节组成的SAV和EAV信号，用16进制组成一个特定的数据系列，用以下符号表示：3FF 000 000 XYZ，前三个字节是一个固定的前缀。可以看出，每一个字节是10个比特1（即3FF），后面2个字节是20个比特0（即2个为0的10比特字）。这个特殊的比特组合符号，用来表示有效视频行的开始（SAV）或结束（EAV）。第4个字节XYZ同为一个可变内容的字节，它包含有场标志符号，垂直消隐状态，行消隐状态等信息。在表1.1.4中具体表示了这4个10比特字节的详细内容。可见，第1个字节为全1，第2、第3个字节为全0，但第4个字节XYZ的比特0位和1位规定为0，以便与8比特量化接口相兼容，第9位规定为1，第6、7、8位为可变二进制数，分别用H、V、F表示相应的信息，而其余的第2、3、4、5各经特位用于进行误码纠正。其中H、V、F的不同取值，代表信息如下：H为行消隐标志符，H=0表示为有效行开始（SAV）,H=1表示为有效行结束（EAV）V为垂直消隐标志符，V=0表示为有效场期间,V=1表示为场消隐期间F为场标志符，F=0表示为第一场（奇数场）,F=1表示为第二场（偶数场）表1-4中的P0、P1、P2、P3的值是可变的，它门的值取之于F、V和H的值，可对F、V和H的值进行两比特误差检测以及比特误码较正。P0、P1、P2、P3的值和F、V及H的值的关系如 表1.1.5所示。表1.1.4 4：2：2 定时基准信号 bit3FF000000XYZ98765432101111111111000000000000000000001FVHP3P2P1P000表1.1.5 P0、P1、P2、P3的值和F、V及H的值的关系在图1.1.11中表示出625/50扫描标准，XYZ的数据内容与图像时基的位置关系。 EAV SAV (H=1) (H=2) 第1行（V=1） 行 场消隐 第23行（V=0） 第一场（F=0） 第1场有效视频数据 奇 第311行（V=1） 第313 场消隐 第336行（V=0） 第二场（F=1） 第2场有效视频数据 偶 第624行（V=1）第625行图1.1.11 625/50标准XYZ数据与图像时基位置关系1.2 实验电路1.2.1 实验电路总体框图实验电路由A/D变换器，可编程器件，D/A变换器组成。见图1.2.1A/D变换器TVP5147可编程器件MAX7128STC100-10D/A变换器SAA71211.2.1 实验电路总体框图1.2.2 视频A/D变换电路模块 (1) A/D芯片视频ADC采用TVP5147芯片。TVP5147是10 位高质量单片数字视频解码器，用于对NTSC/PAL/SECAM 进行数字化和解码。TVP5147支持对分量YPbPr信号的A/D转换，同样能将NTSC ，PAL，SECAM制式的composite 或者 s-video 信号转换成分量YCbCr其包含了两个10bit 30MSPS（兆采样每秒）的数模转换器。该芯片可用于数字视频的多种设备，如： DLP 投影仪、数字电视、DVD 录制设备LCD电视接及监视器、PVR、PC视频卡、视频捕捉/视频编缉、会议电视（2）TVP5147主要的功能模块包括：l 对微弱，混有噪声信号以及VCR trick model的同步检测 l 通过2-D 5线自适应梳状滤波器和色度陷波滤波器实现Y/C分量分离l 两个10bit 30MSPS （兆采样每秒）A/D转换器，具有对模拟信号预处理（自动增益控制）l 模拟视频输出l 亮度预处理l 色度预处理l 时钟/时序预处理以及待机模式l 输出格式选择l I2c总线接口l VBI 数据预处理l Macrovision 防拷贝检测电路l I/O端口3.3v 耐压（3）芯片详细功能介绍：l 两个可编程增益控制30MSPS，10BitA/D l 支持NTSC（J, M ,4.43）,PAL(B, D, G, H ,I, M, N, Nc ,60),SECAM(B,D,G,K,K1,L)CVBS和S-Videol 支持内嵌同步信号的模拟分量YPbPr视频格式l 10路模拟视频输入端口，支持多个视频源l 支持模拟视频输出l 输出格式可编程控制a. 10Bit嵌入同步的符合ITU-R BT.656标准 中 4:2:2的 YCbCrb. 分离同步的10Bit 4:2:2的 YCbCrc. 分离同步的20Bit 4:2:2的 YCbCrd. 场消隐期内活动视频两倍采样raw VBI 数据e.场消隐期内VBI数据片断l 行同步，场同步输出，其位置，极性，宽度可编程，并可输出FID信号l Composite 和 S-video 视频信号处理 a. 2-D 5线自适应梳状滤波器以及色度陷波滤波器用来处理Composite 视频信号 b. 对输入视频格式自动检测（NTSC/PAL/SECAM）并切换 c. 可编程控制亮度增益 d. 色度瞬时提升 e. 捕捉微弱，混有噪声，或者不稳定的信号 f. 单颗14.31818 Mhz 标准晶振，满足所有标准需求（ITU-R.BT601和平方像素采样） g. 电源同步/内同步像素采样时钟产生行，场同步信号输出 h. 为下行的视频编码器同步提供同步锁相RTCl 通过Macrovision防拷贝检测认证l 1VBI数据处理l I2c总线接口l 低功耗 数字核心1.8v 数字I/O端口3.3v 待机模式下模拟核心1.8v/3.3vl 80管脚TQFP 封装（4）实验系统装置视频A/D变换的具体电路图1.2.3 实验系统装置A/D 变换模块1.2.3 视频D/A变换电路模块(1) D/A芯片D/A芯片选用飞利浦公司的数字视频编码集成电路SAA7121。该芯片广泛应用于VCD、DVD等影碟机中。SAA7121集成电路支持NTSCM，PALB/G等电视制式，采用IC控制方式，通过8位数据总线接收解压缩的视频数据。再由内置的编码器将数字亮度信号与色度信号同时编码成模拟的CVBS和S视频信号。主要由数据管理、编码器、输出接口、10bit D/A转换器、同步时钟和IC总线接口等组成。SAA7121的功能框图如下图1.2.4所示：LLCXTAL1XCLKIC总线接口数据管理器同步时钟编码器输出接口D/A转换器RESTSDASCLSARCV1RCV2TTXRQXTAL0VDDA1VDDA2VDDA3IC总线控制IC总线控制IC总线控制时钟和时序MP7到MP0TTXVSSD1 VSSD2 VSSD3VDD1VDD2VDD3RESRTC1SPAPIC总线控制CVBSYCVSSA1VSSA2YCbCrYC1.2.4 SAA7121的功能框图（2）芯片主要功能介绍:l 单块芯片 3.3v(5v)供电l 数字PAL/NTSC 编码器l 系统像素时钟 13.5Mhzl 支持多种输入格式YCbCr EAV 和 SAVl 三个D/A转换器 支持Y C 以及 CVBS ，两次10bit 精度的过采样l 对子频带的实时控制l 减少色彩失真滤波器l 支持对宽屏信号的编码l 快速I2c 总线l 可工作在主/从 模式下l 可对行/场输入同步相位编程l 行同步输出可编程l 可控制同步信号上升沿和下降沿以及消隐信号l QFP44 封装 （3）实验系统装置视频D/A变换的具体电路(图1.2.5) 图1.2.51.2.4 数字处理模块（可编程器件）（1）可编程器件芯片介绍可编程器件选用altera MAX7128STC100-10。 MAX7000系列基于altera 第二代MAX架构，高密度，高性能。采用了先进的CMOS工艺制造，使得基于EEPROM的MAX7000系列能提供 600 到 5000可用门电路。可编程器件芯片原理框图如下： 图1.2.6（2）实验系统装置数字处理模块的具体电路(如下图) 图1.2.71.3 实验内容1.3.1 实验一 视频源的参数调整一. 实验仪器1JH8000DTV数字电视实验系统装置 一台2配置计算机 一台二. 实验目的调整图像的亮度、对比度、色饱和度、色调，观察图像的变化。三. 实验步骤电源1电源3电源2总电源JH8000DTV数字电视实验装置数字电视监视器视音频AD/DA模块实验板MPEG编码模块实验板MPEG解码模块实验板DVD信号源 图1.3.11将计算机的串口1通过串口连接线与编码模块的串行接口相连2开启JH8000DTV数字电视实验系统装置总电源3开启信号源DVD以及监视器的电源4同时开启编解码模块的电源（即电源2、电源3，见图1.3.1，注意：此时电源1必须处于关闭状态）5打开计算机并启动系统实验软件：双击桌面上的Encode图标启动软件，经过一个Flash界面后便进入欢迎界面，软件启动完成，如下图（图1.3.2）。 图1.3.2(1) 选做实验： 点击“进入”按钮进入主实验界面（图1.3.1-2）。 图1.3.3选择“视频源的参数设置”实验项目，然后单击“进入”或者双击“视频源的参数设置”实验项目，进入具体实验面板。（图1.3.1-3）进入实验的基本设置：设置亮度值-0-255 设置色饱和度值-0-255 设置对比度值-0-255 设置色调-0-255图1.3.4（2）分别改变基本设置的亮度、对比度、色饱和度、色调各参数值，观察监视器图像的变化（3）选择“高级设置”按钮，分别改变高级的设置的相关参数：输入信号、电视制式、场信号模式、场信号标识以及行有效像素值，观察监视器图像的变化（4）选择视频源为“摄象机”，（可以将摄象机对准标准电视测试卡或对准层次丰富的图象），重复上述（2）、（3）步骤四 实验要求1记录不同参数值时图像的变化，并分析结果。2为什么色饱和度值128255和0128变化是相同的3解释行有效像素值与图像水平宽度之间的对应关系1.3.2 实验二 亮色延时实验 一. 实验仪器1JH8000DTV数字电视实验系统装置 一台2配置计算机 一台3数字存储示波器 一台4标准电视信号发生器 一台二. 实验目的观察亮色延时差对图像质量的影响三 实验步骤1将计算机的串口1通过串口连接线与视频AD/DA模块的串行接口相连（视频AD/DA模块实验板上的串口通信模块U10）2开启JH8000DTV数字电视实验系统装置总电源3开启监视器的电源4将标准电视信号发生器的VIDEO输出端接到视频AD/DA模块视频输入端口（左下，J13）5开启视音频AD/DA模块的电源（即电源1，注：此时电源2、电源3必须处于关闭状态）6打开计算机并启动系统实验软件：双击桌面上的Encode图标启动软件，经过一个Flash界面后便进入欢迎界面，软件启动完成 （1）选择“视频AD/DA实验”实验项目，然后单击进入或者双击“视频AD/DA实验”实验项目，进入具体实验面板。（2）进入实验的“高级设置”： 图1.3.5（3）分别改变高级设置的关闭彩色和亮度延时，调整各参数值，观察监视器图像的变化（4）用示波器同时观测视频AD/DA模块的视频输入信号（J13）与视频输出信号（J14），分别记录两个信号中的亮色的延时与参数值的对应关系四 实验要求1. 记录不同参数值时图像的变化，并分析结果。2. 记录亮色延时的参数值与示波器测量值之间的对应关系并进行适当分析1.3.3 实验三 量化比特数对数字图像质量的影响一. 实验仪器1JH8000DTV数字电视实验系统装置 一台2配置计算机 一台3数字存储示波器 一台4标准电视信号发生器 一台信号发生器D/A计算机监视器示波器（数字）A/D数据处理图1.3.6二 实验目的改变量化比特数，观察各种情况下的图像质量及信号波形只有高位只有低位只有奇数位（或偶数位）只有Y信号掌握量化比特数对图像质量的影响。三. 实验步骤1将计算机的串口1通过串口连接线与视频AD/DA模块的串行接口相连（视频AD/DA模块实验板上的串口通信模块U10）2开启JH8000DTV数字电视实验系统装置总电源3开启监视器的电源4将标准电视信号发生器的VIDEO输出端接到视频AD/DA模块视频输入端口（左下，J13）5开启视频AD/DA模块的电源（即电源1，注：此时电源2、电源3必须处于关闭状态）6打开计算机并启动系统实验软件：双击桌面上的Encode图标启动软件，经过一个Flash界面后便进入欢迎界面，软件启动完成 （1）选择“视频AD/DA实验”实验项目，然后单击进入或者双击“视频AD/DA实验”实验项目，进入具体实验面板。（2）进入实验的“高级设置”（3）将“关闭彩色”设置为“开启彩色”（4）将数据缓冲模块中的J57的最右端短路开关插入，如下图所示（只有高位）J57此时，监视器中显示高四位的图像，可以用示波器分别观测视频输入与视频输出信号的情况（5）将数据缓冲模块中的J57的右端短路开关插入，如下图所示（只有低位）J57此时，监视器中显示低四位的图像，可以用示波器分别观测视频输入与视频输出信号的情况（6）将数据缓冲模块中的J57的右端短路开关插入，如下图所示（只有奇数位）J57此时，监视器中显示奇数位的图像，可以用示波器分别观测视频输入与视频输出信号的情况（7）将数据缓冲模块中的J57的右端短路开关插入，如下图所示（只有偶数位）J57此时，监视器中显示偶数位的图像，可以用示波器分别观测视频输入与视频输出信号的情况8）将“关闭彩色”设置为“关闭彩色”并重复上述（4）-（7）实验步骤四实验要求1改变量化比特数，观察各种情况下的图像质量及信号波形只有高位只有低位只有奇数位（或偶数位）只有Y信号对上述视频输入以及视频输出信号波形进行分析，并讨论改变量化比特数对图像质量的影响139 / 1391.3.4 实验四