專利名稱：一種數(shù)字視頻實驗裝置及實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及教學設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種教學用數(shù)字視頻實驗裝置及實驗方 法。
背景技術(shù)：
千百萬年以來，人類從自然界獲取信息的方式是通過“五官”的感知，其中90%以 上是由眼睛看來獲得的；但是直到19世紀末發(fā)明布勞恩管(CRT)以來，這種由眼睛獲取的 信息不能記錄和重現(xiàn)；信息的顯示最終都是以模擬信號的方式被顯示。進入20世紀，隨著 電視廣播媒體和計算機等媒體的出現(xiàn)和發(fā)展，信息采集、傳送、處理和存儲已向數(shù)字化方向 發(fā)展，為了獲取更好的顯示效果，數(shù)字化的顯示終端成為諸多研究機構(gòu)和企業(yè)關(guān)注的焦點， 各種新型的顯示器件如雨后春筍般涌向市場。在眾多的顯示器中CRT仍然保持著霸主的 地位，而液晶顯示器(LCD)則在自計算機出現(xiàn)之后以個人計算機、移動通信市場為中心獲 得了迅速地發(fā)展，開創(chuàng)了今天的個人信息社會。也就是說，CRT構(gòu)筑了大眾媒體時代的現(xiàn) 代工業(yè)社會，LCD則構(gòu)筑了個人媒體為主導(dǎo)的現(xiàn)代信息社會。21世紀的信息社會和市場已 進入到眾所周知的多媒體時代，顯示技術(shù)已不再局限于以前的布勞恩管(CRT)，液晶顯示器 (IXD)、等離子體顯示板(PDP)、數(shù)字光處理(DLP)、有機發(fā)光二極管(OLED)等多種新型的顯 示技術(shù)和顯示方式，伴隨著信息通信媒體的發(fā)展與顯示器的換代更新，數(shù)字化顯示技術(shù)也 得到了快速的發(fā)展。記錄和再現(xiàn)這些顯示信息的電信號稱為視頻信號，CRT接收的是模擬信 號，所以我們原來的電視信號是模擬形式傳輸?shù)?；但是，新型的信息顯示設(shè)備如LCD、PDP、 DLP、OLED等，接收和處理數(shù)字信號有更高的效率和更好的質(zhì)量；因此以數(shù)字信號表示的視 頻信息的方法(數(shù)字視頻)應(yīng)運而生；數(shù)字視頻技術(shù)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)(ADC)、高速數(shù)字電 路設(shè)計技術(shù)、圖像處理技術(shù)、數(shù)字編碼和解調(diào)技術(shù)、電路系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)等；但是模擬視頻使 用了 100年，人才濟濟，城鄉(xiāng)有無數(shù)的模擬電視機維修人才；數(shù)字視頻的出現(xiàn)還不久，中國 大學里很少有相關(guān)的課程，更是少有相關(guān)的實驗設(shè)備，而社會上對數(shù)字視頻的人才需求很 大(有上千座電視臺、上億臺數(shù)字電視機即將需要維護和修理)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對數(shù)字視頻實驗教學難且缺少合適的實驗平臺的問題而提供 的一種裝置及實驗方法，該裝置不僅解決了數(shù)字視頻實驗教學的實踐平臺問題，也為數(shù)字 視頻工程師的訓練提供了一種有效的手段，進而提高了工作效率。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種數(shù)字視頻實驗裝置，特點是該裝置包括一數(shù)字視頻圖像處理器，用于控制與數(shù)字視頻計算；— OSD產(chǎn)生及圖像疊加器，用于用戶菜單與數(shù)字視頻圖像的疊加合成；一高速數(shù)據(jù)存儲器及其高速數(shù)據(jù)存儲控制器電路，連接到數(shù)字視頻圖像處理器， 用于存儲輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù)幀、疊加圖像數(shù)據(jù)幀和輸出數(shù)字視頻數(shù)據(jù)幀；
一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)包含視頻解碼器，用于實現(xiàn)模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號 (RGBHsVs或者YCbCr信號)的轉(zhuǎn)換；一 HDMI信號接收解碼器，把外部數(shù)字視頻信號源(計算機或者數(shù)字電視機頂盒 等)輸入的TMDS差分信號接收并解碼成數(shù)字RGB信號或者YCbCr信號；一微處理器(MCU)，連接到數(shù)字視頻圖像處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)及HDMI信號接 收解碼器，根據(jù)外部輸入觸發(fā)信號產(chǎn)生信息交換信號；一 SD卡讀寫控制器，用于連接外部SD卡到數(shù)字視頻圖像處理器；一 SD卡，用于存儲靜態(tài)數(shù)字視頻信號(如數(shù)碼相機的照片或者捕獲的動態(tài)視頻圖 像的數(shù)據(jù)幀)；一輸出數(shù)字視頻信號變換器，用于把數(shù)字視頻圖像處理器產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號編 碼成外部顯示設(shè)備所能識別的信號(LVDS或者TMDS等)；一 IXD顯示屏，用于把數(shù)字視頻圖像處理器產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)化為人眼可以 直接感知的信息；一信號觀測器1，用于觀察模擬視頻信號和經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)變換后的數(shù)字 視頻信號；一信號觀測器2，用于觀察模擬TMDS差分信號及解碼后的數(shù)字RGB信號或者 YCbCr信號；一信號觀測器3，用于觀察各種由數(shù)字視頻圖像處理器處理的數(shù)字視頻信號及實 驗過程中程序調(diào)試信號和狀態(tài)的跟蹤；一信號觀測器4，用于觀察經(jīng)數(shù)字視頻圖像處理器處理后的數(shù)字視頻信號；一信號觀測器5，用于觀察經(jīng)輸出數(shù)字視頻信號變換器編碼后的LVDS或者TMDS格 式的數(shù)字視頻信號；一信號觀測器6，用于觀察高速數(shù)據(jù)存儲器及其控制器電路和數(shù)字視頻圖像處理 器之間動態(tài)交換的數(shù)字視頻信號；一信號觀測器7，用于觀察SD卡和數(shù)字視頻圖像處理器之間動態(tài)交換的數(shù)字視頻
信號；所述數(shù)字視頻圖像處理器、OSD產(chǎn)生及圖像疊加器、SD卡讀寫控制器、輸出數(shù)字視 頻信號變換器通過編寫程序裝載于一片可編程器件(FPGA)之中。所述微處理器(MCU)通 過USB聯(lián)接于一外部電腦(PC)。一種數(shù)字視頻實驗方法，該方法包括如下步驟a)選定外部視頻信號源并連接到實驗裝置(具體器件)；b)微處理器(MCU)分別讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和HDMI信號接收解碼器的狀態(tài)寄 存器的值來判斷輸入的是模擬視頻信號還是數(shù)字視頻信號，并檢測視頻的格式，然后通過 I2C串行接口設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)包含視頻解碼器和HDMI信號接收解碼器做相應(yīng)的處理 程序；c)數(shù)字視頻圖像處理 器接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)包含視頻解碼器和HDMI信號接收 解碼器輸出的數(shù)字視頻信號，并把數(shù)字視頻信號送入高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路；d)數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行 放大、縮小、增強及去噪處理；
e)數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行 亮度(亮度和對比度調(diào)整)和色度處理(色彩增強、色溫變換、帶寬拓展等)； f)0SD產(chǎn)生及圖像疊加器產(chǎn)生小窗口數(shù)據(jù)或者從SD卡讀取圖片數(shù)據(jù)并把它們送 入到高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中；g)數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲控制器輸出緩沖區(qū)中存儲的視頻數(shù)據(jù)送 到輸出數(shù)字視頻信號變換器；h)輸出數(shù)字視頻信號變換器把數(shù)字視頻圖像處理器處理過的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換 成LVDS或者TMDS格式信號；i)IXD顯示屏接受LVDS格式數(shù)字視頻信號，并顯示人眼可識別的圖像信息；j)依據(jù)實驗內(nèi)容的不同，實驗者用示波器在信號觀測器1、信號觀測器2、信號觀 測器3、信號觀測器4、信號觀測器5、信號觀測器6及信號觀測器7觀測到不同的數(shù)字視頻信號。本發(fā)明提供了一種數(shù)字視頻實驗學習的裝置和實驗方法，有利于數(shù)字視頻人才的 培養(yǎng)；通過編寫不同的FPGA程序而使數(shù)字視頻圖像處理器電路具備不同的功能，可實現(xiàn)不 同的數(shù)字視頻實驗。


圖1為本發(fā)明實驗裝置結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明實驗裝置中FPGA芯片結(jié)構(gòu)框3為本發(fā)明實驗裝置使用流程4為本發(fā)明實驗裝置復(fù)合視頻信號CVBS解碼信號示意5為本發(fā)明實驗裝置CVBS信號解碼過程中亮度色度濾波6為本發(fā)明實驗裝置ADC解碼器框7為本發(fā)明實驗裝置CVBS解碼實驗過程圖
具體實施例方式參閱圖1，本發(fā)明實驗裝置在進行具體數(shù)字視頻時，外圍連接PC機、數(shù)字視頻信號 源或者模擬信號源及電源，構(gòu)成一實驗系統(tǒng)。PC機在系統(tǒng)中的作用是外界與數(shù)字視頻實驗裝置的橋梁，透過PC機的USB接口發(fā) 送來的實驗控制命令送到微處理器(MCU)，MCU譯碼后分送到實驗裝置中各功能電路(FPGA 及ADC和HDMI)等，并把各部分的狀態(tài)返回到PC機，同時PC機也用于實驗過程中HDL編程 (verilog或者VHDL)，把FPGA設(shè)置為不同的功能電路；其產(chǎn)生的硬件配置代碼(軟件)燒 錄于FPGA配置芯片中，上電后自動加載到可編程芯片(FPGA)中。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)包含一視頻解碼器，在MCU控制下實施模擬視頻信號向數(shù)字視 頻信號(RGBHsVs或者YCbCr信號)的轉(zhuǎn)換；其可以支持速度高達148. 5MHz的逐行高清晰 度視頻信號(1080p 60hz)模擬RGB或的YPbPr的采樣。HDMI信號接收器，在MCU控制下實施把外部數(shù)字視頻信號源(計算機或者數(shù)字電 視機頂盒等)輸入的TMDS差分信號接收并解碼成數(shù)字RGB信號或者YCbCr信號；其可以支 持速度高達148. 5MHz的逐行高清晰度數(shù)字視頻信號(1080p60hz)的解碼。
可編程芯片(FPGA)完成視頻圖像動態(tài)及靜態(tài)的各種處理，最終顯示輸出于IXD或外接顯示器。數(shù)字視頻信號是CMOS(或者LVTTL)電平兼容的信號，以便可編程芯片(FPGA)能 接收處理；其由 R
,G
,B
, clock, Blanking, VS, HS 等 34 個信號組成。參閱圖2，本發(fā)明實驗裝置以(FPGA芯片)為核心，包括數(shù)字視頻圖像處理器、SD 卡接口電路、高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路、OSD產(chǎn)生及圖像疊加器以及輸出數(shù)字視頻信號變換
ο數(shù)字視頻圖像處理器接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器包含視頻解碼器(ADC)和HDMI信號接收器 輸出的數(shù)字視頻信號，并把數(shù)字視頻信號送入到高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路；數(shù)字視頻圖像 處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器電路中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行放大、縮小、增強、去噪等處理； 數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行亮度(亮度 和對比度調(diào)整)和色度處理(色彩增強、色溫變換、帶寬拓展等)；OSD產(chǎn)生及圖像疊加器產(chǎn) 生小窗口數(shù)據(jù)或者從SD卡讀取圖片數(shù)據(jù)并把它們送入到高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中；數(shù) 字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲控制器輸出緩沖區(qū)中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)送到輸出數(shù) 字視頻信號變換器；輸出數(shù)字視頻信號變換器把數(shù)字視頻圖像處理器處理過的數(shù)字視頻信 號轉(zhuǎn)換成LVDS或者TMDS格式信號；LCD顯示屏接受LVDS格式數(shù)字視頻信號，并顯示人眼 可識別的圖像信息；TMDS格式信號則可以顯示于任意商用視頻顯示器；依據(jù)實驗內(nèi)容的不 同，實驗者可以用示波器在信號觀測器1、信號觀測器2、信號觀測器3、信號觀測器4、信號 觀測器5、信號觀測器6及信號觀測器7觀測到不同的數(shù)字視頻信號。參閱圖3，本發(fā)明裝置使用方法流程系統(tǒng)上電后，微處理器(MCU)自動裝載初始 化程序，并進入待機狀態(tài)so。根據(jù)實驗內(nèi)容，微處理器(MCU)的USB接收外部PC的命令，MCU譯碼后分送到實 驗裝置中各功能電路(ADC^PHDMI)等，同時配置可編程序FPGA ；并把各部分的狀態(tài)返回到 PC機；并進入狀態(tài)Sl ；此時數(shù)字視頻信號可以來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器包含視頻解碼器(ADC)也可 以來自HDMI信號接收器；通過信號觀測器1可以觀測到模擬視頻信號和數(shù)字視頻信號(RGB HsVs)；通過信號觀測器2可以觀測到TMDS視頻信號和解碼后數(shù)字視頻信號(RGB HsVs) 0數(shù)字視頻圖像處理器接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器包含視頻解碼器(ADC)和HDMI信號接收 器輸出的數(shù)字視頻信號，并把數(shù)字視頻信號送入到高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路；并進入狀態(tài) S2 ；此時通過信號觀測器6可以觀測到圖像存儲控制器輸出的各種信號(高速數(shù)據(jù)、地址和 訪問控制等)。數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行放 大、縮小、增強、去噪等處理；數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器電路中存儲的數(shù)字視 頻數(shù)據(jù)進行亮度(亮度和對比度調(diào)整)和色度處理(色彩增強、色溫變換、帶寬拓展等)； 并進入狀態(tài)S3 ；此時通過信號觀測器3可以觀測到數(shù)字視頻圖像處理器處理的數(shù)字視頻信 號，也可以跟蹤實驗過程中程序調(diào)試信號和處理器工作狀態(tài)。OSD產(chǎn)生及圖像疊加器產(chǎn)生小窗口數(shù)據(jù)或者從SD卡讀取圖片數(shù)據(jù)并把它們送入 到高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中，并進入狀態(tài)S4 ；此時通過信號觀測器7可以觀測到SD卡訪 問時序；同時在顯示器LCD上可以看到疊加的視頻圖像。數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲控制器輸出緩沖區(qū)中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)送到輸出數(shù)字視頻信號變換器，并進入狀態(tài)S5 ；此時通過信號觀測器4可以觀測到輸出數(shù) 字視頻信號時序。輸出數(shù)字視頻信號變換器把數(shù)字視頻圖像處理器處理過的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成 LVDS或者TMDS格式信號，IXD顯示屏接受LVDS格式數(shù)字視頻信號，并顯示人眼可識別的圖 像信息；TMDS格式信號則可以顯示于任意商用視頻顯示器；并進入狀態(tài)S6 ；此時通過信號 觀測器5可以觀測到輸出數(shù)字視頻信號LVDS或者TMDS時序。記錄各觀測器的實驗結(jié)果。 實施例以數(shù)字視頻解碼實驗為例，詳細敘述本發(fā)明實驗過程1、實驗?zāi)康?1)、了解視頻信號解碼原理(2)、理解視頻信號解碼過程(3)、理解視頻信號解碼過程中關(guān)鍵濾波算法(comb filter & notch filter)的 作用(4)、學會模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC包含視頻解碼器)的使用(5)、觀測信號波形并理解CCIR-601標準中有關(guān)視頻信號的定義(6)、觀測信號波形并理解ITUT-656標準中有關(guān)視頻信號的定義(7)、觀測視頻信號數(shù)字化后在LCD的顯示結(jié)果2、實驗原理(1)、復(fù)合視頻信號(CVBS)解碼接收視頻的Vi deo端子是Composite端子(比如RF射頻接口和AV接口)，它所 能接收的信號叫Composite Video Signal，即混合視頻信號(也稱復(fù)合信號)。Composite 信號包括了亮度(Luminance，用字母Y表示)和色度/彩度(Chrominace)兩方面的信號， 視頻電路要做的工作就是Y/C進行分離處理，這種方法是利用色度信號以副載波方式傳輸 這一特點(PAL制副載波為4. 43MHz,NTSC制副載波為3. 58MHz)，用選頻電路將Y/C信號分 開。內(nèi)部由LC帶通濾波器和陷波器組成，將視頻信號通過一個中心頻率(fsc)為色度信號 窄帶(比如PAL制式4. 43MHz頻率副載波)帶通濾波器，取出色度信號。再將亮度信號經(jīng) 過一個中心頻率為色度信號副載波4. 43MHZ的色度陷波器，吸收色度信號，從而得到亮度 信號。解碼過程如圖4所示。(2)、數(shù)字梳狀濾波器上述解碼過程中的頻率分離方法存在著一些缺點在亮度通道中，色度陷波器在 吸收色度信號的同時也將該頻率范圍內(nèi)亮度信號的部分頻率分量抑制掉了，即亮度信號的 高頻分量丟失。同時，殘余的色度信號也可能進入亮度通道而引起串色干擾，通常在屏幕出 現(xiàn)彩色測試卡是最后兩條頻帶染色現(xiàn)象。在色度通道中，L. C色度帶通濾波器品質(zhì)不高，取出色度信號，抑制亮度信號的同 時，也把該頻率范圍內(nèi)的亮度信號選出來了，高頻亮度信號經(jīng)色度解調(diào)器被解調(diào)出來(屬 于多余信號)，使得一些細格子或條狀區(qū)域出現(xiàn)閃爍的彩色干擾?？梢娎脗鹘y(tǒng)的頻率分離 方法根本不能將Y、C信號作出徹底分離，必然存在著亮串色、色串亮的干擾，使圖像質(zhì)量 難以令人滿意。事實上這種方法在彩電中的應(yīng)用，會出現(xiàn)圖5所示的影響，圖中a為亮度通道，其陰影部分Y信號被衰減，影響亮度清晰度；圖中b為色度通道，其陰影部分為Y信號也 取出，引起亮度信號串色干擾。目前的梳狀濾波器是在保證圖像細節(jié)的情況下解決視頻信號亮色互竄的唯一方 法，其內(nèi)部有許多按一定頻率間隔相同排列的通帶和阻帶，只讓某些特定頻率范圍的信號 通過，因為其特性曲線象梳子一樣，故人們稱之為梳狀濾波器(Comb Filtering)。
它是根據(jù)視頻信號頻譜交叉的原理及梳狀濾波器的梳齒濾波頻率傳輸特性，以頻 譜分離的方式分離出亮度和色度信號，這種新的分離方法使Y/C信號分離比較干凈徹底， 從而大幅提高圖像清晰度。通常梳狀濾波器是由兩行延遲線、加法器、減法器等部分組成。 對活動圖像，梳狀濾波在幀內(nèi)進行，即二維梳狀濾波。高檔數(shù)字電視機采用行延遲的梳狀濾 波器與帶通濾波器級聯(lián)，構(gòu)成γ/c分離方案就可獲得滿意的圖像質(zhì)量。使用梳狀濾波器能 使圖像質(zhì)量明顯提高。解決了色串亮及亮串色造成的干擾光點、干擾花紋；消除了色度正交 分量U、V色差信號混迭造成的彩色邊緣蠕動；消除了亮、色鑲邊，消除了高頻信號的色彩錯 誤和灰度值表示錯誤。對于NTSC-M制式，我們假設(shè)相鄰兩行的視頻信號保持相關(guān)性以及延遲線無損耗， Y信號頻譜與C信號頻譜以fH/2間隔交替出現(xiàn)(fH表示行頻)，副載波頻率fsc為227. 5fH, 如果設(shè)計一個梳狀濾波器電路，使V信號延時一行，再分別與未延時的信號進行加減。延時 前后Y信號相位不變，而C信號相位相反。延時信號與直通信號在加法器中相加后得到Y(jié) 信號，即(Y+C) +(Y-C) =2Y，在減法器中相減則得到C信號，即(Y+C)-(Y-C) =2C。從梳狀 濾波器幅頻特性曲線分析，Y頻譜落在加法器特性曲線峰點及減法器特性曲線谷點，所以比 較徹底地使亮度信號與色度信號相互分離開來。常見的梳狀濾波器有2D和3D之分，2D之中又有兩行、三行、五行之分。實驗中模 數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC包含視頻解碼器)集成的是五行梳妝濾波器。(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC包含視頻解碼器)簡介-TVP5147TVP5147是支持NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC包含視頻解碼 器)。它可以接收10路的視頻信號，通過單片機I2C總線設(shè)置內(nèi)部寄存器，可以配置為復(fù) 合視頻信號(CVBS) ,S-Video信號或獨立的YPbPr的組合?？梢暂敵?0位4:2:2的ITU-R BT. 656信號(同步信號內(nèi)嵌)，以及10位或20位4:2:2的ITU-R BT. 601信號(同步信號 分離，單獨引腳輸出)。TVP5147框圖如圖6所示。視頻解碼芯片TVP5147復(fù)位后，通過MCU向其正確配置I2C寄存器；其中一種 TVP5147的I2C寄存器配置的值如下表所示。
(4)、實驗解碼過程TVP5147的解碼過程如圖7所示。箝位控制電路部分控制模擬輸入信號的箝位電平，模擬輸入端的一對電容用于箝 位電壓的保持及濾波。內(nèi)部數(shù)字箝位比較器產(chǎn)生上箝和下箝控制信號。ADC通道的箝位電 平量化值固定為亮度(120)和色度(256)。通常，箝位時間位置設(shè)在視頻信號的行消隱后肩 的HCL期間。增益控制電路通過I2C總線可將模擬通道設(shè)置為靜態(tài)增益級別，或者自動增益級 另IJ。亮度的增益控制用于放大/衰減CVBS/YC信號，以達到所需的電壓幅度，滿足ADC輸入 電壓范圍。通常，自動增益控制有效時間位置設(shè)在視頻信號的同步底期間。由11-bit的ADC得到數(shù)字CVBS信號或Y/C信號。10位復(fù)合視頻信號在正交解調(diào) 器中乘以載波信號得到產(chǎn)生色差信號U和V。而U和V信號通過低通濾波器以得到所需的 帶寬。一種自適應(yīng)5線梳狀濾波器將UV信號從Y信號中分離出來。色度信號通過正交調(diào) 制器后和線延遲產(chǎn)生復(fù)合視頻信號相減，從而得到亮度信號。這中Y/C分離的形式是完全 互補的，因此不會有信息丟失。3、實驗步驟(1)、實驗裝置上電。(2)、設(shè)置PC顯示模式，從PC (顯卡支持同時多輸出模式)輸出Video信號(如 NTSC制式)到系統(tǒng)的Video信號輸入接口。(3)、設(shè)置PC輸出為test Paternl (全電視信號)，用示波器通過信號觀測器1觀 測NTSC電視信號，記錄分析觀測結(jié)果。(4)、通過USB接口向MCU (Stm32)發(fā)送I2c指令，正確配置板上芯片Videodecoder TVP5147和視頻ADCADV7341的I2C控制寄存器值。并讀取TVP5147和ADV7341的狀態(tài)值， 對照分析其值是否正確。這里地址0x33寄存器值為0x43，即選擇輸出格式為單獨同步信 號輸出的10-bit 4:2:2。用示波器通過信號觀測器1觀測由TVP5147解碼后輸出的20bit YCbCr數(shù)字信號，其應(yīng)為ITU-R BT-601特征視頻信號，記錄分析觀測結(jié)果。(5)、重新設(shè)置地址0x33寄存器值為0x40 (為Reset后默認值)，即選擇輸出格式為單獨同步信號輸出的 ο-bit 4:2:2。用示波器通過信號觀測器1觀測由TVP5147解碼后 輸出的IObit YCbCr數(shù)字信號，其應(yīng)為TU-R BT-656特征視頻信號，記錄分析觀測結(jié)果。 (6)、通過JTAG下載口，向FPGA下載配置程序，正確配置FPGA。用示波器通過信號 觀測器4觀測經(jīng)FPGA處理后的數(shù)字R(0:7)G(0:7)B (0:7)信號、行同步信號(Hsync)、垂直 同步信號(Hsync)、像素有效信號Blanking及像數(shù)時鐘信號(DClock)，記錄分析觀測結(jié)果。(7)、觀察實驗系統(tǒng)VGA接口輸出在IXD顯示器上顯示內(nèi)容與pc機testpatternl 完全一樣；(8)、按照TVP5147參數(shù)手冊的寄存器列表，通過USB接口更新部分寄存器的值， 在輸出IXD顯示上可以看到其在視頻解碼中的作用；例如不同值時Combfilter和Notch filter的亮色分離效果、噪聲濾波效果等(9)、分析實驗結(jié)果a、對實驗結(jié)果進行時序分析b、對實驗結(jié)果進行理論分析找到視頻解碼最佳寄存器配置值組合。
權(quán)利要求
一種數(shù)字視頻實驗裝置，其特征在于該裝置包括一數(shù)字視頻圖像處理器，用于控制與數(shù)字視頻計算；一OSD產(chǎn)生及圖像疊加器，用于用戶菜單與數(shù)字視頻圖像的疊加合成；一高速數(shù)據(jù)存儲器及其高速數(shù)據(jù)存儲控制器電路，連接到數(shù)字視頻圖像處理器，用于存儲輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù)幀、疊加圖像數(shù)據(jù)幀和輸出數(shù)字視頻數(shù)據(jù)幀；一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，包含視頻解碼器，用于實現(xiàn)模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號RGBHsVs或者YCbCr的轉(zhuǎn)換；一HDMI信號接收解碼器，把外部數(shù)字視頻信號源輸入的TMDS差分信號接收并解碼成數(shù)字RGB信號或者YCbCr信號；一微處理器MCU，連接到數(shù)字視頻圖像處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC及HDMI信號接收解碼器，根據(jù)外部輸入觸發(fā)信號產(chǎn)生信息交換信號；一SD卡讀寫控制器，用于連接外部SD卡到數(shù)字視頻圖像處理器；一SD卡，用于存儲靜態(tài)數(shù)字視頻信號；一輸出數(shù)字視頻信號變換器，用于把數(shù)字視頻圖像處理器產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號編碼成外部顯示設(shè)備所能識別的信號LVDS或者TMDS；一LCD顯示屏，用于把數(shù)字視頻圖像處理器產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)化為人眼可以直接感知的信息；一信號觀測器1，用于觀察模擬視頻信號和經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC變換后的數(shù)字視頻信號；一信號觀測器2，用于觀察模擬TMDS差分信號及解碼后的數(shù)字RGB信號或者YCbCr信號；一信號觀測器3，用于觀察各種由數(shù)字視頻圖像處理器處理的數(shù)字視頻信號及實驗過程中程序調(diào)試信號和狀態(tài)的跟蹤；一信號觀測器4，用于觀察經(jīng)數(shù)字視頻圖像處理器處理后的數(shù)字視頻信號；一信號觀測器5，用于觀察經(jīng)輸出數(shù)字視頻信號變換器編碼后的LVDS或者TMDS格式的數(shù)字視頻信號；一信號觀測器6，用于觀察高速數(shù)據(jù)存儲器和數(shù)字視頻圖像處理器之間動態(tài)交換的數(shù)字視頻信號；一信號觀測器7，用于觀察SD卡和數(shù)字視頻圖像處理器之間動態(tài)交換的數(shù)字視頻信號；所述數(shù)字視頻圖像處理器、OSD產(chǎn)生及圖像疊加器、SD卡讀寫控制器及輸出數(shù)字視頻信號變換器通過編寫程序裝載于一片可編程器件FPGA之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于所述微處理器MCU通過USB聯(lián)接于一 外部電腦PC。
3.一種數(shù)字視頻實驗方法，其特征在于該方法包括如下步驟a)選定外部視頻信號源并連接到實驗裝置；b)微處理器MCU分別讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和HDMI信號接收解碼器的狀態(tài)寄存器的值 來判斷輸入的是模擬視頻信號還是數(shù)字視頻信號，并檢測視頻的格式，然后通過I2C串行 接口設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和HDMI信號接收解碼器做相應(yīng)處理程序；c)數(shù)字視頻圖像處理器接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和HDMI信號接收解碼器輸出的數(shù)字視頻 信號，并把數(shù)字視頻信號送入高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路；d)數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行放大、 縮小、增強及去噪處理；e)數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進行亮度 和色度處理；f)0SD產(chǎn)生及圖像疊加器產(chǎn)生小窗口數(shù)據(jù)或者從SD卡讀取圖片數(shù)據(jù)并把它們送入到 高速數(shù)據(jù)存儲器接口電路中；g)數(shù)字視頻圖像處理器對高速數(shù)據(jù)存儲控制器輸出緩沖區(qū)中存儲的視頻數(shù)據(jù)送到輸 出數(shù)字視頻信號變換器；h)輸出數(shù)字視頻信號變換器把數(shù)字視頻圖像處理器處理過的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成 LVDS或者TMDS格式信號；i)IXD顯示屏接受LVDS格式數(shù)字視頻信號，并顯示人眼閱讀理解的圖像信息；j)依據(jù)實驗內(nèi)容的不同，實驗者用示波器在信號觀測器1、信號觀測器2、信號觀測器 3、信號觀測器4、信號觀測器5、信號觀測器6及信號觀測器7觀測到不同的數(shù)字視頻信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字視頻實驗裝置及實驗方法，該裝置以FPGA為核心，配合其他專用集成電路ADC、HDMI接收解碼器、DAC、MCU及存儲器等構(gòu)成電路系統(tǒng)，通過編寫不同的FPGA程序及MCU程序而使數(shù)字視頻圖像處理器電路具備不同的功能，可實現(xiàn)不同的數(shù)字視頻實驗教學，有助于理解各種不同的數(shù)字視頻國際標準VESA、ITUT及CCIR等。本發(fā)明填補了國內(nèi)本領(lǐng)域的空白，有利于數(shù)字視頻專業(yè)人才的培養(yǎng)。
文檔編號G09B25/02GK101866574SQ20101016961
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者劉一清, 張國慶, 王淑仙 申請人:華東師范大學