数字电视信号发生器原理及规划-FPGA规划篇

 而数字电视信号发生器能供给可视的测验图画信号，直观、方便的测验办法，因而，数字电视信号发生器成为现在电子规划的抢手研究课题，他在数字电视节目制造播出、科研、出产以及售后服务过程中起着不可或缺的效果。

数字电视信号发生器的功用与原理

1、体系功用

 数字电视信号发生体系的主要任务是发生契合SMPTE274M体系规范的18种数字信号测验图画，YPbPr，RGB两种视频输出接口契合ITU-RBT．1120-2／GY／T157-2000演播室高清晰度数字视频信号接口规范。本体系的中心是图画信号的编码发生单元FPGA，采纳单芯片多装备计划可使18种图画信号方便地进行装备与加密。人机界面由单片机操控，可快速地进行图画切换和格局转化。在一般电源接入下，体系需生成支撑SMPTE274M体系规范中的1080I60Hz，1080I50Hz，1080P60Hz、1080P50Hz四种规范格局的18种高清晰度电视通用测验图画的数字输出信号和模仿输出信号，其规范测验信号的数码发生内核依据FPGA渠道完结。在此基础上，本体系供给了一个人工可控功用，即用户可依据按键，对以上4种规范的18种测验图画进行切换操控。考虑到输出信号的实用性，输出的模仿测验信号和数字测验信号都必须满意相应的接口规范。为满意以上约束条件，体系功用规划如图1所示。

2、信号发生的原理

 数字电视也是五颜六色电视(仅仅信号的表明方法及信号的处理办法与模仿电视有所不同)，因而在考虑数字电视测验信号发生器包含哪些(测验信号)内容时，本文依据五颜六色电视的根本特色，首先应考虑包含一般五颜六色电视广播测验图的根本内容，例如调查显现设备扫描非线性失真和几许失真的棋盘信号和圆信号，调查图画清晰度和分辨率的多波群或扫频信号，调查亮度非线性失真状况以及显现器白平衡调整是否正确的灰度级(或阶梯波)信号，调查五颜六色重现是否正确的彩条信号等；别的还考虑增加了在视频丈量中最常用的2T脉冲信号、五颜六色多波群信号和五颜六色阶梯波信号，以及更为直观的斜波信号等，以便全面地调查和点评五颜六色电视体系或设备的根本质量。

 数字电视信号发生器的FPGA规划

1、FPGA规划原理

 FPGA是整个数字电视测验信号发生器体系的中心，各种测验信号编码都在这一部分完结。FPGA规划原理如图2所示。

 一切测验信号的编码均依据图画的行／列坐标而发生，其行坐标和列坐标分别为像素计数器和行计数器依据大局时钟上升沿进行计数所得数值。行域信号生成模块对行计数器输出的值进行阈值区分，将测验图画按行区分为不同的区域，称为行域。在不同的行域中，依据像素计数器值进行不同的像素区域区分，将测验图画进一步区分为相对独立的信号编码区域，每个区域对应一个标志信号。此刻，行／列坐标与信号编码区域一一对应，称当时输出信号所内行／列所对应的信号编码区域为当时域，其标志信号为当时域标志信号。最终，依据当时域标志信号对测验信号的守时基准码、有用区域等信号进行编码，由测验图画编码模块输出全图画信号数字视频重量的码值。

2、FPGA规划整体结构

 该模块是体系作业的中心，如图3所示，单芯片多装备方法中的主芯片，可供给支撑SMPTE274M1080I60Hz／1080I50Hz格局的18种高清电视通用测验图，如综合测验卡信号、SMPTE219-2002测验图、SMPTE198-1998场检测图等。主芯片依据操控模块输出的图画／格局挑选信号，挑选不同的装备程序，输出相应测验图的数字Y、Cb／Cr信号码值，以及相关的同步／消隐操控信号。

2.2.2图画信号装备与加密单元

 该模块由8片装备芯片XCF02S与1片XC95144XL组成，是成功完结单芯片多装备计划的要害模块。装备程序挑选衔接开关即依据操控模块输出的5b装备芯片挑选信号，挑选相应测验图画的装备芯片PROM的体系可编程JTAG连线与主芯片对应引脚相衔接。

2.2.3图画信号输出单元

 数字输出部分由驱动电路与接口芯片组成，模仿输出部分由TI公司的D／A转化芯片THS8200及其内部IFIR数字滤波器以及外围运算放大器电路完结数模转化功用。可依据操控模块的图画／格局以及模仿输出接口类型挑选信号，将Y、Cb／Cr的并行数字视频重量信号转化为模仿输出，或许转化为RGC模仿输出。

2.2.4人机界面与操控单元

 操控模仿信号输出类型，并经过输出I2C总线对D／A转化芯片的寄存器进行相应装备。依据外部输入信号，发生相应的图画／格局挑选信号和装备芯片挑选信号，操控主芯片与装备芯片的断电与上电时序，与挑选衔接开关模块共同完结测验图切换功用。这种单片多装备计划，信号转化速度很快，与单片单装备计划相同，为毫秒级。

2.3FPGA测验图画信号发生

 综合测验图画信号实际上是由多种测验信号组成的，包含圆信号、棋盘信号、多波群信号、彩条信号等。规划将综合测验图分为三个层次完结。第一层规划选用圆信号作为选通信号，圆信号外的视频有用区域输出棋盘信号，而圆信号内的视频有用区域输出多种测验信号；第二层规划选用行计数器值作为信号区分鸿沟值，不同的行域输出不同的测验信号，用于测验设备的各种功能；第三层规划选用像素计数器值作为信号内部的区域区分参数，完结每种测验信号的生成。其代码规划根本框图如图4所示。

 其间圆外的棋盘信号选用灰底白格棋盘，圆内信号从上至下顺次规划为白场、信号、2T脉冲信号、是非场交错信号、100％彩条信号、亮度多波群信号、6电平亮度五阶梯信号、2T脉冲信号与色亮时延差调查信号。其间是非场交错信号中黑场与白场替换呈现，每场宽80个像素点；彩条信号电平契合100／0／100／0，每个彩条信号宽160个像素点；亮度多波群信号每波带信号宽160个像素点；6电平亮度五阶梯信号每阶梯宽160个像素点；2T脉冲信号为半幅值宽度为34ns、起伏为80％视频起伏的2T正弦平方正脉冲和负脉冲信号；依据黄、赤色亮度电平相差较大及便于调查等要素，色亮时延差调查信号选用黄、红信号，其红黄交界处与其上面的2T脉冲峰值点在测验图中的水平方向方位相一致。为有用使用FPGA资源，并缩短开发周期，综合测验图中的多波群信号直接调用ROM的IP核完结。