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JH8000数字电视实验指导书

187
2020年5月29日
文档仅供参考
JH8000DTV数字电视实验系统概述 3
第一章 视频A/D、D/A 实验 6
1.1 实验原理 6
1.1.1 视频A/D变换器 6
1.1.2 视频D/A变换器 9
1.2 实验电路 23
1.2.1 实验电路总体框图 23
1.2.2 视频A/D变换电路模块 23
1.2.3 视频D/A变换电路模块 27
1.2.4 数字处理模块(可编程器件) 29
1.3 实验内容 31
1.3.1 实验一 视频源的参数调整 31
1.3.2 实验二 亮色延时实验 34
1.3.3 实验三 量化比特数对数字图像质量的影响 36
1.3.4 实验四 视频A/D,D/A参数的观测 39
1.3.5 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 43
2.1 实验原理 43
2.1.1 音频信号取样频率的选择 43
2.1.2 声音信号(双极性信号)量化信噪比 44
2.1.3 音频信号的量化比特数的确定 44
2.2 实验电路 45
2.2.1 实验电路总体框图 45
2.2.2 音频AD系统模块电路简介 45
2.2.3 音频AD系统模块电路简介 46
2.2.4 数据处理与控制模块 48
2.3 实验内容 51
2.3.1 实验一 抽样频率及量化比特数对声音质量的影响 51
2.3.2 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 57
3.1 实验原理 57
3.1.1 MPEG-2 编解码系统 57
3.1.2 MPEG-2 压缩编码模块 62
3.2 实验电路 71
3.2.1 MPEG编码模块电路 71
3.2.2 MPEG解码模块电路 77
3.3 实验内容 82
3.3.1 实验一 节目码流和传输码流实验 82
3.3.2 实验二 包识别码(PID)实验 84
3.3.3 实验三 视频编解码延时实验 86
3.3.4 实验四 视频帧结构实验 88
3.3.5 实验五 视频编码速率实验 90
3.3.6 实验六 图像子采样模式实验 92
3.3.7 实验七 GOP实验 94
3.3.8 实验八 图像格式实验 96
第四章 MPEG音频编码 98
4.1 实验原理 98
4.1.1 MPEG-1音频压缩编码 98
4.1.2 MPEG-2音频压缩编码 107
4.1.3 MPEG-1、MPEG-2音频参数的比较 109
4.1.4 MPEG-2中的AAC编码 110
4.2 实验内容 112
4.2.1 实验一 MPEG音频层实验1 112
4.2.2 实验二 MPEG音频层实验2 114
附录:波形说明 116

JH8000DTV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,能够提供数字电视课程所需的若干实验,同时能够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/A
D/A
TV
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MPEG－1、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。
其中各个模块既能够独立进行分块实验,又能够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,经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
经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。整个实验系统能够分成: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,能够进行的实验模块有:
(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,能够设置MPEG-1或MPEG-2 编码方式
l 系统编码码流模式设置,能够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 Layer2
l 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、SliceScreen
l 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,经过视频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fs≥2fm,为了防止频谱混叠失真,应选择fs(2.2~2.7) 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5.5MHz~6 MHz,取样频率可选为fs=2.2fm=12~13.2 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=N·△A,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:

能够得出结论: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
5
6
7
8
9
10

41dB
47 dB
53dB
59dB
65dB
71dB

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1.1.2
4．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=8—10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,当与其它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次全会上经过了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,可是设备复杂,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。一般把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
这是较常见的标准方式,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3.375×4=13.5MHz,
(3)4:1:1方式
两个色差信号取样频率均为3.375×1=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-Y

864
432

858
429
3、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

13.5MHz
6.75MHz
5、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

720
360
7、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0~225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/9.718μs
720个样点/53.333μs
12个样点/0.889μs
864个样点/64μs

122个样点/9.037μs
720个样点/53.333μs
16个样点/1.185μs
858个样点/63.555μs

4．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000~003和3FC~3FF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004~3FB(10进制数4~1019)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004~040(10进制数为4~64),顶部电平余量为3AC~3FB(10进制数为940~1019).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,经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,因此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1~16和235~254(16进制数为01~EB~FE);1~254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比特字的数字信号能够经过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004~3FB(10进制数为4~1019),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3CA~3FB(10进制数960~1019),底部电平余量为004~040(10进制数为4~64),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,可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,能够用亮度数据与色差数据分别传送,也能够把亮度与色差及其它辅助数据先进行时分复用,然后再进行并行传输,一般采用后者。
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。能够看出,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。为了简化设备一般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0~1439,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1440~1727,525行/60场,标准为276个,编号为1440~1715。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CB→Y→CR,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CB→Y→CR,以此类推,其余各行方式相同。
由图1.1.8中能够看出,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E′Y、E′R、E′B,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,并无其它信息内容。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,能够用来传送其它辅助信息数据。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。能够看出,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
bit
3FF
000
000
XYZ
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
F
V
H
P3
P2
P1
P0
0
0

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1.2.1

A/D变换器
TVP5147
可编程器件
MAX7128STC100-10
D/A变换器
SAA7121

1.2.1 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 经过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-Video
l 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 YCbCr
b. 分离同步的10Bit 4:2:2的 YCbCr
c. 分离同步的20Bit 4:2:2的 YCbCr
d. 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RTC
l 经过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/3.3v
l 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NTSC－M,PAL－B/G等电视制式,采用I²C控制方式,经过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I²C总线接口等组成。
SAA7121的功能框图如下图1.2.4所示:
LLC
XTAL1
XCLK
I²C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
REST
SDA
SCL
SA
RCV1
RCV2
TTXRQ
XTAL0
VDDA1
VDDA2
VDDA3
I²C总线控制
I²C总线控制
I²C总线控制
时钟和时序
MP7
到MP0
TTX
VSSD1 VSSD2 VSSD3
VDD1
VDD2
VDD3
RES
RTC1
SP
AP
I²C总线控制
CVBS
Y
C
VSSA1
VSSA2
Y
CbCr
Y
C

1.2.4 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 13.5Mhz
l 支持多种输入格式YCbCr EAV 和 SAV
l 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1.2.5

1.2.4 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1.2.7
1.3 实验内容
1.3.1 实验一 视频源的参数调整
一. 实验仪器
1．JH8000DTV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