（信号与信息处理专业论文）基于i2c总线atsc制数模一体机主板的研制.pdf

d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oz h e j i a n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y f o rt h e d e g r e e o f m a s t e r 。 t h er e s e a r c ho fa t s cs y s t e mt e l e v i s i o nm a i n b o a r d c o m p a t i b l eb e t w e e na n a l o gs i g n a la n d d i g i t a ls i g n a l b a s e do n1 2 cb u s c a n d i d a t e ：j i a n gx i a a d v i s o r ：g u os h uq i n c o l l e g eo fi n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g z h e ji a n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y n o v2 0 0 7 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名卜唇嗍方年螂矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本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和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密彰在虚年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“寸) 日期：胁抄月哆日 日期：炒7 1 年i 2 月三二日 常够 7 卯 l r 枣 名名签签 者师 作导 浙江工业大学硕士学位论文 基于1 2 c 总线a t s c 制数模一体机主板的研制 摘要 随着信息技术的发展，广播电视进入从模拟电视信号到数字电视信号的 过渡阶段。美国、日本等一些国家相继确定了本国的数字电视标准。在模拟 电视与数字电视并存与过渡阶段，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 ) 带0 数模一体机的研制显得尤为重要。 论文从a t s c 标准的系统结构、视频编码、音频编码和传输系统入手， 针对a t s c 的标准提出了一种新的基于1 2 c 总线的a t s c 制数模一体机主板 部分的方案。 1 在d t vs x + d v pc 3 方案说明后，论文对遵循“t t r o n4 0 规范的 h 1 7 7 0 0 4 实时操作系统平台进行了详细说明，列出了其初始化和程序链接的 过程。 2 论文方案数字部分采用瑞萨公司的d t xs x 方案，模拟部分采用 d v pc 3 方案。文中对d t xs x 方案及核心器件r 8 a 6 6 9 5 3 f p 和中频模块以 及模拟部分d v pc 3 方案和核心器件分别进行了论述。说明了各自的特点， 并且给出了中频模块和1 2 c 总线连接的硬件电路图、1 2 c 总线连接的部分程序。 3 论文除了对实现过程中所涉及到的基本原理和概念进行介绍、分析外， 并进行了大量的试验和调试，使得论文课题方案的软硬件得到了完美结合。 从而使数模一体机的功能得到了实现，菜单画面得到了显示。并给出了最后 实现的菜单画面和遥控器的实物。 4 论文方案研发的数模一体机具有液晶屏输出的图象颜色处理非常出色， 操作非常简单方便。用户无需区分是模拟信号还是数字信号，只需使用一个 遥控器即可成所有操作。简化了数模电视控制的过程，实现了数模一体机功 能优化。 一 塑坚三些莶堂堡主兰垡鲨茎 一_ _ _ _ - - - - _ - l _ _ _ - _ - _ - _ - - - _ _ _ _ _ _ - - - 一。 关键词：数模电视一体机，a t s c 标准，1 2 c 总线，t r o n 规范，h 1 7 7 0 0 4 实时操作系统 i i 浙江工业大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ho fa t s cs y s t e mt e l e s i o nm a 玎惦o a r d c o n 毋a t i b l eb e t w e e na n a l o gs i g n a la n dd ig i t a l s i g n a i ，b a s e d0 i n1 2 cb u s a b s t r a c t i ti si n e v i t a b l et h a ta n a l o gt e l e v i s i o ns i g n a lw i l lt r a n s i t i o nt od i g i t a lt e l e v i s i o ns i g n a lw i t h t h et e c h n o l o g yd e v e l o p i n g m a n yc o u n t r i e sf o re x a m p l ea m e r i c a 、j a p a ni n s t i t u t e dt h es t a n d a r d o f d t v t h ep a p e rb r i n g so u tan e wp r o j e c to ft h ea t s cs y s t e mt e l e v i s i o n sm a i n b o a r dc o m p a t i b l e b e t w e e na n a l o ga n dd i g i t a ls i g n a lb a s e do nr cb u ss t a r t i n gw i t ht h ea t s cs t a n d a r d ss y s t e m c o n f i g u r a t i o n 、v i d e oe n c o d e 、a u d i oe n c o d ea n dt r a n s m i s s i o ns y s t e m 1 、t h ep a p e ri n t r o d u c e sar t o sa p p l i c a t i o nn a m e dh 1 7 7 0 0 1 4 w h i c hi sb a s e do n t h en e w ) i i t r o n4 0s p e c i f i c a t i o na f t e rd e s c r i b i n gd t v s x + d v p c 3 p r o j e c t 。 2 、t h ep a p e rp o i n t so u tt h ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c eo ft h ep r o j e c ts t a r t i n gf r o mt h e h i s t o r ya n dd e v e l o p m e n to fd t v hd c t a i l e d l yi n t r o d u c e st h ed 删墨xp r o j e c ti n c l u d i n gi t sc o r e p a n - t h ec h i pr 8 a 6 6 9 5 3 f pa n di fm o d u l ea n dt h ed v p c 3p r o j e c ti n c l u d i n gi t sc o r ep a r t t h e c h i pd v p c 3o ft h ej a p a n e s er e s e n a sc o r p 。i tf i s t st h ep i c t u r eo fi fm o d u l ea n d1 2 cb u s c o n n e c t i n g 3 、s t a r t i n gw i t ht h eb a s i cp r i n c i p l e ，t h i sp a p e rb o t hi n t r o d u c e sp r i n c i p l e sa n dd e b u g sm a n y t i m e sd u r i n gt h ep r o c e d u r eb e i n gi m p l e m e n t e d t h eh a r d w a r ea n ds 0 1 a r ec a r lb ec o m b i n e d v e r yg o o da n dt h ef u n c t i o nc a nb ei m p l e m e n t e da tl a s t 4 、w ec a ns e et h ef i n a lm e n u d i s p l a ya n dt h e t h er e m o t ed e v i c e t h el c ds c r e e n si m a g ei s d i s p l a y e dv e r yg o o d t h et e l e v i s i o ni sm a n i p u l a t e ds i m p l ea n dc o n v e n i e n c e t h eu s e rc a n c o m p l e t et h ea l lo p e r a t i o n sw i t ho n l yar e m o t ed e v i c en o td i f f e r e n t i a t i n ga n a l o gs i g n a la n d d i g i t a ls i g n a l k e yw o r d s ：t e l e v i s i o nc o m p a t i b l eb e t w e e na n a l o ga n dd i g i t a ls i g n a l ，a t s cs t a n d a r d ，1 2 c b u s ，i - t i t r o ns p e c i f i c a t i o n ，h 1 7 7 0 0 4r e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 浙江工业大学硕士学位论文 目录 摘j l l e - i 第l 章绪 论一1 - 1 1 弓l 言。l 1 1 1 数模一体机的特点。- 卜 1 1 2 数字电视标准介绍以及各标准比较- 2 一 1 2 数模一体机的国内外发展现状- 3 i 3 研究内容和论文组成- 5 - 1 3 1 研究内容一5 - 1 3 2 论文组成- 6 - 第2 章a t s c 标准介绍和1 2 c 总线协议的介绍7 - 2 1a t s c 标捆e 介绍。7 - 2 1 1a t s c 标准系统结构- - 7 - 2 1 2a t s c 标准视频编码介绍一9 2 1 3a t s c 标准音频编码介绍- l o 2 1 4a t s c 标准传输系统1 1 2 2 2 c 总线协议介绍- 1 4 - 2 2 1 1 2 c 总线的时序介绍- 1 5 - 2 2 21 2 c 总线的响应1 7 - 2 3 本章小节18 第3 章数模一体机方案介绍一l9 3 1 数模一体机的总体方案介绍1 9 3 2 数模一体机数字部分d t v - s x 的方案1 9 - 3 2 1芯片r 8 a 6 6 9 5 3 f p 介绍- 1 9 3 2 2 中频模块介绍2 4 - 3 3 数模一体机模拟部分( d 、一- c 3 ) 的方案- 2 6 3 3 1d v p c 3 方案介绍2 6 3 3 2 调谐器2 7 3 3 3 声音处理器2 8 3 3 4e e p r o m 介绍2 9 3 41 2 c 总线硬件连接和软件编程2 9 3 4 11 2 c 总线方案的硬件连接3 0 3 4 21 2 c 总线的软件程序3 0 3 5 遥控器功能模块31 3 6 本章小节3 3 第4 章数模一体机的软件介绍、调试及结果3 4 4 1 操作系统介绍3 5 4 1 1 t r c i n 介绍3 5 4 1 2 山t r o n 规范介绍3 6 v 浙江工业大学硕士学位论文 4 1 3 h 1 7 7 0 0 ，4 操作系统。一3 7 - 4 2 软件调试- 4 3 - 4 2 1初始化- 4 3 4 2 2 程序链接- 4 4 4 3 调试结果。- 4 5 - 4 3 1 遥控器- 4 5 4 3 2o s d 显示- 4 5 4 4 本章小结5 1 第5 章结论与展望5 2 5 1 结论5 2 5 2 展望5 2 参考文献5 3 附录5 5 致谢。6 6 攻读学位期间发表的学术论文目录6 7 浙江工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1引言 2 0 0 5 年底，美国参议院通过了世界电视产业史上最大的变革法案：从2 0 0 9 年2 月1 8 日 起，全美电视台必须全部使用数字信号。这意味着，美国已经敲定了纯数字电视时代的最 后期限。根据这个法案，美国官方f c c 机构颁布文件，规定从2 0 0 6 年3 月1 日起，凡是上柜 销售2 5 寸以上电视机，都必须内置数字电视高频头；从2 0 0 6 年7 月开始，这一要求涵盖所 有1 4 寸以上的电视机产品。这说明，从2 0 0 6 年7 月1 日起美国彩电市场实行“新老划断”，新 售电视机将全部是数模一体机，美国数模一体化市场强制启动【1 1 a t s c 制数模一体电视机 的销量必将大幅增长。为此，国内许多厂家纷纷进行a t s c 制数模一体电视机的研发。 虽然我国大部分数字电视工程师具有一定d v b 产品的开发经验，且d v b 和a t s c 标准 虽然原理相似，但实际的标准还是存在着很大的差异。a t s c 制数模一体电视机的研制还 存在一定的困难，需要进一步依照市场需求进行相关研发工作。 1 1 1 数模一体机的特点 数模一体机是指由一个遥控器控制、既能接收模拟电视信号又能接收数字电视信号的 电视机。 在模拟电视信号全面停止广播之前，将会出现数字电视信号与模拟电视信号并存时 期。在此过渡与并存期间，现有使用模拟电视机收看数字电视节目的用户，需要通过配备 机顶盒才能实现。虽然数字电视的画质和音质清晰度远远比模拟电视高，但是目前模拟电 视机仍然广为使用，不能简单的把模拟信号电视节目全部取消。最好的办法是将模拟信号 接收系统集成在数字电视机内部，通过一个o s d 菜单( o ns c r e e nd i s p l a y ) 进行操作。这 样既方便又节约成本，无须加机顶盒就实现了数字电视功能。数模一体机与用机项盒方式 相比，效果更好、操作更简单、更方便。数模一体电视机是电视广播由模拟技术向数字技 术过渡时期的最佳选择。 随着模拟电视逐步退出市场，数模一体机也可作为单纯的数字电视机使用，接收数字 电视信号；其菜单格式统一，系统稳定。因此，数模电视机无论在国内还是在国外都将会 有很好的市场。 。 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 2 数字电视标准介绍以及各标准比较 目前，数字电视广播有三个相对成熟的标准制式口- 3 l l 欧洲的d v b ( d i g i t a i v i d e o b r o a d c a s t i n g ) 、日本的i s d b ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 和美国的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 ) 欧洲的d v b 制式应用最广泛、最灵活。d v b 制式主要包括数字卫星电视( d v b - s ) 、 数字有线电视( d v b c ) 和数字地面广播电视( d v b t ) 三个标准卜钉。这三个标准的信 源编码都是m p e g 2 的复用数据包，并且规定视频采用m p e g - 2 编码，音频采用m p e g a u d i o 层i i ( m u s i c a m ) 编码标准。d v b 标准对于不同的传输媒体，采用不同的调制方式： d v b s 采用q p s k 四相相移键控调制方式：d v b c 采用q a m 正交幅度调帝4 方式；d v b t 采用c o f d m 多载波频分复用技术。其中，c o f d m 在抑制多径传输干扰方面有着显著的 优越性。在传输比特率方面，d v b 允许比特率可变。d v b - c 用于有线电视系统，该标准 以有线电视网作为传输介质，应用范围非常广。d v b c 和d v b s 已被多个国家采用。它 具有1 6 q a m 、3 2 q a m 、6 4 q a m 和2 5 6 q a m 等多种数字调制方式。系统前端可从卫星、 地面发射和本地链路获得信号，但终端需要用机顶盒进行接收。 日本的i s d b 是利用一种标准化的复用方案。它在一个普通的传输信道上可发送各种 不同的信号，同时可以通过各种不同的传输信道发送复用信号。i s d b 具有柔韧性、扩展 性和共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。i s d b 主要用 于地面数字视频、数字音频和数据广播等综合业务。其信道调制采用1 4 0 5 或5 6 1 7 个载波 分段的o f d m 调制，调制方式可以是d q p s k 、q p s k ，也可以是1 6 q a m 、6 4 q a m 。对 于数据流内的不同内容，可以使用适宜的调制方式。同时，为了克服多径传输的干扰，系 统加了保护间隔。i s d b 标准制式与d v b 标准制式不同之处在于接收方面，它增加了部分 接收和分层传输。所谓部分接收，是指系统将整个6 m h z 带宽分为1 3 段，每段4 2 3 k h z ， 主要解决窄带和宽带业务的同时接收问题。其接收机可以接收6 m h z 全带宽，也可以接收 频带中心那一段的窄带4 2 3 k h z 信号。前者主要用于固定和车载移动接收；而后者主要用 于小型便携接收机，但由于带宽较窄，接收条件差，实际只能用于音频广播和数据1 6 - 7 1 。 a t s c 数字电视标准主要是考虑地面广播的数字高清晰度电视的发展，采用m p e g 2 视频编码的m p m l ，音频采用杜比a c - 3 ，可以将1 g b p s 的高清晰度信号压缩到大约 2 0 m b p s ，压缩比为5 0 ：1 ，以便在6 m h z 的电视信道中传输【8 l 。a t s c 采用两种v s b 数字 调制模式：地面广播的8 v s b 和有线传输的1 6 v s b 。两者所不同的是传输电平的数目、在 地面广播系统中采用的格状编码和n t s c 干扰抑制滤波器方法。关于a t s c 标准的详细内 容在本文的第二章进行了详细的说明。 浙江工业大学硕士学位论文 目前，美、欧、日的数字电视产业已经启动，但模式各不相同。美国数字电视产业模 式的主要特征是：大力推广数字高清晰度电视业务，以强制措施主推地面广播，卫星、有 线传输同步跟进，在2 0 0 6 年停止模拟电视的使用。英国模式的主要特点是：只推标清电 视业务，同时采用卫星、地面、有线传输手段全方位覆盖，但重点在地面广播方面。日本 模式的特点是：通过卫星覆盖推广高清电视业务，而地面广播进度较慢。 1 2 数模一体机的国内外发展现状 随着高新技术的发展，特别是数字电视信息传输技术的发展，提供高清晰高画质的数 字电视信号服务已经成为一种全球广播电视行业的趋势。各国间为更好的研究高清晰数字 电视信号的传送进行了合作。据报道，日本、韩国已经与中国网通达成协议，租用中国网 通的光缆传输高清数字信号，并已经开始进行高清电视转播的前期测试。 各芯片厂家也在不断开发新的用于数模一体电视机的产品，并相继提出新的解决方 案。1 1 公司发布了一款集成h d t v 解码和视频处理一体化的s o c 芯片t v p 9 0 0 0 ，主要就 是针对数模一体电视机的市场。与其他芯片厂家提供的方案相比，其集成度较高，成熟度 较佳，图像解码模块成熟，成本较低，具有很强的市场竞争力。 以t v p 9 0 0 0 为核心的数模一体电视机方案可广泛应用于c r t 电视、平板电视、背投 电视等t v p 9 0 0 0 集成了1 6 2 m h z 的a r m 9 2 6 e jc p u 、h d t v - m p e g 2 解码、图像处理和 s c a l e r ( 缩放) 等模块，而且能够接收数字电视信号( 支持高清h d t v 及标清s d t v ) 和 模拟电视信号。数字电视部分符合d v b c 标准，接收1 6 2 5 6 q a m 制式信号：并有多路输 入接口：包括三路a v 输入、一路s 端子输入、一路a v 输出、一路分量( y p b p 洲c b c r ) 输入、一路r o b 输入、一路h d m i 输入；支持多种信号格式，如4 8 0 i 、4 8 0 p 、5 7 6 i 、5 7 6 p 、 7 2 0 p 、1 0 8 0 i 、10 8 0 p 及v g a 、s v g a 、x g a 等信号格式：能够通过r o b 接口实现本地软 件升级和更新，方便售后服务。同时，也满足m p e g l m p e g 2l a y e r s l 、2 音频解码，s p d i f 光纤和左右声道音频同时输出，具有标准电子节目单( e p g ) 功能，支持n v o d ( 准视频点 播) 和基于d v b c c i 接口标准的付费电视节目服务【9 】。 目前a t s c 液晶电视机在美国属高端产品，由日韩电视机厂商主导市场，中国电视机 厂商很少能拿到大的订单。只有当普通的美国用户都采用了a t s c 制液晶电视后，中国的 电视机生产商才能大规模进入这个市场。 英诺科技公司首席代表吴科雷指出，现在正是中国电视厂商进入美国a t s c 市场的重 要时刻。因为美国f c c 规定在2 0 0 7 年3 月份以前，所有进入美国市场的电视机，包括大 尺寸和小尺寸必须全部支持a t s c 制式。为此，他提出两条建议：一是主攻目前日韩厂商 浙江工业大学硕士学位论文 忽视的小尺寸电视市场、p c t v 市场和c r t 市场；二是能通过快速的方案，在现有的产品 中插入一个板卡，就能接收到美国的a t s c 制电视信号 英诺科技公司基于这两条建议推出了一款a t s c 液晶电视插入卡，该板卡集成了 x c a i v e 公司的x c 3 0 2 8 调谐器、l g 的解调器、t i 的高清m p e g 2 解码芯片t x , p 9 k 、电源芯 片、s p a n s i o n 闪存以及d d r 等全部所需器件，尺寸仅有1 0 0 x 7 0 m m ，并且x ：c 3 0 2 8 调谐器 可同时支持数字和模拟接收，因此厂商在设计双模电视时不需两个高频头。该卡支持a t s c 中间件、y p b p r 分量输出、s d 输出、r g b 输出、1 2 c 总线控制等功能，插入现有的便携 d v d 、p c i v 、c r t 、模拟液晶电视以及p d p 电视，就可立即支持美国最新白勺a t s c 制式。 该插卡已通过了美国a t s c 实地测试，用户很方便就能使用。 作为t i 公司的数字电视第三方开发商，英诺科技主要提供各种数字电视方案，除以上 的a t s c 插入卡外，它还提供针对a t s c 机顶盒以及单芯片一体化液晶电视的方案，以及 针对欧标d v b t 的各种电视机方案，特别是在高速移动及恶劣条件下的接收，英诺积累 了相当多的经验。他们目前的业务仍分为两部分：一是提供方案：二是提供板卡。 另外，考虑到中国很多电视机生产商对高清视频产品的技术规范、板件线路排布以及 硬件调试等还不熟悉，尚没有足够的经验，英诺科技公司在提供方案的同时，还可提供很 好的技术支持，其中包括帮助客户改版、选件，调板等的工作 目前，a t s c 制数模一体机巨大市场已吸引了众多的半导体厂商和方案提供商加入。 除了英诺公司采用的1 1 平台外，a d i 、n x p ( 前飞利浦半导体) 、卓然、瑞萨等都是积极 推动者。英诺正在与1 r i 合作，在d m 3 2 0 d m 6 4 2 上开发m m p e g 2 训h 2 6 4 等编解码 器和视频编解码产品。之前，这些d s p 上的编解码均由印度和以色列的公司所掌握，中国 国内用户操作起来并不方便。一旦英诺公司开发成功拥有自主知识产权的编解码器，将有 助于公司扩展数字视频产品市场。 此外，意法半导体公司推出了一个高性能、双通道的数字电视解决方案- d t v l o o 。 此方案可兼容全球标准。整机参考设计是基于s t 单片高清电视处理器s t d 2 0 0 0 系列，采 用9 0 n mc m o s 技术制造，s t d 2 0 0 0 是今天的数字电视市场上性价比最高的处理器，图像 品质表现优秀。 d t v l 0 0 方案最大的优点是：s t d 2 0 0 0 支持p e r f e c tp a p ( 高清双画面) 和p i p ( 画中画) 功 能，即电视机能够在同一个屏幕上显示两个不同的高清电视画面，双画面扫 列位置可以由 用户随意放置。s t d 2 0 0 1 是s t d 2 0 0 0 简易版，没有p i p 功能。除p i p 功能外，s t d 2 0 0 0 可以支持1 0 8 0 p ；s t d 2 0 0 1 可以最大支持到7 2 0 p ，最大显示屏可以支持到4 7 。在数字电 视和模拟电视图象表现甚佳，是当前所有数字电视方案中图象品质最好的方案。 浙江工业大学硕士学位论文 在平台设计上，因为主芯片满足全球标准的要求，所以厂商可以根据不同的目标市场 采用不同的数字信号解调器和音频解调，就可以非常方便地构成一台数导电视，例如 a t s c ( 美国数字高清) d v b t ( 欧洲标清) d m b t ( 中国数字高清) 的市场，甚至d v b - t c s 市场。 日本的瑞萨( r e n e s a s ) 科技公司发布了符合美国a t s c 标准的r 8 a 6 6 9 5 0 b g 数字电视广 播解码器l s i ，并已在日本开始量产。r s a 6 6 9 5 0 b g 可以将模拟视频信号转换为4 8 0 i 的显 示标准，把符合a t s c 标准的m p e g 2t s 标准数字信号以及脉冲编码调制( p c m ) 音频信号 输入、输出到标准分辨率电视机( s d l v ) 。r 8 a 6 6 9 5 0 b g 只需连接一个外部d r a m ( 2 5 6 m b d d r 3 3 3 ) h 阿实现数字电视广播的接收，并可使现有的模拟电视机具备以低成本方式接收 数字广播的能力。r s a 6 6 9 5 0 b gl s i 的功能和接口规范经过了优化，可以用比较容易的方 法将数字电视功能增加到传统的模拟电视中这样将充分利用现有的模拟电视机设计资 源，有助于减少数字化的设计成本。 为了适应数字电视市场的发展，2 0 0 7 年瑞萨公司在已经量产的d t v - s 方案的基础上 开发了主要面向c r t 电视的d t v - s x 解决方案。它在不增加外部闪存和d d r 的基础上内 置了v s b ，并将输出精度提高到4 8 0 p ，从而实现更低的系统成本，以保持数字c r t 电视 在市场上的竞争力。d t v s x 主要应用在两大终端产品中，一类是数字高清c r t 电视，另 一类是数字高清机的机顶盒此外，配合小尺寸液晶电视解决方案d v p - c 3 ，客户还可以 将d t v s x 很快应用到中小尺寸的液晶数字电视中，用成熟的技术迅速抢占液晶数字电视 市场。 1 3 研究内容和论文组成 1 3 1 研究内容 本课题的主要研究内容包括以下几个方面： l 、确定a t s c 制数模一体机的方案和方案芯片的选择 通过对现有各种数模一体机方案的了解，制定符合a t s c 制数模一体机的最佳可行方 案。之后。对各个芯片生产商的芯片资料进行收集、分析，选择最符合课题研发需要的a t s c 制式数模一体机方案芯片。 课题最终确定采用d 肿x + d v p c 3 的方案，数字部分采用瑞萨公司的d t c s x 方 案，其核心器件是r 8 a 6 6 9 5 3 f p 芯片。模拟部分采用瑞萨公司的d v p c 3 方案。电视机的 基本功能包括菜单显操作、开关机、调台、遥控等功能的操作都在模拟部分完成。模拟部 分和数字部分通过1 2 c 总线进行连接和通信。 浙江工业大学硕士学位论文 2 、进行a t s c 制数模一体机的硬件开发 确定方案和芯片后，在硬件开发方面，依据收集和制定的方案绘制电路原理图，然后 制板调试包括整机的联调；最后对整机进行了相关的测试。在整机硬件开发设计过程中， 充分考虑了电磁兼容性能、安全性和可靠性，并在整体设计中采用了模块化设计，实现了 软硬件结合，使菜单界面得到显示。 3 、进行a t s c 制数模一体机的软件开发测试 软件开发测试方面主要是在熟悉h 1 7 7 0 0 4 系统基础上熟练地在此系统上实现进行 a t s c 制数模一体机方案相关软件的调试和实现相应功能。 4 、本文贡献及论文创新 在a t s c 制数模一体机软件系统中使用了一种新的基于i - t l t r o n4 0 版本的h 1 7 7 0 0 4 实时操作系统。完成了在操作系统上的软件应用、移植和链接等功能。 在数字信号与模拟信号之间的通信中，使用了1 2 c 总线协议进行连接和通信，使电路 结构大大简化，增加了电视机的可靠性。 1 3 2 论文组成 本论文的主要章节内容安排如下： 1 ) 第一章绪论部分，主要介绍和阐述了数模一体机的特点功能、目前使用的数字电 视标准和数模一体机的国内外发展现状，简述了本文的主要研究内容。 2 ) 第二章主要是对a t s c 标准系统结构、视频编码、音频编码和传输系统进行具体介 绍，对关键技术1 2 c 总线的时序和响应进行叙述。 3 ) 第三章是方案d t v _ s x 和d v p _ c 3 的具体介绍，阐述了方案各个模块和重要引脚 的功能，并且还给出了1 2 c 硬件连接的原理图，介绍了相应的软件部分。这是本文重点内 容之一 4 ) 第四章是本文的另一重点，具体介绍了目前最新的i - i i t r o n 规范4 0 以及基于此规 范的实时操作系统h 1 7 7 0 0 4 。同时还说明了a t s c 制数模一体机方案的具体调试过程，给 出了最后的结果。 5 ) 第五章是论文结束语，对论文全文进行了总结，并提出需要解决的问题。 系统的各个子系统则放在其附录中解释。标准由概论、参考文件和与系统有关的各部分组 成。整个系统描述采用模块化方式，各模块的规定放在相应的附录中。整个文件及其附件 提供了子系统各部分参数的规定，包括视频编码输入的扫描格式和预处理、视频编码器的 压缩参数、音频编码器输入的信号格式和预处理、音频编码器的压缩参数、服务业务复用、 传送层特性及规范规定、v s br f 传输子系统。规范的相关参考资料可以在标准的规范附 件中找到。数字电视标准的主要依据是i s o i e cm p e g 2 视频压缩标准，数字音频压缩标 准( a c 3 ) 和i s o i e cm p e g 系统标准，标准中还包括了一个如何使用数字电视标准的指导 性文件。 2 1 1a t s c 标准系统结构 美国的a t s c 标准系统由4 个分离的层级构成，层级之间有清晰的界面【l l 】。它们分别 是图象层、图像压缩层、系统复用层、传输层。在这4 个层级中，下两层承担普通数据的 传输，上两层决定在普通数据传输基础上运行的特定配置，如h d t v ( 高清晰度电视) 或 s d t v ( 标准清晰度电视) ，也决定a t s c 标准支持的1 8 种图像格式( h d t v 6 种，s d t v l 2 种) 。各层的特点如下： 图像层：确定图像形式，包括像素阵列、帧频以及幅型比。 图像压缩层：采用m p e g 2 压缩标准进行图像的压缩。 系统复用层：采用m p e g - 2 压缩标准被纳入不同的压缩包中。 传输层：进行信号和信息的传输，确定数据传输的调制和信道编码方案。 a t s c 标准采用i t u rt e c hg r o u p1 1 ，3 模式( 数字电视地面广播模式) ，由信源编码 和压缩、业务复用和传送、r f 发送三个子系统组成。辅助数据是指控制数据、条件接收 控制数据和与视频、音频节目有关的数据。业务复用和传送把视频、音频和辅助数据流打 7 浙江工业大学硕士学位论文 包成统一的数据包并合成一个数据流。r f 发送也称为信道编码和调制，信道编码的目的 是从受到传输损失的信号中恢复出原信号，在地面传输中采用8 v s b 调制在有线电视中 采用1 6 v s b 调制。 数字电视标准规定了一个在6 m h z 带宽内传送高质量视频、音频和辅助数据的系统。 该系统能在6 m h z 地面广播通道中可靠地传送约1 9 m b p s 数字信息，并能在6 m h z 带宽的 电缆电视通道中可靠地传送3 8 m b p s 数字信息。这意味着能把一个分辨率是传统电视( n t s 制) 5 倍的视频源所需的比特率降低到原来的1 5 0 或更低。尽管a t s c 接收系统结构的r f 传输子系统是应用于地面广播和电缆电视方面，但是视频、音频和服务复用、传送子系统 可用于其它系统。系统的方框图如图2 - 1 所示。 图2 - 1i t u r 数字电视地面广播模式 源编码与压缩分别用来得到视频、音频和辅助数据流。辅助数据( a u x i l i a r yd a t a ) 指控制 数据、条件接收控制数据和与视频、音频节目有关的数据，如隐蔽字幕。同时辅助数据也 可以独立于节目。数字电视系统视频编码采用m p e g 2 视频系统语法规定，音频编码采用 a c 3 数字音频压缩标准。服务复用和传送把数字数据流分成数据包。这意味着把视频、音 频和辅助数据流打成统一格式的数据包合并成一个数据流。在考虑传送格式时，考虑到了 各种数字媒体如地面电视、电缆电视节目分配、卫星节目分配、记录媒体、计算机接口之 间的互操作性。数字电视系统采用m p e g 2 传送系统语法，对视频、音频和数据信号进行 打包和复用。m p e g 2 传送数据流语法是专门用于通道带宽和记录容量有限的媒体进行高 效率传送，并与a t m 传送方法有互操作性。 1 浙江工业大学硕士学位论文 r f 传输也称为通道编码和调制。通道编码的目的是附加额外信息到比特流，以便在接 收时能从受到传输损失的信号中恢复出原信号。调制( 或物理层) 是将要传送的数据调制到 传输信号上去，调制子系统在地面传输中使用8 v s b ，在有线电视中使用1 6 n ：s b 1 2 1 。 2 1 2a t s c 标准视频编码介绍 a t s c 标准视频编码是采用m p e g 2 数字音频压缩标准。m p e g 是运动图像专家组 ( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t s u p ) 的简称，其实际为国际标准化组织( i s o ) 和国际电工委员 会( 正c ) 联合技术委员会( j t c ) 1 的第2 9 分委员会的第1 l 工作组，即i s o i e c j t c l s c 2 9 侧g 1 l 。因为广播电视数字化所产生的海量数据对存储容量、传输带宽、处理 能力及频谱资源利用率提出了不切合实际的要求，使数字化难以实现【1 3 1 。为此，该专家组 基于帧内图像相邻像素间及相邻行间的空间相关性和相邻帧间运动图像的时间相关性，采 用压缩编码技术，将那些对人眼视觉图像和人耳听觉声音不太重要的东西及冗余成分抛 弃，从而缩减了存储、传输和处理的数据量，提高了频谱资源利用率，制定了一系列m p e g 标准，使数字化正在变为现实。 m p e g 2 是一组用于视音频压缩编码及其数据流格式的国际标准【1 4 1 。它定义了编解码 技术及数据流的传输协议；制定了m p e g 2 解码器之间的共同标准。m p e g - 2 系统是将视 频、音频及其它数据基本流组合成一个或多个适宜于存储或传输的数据流的规范，如图2 - 2 所示。 案自视顿2 7 m h z 时钟 童塑墼叫盟aesebu l - n - 音频工程学会， 一 圈像e s 声音e s 致据包 形成 散据包 形成 圈像p e s 声膏p e s m p e c , - 2 系统规范 图2 - 2m p e g - 2 系统框图 由图2 2 可知，符合i t u r 6 0 1 标准的数字视频数据和符合a e s e b u 标准的数字音频 数据分别通过图像编码和声音编码之后，生成视