（信号与信息处理专业论文）pdp视频显示与驱动系统的研究.pdf

摘要 多制式数字视频信号转换是当前数字化平板显示系统中的项 重要技术，本文提出了不同制式数字视频信号扫描格式到用于p d p 显示的固定分辨率、帧频扫描格式转换的解决方案。并对p d p 显示 电路的数据存储控制及驱动时序控制部分进行了设计。 参考现有数字视频信号处理算法，提出了适合于用f p g a 实现的 算法。对去隔行处理采用基于运动检测的自适应控制内插算法。帧频 转换对于静止图象采用最近帧复制的方式进行插值，对于运动图象则 分别采用运动矢量内插及自适应运动补偿方法进行图象内插。对p d p 数据存储控制提出基于数据分离的方案。使用f p g a 实现驱动时序控 制。并用m a xp l u si i 软件对各数字视频信号处理模块进行波形仿 真。 所有算法通过v h d l 编程实现并通过m a xp l u si i 软件对进行 波形仿真。仿真结果和算法设计预期结果基本符合，从而通过软件正 确实现了数字视频制式转换及p d p 显示控制系统。 用硬件实现了隔行扫描视频扫描格式到p d p 固定分辨率8 5 2 4 8 0 逐行扫描格式的变换。硬件测试板主要由视频解码芯片 s a a 7 1 l l a 、f p g a e p l k l 0 0 和4 片2 5 6 k 1 6 b i t 容量的s r a m 组成。 【关键词】平板显示；视频信号转换；去隔行；运动矢量；内插； 运动补偿：数据存储控制：驱动时序控制 a b s t r a c t m u l t i s t a n d a r d d i g i t a l v i d e os i g n a lc o n v e r s i o ni sa n i m p o r t a n t t e c h n o l o g yi nd i g i t a lf l a tp a n e ld i s p l a ys y s t e m t h i s 、p a p e rp r e s e n t s a s o l u t i o no ft h ec o n v e r t i n gd i f f e r e n td i g i t a lv i d e os i g n a ls t a n d a r dt oo n e p i x e l a t e dd i g i t a lv i d e os i g n a ls t r e a m sw i t hf i x e df r a m er a t et h a ti ss u i t a b l e f o rf l a td i s p l a yp a n e l ，l i k ep d p , a n dp u tf o r w a r dad e s i g ho fd a t as t o r a l g e c o n t r o la n dd r i v es e q u e n c ec o n t r o lt om ep d pd i s p l a yc i r c u i t r e f e rt oan u m b e ro fm e t h o d st h a ta r ew i d e l yu s e dt o d a yi nd i g i t a l v i d e os i g n a lp r o c e s s i n g as e to fm e t h o d st h a tc a nb ei m p l e m e n t e dw i t h f p g aa r eo p t i m i z e d aa d a p t i v ec o n t r o li n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mb a s e do n m o t i o nd e t e c t i o ni sp r e s e n t e dt op r o c e s sd e i n t e r l a c i n g f o rf l a m er a t e c o n v e r t i o n t h en e a r e s tf l a m ei sc o p y e dt oi n t e r p o l a t i o nf o rs t i l li m a g e ，f o r m o t i v e i m a g e m o t i o nv e c t o r i n t e r p o l a t i o na n d 、a d a p t i v e m o t i o n c o m p e u s a t i o na r er e s p e c t i v e l yu s e d am e t h o db a s e do nd a t as e p a r a t i n gi s p u tf o r w a r dt oc o n t r o lt h ep d pd a t as t o r a g e t h ed r i v es e q u e n c ec o n t r o li s r e a l i z e db yf p g a a 1 1t h e s ep r o c e s s i n gm e t h o d sh a v eb e e nd e s i g n e dw i mv h d l ，a n d v e r i f i e dw i t hm a xp l u si i t h es i m u l a t i o nr e s u l t sc o r r e s p o n dw i t h t h ee x p e c t e dr e s u l t s ，s ot h ed i g i t a lv i d e os t a n d a r dc o n v e r s i o na n dt h ep d p d i s p l a yc o n t r o ls y s t e mw a si m p l e m e n t e dc o r r e c t l yi ns o f t w a r es i m u l a t i o n b e s i d e s t h ec o n v e r s i o no fi n t e r l a c e dv i d e os i g n a lt op r o g r e s s i v e v i d e os i g n a lw i t haf i x e dr e s o l u t i o no f8 5 2 x 4 8 0h a sa l s op a s s e dt h e h a r d w a r et e s t ，t h et e s tb o a r dh a sav i d e od e c o d e rs a a 7 118 ，af p g a e p l k l o oa n df 0 1 1 i 2 5 6 k x l 6 b i ts r a mi d t 7 1 v 4 1 6 【k e yw o r d s1f i a tp a n e ld i s p l a y ；v i d e os i g n a lc o n v e r s i o n ；d e i n t e r l a c i n g ； m o t i o n v e c t o r ；i n t e r p o l a t i o n ；m o t i o nc o m p e n s a t i o n ； d a t as t o r a g ec o n t r o l ；d r i v es e q u e n c ec o n t r o l 东南大学研究生学位论文 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位沦文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外。论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名辽e 兰塑e t 、期：2 ： 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的 内容和纸质沦文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅， 町以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括干u 登) 授权东南大 学研究生院办理。 签 名：盈i 尘!导师签名：塑乏 臼 、 朗： 口；。c 7 fo 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 随着高清晰度电视( h d t v ) 、可视电话、因特网和计算机视频的出现，视频传送中出现 了许多不同的扫描格式，我们大致可以将各种视频制式分为5 种： 分量模拟视频( c o m p o n e n ta n a l o gv i d e o ：c a r ) 每个基本部分都被看成作为一个单独的单色视频信号，基本部分要么是简单的r 、g 、b 信号，要么是这类信号的亮度( l u m i n a n c e ) 一色度( c h r o m i n a o e ) 转换值。 复合视频( c o m p o s it ev i d e e ) 对亮度信号的峰值处的色度信号进行编码。目前世界各国使用各种不同的复合视频信号 格式，主要有：n t s c ( n a t i o n a lt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) ，p a l ( p h a s e a l t e r n a t i o nl i n e ) ，s e c a m ( s y s t e me l e c t r o n i q n ec o l o ra v e om e m o i r e ) 等制式。 s - v i d e o ( y cv i d e o ) v g a ，s v g a x v g a s x g a 信号 d t v 电视信号 这些信号经过数字化就成为各种制式的数字视频信号。多种数字视频制式的存在，制约 了利用液晶、等离子实现的大尺寸显示器的广泛应用。因为这类显示器只允许逐行扫描，并 且只能接收一定格式的图像数据，因此必须将不同扫描格式的图像数据经过格式转换电路去 隔行，对画面像素数目进行变换，使之与显示屏显示规格相适应。 p d p 显示日益为人们所关注，因此人们对p d p 数字视频制式转换电路的研究非常感兴趣。 由于p d p 显示屏支持的数字视频格式是固定的，因此其数字视频制式转换电路的功能就 是数字视频制式的规一化，即将各种种类繁多的数字视频制式信号转换成统一的数字视频制 式信号。此外，用于c r t 显示的电视视频信号是经过y 预校正的，但p d p 或液晶平板显示器 其工作机理和c r t 不同，它不需要y 校正，所以需要进行反y 校正。 这样我们研究课题的内容也就明确了，就是设计一个适用于p d p 的多制式数字视频信 号转换电路，对不同数字视频制式信号进行归种化处理，并且对输出信号进行y 校正。 1 2 视频制式转换的意义 等离子体显示器( p d p ) 作为大屏幕、高清晰度壁挂电视的主流产品，正以前所未有的速 度发展着。越来越多的人把眼光投向了p d p 这一超大规模集成电路与尖端工艺技术相结合的 新型显示器件。接口电路是p d p 整机电路的重要组成部分，其主要功能是对模拟视频信号进 行解码和数字化并作必要的预处理，同时为p d p 整机提供行、场同步信号，以及消隐信号 和时钟等。 为了让p d p 能显示各种不同制式的视频图像，就必须对各种数字视频信号进行制式转 换。金东飞显示中心对各种模拟视频信号的解码工作已有一定的基础，但是没有专门用于制 式转换的电路，所以只能显示单一制式的视频图像。这对于p d p 的应用和推广使很不利的。 本课题旨在设计个多制式数字视频信号转换电路。有了多制式数字视频转换电路，就使得 p d p 的应用面更广了，同时，数字视频制式的标准化也为下一步对视频信号进行各种优化处 东南大学研究生学位论文 第一章绪论 理作了毕不可少的铺垫。在一个p d p 显示系统中，数字视频转换电路作为接口电路的核心部 分，其重要作用是不言而喻的。图l1 给出了一个p o p 显示系统的整机构成。 可见，视频制式转换电路是一个核心电路，它对输入视频数据处理好坏直接关系到这个 p d p 显示系统对视频制式的支持以及显示图像质量的优劣。研究多制式数字视频信号转换电 路对于p d p 的应用和发展是很重要的。 遥控器 图11p d p 显示系统的整机构成 1 3 p d p 显示的特点和优势 这里首先说明p d p 的特点及其作为大型f p d ( f l a t p a n e l d i s p l a y ) 的优势，给出与其它 显示器件的简单比较，然后介绍当前国内外发展的现状，最后给出p d p 系统的结构和工作 原理，并对本文的工作做出交代。 所谓p d p ( p l a s m ad i s p h yp a n e l ) ，即等离子体显示板，它是利用气体放电发光进行显 示的平面显示板，可以看成是由大量小型日光灯并排构成的。 所谓等离子体( p l a s m a ) ，是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。稀薄气 体放电的正光柱部分，即处于等离子体状态。 在p d p 中，有数百万个如上所述的微小荧光灯，即放电胞。真空放电胞中封八的放电 气体，一般采用n c 和x e ，或h e 和x e 组成的混合惰性气体。放电胞内壁涂覆的荧光体并 不是发白光，而是发红( r ) ，绿( g ) ，蓝( b ) 三原色光。这三种颜色布置成条状或马赛克状。对 放电胞施加电压，放电胞中发生气体放电，产生等离子体。等离子产生的紫外线照射胞内壁 上涂覆的荧光体，产生可见光。三原色巧妙的混合，对视者来说，产生丰富多彩的颜色。 东南大学研究生学位论文 2 第一章绪论 1 3 1p d p 的特点 表i 一1 列出p d p 与c r t ，l c d 显示器性能的比较。 表1 1p d p 与c r t ，l c d 显示器性能的比较 比较的特征 p d pl c dc r t 大画面化 、 0 轻量化 0 薄型化a o 视角 o 受磁场的影响 价格 o 优：0 良：一中；一差 下面的部分对上表作一具体说明： 大画面化 目前，3 0 英寸级以上的电视机已批量生产。直视型l c d ，现正处于研发水平的，2 8 英 寸级及2 块2 8 英寸贝占合在一起的4 0 英寸的l c d 样机已公开发表，但达到批量生产尚需叫 日， 与上述产品相比，p d p 更适用于大画面显示。目前，达到制品化的最小p d p 为2 l 英寸。 自1 9 9 6 年秋季开始，4 0 英寸级的电视机用p d p 己投入批量生产：1 9 9 8 年5 0 英寸级的彩色 p d p 电视机开始面市。 | ) d p 与t f tl c d 相比，制造工序较少，工艺也容易些。此外，若按布线长度与线宽比值 的大小作为大致衡量设各投资的尺度，p d p 比t f tl c d 所用的设备投资药效。因此，可以在 相对较低的价格下实现大画面显示。 轻量化 与c r t 相比，p d p 具有轻量的优势。3 2 英寸c r t 彩电重5 0 6 0 k g ，而4 0 英寸级的p b p 屯约4 0 k g 。 薄型化 与c r i 、相比，由于c r t 显示器由布劳恩管决定，不可能做得很薄。3 2 英寸左右的c r r 彩电厚度约j o 6 0 c - ，而4 0 英寸级的p d p 的厚度约1 0 1 5 0 m 。 大视角 与c r t 相比，p d p 的视角与之相当，为1 6 0 度左右。而对于l c d 来说，其视角很难做到 这种水平 小受磁场影响 c r l 、中电子束和容易受到外来磁场的影响而不能正常显示，而p d p 和l c d 就不受外来磁 场的影响 价格 虽然c r t 在价格方面具有明显的优势，但是随着p d p 大批量生产的体制的健全和产量 的增加价格会逐渐下降。 东南大学研究生学位论文 第一章绪论 1 3 2p d p 的应用领域 p d p 的优势明显，育很好的发展前景，只是目前价格较高。目前市场的开发重点是各种 公用设施。例如，交通设施、娱乐及市政服务、医疗、金融、产业设备、室内装饰等。近期 目标是实现4 0 英寸级彩电的大批量生产。目前有些厂家瞄准计算机工作站用监视器，已正 图1 2 数字网络时代的家庭互联网络 式投入生产3 0 7 0 英寸产品的最大市场是作为h d t v ( 高清晰度电视) 、家庭影院进入家庭， 人们盼望多年的壁挂电视梦将成为现实。 2 l 世纪，大部分信息将以数字化方式出现。数字图像化时代的到来，对家庭的影响最 为显著，家庭内的情报将靠家庭网络联系在一起，而大型平板显示将成为这种家庭网络的核 心( 见图11 ) 。 表1 2 以公共设施为例列出了p d p 的应用领域。 表l - 2p d p 应用领域( 以公共设施为例) 采用p d p 的主要理由 应用领域应用实例大轻薄大不受动画 曲量型视磁场显示 面角 的影 响 交通设施旅游汽车用彩电o0o - 站台监视器o oo 车站时刻表及广告显示器000 f 娱乐及市政服各类游戏机 o 务隋报信息、新闻显示器 【医疗 医疗情报显示器00 ( 0 ) 思者序号显示器 金融快速显示板0 o ( 例如股票价格显示器等) 东南大学研究生学位论文 4 第章绪论 产业设各机器设备用显示器o0o 室内装饰 绘画、水槽o 今后( a v )彩电oo o 将来( o a ) 桌上微机用显示器o 一优势得以充分发挥；o 一优势可以较好发挥 1 3 3p d p 产业化现状 在国外，为了占领彩色p d p 市场，各彩色p d p 公司在现有生产能力的基础上，正在扩 展或计划扩展生产能力。 日本现有c o l o rp d p 生产线6 条，除三菱电机生产线目前没有生产外，n e c ，富士通， 先锋，松下电子，日立制作所等的五条生产线的月生产能力约1 5 0 0 0 枚。其中三家已发布扩 产计划。n e c 在现有5 0 0 0 枚生产能力的基础上，计划1 9 9 9 年达到月产1 0 0 0 0 枚，富士通 1 9 9 9 年达到月产1 0 0 0 0 枚，2 0 0 0 年达到月产1 0 万枚能，先锋( p i o n e e r ) 现有月产1 0 0 0 枚 能力己制定月产8 0 0 0 枚的计划。 韩国o r i o n b l e c t r i c s 在p d p 项目上已投资4 0 0 亿韩元，开发出了4 2 英寸c o l o rp d p ， 并且在2 0 0 1 年进入量产阶段，初期月产3 0 0 0 枚；三星d i s p l a yd e v i c e s 己开发出了3 3 英寸 c o l o rp d p ，目标是2 0 0 5 年成为三大p d p 供应商之一：l g 已研制出6 0 英寸c o l o r p d p 。 中国台湾的a c e r 己制作出4 2 英寸c o l o r p d p ，并建立了试生产线。 国内于七十年代中期由信息产业部第五十五研究所率先开展了单色p d p 研究和开发， 八十年代初解决了单色p d p 的寿命问题，采用薄膜工艺制作出了1 2 8 2 5 g 线单色p d p 显示 屏和显示器，到目前为止，可以实现6 4 0 x 4 8 0 线，o x 7 6 8 线等单色p d p 的系列产品的生 产，建有一条国内唯一的单色p d p 军标生产线。从八十年代后期开始，五十五所在国内首先 开展了彩色p d p 技术的研究和开发，先后研制出丁6 4 x 6 4 线单色交流p d p 拼接用显示屏和 显示器，1 2 8 1 2 8 彩色像素彩色p d p 原理样机，3 2 0 x 3 2 0 彩色像素彩色p d p 显示屏和样机。 在国家科学技术部支持下，“九五”期间开展了2l 英寸6 4 0 x 4 8 0 彩色像素和4 2 英寸8 5 2 x 4 s o 彩色像素的彩色p d p 的实用化技术研究和开发工作，己研制出2 1 英寸彩色p d p 显示 屏和6 4 级灰度显示的显示器，目前正在开展4 2 英寸彩色p d p 的开发工作，本课题即为此项 目的一部分。目前有报道说长虹取得了中国首张p d p 生产许可证，但是有消息人士称，其技 术完全来自于国外。 中国的p d p 生产技术至少落后国外5 年! 彖南大学研究生学位论文 第一章绪论 1 3 4p d p 系统描述 本节首先给出p d p 显示系统的功能框图，然后用自然语言对各个部分作一功能说明 蛙后给出第一代采用a d s 技术的p d p 的显示原理。 图13 给出的是p d p 显示系统功能框图。如图所示，整个系统可以分成三大部分：逻 蟠 图1 3p d p 显示系统框图 辑掩制部分、驱动电路和显示板部分以及电源转换部分。以上三部分的功能简单描述如下： 逻辑控制部分：该部分由外部输入v g a 三色信号( r g b ) 和数据叫钟d c l k 经由 数据控制器处理后存八r a m ，然后将显示数据输出给驱动电路和显示板，驱动控制器的作 用是产生驱动电路和显示板所必需的驱动时序和扫描时序，从而控制v m o s 管的动作。这 部分的技术与彩色p d p 显示屏的性能密切相关，所以是整个p d p 系统电路技术的核心”j ， 课题的任务就在于此。 驱动电路和显示板：这部分的主要任务是产生驱动p d p 显示板的高压驱动电路。 其高地由电源部分直接产生。 电源转换：提供数字部分所必需的+ 5 v ，+ 3 v ，+ 25 v 等电压，高压部分所必需的 高压电源。 本课题所设计的电路是基于被称为a d s ( 选址与显示周期分离型子帧驱动) 的p d p 工作方式的。 a d s 工作方式是目前最常用的一种电路工作方式，许多其它的工作方式是在其基础 东南大学研究生学位论文 第一章绪论 上发展起来的。所谓a d s 工作方式，就是采用了选址与显示分离的技术，将一个电视 场分成若干子场，每一子场内有各自的选址、维持过程。为了实现灰度，各子场的维持 时间不同，每场的某一单元的亮度是由各子场的维持时间的组合确定的。各子场内维持 时间有定的关系，以实现2 5 6 级灰度为例，各子场维持时间之笔，必须能产生。一2 5 6 的完备集合，司见有许多种方式，早期的维持时间采用二进制方式，如l ：2 ：4 ：8 ：1 6 ： 3 2 ：6 4 ：1 2 8 ，它们的不同组合就可以实现2 5 6 级灰度显示。 以6 4 0x4 8 0 彩色像素的彩色p d p 实现2 5 6 级灰度为例，可将一电视场分为8 个子 场，其子场分割方式如图i4 所示： 线y l 钱y 2 线y 3 线y 4 8 0 维持时问比 i l c e ic p ic f lf s f 71 s f 8一 “ 12481 6 3 2l - “， 1 2 8 蝴lf h l i ，口 图1 , 42 5 6 级灰度的驱动方法 如图所示，一个电视场在1 67 m s 时间内分为8 个子场，每一子场先进行逆行扫描 选址，每行的扫描时间约为3us ，在此时间内，根据图像数据由a ，y 电极对该行单元 进行选址。全凭所有的行均选址完毕后，同时进行维持放电。一子场维持结束后，进入 、一子场，重复上述过程直至该场结束。为了实现2 5 6 级灰度，如图1 - 3 所示的分场 疗= l = i = 采用维持时间比为1 ：2 ：4 ：8 ：1 6 ：3 2 ：6 4 ：1 2 8 ，根据电视图像信号，如果某一 单元在某一场内需显示第1 8 级亮度，通过在第二子场和第五子场选址后为耻，就可以 实现。 上述每子场先进行选址然后全子场同时进入维持方式，选址占用了大量的时间，使 用于维持的时间减少，不利于实现高亮度显示，这是要对a d s 工作方式进行改进的原 园之一。 如图l5 所示为a d s 工作方式在每一子场内加在显示屏的电极上的具体的工作波 形，所不同的是各子场维持时间。 东南大学研究生学位论文 第一章绪论 由图15 可以看出，a d s 工作方式在每子场内的工作主要分为三个阶段，分别是初 卜 选地 卜维件 飚；i 塑，! 1 图1 5a d s 工作波形 y x a 始化阶段、选址阶段和维持阶段。 初始化阶段的主要目的是消除上子场在单元内产生的壁电荷，使各单元具有相同 的初始状态。 选址阶段采取每次一行的选址方式，扫描由y 电极进行，扫描到某一y 行时，在 发行y 电极上施加一负电压脉冲，所有需选址的单元对应的a 电极上同时施加一正的 选址脉冲，使需选址单元放电，由于选址阶段x 电极加一正电压，所以选址单元放电产 生的壁电荷可以积累在单元内的x ，y 电极表面的介质上，产生壁电压。 所有行均扫描结束后，全屏同时进入维持过程，使本子场已选址的单元在维持电压 的作用下放电，实现显示目的。 一子场结束后进，八下一子场，直至一场结束，进入下一场，重复上述过程，实现灰 度显示 1 4 本文的工作 p d p 作为新一代大型乎板显示器件，具有大画面化、薄型化、大视角、不受磁场影响 等优势如前所述，它已经或者必将在不久的将来在军事、交通、医疗、娱乐、市政服务、 金融、产业设备、室内装饰以及数字化家庭网络等方面得到广泛的应用。可以预见，p d p 其肯潜在的巨大的商业价值。 相比而言，如果说国外的p d p 产业如同一处在襁褓中的婴儿，正处在迅速成长的干刀期 阶段，那么国内的p d p 产业尚处于娘胎之中。 本文的研究主要方向为兼容各种视频制式以及对p d p 数据存储控制和驱动时序控制进 行设计如前所述，这是p d p 显示电路的核心部分。 东南大学研究生学位论文 第二章设计平台介绍 第二章设计平台介绍 不章将主要介绍设计平台，包括a l t e r a m a x p l u s i i ，p t o t e l9 9 s e 和a l t e r af p g a 。 2 1a 【t e r am a x p l u si i a l t e r a 公司的m a x p l u s1 i 开发系统是一个完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环 境，它可以在多种平台上运行。m a x p l u s 是m u l t i p l ea r r a y m a t r i xa n d p r o g r a m m a b l el o 西cu s e r s y s t e m 的缩写，目前已发行到了第92 版本。它所提供的灵活性和高效性是无可比拟的。其 丰富的图形界面，辅之以完整的、可即时访问的在线文档，是设计人员能够轻松、愉快的掌 握和使用m a x p l u st i 软件。 m a x p l u si i 开发系统有许多特点。 1 开放的界面 a t t e r a 的- 作与e d a 厂家紧密的结合，便m a x p l u si i 软件可与其它工业标准的设计 输八、综合与校验工具相连接。设计人员可以使用a l t e r a 或标准e d a 设计输入工具来建立 逻辑设计，使用m a x p l u si i 编译器( c o m p i l e r ) 对a l t e r a 器件设让进行编译，并使用a l t e r a 或其它e d a 校验工具进行器件或板级仿真。目前，m a x p l u s1 1 支持与c a d e n c e 、 e x e m p l a r l o g i c 、m e n t o rg r a p h i c s 、s y n o p s y s 、s y n p l i c i t y 、v i e w l o g i c 和其它公司所提供的e d a 上其的接口。 2 与结构无关 m a x p l u s f i 系统的核心c o n l p i l e r 支持a l m r a 公司的a e c x l k ，f l e x l 0 k ，f l e x8 0 0 0 ， f l e x 6 0 0 0m a x 9 0 0 0 ，m a x 7 0 0 0 ，m a x 5 0 0 0 和c l a s s i c 可编程逻辑器件系列。提供了业界唯 。真l e 与结构无关的可编程逻辑设计环境。m a x p l u s i i 的编译器还提供了强大的逻辑综台 与优化功能，使用户比较容易的将其设计集成到器件中。 3 多平台 m a x p l u si 1 软件可在基于4 8 6 ，奔腾p c 机的w 缸d o wn t3 5l 或4 0 ，w i n d o w s9 5 ， w i n d o w s9 8 下运行，也可在s u as p a cs t a t i o a ，h p9 0 0 0s e r i e s7 0 0 8 0 0 和i b mr | s cs y s t e m 1 6 0 0 0 - l 作站上运行。 4 完令集成化 m a x p l u s1 1 的设计输八、处理与校验功能全部集成在统一的开发环境下，这样可以加 快动志调试，缩短开发周期。 5 丰富的设计庠 m a x p l u si i 提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括7 4 系列的全部器件和多种特 殊的逻辑东功能( m a c r o f u n c t i o n ) 以及新型的参数化的兆功能( m a g e f u n c t i o n ) 。调用库 单兀进行设计，可以大大减轻设计人员的工作量，也可以成倍的缩短设计周期。 6 模块化上其 设计人员可以从各种设计输入、处理和校验选项中进行选择从而使设计环境用化，必要 明还口t 根据需要添加新功能。由于m a x p l u s1 1 支持各种器件系列，设计人员不必学习 新丁具即可支持新结构。 7 馊件描述语言( h d l ) m a x p l u si 1 软件支持各种h d l 设计输入选项，包括v h d l 、v e r i l o gh d l 和a r e r a 臼 已的硬件描述语言a h d l 。 8m e g a c o r e 功能 东南大学研究生学位论文 第二章设计平台介绍 m e g a c o r e 功能是为复杂的系统及功能提供的，经过校验的h d l 刚表文件，它能馒 f l e xl o k ，f l e x8 0 0 0 ，f l e x 6 0 0 0 ，m a x 9 0 0 0 和m a x 7 0 0 0 器件系列实现最优化的设计。充 分利用这些m e g a c o r e 功能会使设计人员的设计任务大大减轻，可把更多的精力投入到改进 各种设计和最终的产品上。 9o p e n c o r e 特性 m a x p l u si i 软件具有开放核的特点，它允许设计人员添加自己认为有价值的宏函数。 除了上述特点外，目前应用最广泛的m a x p l u si i1 0 0 版还增强了寄存设计性能，减少了 编译时间，提高了a l t e r a 的v h d l 和v e r i l o g h d l 合成工具的效果，大大提高了设计人员的 效率。 2 2p r o t e l 9 9s e p r o t e l 9 9s e 就是早期p r o t e l 9 9 版本发展而来的基于w i n d o w s 9 5 9 8 2 0 0 0 环境的新 。4 电路原理图辅助设计与绘制软件，其功能模块包括电路原理图i 殳计、印制电路板设计、 无刚格布线器、町编程逻辑器件设计、电路图模拟仿真等，它集成电路设计与开发环境于 一体化。 p r o t e l 9 9s e 有如下特点。 1 原理图s c h e m a d c 的模块 ( 1 ) 支持层次化设计 ( 2 ) 丰富而灵活的编辑功能 自动连接功能 交互式全局编辑 便捷的选择功能 ( 3 ) 强大的设计自动化功能 设计检验e r c ( 电气法则检查) 数据库连接 自动标注 ( 4 ) 在线库编辑及完善的库管理 刁、仅可以打开任意数目的库，而且不需要离开原来的编辑环境就可以访问元 件库，通过计算机网络还可以访问多用户库。 元件可以在线浏览，也可以直接从库编辑器中放置到设计图纸上，不仅库元 件可以增加或修改，而且原理图和元件库之间也可以进行相互修改。 原理图提供1 6 0 0 0 多个元件库( e e 三种模式) ，包括a m d 、i m e l 、m o t o r o l a 、 t e x a s 、i n s t r u m e n t s 、n a g o n a li n s 缸u m c i l _ 略、z i l o g 、m a x i m 以及x i l i n m x 、e e s o k p s p i c e 、s p i c e 仿真库等。 2印制电路板p c b 模块的特点 ( 1 )支持3 2 位e d a 设计系统 p c b 可支持设计层数为3 2 层，版图大小为( 2 5 4 0 m m x 2 5 4 0 m ) 的多层线路 板。 町作任意角度的旋转，分辨率为00 0 1 度。 支持水滴焊盘和异型焊盘 ( 2 ) 丰富而灵活的编辑功能 交互式全局编辑、便捷的选择功能、多层撒消或重做功能。 支持飞线编辑功能和网络编辑。 东南大学研究生学位论文 第二章设计平台介绍 手工重布线可自动去处回路。 p c b 图能同时显示元件管脚号和连接在管脚上的网络号。 集成的e c o ( 工程修改单) 系统将会记录下你的每一步修改，并将其写入e c o 文件，你可依此修改原理图。 强大的设计自动化功能 具有超强的自动布局能力，它采用了基于人工智能的全局布局方法，可以实 现p c b 版面的优化殴计。、 高级自动布线器采用拆线重试的多层迷宫布线算法，可同时处理所有信号层 的自动布线，并可以对布线进行优化。 支持s h a p e b a s e d ( 无网格) 的布线算法可完成高难度、高精度的p c b 的 自动布线。 在线式d r c ( 设计规则检查) ，在编辑时系统可自动地指出违反设计规则的 错误。 任线式库编辑及完善的库管理 完备的输出系统 支持w i n d o w s 平台上所有输出外设，并能预览设计文件。 可输出高分辨率的光绘( g e r b e r ) 文件，对其进行显示、编辑等。 还能输出n cd r i l l 和p i c k p l a c e 文件等。 2 3a l j e r aa c e xf p g a 多年来，a l t e r a 公司一直致力于e p l d ( e r a s a b l ep r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) 的开发。 近几年，该公司又向市场上推出了很有竞争力的f p g a ，即a c e x 系列产品。 相剥于其它一些厂家的f p g a 产品来说，a l t e r a 公司的a c e ) ( 系列产品有其独特之处， 这主要表现在以下几个方面： 1 高密度 a c e x 容量很大，从l 万门到1 0 万门。 f p g a 的大容量和多i 0 引脚更加扩大了其使用范围，有利于使用者将更大规模的电路实现 件一块芯片中这个系统集成带来了方便。 2 在线配置功能 a l t e r a 的a c e x 系列产品部具备在线配置功能，即通过一条被称为b y t e b l a s t e r m v 的下 找电缆，这些芯片都能直接接受从计算机上传来的芯片构造码。当电路处于调试阶段时，常 常需要某一部分电路，此时无须将芯片断电，只需在计算机上修改电路并重新进行编译配置。 3 系统级性能 a l t e r aa c e x 提供25 、3 3 v , 5 0 v 多电压支持，功耗很低，提供的双向i o 口最高支持 2 5 0 m h z ( 建立时间) ，而且提供了很好的与p c i 的接口。a c e x 的逻辑阵列块( l a b ) 中含有提 高速度的结构，即进位链( c a r r yc h a i n ) 和级连链( c a s c a d ec h a i n ) 。进位链能够提供在 个逻辑阵列块r p 逻辑单元之间的快速进位，使芯片能够实现快速的加注器和汁数器；级连链 能够以很小的时延将多个逻辑单元并联起来，有利于实现高“扇入”的逻辑功能。难能可贵 的是，a c e x 还提供了最多六个全局时钟和四个全局清除信号。 4 灵括的布线结构 a c e x 芯片不是采用分段式布线结构，而是采用连续式布线结构，这与x i l i n x 公司的 x c 4 0 0 0 正好相反，因此可以精确的预测时延。 5 强人的i o 口 东南太学研究生学位论文 第二章设计平台介绍 抽t a l d l l l t l 2 d 1 日3 k b c i l l h h 口 m 日 a b 删3 l a b 由* 图2 1a c e x l k 逻辑单元结构 a c e x 系列产品的每个i o 都提供三态功能，而且是开漏输出，提供的可编程的跳转速 率可以有效的减少开关噪声，另外每个i o 口还可以将电位钳在v c c i o 上。该芯片同时支 持热拔插。 e 娜d 酣a r r a y b l o c k e a b ) e 删a r r a y 图2 2a c e x l k 内部框图 东南大学研究生学位逾文 a r r a y a r r a y m 脚 | 日( l e ) 1 2 第三章视频制武转换的理论论证 第三章视频制式转换的理论论证 根据课题研究内容，可以将本课题的具体工作分成去隔行电路、分辨率变换电路、帧频 变换电路和y 校正电路四个模块。由于设计重点在去隔行，因此有必要对现有的去隔行算法 的理论进行分析然后需要对四个模块电路采用何种算法进行理论上的选取和论证。选取的 uj 行的算法必须保证可以用v h d l 语言进行设计实现。 3 1 数字视频信号转换电路设计概述 经解码后的数字视频信号需要经过4 个信号处理模块，分别是去隔行、分辨率变换、帧 频率变换和y 校正，如图31 所示： 图3l 数字视频制式转换电路系统总框图 这些处理对于整个p d p 接口电路而言是一个前端的信号处理，后端信号处理还涉及到 图像降噪、图像边缘增强色彩瞬态特性改善等等。 去隔行是所有数字信号处理的第一步，所咀这个步骤处理的好坏直接关系到后面的各种 信弓处理结果，而且去隔行现有的方法较多，各种处理方法处理效果好坏不一，因此是比较 叵耍的，值得好好去研究，根据实际需要采用相应的去隔行方法。在下一节将号门介绍有关 f 去隔行的现有的方法理论，以便于正确的选用合适的处理方法。 分辨率变换的要求相对于去隔行就要低一些，因为后端的信号处理会提高图像的质量， 因此只要用比较简单的方法实现，使之适合于p d p 显示就可以了。 帧频变换是为了使输出格式归一化，由于只考虑两种制式，则只需对n t s c 制式的信号 进行帧频变换并且这个变换是下行变换( 从6 0 h z 到5 0 h z ) 。 y 校正电路的实现并不难，用查表的方法可以实现。 i 因为设汁难点在去隔行，因此以下先列去隔行方法进行理论分析，然后分别给出四个信 号处理模块电路所能采用的可行算法。 东南大学研究生学位论文 第三章视频制式转换的理论论证 3 2 现有各种去隔行方法的理论分析 l 褊行扫描带来了扫描格式转换的复杂化，从而使许多图像处理任务复杂化。近2 0 年来 己绛提出了许多隔行到逐行的转换算法，如简单的帧间插值到先进的运动补偿( m c ) 插值。在 这些算法中，运动补偿算法是最优的只要给定一个运动模型，则其运动轨迹可以准确估算， 1 日它剥误差是非常敏感的，而且由于硬件实现的高代价导致了人们对次优算法感兴趣。现在 刘各十l 算法进行分析。 3 2 l 帧内滤波去隔行( d e i n t e r l a c i n g ) 帧内去隔行拄术可在单个帧内使用行加倍( 行复制) ，行平均或者更复杂的非线性空间插 八方法。用s ( x 。，x 2 ，；) ，f _ e ，0 分别表示i 时刻的偶数或奇场。当取x 2 奇数值时，s ( x 1 ，x 2 ，t 。) 为零；肖 2 取偶数值时，s ( x 。，x 2t 。) 为零。图3 2 表示在( x 2 ，f ) 坐标上一个隔行视频的 两个帧投影；此间，每个圆圈表示视频的一条完整行的横截面。实心圆圈表示可用的行，而 空的倒圈表示被插入的行。 图32 隔行视频的帧投影 假设每场的第一行的系数为零，则行复制算法可以表示为 s ( x l ，x 2 ，f 。) = 占( 上1 ，x 2 一l ，t 。)x 2 是奇数 以及 s ( x 1 ，x2 ，t 。) = s ( x l ，工2 + l ，t 。) x 2 是偶数 行平均算法是 东南大学研究生学位论文 ( 3 一l ) ( 3 - 2 ) 第三章视频制式转换的理论论证 s ( x 】，2 ，t ，) = 1 2 s ( x 1 ，z 2 一l ，f ，) + s ( x 1 ，x 2 + l ，t ，) f = 口，0 ( 3 - 3 ) 行复制算法会引起锯齿状沿，而行平均算法会引起不希望有的沿模糊。 为了r 克服这些问题，可以用沿自适应( e d g e a d a p t i v e ) 空间插入法。在沿自适应方法中 个给定帧t 内的视频的每一行均被仿真为相同帧内的前一行的一个水平位移模型： s ( x 1 一d 2 ，z 2 1 ，t 。) = s ( x l + d 2 ，z 2 十1 ，t 。) 其中：d 表示在两个连续的偶数或奇数行之间的水平位移。该模型提出