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book_excise_video_if [2021/08/24 11:34] zili |
book_excise_video_if [2021/08/24 11:37] zili |
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#### 2.1 ITU-R 601和ITU-R 656数字电视标准 | #### 2.1 ITU-R 601和ITU-R 656数字电视标准 | ||
- | #### 2.1.1 ITU-R 601介绍 | + | ##### 2.1.1 ITU-R 601介绍 |
1982年CCIR(International Radio Consultative Committee国际无线电咨询委员会)制定了彩色视频数字化标准,称为CCIR601标准,现改为ITU-R 601标准。该标准规定了彩色视频转换成数字图像时使用的采样频率,RGB和YCbCr两个彩色空间之间的转换关系等。 | 1982年CCIR(International Radio Consultative Committee国际无线电咨询委员会)制定了彩色视频数字化标准,称为CCIR601标准,现改为ITU-R 601标准。该标准规定了彩色视频转换成数字图像时使用的采样频率,RGB和YCbCr两个彩色空间之间的转换关系等。 | ||
为了便于国际间的节目交换,为消除数字设备之间的制式差别,以及为了 625行电视系统(PAL)与 525行电视系统(NTSC)之间兼容,向着数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出,在 1982年2月国际无线电咨询委员会(CCIR)第15次全会上,通过了601号建议,确定以分量编码为基础,即以亮度分量Y和两个色差分量R-Y、B-Y为基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准,601号建议单独规定了电视演播室的编码标准。该标准规定: | 为了便于国际间的节目交换,为消除数字设备之间的制式差别,以及为了 625行电视系统(PAL)与 525行电视系统(NTSC)之间兼容,向着数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出,在 1982年2月国际无线电咨询委员会(CCIR)第15次全会上,通过了601号建议,确定以分量编码为基础,即以亮度分量Y和两个色差分量R-Y、B-Y为基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准,601号建议单独规定了电视演播室的编码标准。该标准规定: | ||
行 31: | 行 31: | ||
➢ 进一步明确了模拟与数字行的对应关系,并规定从数字有效行末尾至基准时间样点的间隔,对 525行、60场/秒制式(NTSC)来说为16个样点,对625行、50场/秒制式(PAL)则为12 个样点。不论625行/50场或525行/60场,其数字有效行的亮度样点数都是720,色差信号的样点数均是360,这是为了便于制式转换。若亮度样点数被2除,就得到色差信号的数据。 | ➢ 进一步明确了模拟与数字行的对应关系,并规定从数字有效行末尾至基准时间样点的间隔,对 525行、60场/秒制式(NTSC)来说为16个样点,对625行、50场/秒制式(PAL)则为12 个样点。不论625行/50场或525行/60场,其数字有效行的亮度样点数都是720,色差信号的样点数均是360,这是为了便于制式转换。若亮度样点数被2除,就得到色差信号的数据。 | ||
- | #### 2.2.2 采样频率 | + | ##### 2.2.2 采样频率 |
为了保证信号的同步,采样频率必须是电视信号行频的倍数。CCIR为NTSC、PAL和SECAM制式制定的共同的电视图像采样标准: | 为了保证信号的同步,采样频率必须是电视信号行频的倍数。CCIR为NTSC、PAL和SECAM制式制定的共同的电视图像采样标准: | ||
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行 39: | 行 39: | ||
这个采样频率正好是PAL、SECAM制行频的864倍,NTSC制行频的858倍,可以保证采样时采样时钟与行同步信号同步。对于4:2:2的采样格式,亮度信号用13.5MHz频率采样,两个色差信号分别用fs/2=6.75MHz的频率采样。除了标准的4:2:2格式之外,还有将色差信号的抽样频率取为3.375MHz的较低标准的4:1:1和4:2:0格式。另外还有为适合更高图像质量要求而将色差信号抽样频率取为13.5MHz的更高标准的4:4:4格式。 | 这个采样频率正好是PAL、SECAM制行频的864倍,NTSC制行频的858倍,可以保证采样时采样时钟与行同步信号同步。对于4:2:2的采样格式,亮度信号用13.5MHz频率采样,两个色差信号分别用fs/2=6.75MHz的频率采样。除了标准的4:2:2格式之外,还有将色差信号的抽样频率取为3.375MHz的较低标准的4:1:1和4:2:0格式。另外还有为适合更高图像质量要求而将色差信号抽样频率取为13.5MHz的更高标准的4:4:4格式。 | ||
- | #### 2.2.3 分辨率 | + | ##### 2.2.3 分辨率 |
根据采样频率,可算出对于PAL和SECAM制式,每一扫描行采样864个样本点;对于NTSC制则是858个样本点。由于电视信号中每一行都包括一定的同步信号和回扫信号,故有效的图像信号样本点并没有那么多,CCIR 601规定对所有的制式,其每一行的有效样本点数为720点。不同的制式其每帧的有效行数不同,PAL和SECAM制为576行,NTSC制为484行。 | 根据采样频率,可算出对于PAL和SECAM制式,每一扫描行采样864个样本点;对于NTSC制则是858个样本点。由于电视信号中每一行都包括一定的同步信号和回扫信号,故有效的图像信号样本点并没有那么多,CCIR 601规定对所有的制式,其每一行的有效样本点数为720点。不同的制式其每帧的有效行数不同,PAL和SECAM制为576行,NTSC制为484行。 | ||
- | #### 2.2.4 数据比特率 | + | ##### 2.2.4 数据比特率 |
CCIR 601规定,每个样本点都按8位数字化,也即有256个等级。但实际上亮度信号占220级,色度信号占225级,其它位作同步、编码等控制用。如果按fs的采样率4:2:2的格式采样,则数字视频的数据比特率为: | CCIR 601规定,每个样本点都按8位数字化,也即有256个等级。但实际上亮度信号占220级,色度信号占225级,其它位作同步、编码等控制用。如果按fs的采样率4:2:2的格式采样,则数字视频的数据比特率为: | ||
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- | #### 2.2.5 ITU-R BT.601与ITU-R BT.656的区别 | + | ##### 2.2.5 ITU-R BT.601与ITU-R BT.656的区别 |
ITU-R BT.601是16位数据传输,Y、U、V信号同时传输。ITU-R BT.656是YUV串行传输,不需要同步信号,8位数据传输,传输速率是601的2倍,先传Y,后传UV。656输出的是串行数据,行场同步信号嵌入在数据流中,也即是嵌入到图3所示的AV信号内,通过分析AV8bit数据可以得到行场同步信号;而601是并行数据,行场同步有单独输出。具体如图 19-3所示。其中行起始、结束的标准位为:FF 00 00 XX,根据该标准可以检出行同步。 | ITU-R BT.601是16位数据传输,Y、U、V信号同时传输。ITU-R BT.656是YUV串行传输,不需要同步信号,8位数据传输,传输速率是601的2倍,先传Y,后传UV。656输出的是串行数据,行场同步信号嵌入在数据流中,也即是嵌入到图3所示的AV信号内,通过分析AV8bit数据可以得到行场同步信号;而601是并行数据,行场同步有单独输出。具体如图 19-3所示。其中行起始、结束的标准位为:FF 00 00 XX,根据该标准可以检出行同步。 | ||
{{ :图19-3.jpg |图19-3 ITU-R 601和ITU-R 656之间的区别}} | {{ :图19-3.jpg |图19-3 ITU-R 601和ITU-R 656之间的区别}} | ||
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- | #### 2.2.6 将视频信号从隔行扫描转为逐行扫描 | + | ##### 2.2.6 将视频信号从隔行扫描转为逐行扫描 |
隔行扫描就是每一帧被分割为两场,每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行,通常是先扫描奇数行得到第一场,然后扫描偶数行得到第二场。由于视觉暂留效应,人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。模拟数字电视信号均是隔行扫描信号,而目前大部分VGA显示器均使用的是逐行扫描,而在本实验中需要在VGA显示数字化后的模拟电视信号,所以需要将电视信号从隔行转换为逐行扫描。具体转换算法有很多种,在不同场合适应不同算法,在此采用了一种最简单的隔行转为逐行的算法:就是通过简单的重复每一行,每一场扩大为完整的一帧。 | 隔行扫描就是每一帧被分割为两场,每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行,通常是先扫描奇数行得到第一场,然后扫描偶数行得到第二场。由于视觉暂留效应,人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。模拟数字电视信号均是隔行扫描信号,而目前大部分VGA显示器均使用的是逐行扫描,而在本实验中需要在VGA显示数字化后的模拟电视信号,所以需要将电视信号从隔行转换为逐行扫描。具体转换算法有很多种,在不同场合适应不同算法,在此采用了一种最简单的隔行转为逐行的算法:就是通过简单的重复每一行,每一场扩大为完整的一帧。 | ||
- | #### 2.2.7 ADV7181简介 | + | ##### 2.2.7 ADV7181简介 |
ADV7181是美国ADI公司生产的一款低功耗的多功能数字视频解码芯片。它可以自动检测 NTSC、 PAL和 SECAM等标准的复合电视信号并将其转换为 16位或 8位的 IT U-R BT.656 YUV 4:2:2的视频数据输出格式。 | ADV7181是美国ADI公司生产的一款低功耗的多功能数字视频解码芯片。它可以自动检测 NTSC、 PAL和 SECAM等标准的复合电视信号并将其转换为 16位或 8位的 IT U-R BT.656 YUV 4:2:2的视频数据输出格式。 | ||
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### 3. 程序设计 | ### 3. 程序设计 | ||
+ | #### 3.1 总体架构 | ||
+ | 整个程序由6个模块组成(图 19-5):\\ | ||
+ | 1. TE3_DVD2VGA是顶层模块,将各子模块实例化并连接各模块。\\ | ||
+ | 2. I2C_AV_Config模块负责配置ADV7181。\\ | ||
+ | 3. TV_to_VGA模块生成VGA所需的场合同步信号。\\ | ||
+ | 4. itu_r656_decoder模块根据ITU-R 656标准解码ADV7181给出的数据流,并将隔行扫描的信号转为逐行扫描的信号。\\ | ||
+ | 5. dul_port_c1024利用FPGA内部的双口RAM将一行信号重复转为两行信号。\\ | ||
+ | 6. YCbCr2RGB模块将YCbCr色度空间的数据转为RGB色度空间的数据。 | ||
+ | {{ :图19-5.png |图19-5 程序总体架构}} | ||
+ | <WRAP centeralign> | ||
+ | **图19-5 程序总体架构** | ||
+ | </WRAP> | ||
+ | |||
+ | #### 3.2 TE3_DVD2VGA模块(TE3_DVD2VGA.v) | ||
+ | TE3_DVD2VGA是顶层模块,主要是起连接作用,将各个模块连接起来,其接口如下所示: | ||
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+ | <code verilog> | ||
+ | |||
+ | input OSC_27; //27 MHz时钟接口 | ||
+ | input OSC_50; //50 MHz时钟接口 | ||
+ | input RESET; //全局复位信号 | ||
+ | inout I2C_SDAT; //I2C接口数据线 | ||
+ | output I2C_SCLK; //I2C接口时钟线 | ||
+ | output VGA_CLK; //VGA接口时钟信号 | ||
+ | output VGA_HS; //VGA接口行同步信号 | ||
+ | output VGA_VS; //VGA接口场同步信号 | ||
+ | output VGA_BLANK; //VGA接口场消隐信号 | ||
+ | output VGA_SYNC; //VGA接口同步信号 | ||
+ | output [9:0] VGA_R; //VGA Red[9:0] | ||
+ | output [9:0] VGA_G; //VGA Green[9:0] | ||
+ | output [9:0] VGA_B; //VGA Blue[9:0] | ||
+ | input [7:0] TD_DATA; //TV Decoder的8bit数据信号 | ||
+ | input TD_HS; //TV Decoder行同步信号 | ||
+ | input TD_VS; //TV Decoder场同步信号 | ||
+ | output TD_RESET; //TV Decoder复位信号 | ||
+ | </code> | ||
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