基于CTV100平臺的DPTV系統的研究與實(shí)現
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關(guān)鍵詞:數字處理電視;嵌入式操作系統;狀態(tài)機;上變頻
DPTV ,即數字處理電視,它是在模擬廣播電視傳輸體制下,將接收到的模擬全電視信號進(jìn)行模數轉換,然后對數字信號進(jìn)行存儲、處理和傳輸,最后再經(jīng)過(guò)D/ A 轉換電路,重新轉換為模擬信號并顯示播出的彩色電視接收機。DPTV 與傳統模擬電視的最大區別在于:它將接收到的模擬全電視信號首先經(jīng)過(guò)電視機內部數字芯片的圖像、伴音全數字處理后才輸出顯示。因此,其整體性能與傳統的模擬電視相比有了大幅提高。本文介紹的系統為兩片方案,硬件電路設計簡(jiǎn)單;軟件系統采用分層設計及模塊化設計的思想,層次分明,結構合理;項目采用了專(zhuān)門(mén)針對嵌入式系統圖形界面開(kāi)發(fā)的PEG工具,使得本系統開(kāi)發(fā)的菜單和游戲具有較好的視覺(jué)效果，對于DPTV電視是一個(gè)很好的解決方案。
硬件平臺的構建
總體設計框圖及硬件平臺
總體設計框圖如圖1所示。STV2310是用于處理標準模擬信號,并將其轉換成數字信號輸出的高品質(zhì)視頻處理前端芯片。它能夠處理的信號包括NTSC/PAL/SECAM制式的CVBS電視信號,以及模擬的RGB和YCrCb信號。
圖1 總體設計框圖
STV3500是專(zhuān)用于100Hz TV解決方案的一款低成本、高集成度處理器芯片,可給予STV2310以有力支持。其內部包括行、場(chǎng)倍頻器,可控制機內各外設的接口和一個(gè)32位ST20系列CPU內核,以及可顯示文字與圖片的內部OSD生成器,可以接收復合標準視頻解碼芯片(STV2310)傳輸的符合ITU2RBT.601/656標準的視頻流。
顯示處理模塊由STV9211和STV9118兩芯片共同組成。STV9211用于將STV3500輸出的RGB信號進(jìn)行預放大處理并提供對亮度、對比度、驅動(dòng)電平及黑電平的調節功能。STV9118用于實(shí)現所有與行場(chǎng)偏轉相關(guān)的功能。這些功能都通過(guò)設置相關(guān)寄存器的值實(shí)現。輸入信號切換模塊由CD4052芯片組成,它主要完成各種視頻輸入信號之間的切換。
系統工作流程
整個(gè)DPTV系統大致分為三個(gè)部分,即底板部分、數字板部分和顯示部分。其中底板部分和顯示部分是與傳統模擬電視相同的,而系統的數字板部分是傳統模擬電視所不具備的,是整個(gè)系統中最關(guān)鍵的部分。
經(jīng)底板部分調諧器(tuner)模塊對高頻信號的調諧選擇,電視信號被送入電視接收機?；祛l后,中頻的電視信號被送入中頻處理芯片進(jìn)行處理,從中提取出的全電視信號和音頻信號被分別送入各自的解碼芯片中進(jìn)行處理。全電視信號被傳送到數字板上的STV2310中。A/D轉換模塊STV2310接收來(lái)自電視機底板的各種模擬電視信號,在將其轉換為數字信號后,送入STV2310的亮色分離模塊,由于STV2310采用的數字梳狀濾波器性能遠優(yōu)于傳統模擬電視的模擬亮色分離模塊,亮、色信號間的串擾可獲得最大限度的降低,使得圖像的質(zhì)量極大改善。之后,亮度、色度信號被分別處理后重新組合并按4∶2∶2YCrCb的格式輸出。其輸出將被送入中央處理器芯片STV3500。
在STV3500中,輸入的視頻數據流首先被轉換成需要的顯示格式。上變頻技術(shù)是采取場(chǎng)頻加倍(50Hz增加到100Hz)的方式改善傳統模擬電視由于場(chǎng)頻較低而引起的大面積閃爍,使圖像更為穩定、流暢。此芯片可根據上變換的模式,產(chǎn)生出正確的視頻顯示序列。在經(jīng)過(guò)芯片內各圖像增強技術(shù)的處理后,電視菜單、光標和背景將被疊加到電視圖像上,最后,此疊加信號將被送至連接于STV3500之后的視頻顯示模塊。在視頻顯示模塊中對圖像的顯示效果進(jìn)行一些必要的處理后,圖像將以RGB格式送入DPTV系統的顯示部分顯示。
軟件系統的實(shí)現
軟件架構
本項目軟件系統采用層次化結構設計,整個(gè)系統可以劃分為四個(gè)層次,即系統層、驅動(dòng)層、服務(wù)層、以及應用層。采用這種結構,使得整個(gè)系統具有較高的靈活性,易于移植,便于理解和開(kāi)發(fā)。
1)系統層。用來(lái)為其他三層提供操作系統功能接口。本系統采用了OS20實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統,該操作系統提供了操作系統抽象層(OSAL),使其它各層能夠完全獨立于操作系統。
2)驅動(dòng)層。直接與硬件打交道的一層,本層采用模塊化的設計思想,不同的芯片或芯片功能被劃分為不同的模塊,每個(gè)驅動(dòng)層模塊為上層訪(fǎng)問(wèn)該芯片或芯片功能提供接口。
3)服務(wù)層。位于驅動(dòng)層之上,該層整合驅動(dòng)層模塊功能,為其上層應用層提供接口。
4)應用層。是整個(gè)軟件系統的核心部分,用戶(hù)菜單就是在這一層生成的,同時(shí),整個(gè)軟件系統的管理也在這一層實(shí)現。
軟件流程
程序流程圖如圖2所示。
圖2DPTV的軟件流程圖
在操作系統內核初始化完成之后,中斷、句柄、信號量等系統必備要素也接著(zhù)被初始化,這時(shí)整個(gè)操作系統就完全運行起來(lái)了。隨后,系統會(huì )創(chuàng )建其主任務(wù),其他所有分任務(wù)都是在這個(gè)主任務(wù)中被創(chuàng )建的。在完成各個(gè)驅動(dòng)層模塊、服務(wù)層模塊的初始化之后,根據系統模塊的劃分,操作系統會(huì )創(chuàng )建多個(gè)分任務(wù),以后針對不同模塊的控制都由這些模塊對應的任務(wù)進(jìn)行。之后,主任務(wù)就進(jìn)入無(wú)限循環(huán)等待外部消息的到來(lái),負責管理OSD菜單的Peg任務(wù)也進(jìn)入無(wú)限循環(huán)等待外部消息觸發(fā)。其中運用了狀態(tài)機這一機制來(lái)實(shí)現對大量不同消息的處理。當用戶(hù)需要關(guān)閉電視時(shí),操作系統首先將各個(gè)分任務(wù)刪除,釋放信號量、句柄等資源并結束主任務(wù),此時(shí),系統只運行操作系統最基本的功能以等待用戶(hù)再一次激活整個(gè)系統。
狀態(tài)機機制是整個(gè)軟件系統的核心。當用戶(hù)按下遙控器或機身前面板按鍵時(shí),消息被送入循環(huán)等待消息的主狀態(tài)機。主狀態(tài)機分析處理消息,并通過(guò)驅動(dòng)層模塊對底層相應芯片進(jìn)行操作以按用戶(hù)要求改變電視機狀態(tài),同時(shí)通過(guò)ap_mmi_KeyStrike()函數向用戶(hù)界面層中的Peg任務(wù)傳遞消息,請求菜單改變。Peg狀態(tài)機接受處理來(lái)自主狀態(tài)機的消息并按照要求改變用戶(hù)界面,如果有需要,Peg狀態(tài)機還可以通過(guò)回調函數ap_cmd_PegCallBack()向底層請求執行硬件操作。
系統性能分析
與傳統模擬電視及其他DPTV相比,本系統采用了多項獨有技術(shù),使得電視畫(huà)面的質(zhì)量得到了顯著(zhù)改善。本系統的主要特點(diǎn)包括:
1)STV3500內嵌的32bit100MHzCPU.這樣大大提高了系統的數據處理能力,為系統提供高質(zhì)量的畫(huà)面質(zhì)量提供了保證。
2)獨有的上變頻算法。該算法提供了多種模式(AA*B*B、ABAB、Proscan場(chǎng)合并或內插模式)的上變換以適應不同的應用場(chǎng)合和輸入信號類(lèi)型。根據信號來(lái)源,CPU會(huì )自動(dòng)選擇優(yōu)化的倍頻模式處理數據。
3)特有的OSD生成器以及圖像合成器。用于各圖層的疊加,內嵌的2D加速引擎可加快圖像的顯示速度;支持256色顯示,支持256級透明度設置,使系統的菜單和游戲色彩搭配更加豐富。
4)圖像增強模塊。在STV3500內部,通過(guò)各種數字域處理技術(shù)改善圖像質(zhì)量。這些技術(shù)主要包括:色度順態(tài)增強,3D瞬時(shí)降噪,運動(dòng)估計,對比度增強等。
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