基于FPGA的數字電視信號發(fā)生器的設計與實(shí)現

　　電視信號的數字化使得數字電視設備越來(lái)越受到廣大電子消費者的青睞，如何選擇自己理想的數字電視產(chǎn)品，也成了消費者關(guān)心的問(wèn)題，評價(jià)、測試電視系統與設備運行的質(zhì)量狀況成為廣播電視行業(yè)所關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　而數字電視信號發(fā)生器能提供可視的測試圖像信號，直觀(guān)、快捷的測試方法，因此，數字電視信號發(fā)生器成為目前電子設計的熱門(mén)研究課題，他在數字電視節目制作播出、科研、生產(chǎn)以及售后服務(wù)過(guò)程中起著(zhù)不可或缺的作用。本文設計了一種基于FPGA的數字電視信號友生器，該信號發(fā)生器以一種單芯片多配置的方案，針對系統各部分功能特性和性能進(jìn)行選片沒(méi)計，并利用FPGA內部存儲資源來(lái)生成各種測試信號的圖像。

　　1.數字電視信號發(fā)生器的功能與原理

　　1.1 系統功能

　　數字電視信號發(fā)生系統的主要任務(wù)是產(chǎn)生符合SMPTE274M系統標準的18種數字信號測試圖像，YPbPr，RGB兩種視頻輸出接口符合ITU-R BT．1120-2／GY／T157-2000演播室高清晰度數字視頻信號接口標準。本系統的核心是圖像信號的編碼發(fā)生單元FPGA，采取單芯片多配置方案可使18種圖像信號方便地進(jìn)行配置與加密。人機界面由單片機控制，可快速地進(jìn)行圖像切換和格式轉換。在普通電源接入下，系統需生成支持SMPTE274M系統標準中的1080I 60 Hz，1080I 50 Hz，1080P 60 Hz、1080P 50 Hz四種標準格式的18種高清晰度電視通用測試圖像的數字輸出信號和模擬輸出信號，其標準測試信號的數碼發(fā)生內核基于FPGA平臺實(shí)現。在此基礎上，本系統提供了一個(gè)人工可控功能，即用戶(hù)可根據按鍵，對以上4種標準的18種測試圖案進(jìn)行切換控制?？紤]到輸出信號的實(shí)用性，輸出的模擬測試信號和數字測試信號都必須滿(mǎn)足相應的接口標準。為滿(mǎn)足以上約束條件，系統功能設計如圖1所示。

　　1.2信號產(chǎn)生的原理

　　數字電視也是彩色電視(只是信號的表示形式及信號的處理方法與模擬電視有所不同)，因此在考慮數字電視測試信號發(fā)生器包含哪些(測試信號)內容時(shí)，本文根據彩色電視的基本特點(diǎn)，首先應考慮包含一般彩色電視廣播測試圖的基本內容，例如觀(guān)察顯示設備掃描非線(xiàn)性失真和幾何失真的棋盤(pán)信號和圓信號，觀(guān)察圖像清晰度和分辨率的多波群或掃頻信號，觀(guān)察亮度非線(xiàn)性失真情況以及顯示器白平衡調整是否正確的灰度級(或階梯波)信號，觀(guān)察彩色重現是否正確的彩條信號等；另外還考慮增加了在視頻測量中最常用的2T脈沖信號、彩色多波群信號和彩色階梯波信號，以及更為直觀(guān)的斜波信號等，以便全面地觀(guān)察和評價(jià)彩色電視系統或設備的基本質(zhì)量。

　　以多波群測試信號為例，他包含了亮度多波群信號和色度多波群信號，信號在任何瞬間的值可用數字硬件中的數代表。對于亮度多波群信號，根據1125／50高清析度電視亮度信號采樣頻率(74.25 MHz)，為避免相位跳變，多波群測試信號各組應含整個(gè)采樣周期，其頻率自左向右各組正弦波的頻率(fs)可分別取4.125 MHz，6.187 5 MHz，7.425 MHz，10.6 MHz，14.85 MHz，18.56 MHz；對于色度多波群信號，根據數字電視色差信號采樣頻率(370 125 MHz)的要求，其頻率自左向右各組正弦波的頻率(fs)可分別取2.063 MHz，3.094 MHz，3.713 MHz，5.3 MHz，7.425 MHz，9.28 MHz；每組320個(gè)取樣點(diǎn)，其方程為：

　　2.數字電視信號發(fā)生器的FPGA設計

　　2.1 FPGA設計原理

　　FPGA是整個(gè)數字電視測試信號發(fā)生器系統的核心，各種測試信號編碼都在這一部分實(shí)現。本系統選用的FPGA是XILINX公司Vertex-E系列的XCV300E，開(kāi)發(fā)工具為XILINX公司的ISE 6.0，所有測試信號編碼均采用Vetilog硬件描述語(yǔ)言編程實(shí)現。FPGA設計原理如圖2所示。