一种数字视频实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种数字视频实验装置及实验方法，该装置以ＦＰＧＡ为核心，配合其他专用集成电路ＡＤＣ、ＨＤＭＩ接收解码器、ＤＡＣ、ＭＣＵ及存储器等构成电路系统，通过编写不同的ＦＰＧＡ程序及ＭＣＵ程序而使数字视频图像处理器电路具备不同的功能，可实现不同的数字视频实验教学，有助于理解各种不同的数字视频国际标准ＶＥＳＡ、ＩＴＵＴ及ＣＣＩＲ等。本发明专利技术填补了国内本领域的空白，有利于数字视频专业人才的培养。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及教学设备
，特别是一种教学用数字视频实验装置及实验方 法。
技术介绍
千百万年以来，人类从自然界获取信息的方式是通过“五官”的感知，其中90%以 上是由眼睛看来获得的；但是直到19世纪末专利技术布劳恩管(CRT)以来，这种由眼睛获取的 信息不能记录和重现；信息的显示最终都是以模拟信号的方式被显示。进入20世纪，随着 电视广播媒体和计算机等媒体的出现和发展，信息采集、传送、处理和存储已向数字化方向 发展，为了获取更好的显示效果，数字化的显示终端成为诸多研究机构和企业关注的焦点， 各种新型的显示器件如雨后春笋般涌向市场。在众多的显示器中CRT仍然保持着霸主的 地位，而液晶显示器(LCD)则在自计算机出现之后以个人计算机、移动通信市场为中心获 得了迅速地发展，开创了今天的个人信息社会。也就是说，CRT构筑了大众媒体时代的现 代工业社会，LCD则构筑了个人媒体为主导的现代信息社会。21世纪的信息社会和市场已 进入到众所周知的多媒体时代，显示技术已不再局限于以前的布劳恩管(CRT)，液晶显示器 (IXD)、等离子体显示板(PDP)、数字光处理(DLP)、有机发光二极管(OLED)等多种新型的显 示技术和显示方式，伴随着信息通信媒体的发展与显示器的换代更新，数字化显示技术也 得到了快速的发展。记录和再现这些显示信息的电信号称为视频信号，CRT接收的是模拟信 号，所以我们原来的电视信号是模拟形式传输的；但是，新型的信息显示设备如LCD、PDP、 DLP、OLED等，接收和处理数字信号有更高的效率和更好的质量；因此以数字信号表示的视 频信息的方法(数字视频)应运而生；数字视频技术包括模数转换技术(ADC)、高速数字电 路设计技术、图像处理技术、数字编码和解调技术、电路系统设计技术等；但是模拟视频使 用了 100年，人才济济，城乡有无数的模拟电视机维修人才；数字视频的出现还不久，中国 大学里很少有相关的课程，更是少有相关的实验设备，而社会上对数字视频的人才需求很 大(有上千座电视台、上亿台数字电视机即将需要维护和修理)。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对数字视频实验教学难且缺少合适的实验平台的问题而提供 的一种装置及实验方法，该装置不仅解决了数字视频实验教学的实践平台问题，也为数字 视频工程师的训练提供了一种有效的手段，进而提高了工作效率。本专利技术的目的是这样实现的一种数字视频实验装置，特点是该装置包括一数字视频图像处理器，用于控制与数字视频计算；— OSD产生及图像叠加器，用于用户菜单与数字视频图像的叠加合成；一高速数据存储器及其高速数据存储控制器电路，连接到数字视频图像处理器， 用于存储输入数字视频数据幀、叠加图像数据幀和输出数字视频数据幀；一模数转换器(ADC)包含视频解码器，用于实现模拟视频信号向数字视频信号 (RGBHsVs或者YCbCr信号)的转换；一 HDMI信号接收解码器，把外部数字视频信号源(计算机或者数字电视机顶盒 等)输入的TMDS差分信号接收并解码成数字RGB信号或者YCbCr信号；一微处理器(MCU)，连接到数字视频图像处理器、数模转换器(ADC)及HDMI信号接 收解码器，根据外部输入触发信号产生信息交换信号；一 SD卡读写控制器，用于连接外部SD卡到数字视频图像处理器；一 SD卡，用于存储静态数字视频信号(如数码相机的照片或者捕获的动态视频图 像的数据帧)；一输出数字视频信号变换器，用于把数字视频图像处理器产生的数字视频信号编 码成外部显示设备所能识别的信号(LVDS或者TMDS等)；一 IXD显示屏，用于把数字视频图像处理器产生的数字视频信号转化为人眼可以 直接感知的信息；一信号观测器1，用于观察模拟视频信号和经过模数转换器(ADC)变换后的数字 视频信号；一信号观测器2，用于观察模拟TMDS差分信号及解码后的数字RGB信号或者 YCbCr信号；一信号观测器3，用于观察各种由数字视频图像处理器处理的数字视频信号及实 验过程中程序调试信号和状态的跟踪；一信号观测器4，用于观察经数字视频图像处理器处理后的数字视频信号；一信号观测器5，用于观察经输出数字视频信号变换器编码后的LVDS或者TMDS格 式的数字视频信号；一信号观测器6，用于观察高速数据存储器及其控制器电路和数字视频图像处理 器之间动态交换的数字视频信号；一信号观测器7，用于观察SD卡和数字视频图像处理器之间动态交换的数字视频信号；所述数字视频图像处理器、OSD产生及图像叠加器、SD卡读写控制器、输出数字视 频信号变换器通过编写程序装载于一片可编程器件(FPGA)之中。所述微处理器(MCU)通 过USB联接于一外部电脑(PC)。一种数字视频实验方法，该方法包括如下步骤a)选定外部视频信号源并连接到实验装置(具体器件)；b)微处理器(MCU)分别读取模数转换器(ADC)和HDMI信号接收解码器的状态寄 存器的值来判断输入的是模拟视频信号还是数字视频信号，并检测视频的格式，然后通过 I2C串行接口设置模数转换器(ADC)包含视频解码器和HDMI信号接收解码器做相应的处理 程序；c)数字视频图像处理 器接收模数转换器(ADC)包含视频解码器和HDMI信号接收 解码器输出的数字视频信号，并把数字视频信号送入高速数据存储器接口电路；d)数字视频图像处理器对高速数据存储器接口电路中存储的数字视频数据进行 放大、缩小、增强及去噪处理；e)数字视频图像处理器对高速数据存储器接口电路中存储的数字视频数据进行 亮度(亮度和对比度调整)和色度处理(色彩增强、色温变换、带宽拓展等)； f)0SD产生及图像叠加器产生小窗口数据或者从SD卡读取图片数据并把它们送 入到高速数据存储器接口电路中；g)数字视频图像处理器对高速数据存储控制器输出缓冲区中存储的视频数据送 到输出数字视频信号变换器；h)输出数字视频信号变换器把数字视频图像处理器处理过的数字视频信号转换 成LVDS或者TMDS格式信号；i)IXD显示屏接受LVDS格式数字视频信号，并显示人眼可识别的图像信息；j)依据实验内容的不同，实验者用示波器在信号观测器1、信号观测器2、信号观 测器3、信号观测器4、信号观测器5、信号观测器6及信号观测器7观测到不同的数字视频信号。本专利技术提供了一种数字视频实验学习的装置和实验方法，有利于数字视频人才的 培养；通过编写不同的FPGA程序而使数字视频图像处理器电路具备不同的功能，可实现不 同的数字视频实验。附图说明图1为本专利技术实验装置结构示意2为本专利技术实验装置中FPGA芯片结构框3为本专利技术实验装置使用流程4为本专利技术实验装置复合视频信号CVBS解码信号示意5为本专利技术实验装置CVBS信号解码过程中亮度色度滤波6为本专利技术实验装置ADC解码器框7为本专利技术实验装置CVBS解码实验过程图具体实施例方式参阅图1，本专利技术实验装置在进行具体数字视频时，外围连接PC机、数字视频信号 源或者模拟信号源及电源，构成一实验系统。PC机在系统中的作用是外界与数字视频实验装置的桥梁，透过PC机的USB接口发 送来的实验控制命令送到微处理器(MCU)，MCU译码后分送到实验装置中各功能电路(FPGA 及ADC和HDMI)等，并把各部分的状态返回到PC机，同时PC机也用于实验过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字视频实验装置，其特征在于该装置包括：一数字视频图像处理器，用于控制与数字视频计算；一ＯＳＤ产生及图像叠加器，用于用户菜单与数字视频图像的叠加合成；一高速数据存储器及其高速数据存储控制器电路，连接到数字视频图像处理器，用于存储输入数字视频数据帧、叠加图像数据帧和输出数字视频数据帧；一模数转换器ＡＤＣ，包含视频解码器，用于实现模拟视频信号向数字视频信号ＲＧＢＨｓＶｓ或者ＹＣｂＣｒ的转换；一ＨＤＭＩ信号接收解码器，把外部数字视频信号源输入的ＴＭＤＳ差分信号接收并解码成数字ＲＧＢ信号或者ＹＣｂＣｒ信号；一微处理器ＭＣＵ，连接到数字视频图像处理器、数模转换器ＡＤＣ及ＨＤＭＩ信号接收解码器，根据外部输入触发信号产生信息交换信号；一ＳＤ卡读写控制器，用于连接外部ＳＤ卡到数字视频图像处理器；一ＳＤ卡，用于存储静态数字视频信号；一输出数字视频信号变换器，用于把数字视频图像处理器产生的数字视频信号编码成外部显示设备所能识别的信号ＬＶＤＳ或者ＴＭＤＳ；一ＬＣＤ显示屏，用于把数字视频图像处理器产生的数字视频信号转化为人眼可以直接感知的信息；一信号观测器１，用于观察模拟视频信号和经过模数转换器ＡＤＣ变换后的数字视频信号；一信号观测器２，用于观察模拟ＴＭＤＳ差分信号及解码后的数字ＲＧＢ信号或者ＹＣｂＣｒ信号；一信号观测器３，用于观察各种由数字视频图像处理器处理的数字视频信号及实验过程中程序调试信号和状态的跟踪；一信号观测器４，用于观察经数字视频图像处理器处理后的数字视频信号；一信号观测器５，用于观察经输出数字视频信号变换器编码后的ＬＶＤＳ或者ＴＭＤＳ格式的数字视频信号；一信号观测器６，用于观察高速数据存储器和数字视频图像处理器之间动态交换的数字视频信号；一信号观测器７，用于观察ＳＤ卡和数字视频图像处理器之间动态交换的数字视频信号；所述数字视频图像处理器、ＯＳＤ产生及图像叠加器、ＳＤ卡读写控制器及输出数字视频信号变换器通过编写程序装载于一片可编程器件ＦＰＧＡ之中。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一清，张国庆，王淑仙，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]