基于FPGA的數字電視信號發生器的設計與實現

　　電視信號的數字化使得數字電視設備越來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品，也成了消費者關心的問題，評價、測試電視系統與設備運行的質量狀況成為廣播電視行業所關注的熱點。

　　而數字電視信號發生器能提供可視的測試圖像信號，直觀、快捷的測試方法，因此，數字電視信號發生器成為目前電子設計的熱門研究課題，他在數字電視節目制作播出、科研、生產以及售后服務過程中起著不可或缺的作用。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行選片沒計，并利用FPGA內部存儲資源來生成各種測試信號的圖像。

　　1.數字電視信號發生器的功能與原理

　　1.1 系統功能

　　數字電視信號發生系統的主要任務是產生符合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行配置與加密。人機界面由單片機控制，可快速地進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生內核基于FPGA平臺實現。在此基礎上，本系統提供了一個人工可控功能，即用戶可根據按鍵，對以上4種標準的18種測試圖案進行切換控制?？紤]到輸出信號的實用性，輸出的模擬測試信號和數字測試信號都必須滿足相應的接口標準。為滿足以上約束條件，系統功能設計如圖1所示。

　　1.2信號產生的原理

　　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生器包含哪些(測試信號)內容時，本文根據彩色電視的基本特點，首先應考慮包含一般彩色電視廣播測試圖的基本內容，例如觀察顯示設備掃描非線性失真和幾何失真的棋盤信號和圓信號，觀察圖像清晰度和分辨率的多波群或掃頻信號，觀察亮度非線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，以及更為直觀的斜波信號等，以便全面地觀察和評價彩色電視系統或設備的基本質量。

　　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個取樣點，其方程為：

　　2.數字電視信號發生器的FPGA設計

　　2.1 FPGA設計原理

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