第5期 王杨等：改进型多制式兼容数字视频编码器 563 了比较，对芯片测试结果进行了分析。 同制式进行不同的编码处理。另外，由于PAL/M制 式是PAL与NTSC的混合体，它有NTSC所要求 2编码器硬件结构 的525行，又有PAL的逐行倒相的特点，所以可将 其通过对不同模块的组合，达到三大制式兼容的要 数字视频编码器的工作原理就是将符合视频标 求。正是采用这种分模块复用的设计，在很大程度上 准(ITU-R601]&ITU-R656s)格式的数字码流转 降低了本芯片的硬件开销。在最后实现的多制式 换成模拟视频信号标准(ITU-R470])的全电视信 ASIC芯片中，多制式控制模块为4500门，而在早 号。 期的单制式芯片里，这部分至少也需要3000门。 本设计采用三级流水线结构，其系统框图如图 2.2数字滤波器的设计 1所示，分别为多制式控制级(timing),数字滤波级 为了满足不同制式下对滤波器的不同要求)， (FIR filters)和调制级(modulate),多制式控制级根 本文提出了一种系数可配置的数字滤波器结构，它 据预先选定的制式标准，提取数字视频码流信号中 由一组滤波器来完成不同制式对波形的滤波要求。 行与场的信息，同时，将亮度和色度信息进行分离， 同其它芯片126]比较，它采用的固定系数滤波器具 以供后级处理，并根据模拟电视信号标准，加上行同 有更大的实用范围。它的亮度信号滤波器有7组系 步头和色载波信号。数字滤波级则根据视频标准，滤 数可选，色度信号滤波器有4组系数可选，具体参数 除频带外的高频部分，并对信号的幅值进行调整，以 特性可参见ITU-4703)。考虑到人眼对色彩突变较 满足不同制式对视频信号幅度的要求。调制级则将 敏感，本文采用低通有限冲击响应(FIR)滤波器，去 分离的色度信号进行调制，在加上亮度信号后，最后 除信号中高频部分，减少了人眼对色彩跳变的突兀 得到全电视信号。 感6) 亮度信号的FIR滤波器使用的结构采用了乘 法器的复用，节省了近一半的乘法器。由于多种系数 的滤波器是复用的，所以滤波器的阶数由其中要求 最高的那一组系数决定。另外，由于外接A/D转换 Cr.Cb@6.75MHz Fy227MHz 器，有sinc效应，需将信号做反sinc处理。对反sinc 滤波器只进行系数调整，它可与亮度信号滤波器合 CLOCK@27MHz 并在一起，减少了亮度信号最后输出所需的反sinc 72g FIR Filters 滤波器。其示意框图如图2所示。 图1数字视频编码器系统框图 m四四团四m回2回 考虑到实用性，芯片中还加了串行接口模块 (I2C interface)和色彩条发生模块(CG),采用IC协 议对芯片工作模式进行配置，可减少芯片的外围接 口。而色彩条发生模块可以产生标准的彩条数字视 经0⊙ 频码流信号，供芯片测试用，它还可以对外提供标准 D 的行和场同步信号。 2.1多制式控制模块的复用设计 图2亮度信号滤波器结构框图 以往的多制式控制模块3实质上为三套独立 色度信号滤波器除了滤除高频信号外，还要将 控制处理模块，分别满足PAL、NTSC和PAL/M 色度信号由原来的6.75MHz提升到27MHz采样 标准的要求。从ITU-R656规定的数字视频信号参 频率。直接进行4倍升采样，这对滤波器要求较高， 数分析可以看出，无论是PAL还是NTSC制式，它 因此可以采用2级升采样，每级提升2倍。对于第一 们在每一行显示的有效数据点数均为720点。另外， 级的色度信号滤波器，可以简化要求，其结构框图如 PAL/NTSC/PALM其实只是在场同步的时间和 图3所示。第二级滤波器由于信号已经过了第一级 长短上有细微的区别，而对于显示有效行，其波形大 滤波器，因而其过渡带加宽，可以使用较少阶数的滤 体结构是一致的。因此，只需在场同步的行中，对不 波器来实现。 万方数搭第 5期 王 杨等:改进型多制式兼容数字视频编码器 了比较，对芯片测试结果进行了分析。 2 编码器硬件结构 数字视频编码器的工作原理就是将符合视频标 准(ITU-R601[41 & ITU-R656"')格式的数字码流转 换成模拟视频信号标准(ITU-R470E'])的全电视信 号。 本设计采用三级流水线结构，其系统框图如图 1所示，分别为多制式控制级(timing)，数字滤波级 (FIR filters)和调制级(modulate)。多制式控制级根 据预先选定的制式标准，提取数字视频码流信号中 行与场的信息，同时，将亮度和色度信息进行分离， 以供后级处理，并根据模拟电视信号标准，加上行同 步头和色载波信号。数字滤波级则根据视频标准，滤 除频带外的高频部分，并对信号的幅值进行调整，以 满足不同制式对视频信号幅度的要求。调制级则将 分离的色度信号进行调制，在加上亮度信号后，最后 得到全电视信号。 同制式进行不同的编码处理。另外，由于PAL/M制 式是 PAL与 NTSC的混合体，它有 NTSC所要求 的525行，又有PAL的逐行倒相的特点，所以可将 其通过对不同模块的组合，达到三大制式兼容的要 求。正是采用这种分模块复用的设计，在很大程度上 降低了本芯片的硬件开销。在最后实现的多制式 ASIC芯片中，多制式控制模块为 4 500门，而在早 期的单制式芯片里，这部分至少也需要3 000门。 2.2 数字滤波器的设计 为了满足不同制式下对滤波器的不同要求川， 本文提出了一种系数可配置的数字滤波器结构，它 由一组滤波器来完成不同制式对波形的滤波要求。 同其它芯片[Ci.2.b〕比较，它采用的固定系数滤波器具 有更大的实用范围。它的亮度信号滤波器有 7组系 数可选，色度信号滤波器有 4组系数可选，具体参数 特性可参见ITU-470EII。考虑到人眼对色彩突变较 敏感，本文采用低通有限冲击响应(FIR)滤波器，去 除信号中高频部分，减少了人眼对色彩跳变的突兀 感〔61。 亮度信号的FIR滤波器使用的结构采用了乘 法器的复用，节省了近一半的乘法器。由于多种系数 的滤波器是复用的，所以滤波器的阶数由其中要求 最高的那一组系数决定。另外，由于外接 A/D转换 器，有sine效应，需将信号做反sin。处理。对反sine 滤波器只进行系数调整，它可与亮度信号滤波器合 并在一起，减少了亮度信号最后输出所需的反 sine 滤波器。其示意框图如图2所示。 L u m 姗 c h l o m I'C lmedue t__--' gynch8ro Timng 'i Inter即liters LPF i1u9 0 -1I . 0 :TUPoRs6er3 TURbS jrY1v 0D c toSIN. " ”izer 恶瓢 一怪 {l 图 1 数字视频编码器系统框图 考虑到实用性，芯片中还加了串行接口模块 (IZCinterface)和色彩条发生模块(CG)。采用IZC协 议对芯片工作模式进行配置，可减少芯片的外围接 口。而色彩条发生模块可以产生标准的彩条数字视 频码流信号，供芯片测试用，它还可以对外提供标准 的行和场同步信号。 2.1 多制式控制模块的复用设计 以往的多制式控制模块[3.4〕实质上为三套独立 控制处理模块，分别满足PAL、NTSC和PAL/M 标准的要求。从ITU-R656规定的数字视频信号参 数分析可以看出，无论是PAL还是NTSC制式，它 们在每一行显示的有效数据点数均为720点。另外， PAL/NTSC/PAL M 其实只是在场同步的时间和 长短上有细微的区别，而对于显示有效行，其波形大 体结构是一致的。因此，只需在场同步的行中，对不 图 2 亮度信号滤波器结构框图 色度信号滤波器除了滤除高频信号外，还要将 色度信号由原来的6.75 MHz提升到27 MHz采样 频率。直接进行 4倍升采样，这对滤波器要求较高， 因此可以采用2级升采样，每级提升2倍。对于第一 级的色度信号滤波器，可以简化要求，其结构框图如 图3所示。第二级滤波器由于信号已经过了第一级 滤波器，因而其过渡带加宽，可以使用较少阶数的滤 波器来实现。 万方数据