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基于FPGA的多功能视频服务器设计与实现

作　者: 刘运锋
导　师: 于军
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 数字电视 MPEG-2 DVB 传输流视频服务器 FPGA
分类号: TP368.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 200次
引　用: 1次
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内容摘要

数字电视是采用数字信号广播图像和声音的电视系统,它在电视信号的获取、产生、处理、传输、接收和存储的各个环节中都采用数字信号或对数字信号进行处理。数字电视画面质量达到DVD水平,完全没有模拟电视的雪花、重影等现象。供用户选择的节目内容也将极大丰富。通过数字电视,用户将跨入个性电视、互动电视的时代。MPEG-2标准是国际上流行的音视频压缩标准。这个标准中只定义解码模型,因此编码端和数据处理过程有很大的自由度,只要能够被MPEG-2解码器所解码就符合要求。本文所介绍的设计能实现三种节目源的播出:卫星节目、本地硬盘存储节目和网络节目以及这三种节目源的混合复用播出。它同时可以在以太网和数字电视两个网络上运行。并能实现对转播卫星节目的覆盖插播,网络节目和本地节目的实时切换等业务。提供加扰播出服务,实现条件接受等增值服务。可以提供数字电视节目点播服务。提供了ASI输入节目的录制功能,实现卫星节目的延迟播出。本设计的核心部分采用FPGA和DSP,提高了电路设计的灵活性,缩短了产品的研发周期。本文中首先概述了数字电视的发展现状和研究进展,简单介绍了FPGA的基本概念和硬件描述语言的特点及FPGA的设计方法。然后论述了MPEG-2系统层协议和视频结构的部分内容。研究了MPEG-2编码时数据的复用过程,介绍了三个有关时间的重要概念:PCR、PTS和DTS,并研究了它们之间的关系。接着研究了多功能视频服务器在数字电视播出系统中的位置,及其所能实现的功能。提出了视频服务器的硬件电路结构。重点论述视频服务器中FPGA所完成的功能及其实现方法。提出了FPGA程序总体结构设计,根据数据传输通道分三部分:本地播出、卫星转播和节目录制。然后将整个FPGA系统拆分为不同的功能模块,逐个分析和研究:卫星接入和解复用模块、本地播出系统、复用系统、无缝拼接系统和PCR调整模块。最后讨论了系统的测试结果,并论述了本设计存在的优势和待改进的部分。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 数字电视技术的研究进展  9-12
  1.3 FPGA 与硬件描述语言  12-14
  1.4 本文内容安排  14-15
2 MPEG-2 标准系统层及视频序列结构研究  15-28
  2.1 MPEG-2 传输层分组结构  15-23
  2.2 时间标签及参考时钟  23-26
  2.3 视频序列结构  26-27
  2.4 小结  27-28
3 多功能视频服务器的硬件设计  28-33
  3.1 视频服务器所需完成的功能  28-30
  3.2 视频服务器板卡的硬件设计  30-32
  3.3 小结  32-33
4 FPGA 程序设计  33-67
  4.1 FPGA 程序总体结构设计  33-36
  4.2 卫星接入与解复用模块设计  36-40
  4.3 本地播出系统设计  40-43
  4.4 复用系统设计  43-50
  4.5 无缝拼接系统设计  50-60
  4.6 PCR 调整模块设计  60-66
  4.7 小结  66-67
5 系统测试结果及分析  67-74
  5.1 卫星节目转播测试结果  67-71
  5.2 本地节目播出测试结果  71-73
  5.3 中频射频输出测试结果  73-74
6 结束语  74-77
  6.1 本设计的优势  74-75
  6.2 本设计待改进的地方  75-76
  6.3 数字电视技术展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文  81-82
附录 2 播出卡 fpga 中寄存器的定义  82

基于FPGA的多功能视频服务器设计与实现

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