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轨道交通车载音视频系统设计

作　者: 曾雷
导　师: 赵宇红
学　校: 北方工业大学
专　业: 电路与系统
关键词: SDI FPGA IP模块 以太网 城市轨道交通
分类号: TN912.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,中国城镇化进程加快。为了缓解交通压力,各大城市纷纷提出轨道交通规划,再加上国家推出的庞大经济刺激计划,让中国的城市轨道交通建设进入一个全新的局面。轨道交通机车的车载音视频系统是整个机车系统的重要组成部分之一。随着轨道交通的发展,车载音视频系统中也不断的融入新技术,基于IP模块设计和具备网络通信能力,这是本系统设计的主要特点。首先,本文依次介绍音视频处理的基本知识,基于IP模块的FPGA设计方法和网络数据通信知识。然后对整个轨道交通乘客信息系统作了大致介绍,接着对车载音视频系统中的车载分屏器作重点研究,最后给出硬件测试和性能分析。车载分屏器的硬件架构中主要包括两个部分：SDI信号处理部分和网络通信部分。在SDI信号处理部分中,设计了一种基于FPGA的音视频数据解复用的IP模块,实现了IP模块替代ASIC。在网络通信部分,通过串口转网口模块实现将每个车载分屏器接入以太网,通过以太网可对每个车载分屏器实时监控。最后,对车载分屏器硬件进行实际测试,通过分析实测波形和眼图,对本系统设计进行验证。该系统完了最初设计要求,实现了各项功能,满足轨道交通车载音视频系统的要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
引言  8-11
  1.1 轨道交通车载音视频系统的特点与发展趋势  8-9
  1.2 以太网组网技术  9
  1.3 IP模块设计  9
  1.4 课题所做的工作和论文安排  9-11
2 音视频处理基本理论  11-16
  2.1 视频基本知识  11-12
    2.1.1 视觉暂留  11
    2.1.2 扫描标准  11-12
  2.2 复合视频信号  12
  2.3 分量视频信号  12-13
  2.4 数字音视频复用原理  13-16
3 基于IP核的FPGA设计和局域网组网技术  16-25
  3.1 FPGA技术  16-20
    3.1.1 FPGA概述  16-17
    3.1.2 FPGA结构  17-19
    3.1.3 FPGA开发流程  19-20
  3.2 IP核  20-21
  3.3 基于IP核的FPGA设计  21-22
  3.4 局域网组网技术  22-25
    3.4.1 局域网的定义和特性  22-23
    3.4.2 局域网的基本组成  23
    3.4.3 以太网工作原理  23-25
4 轨道交通车载音视频系统的总体架构设计  25-32
  4.1 城市轨道交通乘客信息系统总体架构  25-27
  4.2 车载音视频系统总体架构  27-28
  4.3 车头控制服务器内部架构  28-29
  4.4 车载分屏器内部架构  29-32
5 SDI信号处理子系统设计  32-46
  5.1 SDI信号均衡处理  32-39
    5.1.1 同轴电缆  32-33
    5.1.2 均衡的基本原理  33-35
    5.1.3 SDI信号均衡处理模块设计  35-39
  5.2 SDI信号去抖动和时钟恢复处理  39-44
    5.2.1 LVDS技术原理  39-41
    5.2.2 SDI信号去抖动和时钟恢复基本原理  41-42
    5.2.3 SDI去抖动和时钟恢复电路设计  42-44
  5.3 SDI信号驱动处理  44-45
  5.4 主从SDI信号输出选择处理  45-46
6 FPGA音视频处理子系统设计  46-52
  6.1 IP模块总体架构  46
  6.2 SDI数据流串并变换模块  46-47
  6.3 音频解嵌模块  47-49
  6.4 IIS总线输出模块  49-50
    6.4.1 IIS总线协议  49
    6.4.2 IIS总线输出模块  49-50
  6.5 IP模块时序仿真验证  50-52
7 音视频数模转换子系统设计  52-57
  7.1 视频数模转换子系统设计  52-55
    7.1.1 视频A/D转换模块  52-53
    7.1.2 模拟视频信号滤波匹配网络  53-54
    7.1.3 模拟视频信号放大网络  54-55
  7.2 音频数模转换子系统设计  55-57
8 网络通信子系统设计  57-63
  8.1 MCU串口通信子模块  57-60
    8.1.1 MCU串口通信子模块硬件设计  57-59
    8.1.2 MCU串口通信子模块通信协议设计  59-60
  8.2 串口转网口模块  60-62
  8.3 网络通信子系统集成  62-63
9 硬件电路系统测试和性能分析  63-69
  9.1 测试平台和测试仪器  63-64
  9.2 SDI信号链路性能测试  64-67
    9.2.1 SDI信号波形测试  64-65
    9.2.2 SDI信号眼图测试  65-67
  9.3 音视频信号链路测试  67-69
    9.3.1 视频信号测试  67
    9.3.2 音频信号测试  67-69
结论  69-70
参考文献  70-72
在学研究成果  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 电声技术与设备
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