标清数字电视机顶盒中图形引擎的设计与实现

摘要

在数字电视机顶盒的市场中，既存在广阔的前景又充满激烈的竞争，如何在这样的环境中，有效推出自己的产品，需要考虑许多因素。其中图形处理功能作为解决数字电视接收机和机顶盒发展初期图像质量较差的局限性和吸引用户的一个重要组成部分，日益受到开发商的重视。目前，国外生产的机顶盒芯片中很多都集成了2D/3D图形引擎，而国内还只是少部分产品集成了性能良好的图形引擎。为了在新一轮的市场竞争中迎头赶上，权衡时间、成本和功能因素，本文采用在机顶盒解码系统中集成二维图形引擎来完成图形处理功能的流行方案，研究设计二维图形引擎，这样既能满足标清数字电视(SDTV)的基本图形处理功能又能降低开发成本和缩短开发周期。 本文采用自项向下的ASIC(特定用途集成电路)设计方法，首先介绍了标清数字电视机顶盒图形引擎的整体结构与硬件实现，然后分析重点模块的设计与实现。针对颜色处理模块在图形引擎中的关键作用，论文对其作了重点分析，将它分成几个子模块分别介绍。该颜色处理模块能对RGB、YUV的多种格式数据进行格式化处理，并通过简化的硬件实现方式完成颜色空间的转换和图像子采样格式转换等。作为视频解码SoC(片上系统)芯片的一个功能IP，图形引擎还必须具备完整的接口模块以便于IP核复用，为此本文将其作为另一重点内容，分析并描述了AHB总线协议和接口模块的设计思路。本设计采用了Verilog硬件描述语言对颜色处理和总线接口这两个重点模块进行描述，并利用Modelsim、NC等EDA(电子设计自动化)软件，完成对局部模块和整体模块的代码编译和功能仿真。在论文的最后，介绍了本设计所用的验证平台，用于测试集成的图形引擎系统，通过数据流程分析的一些典型仿真波形说明了设计的正确性。该图形引擎具有硬件实现简单、低成本、高移植性、易修改等特点，能够作为完整的功能IP，为多种多媒体SoC芯片的图形处理器设计提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景

1.1.1我国数字电视机顶盒技术发展概况

1.1.2图形处理芯片的发展及其在数字电视机顶盒中的应用

1.1.3 SoC技术及AMBA总线在SoC系统中的发展现状

1.2数字电视图形引擎发展研究概况及课题来源

1.3研究意义

1.4本文工作及结构

第2章 图形引擎介绍

2.1图形引擎的整体结构

2.2图形处理模块介绍

2.2.1 DMA FIFO

2.2.2颜色处理模块

2.2.3 α预处理

2.2.4垂直滤波器

2.2.5水平滤波器

2.2.6静态图形混合器

2.2.7图形处理控制器

2.2.8总线接口模块

2.3图形混合模块介绍

2.3.1图形混合模块的结构

2.3.2 ITU-RBT656简介

2.4本章小结

第3章 颜色处理模块的设计与实现

3.1基本概念

3.1.1颜色空间介绍

3.1.2图像子采样介绍

3.2颜色处理模块的总体设计思路

3.3 RGB格式化处理器

3.3.1常见的RGB格式

3.3.2设计思路

3.3.3仿真结果

3.4 RGB到YCrCb颜色空间转换

3.4.1设计思路

3.4.2仿真结果

3.5 YUV格式化处理器

3.5.1设计思路

3.5.2仿真结果

3.6 4：2：2到4：4：4子采样格式转换

3.6.1设计思路

3.6.2仿真结果

3.7本章小结

第4章 AHB接口模块的设计与实现

4.1基于AMBA2.0 AHB的总线结构

4.1.1 SoC互连总线比较

4.1.2AMBA2.0AHB总线介绍

4.1.3基于AHB的BTV3000 SoC总线结构设计方案

4.2系统总线接口模块

4.2.1设计思路

4.2.2时序和动作

4.2.3仿真结果

4.3存储总线接口模块

4.3.1设计思路

4.3.2时序和动作

4.3.3仿真结果

4.4本章小结

第5章 测试平台及仿真结果

5.1 Seamless软硬件系统仿真平台介绍

5.2基于Seamless的图形引擎的软硬件协同验证

5.2.1硬件系统集成

5.2.2基于ARM的软件设计

5.3测试实例与仿真波形

5.3.1系统初始化配置寄存器测试

5.3.2图形引擎数据流程测试

5.3.3图形混合模块测试

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢