數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中PLD技術(shù)的應(yīng)用探討

摘 要：隨著科技的快速發(fā)展，數(shù)字視頻顯示屏更加先進(jìn)，其作為大型二極管點(diǎn)陣現(xiàn)實(shí)設(shè)備，主要為計(jì)算機(jī)輸出視頻數(shù)據(jù)提供信號(hào)。由于計(jì)算機(jī)的視頻信號(hào)傳輸速度比較快，電路比較復(fù)雜，需要存儲(chǔ)大量的信息數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)的單片機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)數(shù)字視頻信號(hào)處理的需求，所以只有利用PLD技術(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字邏輯的集成電路，利用編輯來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻信號(hào)處理功能。本文對(duì)PLD芯片技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并提出了PLD技術(shù)在數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用方式。

關(guān)鍵詞：數(shù)字視頻；信號(hào)；PLD技術(shù)；編程

在傳統(tǒng)的數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中，主要利用電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)處理系統(tǒng)的功能，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，這種集成電路已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)字視頻的要求，必須借助PLD技術(shù)的邏輯功能，通過(guò)可編程邏輯器件來(lái)作為處理系統(tǒng)的載體，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻信號(hào)處理工作。在PLD技術(shù)環(huán)境下，只需要利用變成就能夠達(dá)到電子系統(tǒng)功能。而且運(yùn)用PLD處理數(shù)字信號(hào)能夠存儲(chǔ)大量的信息，數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)乃俣雀?，能夠連續(xù)模擬真實(shí)世界的視頻和音頻信號(hào)，同時(shí)可以自動(dòng)過(guò)濾信號(hào)波。以數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)為應(yīng)用平臺(tái)，合理運(yùn)用PLD技術(shù)，能夠提高視頻圖像的質(zhì)量，促進(jìn)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活、安全，同時(shí)提高了系統(tǒng)的工作效率。因此，本文基于PLD技術(shù)的特征和優(yōu)勢(shì)，對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中PLD技術(shù)的應(yīng)用可行性進(jìn)行了綜合論述。

1 PLD的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)描述

數(shù)字邏輯器件包含了邏輯門(mén)、觸發(fā)器以及譯碼器等幾種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，而數(shù)字邏輯的軟件配置又分為單片機(jī)器件、專(zhuān)用集成電路ASIC，其中專(zhuān)用集成電路可以分為各種定制器件以及可編輯邏輯器件，也就是我們所說(shuō)的PLD。PLD結(jié)構(gòu)為在數(shù)據(jù)輸入進(jìn)來(lái)之后，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入到控制電路，然后在“與”、“或”陣列中處理數(shù)據(jù)，最后通過(guò)輸出控制電路來(lái)輸出數(shù)據(jù)。而PLD一般分為這樣幾大種類(lèi)，其中根據(jù)PLD的集成密度、可編輯性以及制造工藝分為：EDA、CPLD和FPGA技術(shù)，下面進(jìn)行具體分析：

1.1 EDA技術(shù)

EDA技術(shù)主要指的是依托于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，來(lái)應(yīng)用各種電子信息技術(shù)和智能化處理技術(shù)，從而設(shè)計(jì)出自動(dòng)化電子產(chǎn)品。在PLD技術(shù)中運(yùn)用EDA工具起到至關(guān)重要的作用，而EDA的核心部分就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，提高計(jì)算機(jī)電路的自動(dòng)化程度。而我國(guó)對(duì)于EDA軟件性能的開(kāi)發(fā)程度比較低，只有不斷改進(jìn)和完善，才能提高EDA技術(shù)的性能。

1.2 CPLD技術(shù)

CPLD主要指的是比較復(fù)雜的可編程邏輯器件，這種邏輯器件規(guī)模比較龐大，而結(jié)構(gòu)層次非常復(fù)雜，能夠組成規(guī)模龐大的集成電路，需要用戶(hù)在實(shí)踐應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際需求來(lái)構(gòu)造數(shù)字集成電路，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)字集成電路的邏輯功能，在電子產(chǎn)品的組成部分中，CPLD器件是至關(guān)重要的。

1.3 FPGA技術(shù)

FPGA主要指的是現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，其主要運(yùn)用于專(zhuān)用集成電路領(lǐng)域中的半定制電路設(shè)計(jì)，而對(duì)于半定制電路能夠起到積極作用，不僅彌補(bǔ)了半定制電路的缺陷，而且提高了可編程器件門(mén)電路的運(yùn)作效率。

2 PLD技術(shù)在數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用方式

2.1 PLD技術(shù)在大屏幕顯示屏中的應(yīng)用

大屏幕顯示屏的結(jié)構(gòu)主要分為這幾個(gè)部分：視頻的信號(hào)源、信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分以及視頻顯示部分。其中視頻信號(hào)源主要運(yùn)用的是數(shù)字和模擬端口都具有的顯卡。在視頻信號(hào)源接口中，由模擬接口來(lái)為顯示器輸送信號(hào)源，然后通過(guò)數(shù)字接口來(lái)提供顯示屏需要的信號(hào)源。在信號(hào)源進(jìn)入信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分之和，首先對(duì)每幀的RGB 數(shù)據(jù)劃分區(qū)域，然后把這些視頻信號(hào)緩存處理起來(lái)，最后把RGB 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成脈寬調(diào)制信號(hào)，傳輸?shù)斤@示屏的屏幕上。視頻顯示部門(mén)主要指的是LED顯示屏，一般由LED材料組成，LED顯示屏的大小為10平方米左右。LED顯示屏的電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，主要是以幾塊LED顯示塊拼湊起來(lái)的。在LED顯示屏的背面主要由掃描電路構(gòu)成的。其中LED顯示塊由各種發(fā)光元單位排列起來(lái)的。由于各個(gè)發(fā)光元單位之間具有分離性，所以必須通過(guò)特定的數(shù)字驅(qū)動(dòng)方式才能控制發(fā)光元的發(fā)光工作。發(fā)光元的工作狀態(tài)也是被控制電路控制起來(lái)的。在LED顯示屏的控制電路中，不僅要控制各種數(shù)據(jù)信息的傳輸，而且要讓發(fā)光元信號(hào)在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)酱笃聊簧?。LED大屏幕的數(shù)據(jù)傳輸速度非?？?，其信號(hào)頻率可以達(dá)到921.6MHZ。

正是由于大屏幕顯示屏的工作頻率比較高，所以運(yùn)用常規(guī)電路無(wú)法滿(mǎn)足大屏幕顯示屏的工作要求，只有采用PLD技術(shù)才能滿(mǎn)足大屏幕顯示屏的工作效率，可以利用劃分傳輸以及并行傳輸?shù)姆绞絹?lái)組成電路。才能提高工作頻率。在設(shè)計(jì)LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)板輸出接口以及掃描電路時(shí)，可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用串行和并行的信號(hào)傳輸方式。這樣可以減少傳輸線(xiàn)的構(gòu)造，提高信號(hào)傳輸頻率，利用串行并行移位鎖存，然后對(duì)信號(hào)512區(qū)域和16行區(qū)域進(jìn)行掃描，確定掃描信號(hào)。

2.2 器件編程方式

PLD技術(shù)的功能主要體現(xiàn)在可編程邏輯器件上，在器件中裝入邏輯綜合后的熔絲圖文件就是對(duì)器件進(jìn)行編程。在數(shù)字視頻信號(hào)編程中主要采用的是串行讀入和串行讀出的編程方式，在熔絲圖文件中主要包含了幾十個(gè)K的字節(jié)文件，所以編程一般需要十幾秒的時(shí)間。當(dāng)印刷板上面的可編程邏輯器件增多后，那么就不能采用熔絲圖文件編程，能夠運(yùn)用菊花鏈編程方法。這樣可以大大節(jié)約印刷板上的空間，為印刷板提供更多的空間融入可編程邏輯器件，這樣才能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。菊花鏈編程方式一般運(yùn)用在空間邊角狹隘的印刷板上，而印刷板上具有很多可編程邏輯器件，在印刷板上進(jìn)行布局非常困難，只有通過(guò)菊花鏈編程才能提高印刷板的編程效果。如果印刷板的空間比較大，能夠接納多個(gè)可編程邏輯器件，那么就可以采用其它編程方式，如果一味地應(yīng)用菊花鏈編程，可能會(huì)給編程調(diào)試造成一些困難，無(wú)法找到編程中存在的問(wèn)題。

2.3 PLD技術(shù)在新型電子產(chǎn)品或樣機(jī)中的應(yīng)用

PLD技術(shù)是基于可編程邏輯器件構(gòu)成的，所以PLD技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)編程。目前，PLD技術(shù)一般運(yùn)用于新型電子產(chǎn)品或樣機(jī)開(kāi)發(fā)中，通過(guò)應(yīng)用PLD技術(shù)，能夠從整體上提高產(chǎn)品性能，使電子產(chǎn)品的功能更加齊全，有效縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，節(jié)約開(kāi)發(fā)資金，為電子企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

PLD可編程邏輯器件在大批量生產(chǎn)之后，能夠擴(kuò)大電子產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)電子企業(yè)利用PLD技術(shù)也能擴(kuò)大生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)模，PLD技術(shù)早就的低成本加上高質(zhì)量，能夠使電子產(chǎn)品更加先進(jìn)，滿(mǎn)足消費(fèi)者的消費(fèi)需要。在電視、游戲機(jī)以及電腦顯示屏中，可以通過(guò)在線(xiàn)可編輯技術(shù)不改變線(xiàn)路主板，而增加產(chǎn)品的功能，使產(chǎn)品的程序更加完善。

2.4 在輸入奇偶檢驗(yàn)電路和三態(tài)緩沖器中應(yīng)用PLD技術(shù)

輸入奇偶檢驗(yàn)電路主要擁有奇、偶檢驗(yàn)兩個(gè)輸出端口，可以對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶檢驗(yàn)，發(fā)送和接收信息非常方便，得出的奇偶檢驗(yàn)和更加精確。在奇偶檢驗(yàn)電路中應(yīng)用FPGA器件，能夠使復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，有利于提高奇偶檢驗(yàn)效率。三態(tài)緩沖器可以用來(lái)縮少信息傳輸線(xiàn)，在許多計(jì)算機(jī)數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中需要應(yīng)用大量的傳輸線(xiàn)路，然后把信號(hào)匯總到總線(xiàn)傳輸中，但是信息也是分為不同的時(shí)間段傳輸?shù)?。在三態(tài)緩沖器中應(yīng)用FPGA器件的總線(xiàn)，使總線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)，更加穩(wěn)定、方便。

3 總結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在大屏幕顯示屏、電子產(chǎn)品、樣機(jī)和奇偶檢驗(yàn)線(xiàn)路中應(yīng)用PLD技術(shù)，能夠提高編程效果，使數(shù)字視頻信號(hào)傳輸更加靈活、快捷。隨著科技的發(fā)展，PLD技術(shù)在數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用具有更加廣闊的發(fā)展空間，不僅可以用來(lái)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的集成電路，而且能夠使視頻傳輸?shù)膱D像更加清晰。

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作者簡(jiǎn)介

童建華（1957-），男，漢族，無(wú)錫，本科，教授，研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用（音頻設(shè)備技術(shù)，視頻設(shè)備技術(shù)）。