车载多媒体视音系统的设计与研究图文汇总.docx
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车载多媒体视音系统的设计与研究图文汇总
合肥工业大学
硕士学位论文
车载多媒体视音系统的设计与研究
姓名:
秦剑
申请学位级别:
硕士
专业:
检测技术与自动化装置
指导教师:
王建平;朱程辉
20050501
车载多媒体视音系统的设计与研究
摘要
本文主要讨论了一个车载多媒体视音系统的开发与设计。
该系统具有自主知识产权,集车载TV、RADIO、VCD、DVD、MP3、CCD、TFT屏和音响系统功能于一体,并且可以和GPS、GIS、MP3、摄像机、硬盘录像机直接连接使用。
采用32位多媒体芯片VirgineG2CPU,研制各个设备接口电路、通信接口电路、以及图像图形文字叠加显示电路。
基于EISCSTUDIO开发环境,研制中文提示和交互式操作软件、设备驱动接口软件、通信接口协议软件。
经设计、实验、改进。
研制出软/硬件功能齐全的车载多媒体视音系统。
实现了对车载视音设备输入/输出的连接整合和控制。
制造出装车实验的样机与车载音视设备连接实际系统。
系统稳定可靠、操作方便,性能价格比高,各工作状态界面美观、亮丽,屏幕上可实时显示颇具特色的画面、个性图标和操作提示图符。
关键词:
多媒体处理器视频叠加通用串行总线动态存储器
DesignandStudyofCar-Mounted
Audion—VisualSystem
AbstractMultimedia
ThisPapertakesthefocnsonthedevelopmentanddesignofacar-mountedmultimediaaudion.visualsystem。
Thesystemhasindependentintellectualpropertyright。
ItiScar-mountedTV、RADIO、VCD、DVD、MP3、CCD、TFTdisplayandaudiosystemallfunctionsroledintoone,moreovermayconnectwitllGPS、GIS、MP3、vidiconandharddiskrecorderdirectnessand
inteffacecircuit、communicationinterfacecircuit
image、graph
softwareuse。
T11esystemadopts32.bitmultimediachipVirgineG2CPU。
Eachdeviceandoverlapdisplaycircuitofandcharacteraredeveloped。
EISCSTUDIOInteractivefunctionSOftwarewithChinesesuggestion、devicedriveinterfaceandcommunicationinterfacesoftwarearedevisedin
developmentenvironment。
Throughdesign、experimentandimprovement,car-mountedmultimediaaudion.visualsystemofcompletesoftware/hardwarefunctionsiSdevised。
Itrealizesconnect.conformityandcontrolmentforinput/outputofcal"-mountedandion—visnaldevices。
Prototypeofnmachineloadingandtestingandcar-mountedaudion—visualdevicesactivesystem
costareproduced。
ThesystemiSsteady,operationiSconvenient,performanceratioishigh,operatingstateinterfaceisgood。
Goodpictures、
arepersonalityiconsdisplayedquickly。
Keywords:
MultimediaProcessor,VideoOverlap,UniversalSerialBus
DynamicMemory
合肥工业大学
本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。
答辩委员会签名:
(工作单位、职称)
拂更菇办丧籽敞颈:
膑拯刽屺逍辑蛾
易级t,
氆班己、,多r协也
懈啊血]、J
一,
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导师:
詹眵≯畴,柔爱
函l盔孜I
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谫f的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得金胆王些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同T作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明爿:
表示谢意。
学位论文作者签名:
季丢l签字日期:
如。
f-年r月妒日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解盒妲王些太堂有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
本人授权—盒壁上些盔堂可以将学位论文的全部或部分}勾容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本授权书)
学位论文作者签名:
委西
十导师签名猫争搠/f
签字目期:
抛or年F月17日签字日期:
沙5^年广月二7日’学位论文作者毕业后去向
工作单位:
通讯地址:
电话邮编
致谢
在本人攻读硕士学位的近三年时间里,自始至终得到了我尊敬的导师王建平教授的悉心指导和无微不至的关怀。
从课题的选题到课题的研究都倾注了王老师的大量心血。
在王老师的悉心指导下,我拓宽了自己的研究领域,JICON完成了硕士学位论文。
生活虽有几分忙碌却不失充实。
王老师渊|尊的学识、执着的精神、务实的作风,鼓励和鞭策着我努力的学习奋斗,去追寻人生道路上的每‘个成功。
谨向给予我巨大帮助的王老师致以最诚挚的谢意和祝福!
在课题的研究初期,朱程辉老师给予了我耐心的指导和帮助。
朱老师认真的工作态度、严谨细心的工作作风、以及学习生活上热心的帮助尤其让我感动。
在此向朱程辉老师表示深深的感谢!
合肥工业大学智能监控所的王金玲老师、穆道明老师、罗国军老师、郑洁老师在课题研究中给予了无私的帮助。
在此表示真诚的感谢!
感谢王竹林、钱自拓、杨静同学在学习和生活中给予的关心与帮助。
还要感谢实验室的郭之辉、丘志刚、赵丽欣、赵莉、黄冉、陈军、蔺菲、季学锋等同学给予的帮助。
万分感谢我的父母家人和我的女朋友在精神上给予的鼓励,在生活中给予的关心和支持!
感谢所有关心支持我的同学和朋友!
作者:
秦剑2005.05.15
第一章绪论
1.1汽车电子市场情况和分析趋势““”。
随着汽车工业与电子信息产业加速融合,汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展,由以机械产品为主,向高级的机电一体化产品方向演变。
电子装置占汽车整车(特别是轿车)价值量的比例逐步提高。
国外每台汽车采用汽车电予产品的平均费用1990年为672美元,2000年已达到2000美元。
据专家估计,电子产品占中档汽车整车成本的20%以上,占高档汽车整车成本的50%甚至60%。
汽车的多功能化和电子化为汽车电子产业发展带来广阔空间。
随着我国汽车产业的迅速发展,国内汽车电子产业增速迅猛,巨大的规模效应开始显现。
据预测,中国轿车内的平均电子设备含量将从现在的22%增加到2010年的35%。
据CCID统计,近年来国内汽车电子产业基本保持年均35%的增长速度,2003年全国生产汽车电子产品3559万套,产值313亿元,同比增长分别达到27%和37.2%。
根据有关专家的估计,2003年我国汽车电子市场规模已经达到550亿元;预计2005年我国汽车需求量将达到550万辆。
按电子产品价值含量25~30%折算,汽车电子产品的市场规模将达到大约2500~3000亿元。
1.2国内外现状与研制开发
当前,高、中档轿车中的电子设备配置都在向豪华型、个性化方向发展。
其中作为视音享受的高品质音响和液晶显示器已经成为许多车型的标准配置,人们对轿车的娱乐性的要求也在不断提高,车载视频光盘、车载数字化视频光盘、车载电视、全球卫星导航系统等产品得到越来越多用户的青睐。
1.2.1国内现状与相关研发
车载多媒体视音系统在国内的发展研究起步较晚,近年来随着我国汽车电子行业的迅猛发展日益成为当前汽车行业研究的热点。
目前国内市场上的车载视音产品多为传统的单DIN结构,基本上只能满足收音和音乐播放的功能,它们普遍存在以下不足之处:
1)单DIN结构仅作为整个系统的控制部分和广播接收部分;
2)操作时的人机交互只有字段字符及英文信息的显示能力,使用不方便;3)面板按键操作及功能设置繁琐、复杂,无明确的操作指示;4)无法接收和播放视频节目,如车载电视、视频光盘、数字化视频光盘等;
5)系统功能单元仅为简单合成,带来控制和操作上的不简洁、不方便。
系统安装分散、占用空间大,对系统连接、整车布线带来了不便;
近期,国内各汽车电子厂商纷纷加大了双DIN型车载多媒体视音系统的研发力度。
如航盛电子公司推出的HS.M0001和HS.M0002车载智能导航及多媒体系统,深圳麦士威公司推出的NAVIA一301汽车智能导航系统等。
但该类产品大多只处于初期样品试制阶段,没有达到成熟化、市场化、产业化的地步。
产品的功能还有待开发提高。
1.2.2国外现状与相关研发
近年来,国外厂商研发出双DIN结构车载多媒体视音系统,如阿
尔派、索尼、松下、大众、飞利浦等推出的产品。
1)阿尔派IVA.D300E车载系统
阿尔派推出的IVA.D300E车载系统,能播放CD碟片的车载音响主机,在1DIN的标准尺寸机体内兼容了DVD、MP3、WMA碟片播放功能,还内置一具伸缩式7英寸液晶屏幕。
IVA.D300E是一台连接控制一个完整车载多媒体娱乐系统的主机,具有大屏幕触摸屏显示器及控制菜单,更可以控制换片机、音频处理器、内置功放、电视调谐器等周边设备。
2)索尼NV—XYZ车载系统
索尼多媒体导航系统NV-XYZ,目前共推出XYZ77、XYZ55和XYZ33共三种型号。
NV-XYZ最大的特点是内置了硬盘,除了作为传统的汽车导航器外,它还可以播放各种类型如图像、音频、视频的多媒体文件,使其成为了一个车内的媒体中心。
此外它的操作简单,可使用遥控器进行操作,它的液晶屏也支持直接用手指触击操作。
3)松下CN—HDX730D车载系统
松下电器推出的CN—HDX730D具备了几乎所有汽车音响主机的功能,同时还具备了汽车导航等先进功能。
它装载有一个16GB的硬盘,以及一个200MHz的CPU,通过一个6.5英寸的宽屏幕LCD做操作界面,除了能作为汽车导航外,内置了电视接收器、DVD播放器等。
4)韩国MAXAN公司
韩国MAXAN公司推出的车载多媒体影音中心Infill。
它集成了电视、数字多媒体广播、上网和GPS导航器为一体。
强大的影音功能还支持DivX、MP4格式和多种音频文件的播放。
Infill系统配有一个7英寸的TFT显示屏,用户可以通过触摸手柄轻松控制它的所有功能。
Infill系统自带有40GB硬盘,除存储一些影音文件外,还可以存储照片、文档等格式的文件。
它支持USB2.0传输接口,可通过Intemet进行星际争霸和FIFA等游戏。
5)德国大众公司
德国大众公司推出的数字化多媒体视频娱乐系统,集电视、收音机、DVD、CD、MP3和游戏功能于一体,并且可以和MP3播放器、摄像机、游戏机直接连接使用。
7寸TFT液晶显示屏,光盘驱动器安装在扶手箱中。
6)飞利浦公司
飞利浦车载信息娱乐系统集成了DVD播放器、电视、数字多媒体广播、GPS导航器为一体。
这些国外电子公司的产品虽然将各功能模块和液晶显示集成为一体,但对于国内用户有以下不便:
・英文操作界面,不便于中国用户使用;
・操作模式、功能设置不符合中国人的习惯;
●多为NTSC结构的视频信号输入模式,与我国的PAL制式不兼容;●内部功能固定,不便于扩充;
●无自己的知识产权,易对我国形成技术壁垒:
・价格昂贵,势必提高整车造价。
1.3论文研究的主要内容和前景
本课题受企业委托,研制具有自主知识产权的车载多媒体视音系统。
集车载TV、RADIO、VCD、DVD、MP3、CCD和音响系统功能于一体,并且可以和GPS、GIS、MP3播放器、摄像机、硬盘录像机直接连接使用。
具有6.5”LCD显示器PAL/NTST接口、RS232接口、12C总线接口、CAN接口、USB接口。
实现对视频和音频播放设备、TFT液晶显示器、交互式键盘操作的整合控制和运行状态中文提示,以及视频输出与图像图形文字叠加显示的控制处理。
本课题针对目前市场上同类产品中存在的不足,在功能、技术和市场定位上,突破了同类产品的简易合成的范围。
主要解决了以下问题:
l、设计研制具有自主知识产权的车载多媒体视音系统。
该系统集车载Tv、RADIO、VCD、DVD、MP3、CCD、TFT屏和音响系统功能于一体,并且可以和GPS、GIS、MP3、摄像机、硬盘录像机直接连接使用。
2、采用32位多媒体芯片VirgineG2CPU,研制出各个设备接口电路、通信接口电路、以及图像图形文字叠加显示电路。
3、基于EISCSTUDIO开发环境,研制出中文提示和交互式操作软件,设备驱动接口软件,通信接口协议软件。
4、功能设置根据中国人的习惯、喜好,用图形界面、中文字符、个性图标来引导用户操作本系统,让用户真正地享受到产品带来的方便和人性化,真正做到以人为本的产品理念。
5、经设计、试验、改进,研制出了软/硬件功能齐全的车载多媒体视音系
统。
实现了对车载视音设备输入/输出的连接整合和控制。
制造出装车实验的样机与车载视音设备连接实际系统。
系统稳定可靠,操作方便,性能价格比高,各工作状态界面美观、亮丽,屏幕上可实时显示颇具特色的画面、个性图标和操作提示图符。
伴随汽车业的发展在中国出现的新兴电子领域,车载多媒体视音系统充分体现信息娱乐控制中心的人机交互功能,使驾乘人员充分体现信息沟通和娱乐享受,满足用户需求和未来市场的需要。
研发车载多媒体视音系统既具有广阔的市场前景,又符合国家的产业发展导向。
高科技含量的车载多媒体视音系统具有强大的生命力,在未来的年代内有着很大的市场潜力。
研制开发具有自主产权的车载多媒体视音系统有着重要的应用价值和广阔的应用前景。
第二章车载多媒体视音系统总体设计
2.1车载多媒体视音系统设计原则和功能要求
2.1.1车载多媒体视音系统设计原则
从系统设计上,要求提供先进、稳定、可靠、实时视音频播放控制,具有较强的扩展能力和升级能力。
(1)稳定性和可靠性:
稳定和可靠是系统的首要前提。
在系统方案设计、设备选型、产品研发以及操作使用中,都要优先考虑提供稳定可靠的技术条件。
(2)标准性和规范性:
采用国际、国家及行业标准,系统设计规范化,软件编制规范化,硬件选型规范化,产品规格规范化。
(3)实用性和先进性:
采用的技术及产品,都具有先进、成熟、稳定、可靠、实用的特点。
技术和产品遵循开放性原则,采用符合标准的产品,具有灵活方便的连接及升级方案。
(4)可维护性和可扩展性:
系统的总体结构合理,容量适度,扩展灵活,亦即系统外设配置可灵活增加,系统规模便于扩大,易于同相关产品互连。
(5)经济性:
系统平台配置合理,具有良好的性能价格比。
2.1.2车载多媒体视音系统功能要求
车载多媒体视音系统实现对车载TV、RADIO、VCD、DVD、CCD的音视频控制,并可以和GPS、GIS,MP3播放器、摄像机、游戏机直接连接使用。
设计采用6.5”宽屏幕TFT液晶显示器和图形图像视频叠加技术实现控制状态汉字提示。
车载多媒体视音系统具有CAN接口,与轿车整体CAN网控制系统连接成为一个整体,可实现轿车内电子器件的控制和信息显示等功能。
同时系统扩展了USBHOST接口,可实现系统数据更新、MP3音乐播放等功能。
1、设备接口功能:
(1)RS232、12c、USB、CAN接口;
(2)矩阵键盘接口;
(3)TFTLCD屏参数设置与调节接口;
(4)电视选台、节目搜索接口;
(5)电源变换器接口;
(6)多路视/音频输入输出接口;(7)彩色图像、图形、汉字库存储芯片扩展接口;
(8)视频叠加单元,可以实现图像图形和视频信号的叠加。
2、视频捕获和显示功能:
(I)视频帧幅剪裁:
能使视频输出图像的尺寸符合LCD屏的尺寸:
(2)对图像具有滤波功能:
达到图像质量防抖等的要求;
(3)视频输入/输出:
具有制式PAL/NTSC,NTSC/PAL,PALPAL,
NTSC/NTSC转换的功能。
数字RGB输出的功能。
3、键盘设置与操作功能:
(1)0--20键:
可从0至20设置键盘按键数量:
可定义和撤消键值对应的
功能,可在一段程序中对任意键重新定义其功能;
(2)键值功能设置:
可自定义,可消除,可重复设置,可在不同功能中对
应不同的定义;
(3)键盘执行方式:
中断请求:
(4)键盘操作方式:
“短按”、“长按”操作。
4、通信协议功能:
(1)12c:
中断/查询,自定义通信规约,通信速率300bps--100kb口s:
(2)RS232:
中断/查询,自定义通信规约,通信速率1200bps--9600kbDs:
(3)USB..中断/查询,HOST,USB2.0协议格式,自定义通信规约;(4)CAN:
中断/查询,CAN2.0协议格式,自定义通信规约。
5、电磁兼容、抗振、环境温度适应性、可靠性、使用寿命:
(1)设计的使用寿命应大于5年;
(2)控制器功能模块工作时不能对周围的电器产生高频、脉冲干扰:
(3)能够屏蔽外界的高频电磁场的干扰;
(4)能够在直流供电电源不纯净的情况下可靠工作;
(5)能在石子路面上以时速40公里/小时行进时正常工作;
(6)环境温度在0~70℃范围内应可靠工作:
(7)满足汽车电器的可靠性设计要求。
保修期故障率小于3%。
2.2车载多媒体视音系统关键技术分析
2.2.1视频叠加技术
通过视频叠加技术实现在视频信号上叠加图像的功能。
其中,视频信号来自VCD、DVD、TV、CCD等视频播放设备,图像数据来自系统存储器中要显示的信息。
在播放的视频图像信号上加上图像数据信息,使TFT液晶显示器显示出的视频信号上叠加有控制指示图标、系统状态、运行数据等信息,实现驾乘人员的交互性操作控制。
同时,视频叠加技术也可屏蔽掉视频信号直接显示
图像数据信息。
视频的输入和叠加后的输出均为复合视频信号,可直接在支持复合视频信号的TFT液晶显示器上显示。
2.2.2海量数据存储技术
系统中需要使用大量的图像图形数据。
图像图形数据预先存储在ROM存储器中,从系统技术成本角度考虑,要求对图像图形压缩/解压存储和显示。
为解决图像图形的压缩存储比与解压显示速度的合理性,可通过对图像图形数据的合理编码压缩/解码,实现图像的海量数据存储与快速显示。
2.2.3CAN总线技术【4J【5J
2.2.3.1CAN总线的特点
CAN(ControllerAreaNetwork)是~种由带有CAN控制器组成的高性能数据局域通信网络,是国际上应用最为广泛的现场总线之一。
最初,CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通信,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络。
由于其具有通信速度快、可靠性高和性能价格比好等突出优点,它正越来越广泛地应用于各种工业控制领域。
一个由cAN总线构成的单一网络中,理论上可以挂接无数个节点。
实际应用中,节点数目受网络硬件的电气特性所限制。
例如,当使用PHILIPS高达1Mb/s的数据传输速率,这使实时控制变得非常容易。
另外,硬件的错误
CAN通信协议主要描述设备之间的信息传递方式。
CAN层的定义与开放由CAN用户定义成适合特别工业领域的任何方案。
已在工业控ll并n¥1造业领
CAN能够使用多种物理介质,例如双绞线、光纤等。
最常用的就是双绞线,
L高表示逻辑…0,称为“显性”,此时,通常电压值为:
CAN—H
L=1.5V。
TJAl050作为CAN收发器时,同一网络中允许挂接110个节点。
CAN可提供检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN是一种多主方式的串行通信总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。
当信号传输距离达到10km时,CAN仍可提供高达50kb/s的数据传输速率。
系统互连模型(0S1)一致。
每一层与另一设备上相同的那一层通信。
实际的通信发生在每一设备上相邻的两层,而设备只通过模型物理层的物理介质互连。
CAN的规范定义了模型的最下面两层:
数据链路层和物理层。
应用层协议可以域得到广泛应用的标准是DeviceNet,这是为PLC和智能传感器设计的。
在汽车工业,许多制造商都应用他们自己的标准。
信号使用差分电压传送,两条信号线被成为“CAN—H”和“CAN—L”,静态时均为2.5V左右,此时状态表示为逻辑“1”,也可以叫做“隐性”。
用CAN—H比CAN=3.5V和CAN
2.2.3.2CAN总线特性
CAN与其同类相比,具有以下十分优越的特点:
1)
2)低成本;极高的总线利用率;
3)
4)很远的数据传输距离,可长达10kra;高速的数据传输速率,高达1Mb/s;
可根据报文ID决定接收或屏蔽该报文;
可靠的错误处理和检错机制;
发送的信息遭到破坏后,可自动重发;5)6)7)
8)
9)节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;报文不包含源地址或目标地址,仅用标志符来指示功能信息和优先级
信息。
2.2.4USB总线技术【6】
USB(UniversalSerialBus)是一种通用串行总线。
它具有以下的便利性:
1)具有即插即用的特性及自动检测的功能,无需考虑系统资源是否有冲突;2)可以扩充至127个外部设备,足以解决各类设备同时连接的困扰;
3)支持热插拔,也就是外围设备的插入与拔取无须关闭电源:
4)安装简单,使用方便。
在车载多媒体视音系统中集成具有HOST功能的接口控制芯片,可以实现主终端的功能,完成与USB移动存储器的直接通话。
直接实现USB移动存储器上数据读取、歌曲播放等功能。
其示意图如图2一l所示。
图2-1USBHOST示意图
2.3车载多媒体视音系统总体设计方案
根据以上功能指标的要求,经过广泛深入的分析研究和方案论证,系统结构规划如图2—2所示。
图2—2车载多媒体视音系统结构图
系统的主控制板是整个系统的核心,实现对各路视频、音频通道的选择和控制,其核心部分采用韩国ADC公司生产的VirgineG2芯片(简称VG2),它集视频、音频处理为一身,内部包括了一个基于3维图形算法的2维图形加速器,还嵌入了一个32通道的8/16位音频引擎,以及视频DAC、DRAM控制器、DMA、定时器、双串口等多种外设,使得外部电路的设计变得非常简便。
VG2支持和外部视频信号的叠加,每行最大1024个像索。
16bit彩色模式,支持纹理和实时贴图、透明和a(半透明)变换、图像旋转和放大/缩小等。
在视频播放或者调用内存图片时,都可方便的利用实时贴图和图像叠加的功能达到设计的界面要求。
系统的面板键盘设计为20阵列键盘矩阵,通过按键中断请求,扫描判断方式实现控制功能。
系统配备6.5”TFT液晶显示器,以输入图像、彩色图形、汉字和字符的视频叠加交互界面显示。
系统配置了电视接收盒主板,实现电视节目的接收、搜台和选台等功能。
可通过主控制板控制电视接收盒主板的工作方式。
系统配置了车载音响控制器,实现RADIO、VCD和DVD的控制功能。
可通过主控制板控制车载音响控制器的工作方式。
系
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