Ni資料 基于虛擬儀器的音視 頻處理板通用自動(dòng)測 試系統(tǒng)

1、Ni資料 基于虛擬儀器的音視 頻處理板通用自動(dòng)測 試系統(tǒng) 對于CRT電視音 視頻信號(hào)處理板，過 去采用的傳統(tǒng)儀器測 試模式隨著電視技術(shù) 的發(fā)展，暴露出了效 率低、可靠性差和檢 出率低等問題，因 此. - 凌 曹, TCL王牌電器（惠 州）有限公司 The Challenge: 將多種類型和格式的 視頻信號(hào)源、數(shù)據(jù)采 集、儀器控制和信號(hào) 切換等功能高度集 成，通過軟件對視頻 及其它信號(hào)進(jìn)行分析 和判斷，大幅度提升 測試效率，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 測試過程的自動(dòng)化、 并行化和通用化。 圖1 小信號(hào)板工作 原理 The Solution: 使用NI公司的 PXI平臺(tái)和硬件模 塊，進(jìn)行信號(hào)的產(chǎn) 生、采集、切換和控

2、 制，使用NI的圖形 化編程軟件 LabVIEW進(jìn)行 測試過程的控制、數(shù) 據(jù)的分析判斷和用戶 界面的編寫，配合可 編程電源和并行測試 方法，達(dá)成了靈活、 自動(dòng)化的測試系 統(tǒng)。 一音視頻信號(hào)處理板的工作原理及測試系統(tǒng)要求音視頻信號(hào)處理板是CRT電視的小信號(hào)處理模塊（下文簡稱為小信號(hào)板）。某型號(hào)的小信號(hào)板原理如圖1所示。它對TV射頻信號(hào)和各種類型的視頻信號(hào)進(jìn)行解碼和處理，轉(zhuǎn)換為適合顯像管掃描的圖像和同步信號(hào)；它提供一路Video Out視頻輸出信號(hào)供外部視頻設(shè)備使用；它對音頻輸入信號(hào)進(jìn)行切換和音效處理，送給揚(yáng)聲器和Audio Out音頻輸出接口。MCU通過I2C總線對各個(gè)模塊進(jìn)行控制，并通過遙控（

3、IR）和按鍵（KEY）接口接收用戶的操作指令。根據(jù)小信號(hào)板的工作原理，對測試系統(tǒng)的基本要求如下：1）提供多路直流穩(wěn)壓電源，為小信號(hào)板提供工作電源。2. 提供TV射頻信號(hào)；提供Video，S-Video, YUV, VGA等模擬視頻信號(hào)；提供HDMI數(shù)字音視頻信號(hào)；提供模擬立體聲音頻信號(hào)。3）可模擬遙控和按鍵信號(hào)，對小信號(hào)板進(jìn)行控制。4）提供行、場反饋信號(hào)，使小信號(hào)板工作于正常狀態(tài)。5）可以采集多路直流信號(hào)和低頻交流信號(hào)；可以采集和輸出開關(guān)信號(hào)。6）可以同時(shí)采集3路視頻信號(hào)。二方案設(shè)計(jì)根據(jù)原有測試系統(tǒng)的情況，希望新的測試方案能達(dá)到如下效果：1. 高集成度，盡量減少占用空間。2.3. 自動(dòng)化，盡量

4、減少人工因素的影響。4.5. 通用性，可適應(yīng)不同型號(hào)的小信號(hào)板，減少重復(fù)開發(fā)工作。6.7. 高效率，單板測試時(shí)間盡可能的短，以適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)拍要求。8.9. 高檢出率，對關(guān)心的中間參數(shù)也可以進(jìn)行測試，提高覆蓋率。10.通過測試要求分析，虛擬儀器技術(shù)十分符合方案要求，并且能夠較好地達(dá)到方案預(yù)期的效果。NI公司有著豐富的虛擬儀器測試測量產(chǎn)品線，可以給我們提供較大的選擇空間，LabVIEW是一個(gè)易學(xué)易用的軟件，可以利用它快速地開發(fā)出復(fù)雜、并行、有效并且易于操作的測試系統(tǒng)。因此我們決定選擇NI公司的軟硬件平臺(tái)開發(fā)新的測試系統(tǒng)?？傮w方案設(shè)計(jì)可編程多路電源是在我公司之前開發(fā)的數(shù)控電源基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)而來，具3路

5、可編程和3路固定電壓輸出，將這6路電壓輸出分配成兩個(gè)獨(dú)立的通道，可同時(shí)為兩塊小信號(hào)板供電。電源功率達(dá)到2X6X25W。輸出電壓范圍為1.5-50V。另外增加了串口，可通過計(jì)算機(jī)對其編程，使其可為不同型號(hào)的小信號(hào)板提供電源。TV射頻信號(hào)由中央信號(hào)系統(tǒng)提供，模擬視頻信號(hào)的產(chǎn)生由PXI-6541高速數(shù)字I/O和外圍簡單的編碼電路構(gòu)成。HDMI信號(hào)采用我公司現(xiàn)有的USB-HDMI模塊，重新設(shè)計(jì)成具有4路輸出的HDMI信號(hào)發(fā)生器，可同時(shí)供兩塊小信號(hào)板使用。遙控信號(hào)由M系列DAQ卡PXI-6259的數(shù)字輸出DO產(chǎn)生，按鍵信號(hào)由6259的模擬輸出AO產(chǎn)生。行反饋信號(hào)由6259的計(jì)數(shù)器Counter產(chǎn)生；場反

6、饋信號(hào)則由場輸出鋸齒波整形后直接反饋回去。對于直流、低頻、開關(guān)信號(hào)等，都由6259來進(jìn)行采集或產(chǎn)生處理。3路視頻采集由2塊PXI-5112數(shù)字化儀來完成。工業(yè)數(shù)字I/O模塊PXI-6515完成電源通斷和保護(hù)繼電器的動(dòng)作控制；繼電器模塊PXI-2530完成視頻同步信號(hào)及其它信號(hào)的切換。信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)范圍的變換，信號(hào)的保護(hù)、緩沖和接口轉(zhuǎn)換等工作。利用PXI-8196控制器提供的USB口連接掃描儀。利用串口對可編程電源的電壓進(jìn)行設(shè)置，利用網(wǎng)絡(luò)接口連接局域網(wǎng)。由于希望能夠通用多種型號(hào)的小信號(hào)板，我們設(shè)計(jì)了一種通用的測試針床底座，通過插座將底座和針床的信號(hào)連接起來，當(dāng)測試其它型號(hào)的小信號(hào)板時(shí)，只需

7、要更換針床和調(diào)用相應(yīng)的軟件配置就可以了。為了大幅提高測試效率，這里采用了并行工作的思路，兩塊小信號(hào)板被同時(shí)測試，僅在測試RGB和Video時(shí)，由于數(shù)字化儀的數(shù)量限制，而采用了分步測試。三關(guān)鍵模塊軟硬件的實(shí)現(xiàn)1）小信號(hào)板的驅(qū)動(dòng)：要使小信號(hào)板進(jìn)入正常工作狀態(tài)，需要為其提供行、場反饋信號(hào)。行輸出是33K34K的方波，行反饋信號(hào)是跟隨其頻率，且相位和占空比可調(diào)的方波。利用NI的M系列數(shù)據(jù)采集卡PXI-6259的計(jì)數(shù)器所具有的可重觸發(fā)(retriggerable)特性，可以方便地生成行反饋信號(hào)。行輸出信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)對Counter進(jìn)行觸發(fā)，使之連續(xù)產(chǎn)生與觸發(fā)信號(hào)頻率相同的脈沖信號(hào)，其前面板和程序如圖3

8、和圖4所示。通過High ticks、low ticks和Idle Status的調(diào)整，可對脈沖波形的占空比和相位進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了需要的行反饋信號(hào)。因?yàn)樾⌒盘?hào)板對場反饋沒有嚴(yán)格的相位和占空比要求，將場輸出鋸齒波經(jīng)過簡單的整形后即可作為場反饋信號(hào)使用。2）各種類型和格式的視頻信號(hào)產(chǎn)生對于PCB模塊級(jí)的生產(chǎn)測試，不需要對圖像參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，只需要簡單的圖像作為測試信號(hào)，例如彩條、方格和灰度等，這里我們采用彩條作為測試信號(hào)。使用NI的50M的32通道高速數(shù)字I/O(PXI-6541)配合簡單的外圍視頻編碼電路，就可以實(shí)現(xiàn)各種類型和格式的彩條信號(hào)。VGA信號(hào)的產(chǎn)生：RGB和行場信號(hào)由數(shù)字I/O直接經(jīng)

9、過緩沖得到，可實(shí)現(xiàn)VGA, SVGA, XGA, SXGA格式的彩條信號(hào)。YUV信號(hào)的產(chǎn)生：6541產(chǎn)生RGB信號(hào)和同步信號(hào)，RGB和同步信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為YUV信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了支持480i-1080p全部格式的YUV彩條信號(hào)。Video（CVBS）信號(hào)的產(chǎn)生：6541產(chǎn)生RGB和復(fù)合同步信號(hào)，通過視頻編碼芯片產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的Video信號(hào)和S-Video信號(hào)。用畫圖軟件畫出與信號(hào)類型分辨率對應(yīng)的BMP彩條圖像，再由圖5所示子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為適于PXI-6541發(fā)送的數(shù)字波形。HDMI信號(hào)由USB-HDMI模塊改造而來，將4個(gè)模塊集成并集中控制，實(shí)現(xiàn)了低成本，高集成度的HDMI信號(hào)源，可支持480i-

10、1080P格式，支持?jǐn)?shù)字音頻。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用表明，產(chǎn)生的信號(hào)質(zhì)量完全符合測試要求。3）視頻信號(hào)的采集與分析小信號(hào)板將各種輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行解碼和變頻處理，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)顯像管的RGB信號(hào)，以及給外部設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)Video信號(hào)，因此我們用兩塊NI PXI-5112完成對RGB信號(hào)和Video信號(hào)的采集。PXI-5112是2通道同步采樣、100 MS/s實(shí)時(shí)采樣率的數(shù)字化儀。因?yàn)椴捎昧瞬蕳l作為測試信號(hào)，RGB信號(hào)的帶寬1M，Video信號(hào)的帶寬4.5M，為減少數(shù)據(jù)處理量，RGB采集時(shí)設(shè)置5112的采樣率為10M；而視頻輸出采用50M采樣率。5112沒有視頻觸發(fā)功能，為了減少運(yùn)算，我們使用了外置的同步分離

11、電路，RGB和視頻信號(hào)經(jīng)過場同步觸發(fā)，每次采集一場信號(hào)進(jìn)行分析處理。利用LabVIEW豐富的信號(hào)處理、測量和分析函數(shù)對信號(hào)進(jìn)行處理，對信號(hào)幅度，同步的幅度、脈寬、頻率，波形的過沖、預(yù)沖以及副載波的幅度，頻率等參數(shù)進(jìn)行測量。另外，通過對齊比較算出其與標(biāo)準(zhǔn)波形的差異率，從而判斷出信號(hào)是否合格。視頻分析子程序見圖6。4）遙控碼和按鍵的模擬小信號(hào)板直接接收已解調(diào)的遙控命令，我們只需要模擬未調(diào)制的遙控碼。它是TTL電平的脈沖串，可由6259的數(shù)字輸出DO來模擬。DO的時(shí)鐘需要借用AI/O等內(nèi)部時(shí)鐘或其它外時(shí)鐘，但AI/O和遙控碼工作不能同步，而兩個(gè)Counter已被占用，因此只能采用其它外部時(shí)鐘。遙控碼

12、的發(fā)送只在小信號(hào)板正常工作時(shí)才啟用，我們正好借助Counter輸出的行反饋信號(hào)34K方波來作為遙控碼的時(shí)鐘。一旦小信號(hào)板正常工作，行反饋信號(hào)十分穩(wěn)定，用它作為時(shí)鐘可以達(dá)到精度要求。另外，6259的DO可連續(xù)輸出2047個(gè)脈沖，可以連續(xù)發(fā)送大約10組遙控命令，符合測試要求。經(jīng)過驗(yàn)證，模擬的遙控命令工作穩(wěn)定、可靠。遙控碼模擬子程序如圖7所示，先由遙控編碼子程序得到各種遙控器所有按鈕的遙控碼波形，再由這個(gè)子程序通過PXI-6259的DO將遙控碼發(fā)送出去。電視的按鍵通常都是AD型的，這里利用6259的模擬輸出AO來實(shí)現(xiàn)。測量出每個(gè)按鍵對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓后，利用6259的AO，即可實(shí)現(xiàn)按鍵功能。模擬按鍵的持

13、續(xù)時(shí)間和間隔為20ms，比人工按鍵操作更加快速。5）直流、低頻信號(hào)、數(shù)字開關(guān)信號(hào)的處理PXI-6259多通道采集速率高達(dá)1 MS/s，精度16位，具有32路模擬輸入，4路模擬輸出，48路數(shù)字I/O，利用6259這些豐富全面的功能和高性能，即可滿足對直流、低頻交流信號(hào)、開關(guān)等信號(hào)的采集或產(chǎn)生等處理。最終實(shí)際的測試系統(tǒng)硬件如圖8所示。硬件系統(tǒng)高度的集成了大量傳統(tǒng)儀器的功能，而占用的空間卻大為減少。四用戶界面和輔助功能測試軟件由LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，它將各個(gè)測試模塊有效的連接起來，對測試過程進(jìn)行控制，并將測試結(jié)果顯示在屏幕上。測試完成時(shí)，它將測試的各個(gè)參數(shù)和結(jié)果存儲(chǔ)在硬盤上，供以后追溯和查詢使

14、用。軟件編寫充分利用了LabVIEW程序可并行運(yùn)行的特點(diǎn)，使行反饋的產(chǎn)生，小信號(hào)板工作狀態(tài)的監(jiān)控等子程序可以和測試程序同時(shí)運(yùn)行，解決了小信號(hào)板驅(qū)動(dòng)和監(jiān)控的問題。測試軟件提供了友好的人機(jī)界面，見圖9，它允許用戶載入配置文件、自定義測試項(xiàng)目以及修改測試參數(shù)的上下限范圍等，并可按要求對測試報(bào)表進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和分析。五測試系統(tǒng)完成后，我們設(shè)置了一些條件對系統(tǒng)的實(shí)際性能進(jìn)行了測試。通過測試員操作，對平均單板測試時(shí)間進(jìn)行了測量；通過重復(fù)測試，對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證；通過設(shè)置故障，對系統(tǒng)的檢出率水平進(jìn)行了測試。經(jīng)過測試表明，系統(tǒng)的單板測試時(shí)間縮短了一半以上，可靠性和檢出水平都有較好的提升，在自動(dòng)化、通用性方面都達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。結(jié)論利用虛擬儀器軟硬件平臺(tái)，開發(fā)出了功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越且易于擴(kuò)展的測試系統(tǒng)，使生產(chǎn)測試性能有了很大的提升。與傳統(tǒng)測試相比較，虛擬儀器測試有著巨大優(yōu)越性，必將得到更廣泛、深入的應(yīng)用。3/7圖1 小信號(hào)板工作 原理 圖2 總體方案框圖 4/7圖3 行反饋產(chǎn)生前 面板 圖4 行反饋產(chǎn)生程 序圖 圖5 產(chǎn)生彩條信號(hào) 數(shù)字波形的子程序 圖6 視頻分析子程 序 5/7圖7 遙控碼模擬子 程序 圖8 測試系統(tǒng)照片 6/7圖9 軟件用戶界面 Legal This case