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[導(dǎo)讀]本文介紹的方案主要采用集成電路設(shè)計,體積小,成本低,外圍模擬器件少,全部控制均可通過軟件實施,初始化和等待時間極短,可適用于板卡或小型手持終端等數(shù)字化多媒體應(yīng)用場合。

1 引言

  視頻信號中不僅包含圖像信號,還包含行同步、行消隱、場同步、場消隱等信號,對于如何將模擬視頻信號在各種接口顯示屏上進行顯示,很多人常常會感到束手無策。傳統(tǒng)方案大量使用模擬分離元件,不僅較為復(fù)雜,而且難于調(diào)試。本文介紹的方案主要采用集成電路設(shè)計,體積小,成本低,外圍模擬器件少,全部控制均可通過軟件實施,初始化和等待時間極短,可適用于板卡或小型手持終端等數(shù)字化多媒體應(yīng)用場合,系統(tǒng)框圖見圖1。系統(tǒng)主要包括兩個部分:一是視頻解碼模塊,目的是將復(fù)合視頻、YC分量等模擬視頻信號進行A/D轉(zhuǎn)換,提取其中的同步和時鐘信號,所有轉(zhuǎn)換電路均集中在一塊芯片內(nèi);二是視頻轉(zhuǎn)換模塊,作用是直接輸出模擬RGB、數(shù)字RGB或數(shù)字YUV視頻信號,實現(xiàn)隔行到逐行掃描的轉(zhuǎn)換,由于普通CVBS信號均為隔行掃描,對于逐行顯示器,該部分必不可少,處理后的信號可直接顯示或用于視頻采集系統(tǒng),也可用于其它格式顯示(需轉(zhuǎn)換)。另外,F(xiàn)PD鏈路(Flat Panel Display Link)傳輸部分可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離(最遠(yuǎn)10m)數(shù)字RGB視頻顯示(數(shù)字RGB視頻信號頻率太高無法實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸)。    
                                          
2 解碼器選型

  TV解碼器可選用PHILIPS公司的SAA7110/7111A/7112/7113/7114/7115/7118、SAMSUNG公司的KS0127(S5D0127X01)或ITT公司的VPC3211B,它們可通過IIC總線接口控制,自動識別輸入模擬視頻信號格式,然后解碼輸出24bit/16bit的 RGB或YUV數(shù)字信號和Hsync,Vsync,HAV(HREF)控制信號及采樣時鐘,解碼后的信號可直接送到視頻轉(zhuǎn)換模塊或視頻采集系統(tǒng)。根據(jù)AVERLogic公司發(fā)布的技術(shù)文檔,PHILIPS公司的解碼器解碼效果最好,其次是VPC3211B,KS0127雖然功能強大價格便宜,但是解碼效果稍遜一些,而且該芯片的最大缺點是功耗太大(將近1W)。據(jù)筆者調(diào)研,SAA7114效果最好,但由于種種因素,本方案采用SAA7111A,它采用CMOS工藝,功耗?。ㄐ∮?.5W),電壓低(3.3V),體積小(1cm2), 溫度適應(yīng)范圍廣(10℃-80℃),具有以下特點:

 ?。?) 自動進行50/60Hz場頻的檢測,支持NTSC和PAL制自動轉(zhuǎn)換,可對NTSCM/N/4.43/JAPAN、PAL?M/N/BGHI/、SECAM格式視頻信號的亮度和色度進行處理。

 ?。?) 擁有4路模擬輸入:4路復(fù)合視頻(CVBS)或2路YC或1路YC和2路CVBS。

 ?。?) 可設(shè)置CVBS或YC通道為靜態(tài)增益控制或自動增益控制(AGC)。

 ?。?) 擁有2路亮度和色度梳狀濾波器,可對亮度、對比度、光圈和飽和度進行控制。

 ?。?) 行(HREF)、場(VREF)同步、奇偶幀(RES1)和像素時鐘(LLC)信號均可由管腳引出。

  (6) 可支持以下輸出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR601 8位)、4:1:1(12位) YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5(16位)RGB格式。

 ?。?) 具有符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)掃描邏輯的邊界掃描測試電路。

 ?。?) 64引腳的LQFP封裝(尺寸:10mm×10mm×1.4mm),功耗小于0.5W。

  鑒于該芯片在很多雜志上都有介紹,這里不再贅述。

3 視頻轉(zhuǎn)換

  AL251是AVERLogic公司生產(chǎn)的一款功能強大的顯示轉(zhuǎn)換控制芯片,主要用于LCD VGA顯示或視頻編輯應(yīng)用場合,它能夠接收隔行NTSC或PAL,ITU?RBT601(CCIR601)或平方像素,YUV422或RGB565數(shù)字信號,將其轉(zhuǎn)換成普通PC顯示器可以接收的模擬RGB格式視頻信號和用于在VGA LCD上顯示的YUV422或RGB565格式的逐行數(shù)字視頻信號。AL251有多種控制功能,可由微處理器通過IIC接口實現(xiàn)諸如自動識別PAL制/NTSC式、調(diào)整屏幕位置、過濾視頻噪聲、OSD(在屏顯示)、視頻LUT(Lookup Table)、POWERDOWN等功能,可不需軟件控制進行硬初始化。AL251具有AVERLogic特有的數(shù)字信號處理技術(shù),處理過的圖像更加平滑、有更少的閃爍和鋸齒邊沿。該芯片供電電壓為3.3V或5V,采用80引腳QFP封裝形式。 
                                        
  AL251原理框圖如圖2所示。

3.1 輸入輸出數(shù)據(jù)格式   

  AL251可輸入輸出兩種數(shù)據(jù)格式:YUV422或RGB565。輸入視頻格式由引腳INTYPE(1為YUV422,0為RGB565)決定,輸入接口見表1;輸出視頻格式由控制寄存器08h選擇,輸出接口見表2。AL251的精度依靠之前的視頻解碼器,不需要軟件控制,最高支持1024×768。其VCLK由解碼器提供。


3.2 在屏顯示

  AL251提供兩個通道支持在屏顯示(OSD)功能,以實現(xiàn)在原輸出上疊加控制菜單、文本或標(biāo)題,以及產(chǎn)生一些諸如透明、不透明、底片、背景、網(wǎng)格等特殊效果。內(nèi)通道實現(xiàn)內(nèi)置OSD位圖,外通道控制兩個層疊引腳(OVLCTRL1 和 OVLCTRL0)用于在屏顯示層疊和生成一些特殊的效果。無論是內(nèi)通道還是外通道,OSD只能用于模擬視頻和RGB565方式下輸出,YUV422方式下不支持。

3.3 邊界/邊界顏色

  在模擬輸出時,AL251可以顯示視頻信號源中所有的像素,這樣就能顯示比普通顯示器更大的區(qū)域,這點對于DVD數(shù)字視頻源是有利的,但是對于一些類似VCR的視頻源,則會出現(xiàn)邊界不齊的后果。為此,AL251通過剪裁視頻源進行邊界控制,另外,裁剪后的邊界顏色(24位)可以通過寄存器設(shè)置。

3.4 寄存器描述

  AL251共設(shè)有42個內(nèi)部控制寄存器。其中,00h~04h是配置狀態(tài)寄存器,用于顯示公司ID(46h)、版本號和芯片序列號以及設(shè)置芯片的工作狀態(tài)(視頻信號的輸入類型和格式);08h,09h是同步控制和狀態(tài)寄存器,用于設(shè)置各種同步信號的方式和極性,報告當(dāng)前各類同步信號的狀態(tài);0Ch~0Eh是邊界顏色寄存器,用于設(shè)置邊界顏色的紅、綠、藍(lán)分量值;10h~13h是LUTOSD寄存器;14h~1Dh是層疊控制寄存器,用于設(shè)置層疊的效果和顏色。

4 鏈路介紹

  為了增加傳輸距離,LCD和AL251之間可采用FPD鏈路連接。本方案采用National 半導(dǎo)體公司的LVDS(Low Voltage Differential Signaling)DS90C363/DS90CF364傳輸套片,傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10m。該套片為18位FPD鏈路,工作電壓3.3V,48引腳TSSOP封裝,其中DS90C363是發(fā)送器,可將18位RGB數(shù)據(jù)和3位LCD定時和控制數(shù)據(jù)(FPLINE/GHS、FPFRAME/GVS、DRDY/ENAB/GHREF)在一個時鐘周期內(nèi)轉(zhuǎn)換成3組LVDS,在65MHz發(fā)送時鐘頻率下,每個LVDS通道的發(fā)送速率高達(dá)455Mbps,數(shù)據(jù)吞吐量為每秒170兆字節(jié),該發(fā)送器可選擇為上升沿或下降沿觸發(fā);DS90CF364為接收器,它可將接收到的LVDS數(shù)據(jù)流再轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù),以便于多路數(shù)字信號的高速遠(yuǎn)距離傳輸。該套片支持VGA,SVGA,XGA或更高的分辨率。在使用時,設(shè)計者不需改變原先電路引接關(guān)系。    
                                        
  圖3是該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的硬件電路示意圖,使用3.3V電源。本系統(tǒng)采用Cygnal公司的C8051F020處理器進行控制,選用SHARP公司的LQ64D341 TFT液晶屏,分辨率為640×480,接口為18位數(shù)字RGB方式,逆變器選用TDK的CXAM10A。

  圖中, PAL/NTSC/SECAM三種制式視頻信號可通過SAA7111A的AI11/AI12/AI21/AI22通道輸入,如是S端子則占用兩路輸入通道,其中AI12接S端子的3腳,AI22接S端子的4腳,S端子的1、2引腳接地,實際的使用端口可通過軟件選擇進行設(shè)置。24.576MHz的基準(zhǔn)時鐘信號通過XTALI輸入; AL251的VCLK,VIDHS,VIDVS,HREF 是輸入視頻信號的行場同步和采樣時鐘; SQUARE是平方像素和CCIR601選擇設(shè)置(1/0),這里選用CCIR方式;OVLCTRL0/1是層疊控制,00是無層疊; GHS,GVS是輸出視頻信號的行場同步,模/數(shù)RGB接口共用這兩根引腳;SAA7111A輸出的LLC時鐘信號直接與液晶屏的GCLK引腳相接,GHREF是液晶屏的顯示使能,VREF用于模擬RGB端口(如不使用可懸空)。由于AL251的數(shù)據(jù)輸出口是16位的,而LQ64D341是18位的,這里將R0和B0接地,其余引腳對應(yīng)關(guān)系不變。SDA和SCL是IIC控制接口,各接一個4.7kΩ上拉電阻,SAA7111A的讀/寫地址是49h/48h,AL251的讀/寫地址是59h/58h。

  根據(jù)筆者經(jīng)驗,有幾點需要注意:(1) 由于該電路用于電視信號,頻率較高,一定要將模擬地和數(shù)字地、模擬電源和數(shù)字電源分開,在供電和接地處用一磁珠或?qū)Ь€連接;(2) 如有可能應(yīng)使用四層板設(shè)計,且模擬信號部分和數(shù)字信號部分分開;(3)模擬信號輸入端的信號線應(yīng)該較粗較短,并且周圍環(huán)繞地線,四個模擬輸入引腳無論是否在用,全部接上耦合電容和匹配電阻;(4)每個芯片的電源引腳盡可能近地接上一個0.1μF電容;(5)與LCD相接的數(shù)字RGB電纜不要太長;(6)對于各個時鐘信號要細(xì)心設(shè)計,最好用地與其它信號隔離。

6 軟件編程

  軟件操作上不太復(fù)雜,只要針對具體應(yīng)用對芯片進行初始化即可,如果需要諸如OSD、亮色度控制操作,只需改變對應(yīng)寄存器值即可,完整的IIC底層驅(qū)動程序可從周立功網(wǎng)站上下載。另外強調(diào)幾點:(1)IIC的延時時間要根據(jù)所使用的處理器主頻作出調(diào)整。(2)比較技術(shù)文檔上給的參數(shù),實際圖像位置有所偏差,這需要開發(fā)者進行調(diào)整,主要有SAA7111A上的06、07寄存器和AL251的20~29寄存器,它們主要用于調(diào)整行場同步和屏幕位置。(3)SAA7111A中1F寄存器可顯示視頻信號的制式,可據(jù)此對屏幕位置作不同的初始化,同時AL251不要使用硬缺省方式,否則屏幕容易偏位。

  該方案雖然簡單易用,但其缺點是對于混合在視頻信號中的干擾反應(yīng)敏感.

參考文獻(xiàn)

  1 李維,郭強. 液晶顯示應(yīng)用技術(shù).北京: 電子工業(yè)出版社, 2000
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