基于WSC1115的液晶電視的設(shè)計(jì)實(shí)例
WSC1115可編程數(shù)字視頻處理芯片是為模擬電視向數(shù)字電視過(guò)渡而設(shè)計(jì)的超大規(guī)模集成電路。該芯片采用0.18um設(shè)計(jì)工藝,綜合了隔行轉(zhuǎn)逐行掃描、圖像縮放、幀頻提升以及視頻增強(qiáng)等功能模塊,能從現(xiàn)行的模擬電視信號(hào)中去除噪聲并提取清晰的圖像信號(hào),從而提高電視圖像的水平清晰度和垂直清晰度,將高質(zhì)量的畫(huà)面顯示在各種新型顯像器件上,主要運(yùn)用于數(shù)字電視、逐行電視、數(shù)字高清晰度電視及液晶電視等高端電視產(chǎn)品上。WSC1115芯片兼容現(xiàn)行的模擬電視和未來(lái)的數(shù)字電視播出制式,能消除大面積閃爍并且解決了傳統(tǒng)電視的行結(jié)構(gòu)問(wèn)題。采用硬件可編程方式,可靈活地顯示多種SDTV/HDTV格式,而且能與電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的顯示兼容。
系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要由AC-DC電源適配器、主板、接口板、鍵盤(pán)/紅外接收板四部分構(gòu)成,如圖1所示。
1 AC-DC電源適配器
該電源適配器包括AC220V/50Hz市電輸入;DC24V/5A背光電源輸出;DC12V/3A系統(tǒng)電源輸出;DC5V/0.2A待機(jī)電源輸出。
2 主板設(shè)計(jì)
主板部分包括:數(shù)字圖像處理、LCD面板驅(qū)動(dòng)、MCU和OSD、整機(jī)電源管理、伴音處理和音頻放大等5部分,如圖2所示。
圖1:LCD-TV系統(tǒng)方案框圖。
圖2:主板原理框圖。
圖3:接口板原理框圖。
圖4:鍵盤(pán)/紅外接收板框圖。
數(shù)字圖像處理
方案中采用的視頻解碼器是MICRONAS公司生產(chǎn)的VPC3230D,它是一顆多制式(PAL/NTSC/SECAM)視頻解碼芯片,可以解碼TV、CVBS、S_VIDEO、YCBCR信號(hào),內(nèi)置運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)4H梳狀濾波器,能得到很好的解碼圖像質(zhì)量。它還可以通過(guò)外掛畫(huà)中畫(huà)(PIP)解碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)畫(huà)中畫(huà)功能,可以配合圖文(TELETEXT)、童鎖(V-CHIP)解碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)圖文和V-CHIP功能。在VPC3230D中經(jīng)A/D變換、亮色分離、色度解調(diào)后編碼成ITU-R BT656信號(hào),送到數(shù)字視頻處理器WSC1115中進(jìn)行隔行轉(zhuǎn)逐行變換、圖像縮放、圖像增強(qiáng)、幀頻轉(zhuǎn)換以及顯示處理。
方案中采用的ADC&DVI接收器是ADI公司生產(chǎn)的AD9882。它接收來(lái)自PC的模擬RGB信號(hào)、數(shù)字視頻接口(DVI)信號(hào)和來(lái)自數(shù)字電視機(jī)頂盒的YPBPR信號(hào),經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字24位4:4:4 RGB信號(hào)也送到WSC1115中進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理和顯示。
視頻解碼器、WSC1115、ADC&DVI接收器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分,它把不同來(lái)源的各路視頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)CD 面板能夠支持的分辨率和刷新率。
采用的畫(huà)中畫(huà)(PIP)解碼器是MICRONAS公司生產(chǎn)的SDA9589。它把來(lái)自子通道的CVBS、S_VIDEO、YCBCR信號(hào)進(jìn)行解碼和PIP處理,生成子畫(huà)面模擬RGB信號(hào)和FB(Fast Blank,快速消隱)信號(hào)送到主通道視頻解碼器VPC3230D,經(jīng)過(guò)A/D處理后,在VPC3230D內(nèi)部與解碼出來(lái)的主畫(huà)面信號(hào)進(jìn)行疊加處理,并生成ITU-R BT656數(shù)字信號(hào)送到WSC1115去進(jìn)行相應(yīng)處理,然后在LCD面板上顯示出主畫(huà)面和子畫(huà)面。
VBI(Vertical Blanking Interval,場(chǎng)消隱期間)在電視處理中是指垂直掃描完成從屏幕底部回到屏幕頂部的時(shí)間。在這期間,沒(méi)有任何的圖像信息,可以利用這期間來(lái)傳輸圖文和CC(Close Caption,隱藏式字幕)/V-CHIP等信息。方案中采用的圖文解碼器是飛利浦公司的SAA5264,采用的CC/V-CHIP處理器是ZILOG公司生產(chǎn)的Z86229。它把電視信號(hào)中包含的圖文/CC/V-CHIP信息解碼出來(lái),生成模擬RGB信號(hào)和FB信號(hào),同樣送到視頻解碼器VPC3230D中經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后生成ITU-R BT656數(shù)字信號(hào),再送到WSC1115去進(jìn)行相應(yīng)處理,然后在LCD面板上顯示出來(lái)。
LCD面板驅(qū)動(dòng)
本方案中所配合的LCD面板有TTL和單通道低壓差分信號(hào)(LVDS)兩種接口類(lèi)型,WSC1115經(jīng)過(guò)處理后輸出的是TTL RGB數(shù)字信號(hào),如果接的是TTL的屏則直接可以驅(qū)動(dòng),如果接的是單通道LVDS接口的屏,則必須把TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)才能驅(qū)動(dòng)LCD面板顯示。方案中采用的LCD 面板驅(qū)動(dòng)芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LVDS發(fā)送器DS90C385。
MCU和OSD
方案中采用的MCU和OSD是由MYSON公司生產(chǎn)的MTV230,它是一塊集成了OSD功能、4路A/D、4路PWM DAC的基于MCS-51內(nèi)核的單片機(jī)芯片。它接收鍵盤(pán)或遙控器的指令,并且通過(guò)I2C總線(xiàn)對(duì)視頻解碼器、WSC1115、音頻處理器等IC的寄存器進(jìn)行設(shè)置,完成相應(yīng)的功能。MTV230使用了Flash OSD字庫(kù),用戶(hù)可以自己定制字庫(kù),所以可以支持中文、英文、法文等多國(guó)語(yǔ)言。利用并口模擬I2C程序也可以方便地通過(guò)MTV230對(duì)LCD-TV整機(jī)進(jìn)行在線(xiàn)編程(ISP),升級(jí)程序。
整機(jī)電源管理
對(duì)來(lái)自AD-DC電源適配器的12V直流電源進(jìn)行DC-DC處理,產(chǎn)生系統(tǒng)工作所需的5V、3.3V、1.8V等各種電源。
伴音處理、音頻放大
方案中采用的音頻處理器是MICRONAS公司生產(chǎn)的MSP3410G ,它具有伴音處理、麗音解碼、環(huán)繞處理、高低音均衡、音量控制、靜音等功能,它與MCU通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行通訊,是目前廣泛運(yùn)用的伴音處理芯片。方案中采用的音頻放大器是TRIPATH公司生產(chǎn)的TA2024,它是雙聲道(15瓦/聲道)數(shù)字D類(lèi)功放,具有高效、節(jié)省面積、散熱好的特點(diǎn)。
3 接口板
圖3是接口板原理框圖,包括:模擬視頻信號(hào)輸入、輸出接口;模擬音頻信號(hào)輸入、輸出接口;TV調(diào)諧器。
電視調(diào)諧器采用的是成都旭光生產(chǎn)的JS6B系列一體化高頻頭,其特點(diǎn)是頻率合成、I2C控制、全增補(bǔ)電視頻道、單5V供電等。它將本振、頻段控制、調(diào)諧電壓發(fā)生集于一體,解調(diào)出CVBS視頻信號(hào)和TV伴音信號(hào)及第二伴音中頻(SIF)音頻信號(hào),分別送到視頻處理電路和音頻處理電路進(jìn)行相應(yīng)的處理。采用一體化高頻頭,靈敏度高、解調(diào)性能好,而且使整個(gè)方案簡(jiǎn)潔可靠。
方案中采用的AV輸入矩陣切換開(kāi)關(guān)是三菱公司生產(chǎn)M52790SP。它包含2個(gè)獨(dú)立的4輸入音頻切換開(kāi)關(guān)和2個(gè)獨(dú)立的4輸入視頻切換開(kāi)關(guān)。
4 鍵盤(pán)/紅外接收板
鍵盤(pán)/紅外接收板框圖如圖4所示。
方案實(shí)現(xiàn)技巧和特色
系統(tǒng)有圖文/CC/V-chip和PIP功能,但它們都是通過(guò)視頻解碼器(VPC3230D)的同一通道進(jìn)入系統(tǒng)視頻通道的,所以這兩個(gè)功能不能同時(shí)實(shí)現(xiàn),也就是說(shuō)在同一時(shí)間只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能。不過(guò)圖文/V-chip是進(jìn)入PIP芯片的,所以可以利用PIP芯片SDA9589的內(nèi)部MUX模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)PIP功能。基于上面這些原因,PIP功能可以實(shí)現(xiàn)的有:在CVBS上疊加電視信號(hào)、在電視上疊加CVBS信號(hào);在S-video上疊加電視信號(hào)、在電視信號(hào)上疊加S-video信號(hào);在S-video上疊加CVBS信號(hào)、在CVBS上疊加S-video信號(hào)。
本系統(tǒng)是針對(duì)歐美全兼容方案設(shè)計(jì)的,考慮到歐洲與美國(guó)的不同需求,將圖文和CC/V-chip的功能模塊的輸出通過(guò)跳線(xiàn)(電阻)放在同一個(gè)通道中,因此在一個(gè)系統(tǒng)板上只能實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)功能,也就是對(duì)美國(guó)實(shí)現(xiàn)CC/V-chip功能,對(duì)歐洲實(shí)現(xiàn)圖文功能。當(dāng)生產(chǎn)歐洲機(jī)型的時(shí)候在PCB板上不焊接CC/VCHIP解碼器及外圍器件;同樣,當(dāng)生產(chǎn)美國(guó)機(jī)型的時(shí)候在PCB板上不焊接圖文解碼器及外圍器件。
WSC1115芯片內(nèi)置了3個(gè)DAC,可以通過(guò)輸出模擬RGB、行同步(Hs)、場(chǎng)同步(Vs)信號(hào)接到CRT顯示器上進(jìn)行開(kāi)發(fā)調(diào)試,調(diào)好了再接到LCD面板上進(jìn)行微調(diào),極大地方便了開(kāi)發(fā)調(diào)試。
方案優(yōu)缺點(diǎn)分析
本套系統(tǒng)是為兼容歐、美要求的出口型液晶電視而設(shè)計(jì)的通用機(jī)芯板,包含歐洲標(biāo)準(zhǔn)的SCART接口、圖文解碼器、麗音、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的CC/VCHIP解碼器等。另外該方案具有畫(huà)中畫(huà)功能,子畫(huà)面位置和大小可調(diào)。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上有很大的兼容性,可方便的移植到PDP-TV/LCOS-TV/DLP-TV等新型高端電視中。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較靈活,如果不需要DVI接口,則將ADC&DVI接收器AD9882換成AD9883,只處理PC信號(hào)和YPBPR信號(hào),如果將AD9882換成ADC&HDMI接收器AD9880,則可以支持高清晰度多媒體接口(HDMI)。在實(shí)際產(chǎn)品中,根據(jù)客戶(hù)的不同需求來(lái)靈活進(jìn)行選擇。
全系統(tǒng)僅由一個(gè)8位單片機(jī)MTV230控制,內(nèi)含OSD發(fā)生器,只需要簡(jiǎn)單的補(bǔ)充字庫(kù),就可以實(shí)現(xiàn)多國(guó)語(yǔ)言的顯示,而且支持普通紅外遙控器。系統(tǒng)軟件由C51語(yǔ)言編寫(xiě),并建立了API庫(kù),方便移植和系統(tǒng)調(diào)用,而且便于生產(chǎn)廠家進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
系統(tǒng)還增加了一個(gè)比較實(shí)用的功能—畫(huà)面凍結(jié)。當(dāng)觀看者需要記錄活動(dòng)畫(huà)面中的電話(huà)、地址等信息時(shí),就可以按快捷鍵凍結(jié)當(dāng)前畫(huà)面,從而記下所需要的信息,再按一次鍵,恢復(fù)正常節(jié)目。
當(dāng)所連接的LCD面板為雙通道LVDS時(shí),只能通過(guò)外加可編程邏輯器件CPLD,通過(guò)編寫(xiě)硬件描述語(yǔ)言(HDL)模擬雙通道LVDS編碼器,并配置到CPLD中來(lái)驅(qū)動(dòng),會(huì)較大地加大機(jī)芯成本,所以在對(duì)成本非??粗氐那闆r下,本方案建議不配合雙通道LVDS液晶屏使用。
參考文獻(xiàn):1 WSC1115 Video Processor Data Sheet.Chengdu,China:WestStarChips Co.,Ltd,2003.
2 ITU-R BT.656-5.Interfaces for Digital Component Video Signals in 525-Line and 625-Line Television Systems Operating at the 4:2:2 Level of Recommendation ITU-R BT.601.1995.
3 Keith Jack. Video Demystified: a handbook for the digital engineer,3rd Edition.2001.