發布日期：2022-04-26 點擊率：90
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。傳統方案大量使用模擬分離元件，不僅較為復雜，而且難于調試。本文介紹的方案主要采用集成電路設計，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字化多媒體應用場合，系統框圖見圖1。系統主要包括兩個部分：一是視頻解碼模塊，目的是將復合視頻、YC分量等模擬視頻信號進行A/D轉換，提取其中的同步和時鐘信號，所有轉換電路均集中在一塊芯片內；二是視頻轉換模塊，作用是直接輸出模擬RGB、數字RGB或數字YUV視頻信號，實現隔行到逐行掃描的轉換，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，也可用于其它格式顯示（需轉換）。另外，FPD鏈路(FlatPanelDisplaylink)傳輸部分可以實現遠距離（最遠10m）數字RGB視頻顯示（數字RGB視頻信號頻率太高無法實現遠距離傳輸）。
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換模塊或視頻采集系統。根據AVERLogic公司發布的技術文檔，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）。據筆者調研，SAA7114效果最好，但由于種種因素，本方案采用SAA7111A，它采用CMOS工藝，功耗小（小于0.5W），電壓低（3.3V），體積小（1cm2）,溫度適應范圍廣（10℃-80℃），具有以下特點：
（1）自動進行50/60Hz場頻的檢測，支持NTSC和PAL制自動轉換，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。
（2）擁有4路模擬輸入：4路復合視頻（CVBS）或2路YC或1路YC和2路CVBS。
（3）可設置CVBS或YC通道為靜態增益控制或自動增益控制（AGC）。
（4）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。
（5）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（CCIR6018位）、4:1:1（12位）YUV格式或8:8:8（24位）、5:6:5（16位）RGB格式。
（7）具有符合IEEE1149.1標準掃描邏輯的邊界掃描測試電路。
（8）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視頻轉換器
AL251是AVERLogic公司生產的一款功能強大的顯示轉換控制芯片，主要用于LCDVGA顯示或視頻編輯應用場合，它能夠接收隔行NTSC或PAL,ITU?RBT601(CCIR601)或平方像素，YUV422或RGB565數字信號，將其轉換成普通PC顯示器可以接收的模擬RGB格式視頻信號和用于在VGALCD上顯示的YUV422或RGB565格式的逐行數字視頻信號。AL251有多種控制功能，可由微處理器通過IIC接口實現諸如自動識別PAL制/NTSC式、調整屏幕位置、過濾視頻噪聲、OSD（在屏顯示）、視頻LUT(LookupTable)、POWERDOWN等功能，可不需軟件控制進行硬初始化。AL251具有AVERLogic特有的數字信號處理技術，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輸入輸出數據格式
AL251可輸入輸出兩種數據格式：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，以實現在原輸出上疊加控制菜單、文本或標題，以及產生一些諸如透明、不透明、底片、背景、網格等特殊效果。內通道實現內置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域，這點對于DVD數字視頻源是有利的，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）可以通過寄存器設置。
3.4寄存器描述
AL251共設有42個內部控制寄存器。其中，00h～04h是配置狀態寄存器，用于顯示公司ID(46h)、版本號和芯片序列號以及設置芯片的工作狀態（視頻信號的輸入類型和格
式）；08h，09h是同步控制和狀態寄存器，用于設置各種同步信號的方式和極性，報告當前各類同步信號的狀態；0Ch～0Eh是邊界顏色寄存器，用于設置邊界顏色的紅、綠、藍分量值；10h～13h是LUTOSD寄存器；14h～1Dh是層疊控制寄存器，用于設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半導體公司的LVDS（LowVoltageDifferentialSignaling）DS90C363/DS90CF364傳輸套片，傳輸距離最遠可達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是發送器，可將18位RGB數據和3位LCD定時和控制數據（FPLINE/GHS、FPframe/GVS、DRDY/ENAB/GHREF）在一個時鐘周期內轉換成3組LVDS，在65MHz發送時鐘頻率下，每個LVDS通道的發送速率高達455Mbps，數據吞吐量為每秒170兆字節，該發送器可選擇為上升沿或下降沿觸發；DS90CF364為接收器，它可將接收到的LVDS數據流再轉換成TTL/CMOS數據，以便于多路數字信號的高速遠距離傳輸。該套片支持VGA，SVGA，XGA或更高的分辨率。在使用時，設計者不需改變原先電路引接關系。
圖3是該轉換系統的硬件電路示意圖，使用3.3V電源。本系統采用Cygnal公司的C8051F020處理器進行控制，選用SHARP公司的LQ64D341TFT液晶屏，分辨率為640×480，接口為18位數字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置。24.576MHz的基準時鐘信號通過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的數據輸出口是16位的，而LQ64D341是18位的，這里將R0和B0接地，其余引腳對應關系不變。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。
根據筆者經驗，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字地、模擬電源和數字電源分開，在供電和接地處用一磁珠或導線連接；(2)如有可能應使用四層板設計，且模擬信號部分和數字信號部分分開；（3）模擬信號輸入端的信號線應該較粗較短，并且周圍環繞地線，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相接的數字RGB電纜不要太長；（6）對于各個時鐘信號要細心設計，最好用地與其它信號隔離。
5軟件編程
軟件操作上不太復雜，只要針對具體應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，只需改變對應寄存器值即可，完整的IIC底層驅動程序可從周立功網站上下載。另外強調幾點：（1）IIC的延時時間要根據所使用的處理器主頻作出調整。（2）比較技術文檔上給的參數，實際圖像位置有所偏差，這需要開發者進行調整，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敏感.
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