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1 引言 隨著多媒體視頻技術的發展，教育、商務演示、游戲娛樂、視頻監控、機載視頻顯示等領域均要求將PC輸出的VGA視頻信號轉化成適合普通電視的標準電視信號。目前，VGA視頻絕大多數采用逐行掃描技術，而模擬電視信號則采用隔行掃描技術．且各自的行頻和場頻不相同，因此，設計專門的VGA／TV視頻轉換器顯得非常必要和迫切。VGA／TV視頻轉換器的基本原理是通過幀存儲器用一種制式的時序寫幀存．而用另一種制式的時序讀幀存，并用增減行場的方法調整掃描頻率，直至形成標準的電視信號格式。 我國許多飛機使用類似彩色電視的PAL制顯示器。在顯示圖形分辨率要求不苛刻的情況下，完全可以利用這些現有設備作為機載計算機的顯示終端。但一般計算機的顯示接口并不直接支持隊PAL制式．需要在VGA接口和PAL制式之間進行適當的轉換。為實現顯示控制器VGA信號到模擬TV視頻信號的轉換，兼容多功能顯示器的模擬視頻的顯示方式．筆者設計了一種基于AIT2138的VGMTV視頻轉換器。該視頻轉換器將通用VGA信號轉換為廣播質量級的PAL制視頻 信號，當然AIT2138的輸出也支持NTSC和S-Video視頻格式，但在本文不考慮這二種輸出格式。 本文介紹AIT2138的功能，給出VGA／TV視頻轉換器硬件系統工作原理和設計思路；介紹系統軟件設計．用單片機靈活實現用12C總線對視頻轉換核心電AIT2138的編程控制，對輸入各種視頻信號的自動監測、自動處理方法進行了研究。 2 AIT2138及硬件系統的工作原理 2．1 AIT2138的主要功能 AIT2138型視頻轉換器處理標準VGA的模擬R、G、B信號，并將其轉換成NrPSC或PAL制式的視頻信號。掃描頻率的轉換借助外部幀存儲器完成。AIT2138可將640x480(85 Hz)、800x600(75 Hzl、1024x768(60 Hz)、16．7 MHz的真彩色圖像轉換成NTPSC或PAL制式的視頻信號。所有視頻信號均以數字方式處理。由于在。D／A轉換端采用超采樣電路技術，從而使模擬輸出濾波器非常簡單。電路的3個輸出引腳能同時組合輸出復合視頻和S—Video(亮度與色度分離)、RGB或YCbCr信號。AIT2138支持VESA DPMS節能方式，可以有效降低系統的功耗． Arl2138的內部功能框圖如圖1所示． 其特點如下： (1)同屏顯示于PC/TV，即插即用，I2C控制，無需驅動程序： (2)支持256 Kxl6 bit的EDO存儲或1 Mxl6 bit的SDRAM： (3)FIic—FreeTM抗閃爍濾波技術，支持圖像畫面凍結、放大和移動。 2．2 視頻轉換器硬件系統 筆者設計的VGA/TV視頻轉換卡主要由電源電路、視頻轉換電路和視頻轉換控制電路組成．其硬件系統框圖如圖2所示。 機載電源為27V，為確保系統的兼容性，采用Vieor專用電源模塊實現機載電源到5V純凈系統電源的轉換，為系統正常工作提供可靠的環境。 機載顯控器輸出的VGA信號輸入到系統前端，經過處理(整形等)輸入AIT2138內。AIT2138根據輸入VGA信號的刷新頻率。對一幀VGA逐行掃描視頻信號進行A／D采樣，經過緩沖、箝位．緩存在外部的SDRAM中，經過奇偶場重組和場內的數據插值處理，然后經過D／A處理，在輸出端轉換為模擬視頻信號。 系統的控制模塊由AT89C51來實現．采用通用I／O模擬FC總線，完成AIT2138上電初始化和內部寄存器設定。 2．3 系統硬件設計中需要特別注意的事項 2．3．1 視頻前端處理 VGA信號輸入可通過Arl"2138的3個8 bitA/D轉換器來對R、G、B信號的每一個通道按照48MHz的采樣率進行MD轉換。HSYNC和VSYNC由施密特觸發器緩沖。A／D轉換器的轉換參考電壓可以自己設定。設計的RGB信號電平范圍是OV"O．85 V，給定的外部參考電壓為VK，該電壓不能低于RGB信號電平的最大值。數字視頻處理是利用YUV色彩分量來進行的，因此利用AIT2138中的RGB—YUV矩陣將輸入的RGB信號轉換為4：2：2格式的YUV分量信號。其中，YUV每個分量輸出長度為8 bit，總的輸出信號在數據總線上以24 bit工作。在實驗中發現：AIT2138內部的5線抗閃爍有限脈沖響應數字濾波器可有效降低輸出PAL制式電視信號的閃爍。 2．3．2 設定工作模式 AIT2138有主、從二種模式。本設計中選用了主模式，在這種模式下，該電路可產生所有的時鐘和同步信號，并且能給外部的存儲設備提供水平同步和垂直同步以及內部像素時鐘。電路外部的多路同步輸入、FIFO和存儲器都將嚴格遵循AIT2138提供的同步信號和時鐘。 2．3．3 數字視頻編碼 AIT2138的核心是處理器部分。主要用于從外部存儲設備中讀入4：2：2格式的YUV數字視頻數據．然后進行編碼處理。由于輸入的信號分亮度和色度兩種信號分量，色度信號通過復合數字副載波調制．所以可將亮度和色度信號分別插值為像素速率的2倍．并通過2個10 bit D／A轉換器轉換為模擬合成視頻信號，再通過第三個通道的10 bit轉換器輸出，必須注意調整AIT2138格式控制腳，選擇不同的時鐘參數．將 視頻轉換器的輸出設置為機載多功能顯示器兼容的PAL制式標準電視信號輸出。 3 系統軟件設計 3．1 I2C協議實現 I2C總線是一種簡單、雙向二線制同步串行總線．它具備多主機系統所需的包括總線裁決和高低速設備同步功能的高性能串行總線。I2C總線上的器件之間通過串行數據線SDA和串行時鐘線SCL相連接．傳送信息。 本系統中用AT89C51的P4口的I／0引腳1和2分別模擬12C總線的SCL和SDA引腳。AT89C51作為主控器在總線上發送命令．AIT2138作為接收器接收總線上的命令。作為總線裁決的重要信息．發送命令中必須包括AIT2138的地址信息，其地址為88H。AIT2138的F2C讀流程如圖3所示。 AIT2138的寫流程相對簡單．不需要在寫入器件地址后進行讀寫轉換．也就是上面時序中強制加入的第二個Start Condition(啟動條件)。需要注意的是在I2C總線上每傳輸一位數據都有一個時鐘脈沖相對應。這里的時鐘脈沖不像一般的時鐘必須是周期性的，它的時鐘間隔可以不同。總線備用時(即“非忙”狀態)，SDA和SCL必須保持高電平，關閉I2C總線時才使SCL箝位在低電平。只有當總線處于“非忙”狀態時，數據傳輸才能被初始化。在數據傳輸期間．只要時鐘線為高電平，數據線都必須保持穩定．只有在時鐘線為低電平時才允許數據線上的電平改變。在時鐘線保持高電平期間，數據線上的下降沿為啟動信號，上升沿為停止信號，啟動和停止信號都由主機產生。AIT2138容易監測這些信號。 3．2 系統軟件流程 軟件設計是該系統設計中的一個難點，在系統第一版設計中．采用了AIT2138自動檢測輸入端的VGA視頻信號對行、場同步頻率進行設定，同步內部視頻A／D轉換和外部視頻緩存內部的分場、視頻轉換過程。在使用過程中，發現機載多功能顯示器上圖像抖動．而且顯示圖像位置相對多功能顯示器的視場有一定偏移，嚴重影響了視頻效果。 研究發現．問題出在AIT2138的自適應調整功能上．其內部對VGA信號的行、場同步信號規定了幾個擋位．以場同步為例，分為63 Hz一69 Hz，69 Hz一73Hz．73 Hz一79Hz，79Hz～85Hz4個擋位，由于其內部自動監測功能不完善．因此容易把刷新頻率為75 Hz的視頻信號歸到69 Hz"73 Hz的擋位中，容易造成后端模擬視頻輸出抖動。后端視頻視場的偏移與AIT2138內部的．HPR和VPR有關。所以筆者提出如下優化控制方案。軟件的流程如圖4所示。 AT89C2051首先對轉換器輸入端口進行有無行同步信號的檢測。若有，則繼續檢測有無場同步信號．若無則判斷為5線制視頻信號，輸入5線制視頻信號時。信號的行、場同步信號直接接人AIT2138。然后通過設定AT89C2051內的2個16位定時器取值來設置行、場頻率計數的時間閾值。在規定的時間間隔內對接人AT89C2051的2個I／O引腳的行、場同步信號線上出現的脈沖進行計數．通過計算脈沖個數與時間間隔的比值可得到確切的行、場頻率。在得到行、場頻率后，對AIT12138轉換過程中要處理的5線制視頻信號的具體參數進行優化計算，包括逐行視頻圖像的截取位置、面積和隔行電視圖像顯示的位置等．然后通過FC接口對AT12138進行編程控制。 4 系統抗干擾設計 在設計過程中．考慮到設備對外部的適應性，主要采取了以下措施：機殼采用金屬鋁件，機殼的金屬部分良好接地，具有防護電磁干擾的作用；為了保證各個組件地線的接線端之間能長期、可靠地連接．采用了鍍錫的銅接線片，同時，將接線片用螺釘固定在機座上，保證長期接地良好，并對整個組件進行防潮處理：按鍵面板通過銅質導線與機殼接觸良好．防止外界電磁波干擾設備的正常工作；在電源輸出端并接高、低頻濾波電容器，防止電源高、低頻噪聲對元器件的影響。在PCB設計中需要注意：數字地與模擬地分離，應用EMI濾波裝置以減少VDDA的電源噪聲；LPF到AITl2138的整體電路引腳長度應當小于0．5英寸；VDDA和VSSA端應接O．1μF的旁路電容器以減少噪音。 5 結束語 這種VGA／TV轉換器的特點是對采用逐行掃描方式微機輸出的視頻信號進行轉換．并且可以得到廣播電視級的PAL制式電視視頻信號。經過在某型戰機上試飛，獲得效果很好的PAL制式標準電視視頻信號，具有較高的應用價值。 |
