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1 概述 在視頻顯示開發(fā)中，經(jīng)常會遇到如何將不同格式、制式的視頻信號轉(zhuǎn)換后，在各類顯示器上進(jìn)行顯示的問題；尤其對于模擬視頻信號的處理，很多人會感到束手無策。視頻信號中不僅包含圖像信號，還包括行同步、行消隱、幀同步及幀消隱等信號。本方案主要采用集成電路設(shè)計，外圍模擬器件少，全部控制均可通過軟件實施；不需要初始化和等待時間，適用于板卡等多媒體應(yīng)用場合。系統(tǒng)框圖如圖1，主要包括三個部分：一是視頻解碼部分，目的是將復(fù)合視頻、YUV分量或S端子等模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成視頻轉(zhuǎn)換器可以使用的格式；二是視頻轉(zhuǎn)換器AL251，直接輸出模擬 RGB、數(shù)字RGB或數(shù)字YUV視頻信號；三是FPD（Flat Panel Display Link）鏈路傳輸部分，主要目的是實現(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）。另外，TechWell公司的TW8800可單片實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換、隔行轉(zhuǎn)逐行以及OSD等功能。 
2 解碼器 2.1 解碼器選型 TV解碼器可以選用Philips公司的SAA7110/7111A/7112、 Samsung公司的KS0127（S5D0127X01）、ITT公司的VPC3211B、Micronas的VPX3226E或TechWell的 TW9903等待。它們均可通過I2C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24位RGB或16位YUV數(shù)字信號和Hsync、 Vsync、HAV(HREF)控制信號及采樣時鐘，解碼后的信號可以直接送入視頻轉(zhuǎn)換器AL251中。根據(jù)AVERLogic公司發(fā)布的技術(shù)資料，Philips公司的解碼效率最差；但是KS0127除了可以支持其它處理器所具有的NTSC/PAL制自動檢測、CCIR601采樣率以外，還可支持模擬平方像素采樣和Clcsed Caption（CC字幕）。等功能，且價格便宜，溫度適應(yīng)范圍廣（-20～70℃）。對于指標(biāo)要求不高的系統(tǒng)，可選用該芯片。KS0127具有以下特點： *支持NTSC-M/N/4.43、PAL-M/N/B/G/H/I/D/K/L、SECAM格式自動檢測。 *6個模擬輸入：3個S端子、6個復(fù)位視頻或1個3線YUV分量視頻。 *1個8位YUV數(shù)字視頻輸入。 *2路亮度和色度梳狀濾波器，可編程控制亮度帶寬、對比度、色度帶寬、色彩及飽和 度。 *在互播（intercast）應(yīng)用場合中，可在圖文電視（VBI）中直接輸入數(shù)字化的復(fù)合視 頻基帶信號（CVBS）。 *可支持以下輸出格式：4:4:4、4:2:2、4:1:1 YUV分量視頻格式或24位、16位RGB 格式。 *高質(zhì)量的水平和垂直向下掃描。 *100腳PQFP封裝。 2.2 KS0127功能模塊 （1）視頻輸入 模擬視頻前端分為兩組，每組均1個模擬自動增益控制（AGC）、1個箝位控制和1個8位的 ADC。復(fù)合視頻信號輸入只施加亮度處理，S端子和模擬YUV輸入則包括亮度和色度處理。ADC的數(shù)據(jù)被反饋到模擬嵌位和增益控制模塊后，用于計算恰當(dāng)?shù)脑鲆婧腕槲恢怠Ｔ摻Y(jié)構(gòu)避免了模擬前端偏置和增益的不匹配。 圖2 AL251原理框圖 點擊放大
KS0127可通過EXV雙向口接收高質(zhì)量的CCIR601標(biāo)準(zhǔn)的8位YUV數(shù)字視頻信號，可選用信號內(nèi)部時或外部定時。該定時信號也可被KS0127產(chǎn)生。像素時鐘和同步定時可以單獨(dú)選擇為內(nèi)部產(chǎn)生或是外部產(chǎn)生。AGC值和方式可通過寄存器來設(shè)置。 （2）輸入時鐘 當(dāng)配置為模擬輸入時，KS0127需要跟蹤輸入視頻并產(chǎn)生一個取樣時鐘，用于輸入視頻行同步。可選用24.576MHz或26.8MHz外部基準(zhǔn)時鐘用于視頻跟蹤。該基準(zhǔn)時鐘可通過使用晶振或是TTL時鐘源與XTALI和XTALO相接得到。如果是CCIR601，則選用24.576MHz；如果平方像素或雙模式，則使用26.8MHz時鐘。聯(lián)樣時鐘可通過行速率乘以N得到，其中N由場頻（50Hz或60Hz）和取樣率（CCIR601或平方像素）決定，場頻可被自動檢測。KS0127除了可以提供像素時鐘外，還可以輸出各種有關(guān)指示行、場、幀的定時信號。另外，它還可以作為視頻定時發(fā)生器，無需視頻輸入就可產(chǎn)生所有的視頻定時信息。 HS1和HS2是兩個水平定時信號，可編程設(shè)置它們的起始和停止位置；HAV用于水平視頻信號剪切，該信號的極性、啟停位置及水平方向的首末像素位置均可編程；VS用于確定垂直方向上視頻信號的首行，通過設(shè)置，其跳變沿可對應(yīng)輸入視頻鋸齒脈沖或視頻行的起始或中間位置。 （3）數(shù)字視頻輸出 可輸出4:2:2、4:1:1、4:4:4 YUV分量視頻和RGB565、RGB888視頻格式。所有8位輸出格式用CK2像素時鐘。首像素對應(yīng)HAV信號的第一個跳變沿。部分格式對應(yīng)關(guān)系見表1。 表1 KS0127輸出對應(yīng)關(guān)系
（4）寄存器 KS0127共有256個寄存器：00H是狀態(tài)寄存器，報告當(dāng)前檢測到的色彩格式、場頻及芯片版本等信息；01H～04H是控制寄存器，設(shè)置模擬輸入通道、AGC模式、時鐘輸入及像素取樣率等；05H～06H是有關(guān)HAV控制的寄存器；07H～0AH是有關(guān)HS1和HS2控制的寄存器；其余主要操作場可通過前48個寄存器得以控制。 3 視頻轉(zhuǎn)換器AL251 AL251是AVERLogic公司生產(chǎn)的一款功能強(qiáng)大的顯示轉(zhuǎn)換控制芯片，主要用于 LCD VGA顯示或視頻編程應(yīng)用；能夠接收隔行NTSC或PAL、ITURBT601（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；可以輸出YUV422或RGB565格式的逐行數(shù)字信號，用于在VGA LCD上顯示。AL251有多種控制功能，可由微處理器通過I2C接口實現(xiàn)諸如識別輸入精度、調(diào)整屏幕位置、過濾視頻噪聲、OSD（在屏顯示）、視頻 LUT（LookUp Table）及POWERDOWN等功能；可不需軟件控制自動初始化。由于LA251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并少有閃爍和鋸齒邊沿。該芯片供電電壓為3.3V或5V，采用80腳QFP封裝形式。 AL251原理框圖見圖2。 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決定（1為YUV422；0為RGB565），輸入接口見表2；輸出視頻格式由控制寄存器#08H<7>選擇（1為 YUV422；0為RGB565），輸出接口見表3。AL251的精度依靠之前的視頻解碼器，不需要軟件控制，高支持1024×768。其VCLK由解碼器提供。 表2 AL251輸入接口
表3 AL251輸出接口
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)生諸如透明、不透明、底片、背景及網(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可能顯示視頻信號源中的所有像素，這樣可以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)邊界不齊的效果。為此，AL251通過裁剪視頻源進(jìn)行邊界控制。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 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、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。 圖3 硬件電路示意圖 點擊放大
4 FPD鏈路 LCD和AL251之間采用FPD鏈路連接。該鏈路可采用National半導(dǎo)體公司的 LVDS（Low Voltage Differential Signaling）DS90C363/DS90CF364傳輸套片，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(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、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VLDS。在64MHz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170MB/s。DS90CF364為接收器，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，需改變原先電路連接關(guān)系。 5 系統(tǒng)硬件連接和軟件實現(xiàn) 圖3是該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的硬件電路示意圖。本系統(tǒng)采用CirrusLogic公司的EP7312嵌入式處理進(jìn)行控制，液晶顯示屏選用SHARP公司的LQ64D341。 圖3中，PAL/NTSC/SECAM三種制式視頻信號可通過KS0127的AC0 /AY0/AC1/AY1/AC2/AY2引腳輸入；EXV0～EXV7是雙向口，這里可作為8位YUV數(shù)字分量視頻輸入口；26.8MHz的基準(zhǔn)時鐘信號通過XTALI輸入。AL251的VCLK、VIDHS、VIDVS及HREF是輸入視頻信號的行場同步和采樣時鐘；INTYPE是輸入視頻格式選擇（0/1-RGB565/YUV422）；SQUARE是平方像素和CCIR601選擇設(shè)置（1/0）；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接口共用這兩個引腳；KS0127輸出的CK信號直接與顯示屏的GCLK引腳相接，GHREF是 LCD屏的顯示使能，VREF用于模擬RGB接口。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I2C控制接口。KS0127的讀/寫地址是C9H/C8H，AL251的讀/寫地址是59H/58H。 參考文獻(xiàn) 1. AL251 Data Sheet 1999 2. KS0127 Data Sheet 2000 3. 李維諟.郭強(qiáng) 液晶顯示與應(yīng)用技術(shù) 2000 作 者：解放軍信息工程大學(xué) 胡君杰 林東貴 胡冰 來 源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2003（7） |
