用SAA7111A設(shè)計(jì)模擬視頻轉(zhuǎn)換接口

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(jìn)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(jì)，體積小，成本低，外圍模擬器件少，全部控制均可通過軟件實(shí)施，初始化和等待時(shí)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(gè)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(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，提取其中的同步和時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)大價(jià)格便宜，但是解碼效果稍遜一些，而且該芯片的最大缺點(diǎn)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?。?cm2）, 溫度適應(yīng)范圍廣（?10℃-80℃），具有以下特點(diǎn)：
??? （1） 自動進(jìn)行50/60Hz場頻的檢測，支持NTSC和PAL制自動轉(zhuǎn)換，可對NTSC?M/N/4.43/JAPAN、PAL?M/N/BGHI/、SECAM格式視頻信號的亮度和色度進(jìn)行處理。?
??? （2） 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。?
??? （3） 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）。?
??? （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(jìn)行控制。?
??? （5） 行（HREF）、場（VREF）同步、奇偶幀（RES1）和像素時(shí)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。
??? （7） 具有符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換器
??? 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(shí)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(jìn)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(gè)通道支持在屏顯示（OSD）功能，以實(shí)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(shí)現(xiàn)內(nèi)置OSD位圖，外通道控制兩個(gè)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(shí)，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(diǎn)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(jìn)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(gè)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(bào)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(shí)和控制數(shù)據(jù)（FPLINE/GHS、FPFRAME/GVS、DRDY/ENAB/GHREF）在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)轉(zhuǎn)換成3組LVDS，在65MHz發(fā)送時(shí)鐘頻率下，每個(gè)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(shí)，設(shè)計(jì)者不需改變原先電路引接關(guān)系。

5 系統(tǒng)硬件連接?
??? 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(jìn)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CXA?M10A。
??? 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(shí)際的使用端口可通過軟件選擇進(jìn)行設(shè)置。24.576MHz的基準(zhǔn)時(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(yàn)，有幾點(diǎn)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(jì)，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(gè)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(gè)芯片的電源引腳盡可能近地接上一個(gè)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(gè)時(shí)鐘信號要細(xì)心設(shè)計(jì)，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(jìn)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(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)：（1）IIC的延時(shí)時(shí)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(shí)際圖像位置有所偏差，這需要開發(fā)者進(jìn)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(shí)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(diǎn)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(qiáng). 液晶顯示應(yīng)用技術(shù).北京: 電子工業(yè)出版社, 2000