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PAL制式视频信号的处理

原创 Linux操作系统 作者:cifra_guokun 时间:2009-01-04 22:51:49 0 删除 编辑
TV解码器可以选用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。它们均可通过I2C总线接口控制,自动识别输入模拟视频信号格式,然后解码输出24位RGB或16位YUV数字信号和Hsync、Vsync、HAV(HREF)控制信号及采样时钟,解码后的信号可以直接送入视频转换器AL251中。根据AVERLogic公司发布的技术资料,Philips公司的解码效率最差;但是KS0127除了可以支持其它处理器所具有的NTSC/PAL制自动检测、CCIR601采样率以外,还可支持模拟平方像素采样和Clcsed Caption(CC字幕)。等功能,且价格便宜,温度适应范围广(-20~70℃)。对于指标要求不高的系统,可选用该芯片。KS0127具有以下特点:

*支持NTSC-M/N/4.43、PAL-M/N/B/G/H/I/D/K/L、SECAM格式自动检测。

*6个模拟输入:3个S端子、6个复位视频或1个3线YUV分量视频。

*1个8位YUV数字视频输入。

*2路亮度和色度梳状滤波器,可编程控制亮度带宽、对比度、色度带宽、色彩及饱和度。

*在互播(intercast)应用场合中,可在图文电视(VBI)中直接输入数字化的复合视频基带信号(CVBS)。

*可支持以下输出格式:4:4:4、4:2:2、4:1:1 YUV分量视频格式或24位、16位RGB格式。

*高质量的水平和垂直向下扫描。

*100脚PQFP封装。

2.2 KS0127功能模块

(1)视频输入

模拟视频前端分为两组,每组均1个模拟自动增益控制(AGC)、1个箝位控制和1个8位的ADC。复合视频信号输入只施加亮度处理,S端子和模拟YUV输入则包括亮度和色度处理。ADC的数据被反馈到模拟嵌位和增益控制模块后,用于计算恰当的增益和箝位值。该结构避免了模拟前端偏置和增益的不匹配。

图2 AL251原理框图

KS0127可通过EXV双向口接收高质量的CCIR601标准的8位YUV数字视频信号,可选用信号内部时或外部定时。该定时信号也可被KS0127产生。像素时钟和同步定时可以单独选择为内部产生或是外部产生。AGC值和方式可通过寄存器来设置。

(2)输入时钟

当配置为模拟输入时,KS0127需要跟踪输入视频并产生一个取样时钟,用于输入视频行同步。可选用24.576MHz或26.8MHz外部基准时钟用于视频跟踪。该基准时钟可通过使用晶振或是TTL时钟源与XTALI和XTALO相接得到。如果是CCIR601,则选用24.576MHz;如果平方像素或双模式,则使用26.8MHz时钟。联样时钟可通过行速率乘以N得到,其中N由场频(50Hz或60Hz)和取样率(CCIR601或平方像素)决定,场频可被自动检测。KS0127除了可以提供像素时钟外,还可以输出各种有关指示行、场、帧的定时信号。另外,它还可以作为视频定时发生器,无需视频输入就可产生所有的视频定时信息。

HS1和HS2是两个水平定时信号,可编程设置它们的起始和停止位置;HAV用于水平视频信号剪切,该信号的极性、启停位置及水平方向的首末像素位置均可编程;VS用于确定垂直方向上视频信号的首行,通过设置,其跳变沿可对应输入视频锯齿脉冲或视频行的起始或中间位置。

(3)数字视频输出

可输出4:2:2、4:1:1、4:4:4 YUV分量视频和RGB565、RGB888视频格式。所有8位输出格式用CK2像素时钟。首像素对应HAV信号的第一个跳变沿。部分格式对应关系见表1。

表1 KS0127输出对应关系

类 型 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 E0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7
YUV444 Cb0~Cb7 Y0~Y7 Cr0~Cr7
RGB565 B0 B1 B2 B3 B4 G0 G1 G2 G3 G4 G5 R0 R1 R2 R3 R4
RGB888 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
RGB888 B3 B4 B5 B6 B7 G2 G3 G4 G5 G6 G7 R3 R4 R5 R6 R7 B0 B1 B2 G0 G1 R0 R1 R2

(4)寄存器

KS0127共有256个寄存器:00H是状态寄存器,报告当前检测到的色彩格式、场频及芯片版本等信息;01H~04H是控制寄存器,设置模拟输入通道、AGC模式、时钟输入及像素取样率等;05H~06H是有关HAV控制的寄存器;07H~0AH是有关HS1和HS2控制的寄存器;其余主要操作场可通过前48个寄存器得以控制。

3 视频转换器AL251

AL251是AVERLogic公司生产的一款功能强大的显示转换控制芯片,主要用于LCD VGA显示或视频编程应用;能够接收隔行NTSC或PAL、ITURBT601(CCIR601)或平方像素、YUV422或RGB565数字信号,将其转换成普通PC显示器可以接收的模拟RGB格式视频信号;可以输出YUV422或RGB565格式的逐行数字信号,用于在VGA LCD上显示。AL251有多种控制功能,可由微处理器通过I2C接口实现诸如识别输入精度、调整屏幕位置、过滤视频噪声、OSD(在屏显示)、视频LUT(LookUp Table)及POWERDOWN等功能;可不需软件控制自动初始化。由于LA251具有AVERLogic特有的数字信号处理技术,处理过的图像更加平滑并少有闪烁和锯齿边沿。该芯片供电电压为3.3V或5V,采用80脚QFP封装形式。

AL251原理框图见图2。

3.1 输入/输出数据格式

AL251可输入/输出两种数据格式:YUV422或RGB565。输入视频格式由引脚INTYPE决定(1为YUV422;0为RGB565),输入接口见表2;输出视频格式由控制寄存器#08H<7>选择(1为YUV422;0为RGB565),输出接口见表3。AL251的精度依靠之前的视频解码器,不需要软件控制,高支持1024×768。其VCLK由解码器提供。

表2 AL251输入接口

类型 V15 V14 V13 V12 V11 V10 V9 V8 V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 V0
RGB888→565 R7 R6 R5 R4 R3 G7 G6 G5 G4 G3 G2 B7 B6 B5 B4 B3
YUV 422 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 U7
V7 U6
V6 U5
V5 U4
V4 U3
V3 U2
V2 U1
V1 U0
V0

表3 AL251输出接口

类 型 DO7 DO6 DO5 DO4 DO3 DO2 DO1 DO0 DO15 DO14 DO13 DO12 DO11 DO10 DO9 DO8
RGB565→888 R7 Y7 R5 R4 R3 G7 G6 G5 G4 G3 G2 B7 B6 B5 B4 B3
YUV 422 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 U7
V7 U6
V6 U5
V5 U4
V4 U3
V3 U2
V2 U1
V1 U0
V0

3.2 在屏显示

AL251提供两个通道支持在屏显示(OSD)功能,以实现在原输出上叠加控制菜单、文本或标题以及产生诸如透明、不透明、底片、背景及网格等特殊效果。内通道实现内置OSD位图,外通道控制两个层叠引脚(OVLCTRL1)和OVLCTRL0),用于在屏显示层叠和生成一些特殊的效果。无论是内通道还是外通道,OSD只能用于模拟视频和RGB565方式下输出,YUV422方式下不支持。

3.3 边界/边界颜色

在模拟输出时,AL251可能显示视频信号源中的所有像素,这样可以显示比普通显示器更大的区域。这点对于DVD数字视频源有利的,但是对于一些类似VCR的视频源,则会出现边界不齐的效果。为此,AL251通过裁剪视频源进行边界控制。裁剪后的边界颜色(24位)可以通过寄存器设置。

3.4 寄存器

AL251共设有42个内部控制寄存器。其中00H~04H是配置状态寄存器,用于显示公司ID(46H)、版本号、芯片序列号以及设置芯片的工作状态(视频信号的输入类型和格式);08H、09H是同步控制和状态寄存器,用于设置各种同步信号的方式和极性,报告当前各类同步信号的状态;0CH~0EH是边界颜色寄存器,用于设置边界颜色的红、绿、蓝分量值;10H~13H是LUTOSD寄存器;14H~1DH是层叠控制寄存器,用于设置层叠的效果和颜色。

图3 硬件电路示意图

4 FPD链路

LCD和AL251之间采用FPD链路连接。该链路可采用National半导体公司的LVDS(Low Voltage Differential Signaling)DS90C363/DS90CF364传输套片,最远传输距离可达10m。该套片为18位FPD链路,工作电压3.3V,48引脚TSSOP封装。其中DS90C363是发送器,可将18位RGB数据和3位LCD定时、控制数据(FPLINE/GHS、FPFRAME/GVS、DRDY/ENAB/GHREF)在一个时钟周期内转换成3组VLDS。在64MHz发送时钟频率下,每个LVDS通道的发送速率高达455Mbps,数据吞吐量为170MB/s。DS90CF364为接收器,可将接收到的LVDS数据流再转换成TTL/CMOS数据,以便多路数字信号的高速远距离传输。该套片支持VGA、SVGA、XGA或更高的分辨率。在使用时,需改变原先电路连接关系。

5 系统硬件连接和软件实现

图3是该转换系统的硬件电路示意图。本系统采用CirrusLogic公司的EP7312嵌入式处理进行控制,液晶显示屏选用SHARP公司的LQ64D341。

图3中,PAL/NTSC/SECAM三种制式视频信号可通过KS0127的AC0/AY0/AC1/AY1/AC2/AY2引脚输入;EXV0~EXV7是双向口,这里可作为8位YUV数字分量视频输入口;26.8MHz的基准时钟信号通过XTALI输入。AL251的VCLK、VIDHS、VIDVS及HREF是输入视频信号的行场同步和采样时钟;INTYPE是输入视频格式选择(0/1-RGB565/YUV422);SQUARE是平方像素和CCIR601选择设置(1/0);OVLCTRL0/1是层叠控制,00是无层叠;GHS、GVS是输出视频信号的行场同步,模数RGB接口共用这两个引脚;KS0127输出的CK信号直接与显示屏的GCLK引脚相接,GHREF是LCD屏的显示使能,VREF用于模拟RGB接口。由于AL251的数据输出口是16位的,而LQ64D341是18位的,这里将R0和B0接地,其余引脚对应关系不变。SDA和SCL是I2C控制接口。KS0127的读/写地址是C9H/C8H,AL251的读/写地址是59H/58H。

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