第5章 数字电视整机.ppt

1、第5章 数字电视整机,5.1 数字电视机接收机总体框图 5.2 A/D变换电路 5.3 视频解码电路 5.4 图像处理电路 5.5 MCU控制电路 5.6 液晶显示及驱动电路 5.7 数字音频处理电路,下一页,第5章 数字电视整机,5.8 数字CATV高频头 5.9 数字电视教学机,上一页,5.1数字电视接收机总体框图,5.1.1数字电视接收机简介 本章介绍的数字电视接收机不包括信道解码 、信源解码的整机。它由接口电路、A/D变换电路、视频解码电路、视频处理电路、MCU控制电路、液晶显示及驱动电路、音频处理电路、数字CATV高频头及电源等几部分组成。它可以接收模拟电视信号、分量信号（YCbCr

2、或YPbPr）、CVBS（复合视频信号）及S-Video信号，其框图如图5-1所示。 5.1.2 各部分电路的作用 1接口电路,下一页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,接口电路包括视频信号输入及音频信号的输入、输出。其中视频输入接口包括：射频、CVBS、分量信号（YCbCr或YPbPr）、模拟RGB、S-Video等视频信号。 1）复合视频接口 复合视频（Composite）接口如图5-2所示。它通常采用黄色的RCA（莲花插座）接头。复合的含义是同一信道中传输亮度和色度信号的模拟信号 。图中左侧的两个是音频左、右声道信号输入端子，最右侧是复合视频信号输入端子。 2）S端子（S-Video）

3、,上一页,下一页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,S端子（S-Video）接口如图5-3所示，它连接采用Y/C（亮度/色度）分离式输出，使用四芯线传送信号，接口为四针接口。接口中，两针接地，另外两针分别传输亮度和色度信号。因为分别传送亮度和色度信号，S端子效果要好于复合视频接口。不过S端子的抗干扰能力较弱，所以S端子线的长度最好不要超过7米。 3）分量输入端口 分量（Component）接口如图5-4所示，它的标记为Y/Pb/Pr，用红、绿、蓝三种颜色来标注每条线缆和接口。绿色线缆（Y），传输亮度信号。蓝色和红色线缆（Pb和Pr）传输的是色差信号。分量端口的效果要好于S端子，,上一页,下一

4、页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,因此很多高清播放设备上都采用该接口。如果使用优质的线材和接口，即使采用10米长的线缆，也能传输优质的画面。 4）VGA接口 VGA又称D-Sub接口，如图5-5所示。VGA接口共有15针，分成3排，每排5个孔，是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号（行和场信号）。使用VGA连接设备，线缆长度最好不要超过10米，而且要注意接头是否安装牢固，否则可能引起图像中出现虚影。 5）DVI接口（数字视觉接口）,上一页,下一页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,DVI（Digital Visual Inter

5、face）接口与VGA都是电脑中最常用的接口，如图5-6所示。它与VGA不同的是，DVI可以传输数字信号，不用再进行数模转换，所以画面质量非常高。 DVI接口有多种规范，常见的是DVI-D（Digital）和DVI-I（Intergrated）。DVI-D只能传输数字信号，可以用它来连接显卡和平板电视。DVI-I接口可同时兼容模拟和数字信号。兼容模拟并不意味着模拟信号的接口D-Sub可以连接在DVI-I接口上，而是必须通过一个转换接头才能使用，一般采用这种接口的显卡都会带有相关的转换接头。 6）HDMI接口（高清晰多媒体接口）,上一页,下一页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,HDMI（Hi

6、gh Definition Multimedia Interface），其外形如图5-7所示。它同DVI一样是传输全数字信号的，不同的是HDMI接口不仅能传输高清数字视频信号，还可以同时传输高质量的音频信号。它的功能与射频接口相同，不过由于采用了全数字化的信号传输，不会像射频接口那样出现画质不佳的情况。高质量的HDMI线材，即使长达20米，也能保证优质的画质。 2A/D变换电路 A/D变换电路接收来自PC的模拟RGB信号、数字视频接口(DVI)信号和来自机顶盒或DVD的YPbPr分量信号。这些信号经过A/D转换后生成数字24位4:2:2 RGB信号送到WSC1115中进行相应的图像处理和显示。

7、AD变换电路采用的是ADI公司生产的AD9883。,上一页,下一页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,3视频解码电路 视频解码器采用的是MICRONAS（微科）公司生产的VPC3230D，它是一颗多制式(PAL/NTSC/SECAM)视频解码芯片，可以解码CVBS、S-VIDEO信号。这些信号在VPC3230D中经A/D变换、亮色分离、色度解调后编码成ITU-R BT656信号，送到数字视频处理器WSC1115中进行相应的图像处理和显示。 4图像处理电路 图像处理采用成都威斯达有限公司的WSC1115，它接收来自AD9883输出的24位4：2：2的RGB信号或来自视频解码电路VPC3230D

8、输出的ITU BT656的8位4：2：2的,上一页,下一页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,信号。在其内部进行隔行转逐行变换、图像缩放、图像增强、帧频转换以及显示处理。其输出为24bit或30bit 的LVTTL或LVDS信号，可送到相应的驱动电路，控制相应的显示设备。 5MCU控制电路 MCU电路采用MYSON公司生产的MTV230，它是一块集成了OSD功能、4路A/D、4路PWM DAC的基于MCS-51内核的单片机芯片。它接收键盘或遥控器的指令，并且通过I2C总线对视频解码器、WSC1115、音频处理器等IC的寄存器进行设置，完成相应的功能。,上一页,下一页,返回,5.1数字电视接收

9、机总体框图,6液晶显示及驱动电路 液晶显示（LCD）面板有TTL和单通道低压差分信号(LVDS)两种接口类型。WSC1115经过处理后输出的是TTL RGB数字信号，如果接的是TTL的屏则直接可以驱动，如果接的是单通道LVDS接口的屏，则必须把TTL信号转换为LVDS信号才能驱动LCD面板显示。电路中采用的LCD 面板驱动芯片是美国国家半导体公司生产的LVDS发送器DS90C385。 7数字音频处理电路 音频处理器采用MICRONAS公司生产的MSP3410G，它具有伴音处理、丽音解码、环绕处理、高低音均衡、音量,上一页,下一页,返回,5.1数字电视接收机总体框图,控制、静音等功能，它与MCU

10、通过I2C总线进行通讯，是目前广泛使用的伴音处理芯片。音频放大器是飞利浦公司生产的TDA1517，它是双声道(4瓦/声道) 立体声功放，具有高效、节省面积、散热好的特点。 8数字CATV高频头 高频头采用的是成都旭光生产的JS6B系列一体化高频头，其特点是频率合成、I2C控制、全增补电视频道、单5V供电等。它将本振、频段控制、调谐电压发生集于一体，解调出CVBS视频信号和TV伴音信号及第二伴音中频(SIF)音频信号，分别送到视频处理电路和音频处理电路进行相应的处理。采用一体化高频头，灵敏度高、解调性能好。,返回,上一页,5.2 A/D变换电路,A/D变换电路的主要任务是将输入的模拟图像经过数字

11、化采样，形成后级图像处理芯片能够处理的数字图像信号。我们这里采用AD9883作为数字电视接收机A/D变换的核心芯片。 5.2.1 AD9883简介 AD9883是美国Analog Device生产的3路8位数模转换器件，它是专为个人电脑和工作站的RGB图像信号采集而设计，其最大转换速率达140SMPS（百万次采样/每秒）。近年来在视频处理领域得到广泛应用。,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,AD9883A内部包含110 MHz ADC，1.25 V参考电压，PLL和可编程的增益、复位、钳位控制。用户只需要提供3.3 V的电源、模拟输入、HSYNC（行同步 ）和COAST（时钟发生器 ）信号

12、。可以提供2.5 V3.3 V的三态门输出。 AD9883A为平面显示器和放映机的模拟信号数字化提供完整的解决方案，对于电脑的HDTV显示器或高速视频转换是理想的选择。 AD9883A包含所需的输入缓冲器，信号直流恢复（采样），复位，增益（亮度和对比度）调整，象素时钟发生器，,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,采样相位控制，输出数据格式化。所有的控制都可以由2线制串行总线控制。它的高集成度使得设计更简洁，芯片受物理和电子环境的影响很小。典型功率为500mW，使用温度范围为070，没有特殊的环境要求。 AD9883具有以下特点： 1）最大转换率140MSPS 2）模拟带宽300MHz

13、 3）模拟电压输入范围0.5V1.0V 4）110MSPS 时PLL时钟波动为 500ps p-p（皮秒 峰峰值） 5）电源3.3V,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,6）实时同步处理 7）热插拔同步检测 8）节能模式 9）低能耗：典型500mW 10）4：2：2输出格式 AD9883通常用于数字电视、RGB图像处理、LCD显示器和投影仪等离子显示屏。 5.2.2 AD9983内部框图 AD9883内部包括钳位电路、AD转换器、同步处理和时钟发生器、串行寄存器和电源管理等电路，其框图如图5-8所示。,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,5.2.3 引脚功能 AD9883共

14、有80个引脚，其主要引脚的功能如下： 行同步输出（HSOUT）：HSYNC的经过相位调整的副本。其极性和幅度可通过串行总线寄存器控制。行同步取决于串行数据的不断调整。 场同步输出（VSOUT）：视频VSYNC的经过相位调整的副本。其输出极性由串行总线寄存器位控制。它在所有模式图像传输的过程中有效。 绿同步限制输出（SOGOUT）：由绿通道提取复合同步信号，从限制比较器输出，或输出未处理的行同步信号HSYNC。,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,SDA：串行数据I/O。 SCL：串行时钟。 A0：串行地址输入1。 RED：红通道数据输出。 GREEN：绿通道数据输出。 BLUE ：蓝

15、通道数据输出。 数据输出时钟（DATACK）：此引脚通常为输出数据和HSOUT的外部逻辑提供主时钟输出信号，它由内部时钟产生，并于内部取样时钟同步。当采样时间随PHASE调整器改变时，输出时序也切换，DATACK和HSOUT输出也改变。所以时序关系着信号的稳定。,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,RAIN：红通道模拟输入。 GAIN：绿通道模拟输入。 BAIN：蓝通道模拟输入。 RED, GREEN, 和 BLUE图像信号的高阻抗，独立输入。（三个通道是一样的，能用于任何颜色，通过调整参考点来改变颜色。）输入可调节范围为0.5V1.0V。 行同步输入（HSYNC）：此引脚接受一个逻

16、辑信号，用于参考建立行时序，并为图像时钟产生器提供参考频率。其逻辑属性由串行寄存器0EH的第6位控制（行同步极性标志位）。仅当行同步前沿为上升沿，后沿可以忽略。当行同步极性为0时，行同步取下降沿。当行同步极性为1时，行同步,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,取上降沿。其输入还包含噪声抑制施密特触发器，输入极限位1.5V。VSYNC：场同步信号输入。 绿枪同步输入（SOGIN）：这个输入为嵌入同步提供一个辅助处理信号，在绿通道。此脚连到一个带有内部阈值的高速比较器，阈值可由程序控制，以10mV为步长，从输入信号波谷上方10mV到300mV，缺省阈值为150mV。当连接到含内部同步的一

17、致的图像信号，在SOGOUT脚产生一个数字输出。此脚在不用时作悬空处理。 外部嵌位输入（CLAMP）：此脚用于定义输入信号钳位到地的时间，它将实行当参考直流电平相对于模拟通道输入是,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,可知的，例如在图像信号的黑电平期间。该脚在钳位功能脚设置为1时有效（寄存器0FH，第7位，缺省值为0）。当禁止时，该脚被忽略，钳位时序由内部记时器延时决定，并在行输入后沿期间有效。该脚不用时必须接地，并且通过程序将该功能设置为0。 时钟发生器边沿输入（COAST）：此脚用于在停止行同步输入时继续产生一个和当前频率相位一致的图像时钟信号，它在没有从源信号提取行同步脉冲，而

18、由场同步时非常有用。该脚信号一般不由PC产生。该脚由其控制寄存器设置（寄存器0FH，第3位）。当不用时，该脚必须接到地，并且通过程序将该功能设置为1，或接高电平（通过10k的电阻上拉到VD）并通过程序将该功能设置为0，上电时该功能设置缺省值为1。,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,内部参考分压电路（REF BYPASS）：内部1.25V参考分压电路，它必须通过0.1F的电容连到地，精确度为4%，温度系数为50 ppm，对于AD9883A的大部分应用是足够的，如果需要更高精确度，可以提供一个外部参考。 中级电压参考旁路（MIDSCV）：内部中级电压参考旁路，它必须通过0.1F的电容连

19、到地，这个精确电压随绿枪增益改变，相位时钟发生器PLL需要外部滤波，才可将噪声和寄生效应降到最小。 主电源供电（VD）：此引脚脚为电路的主要部分提供电源，电压必须稳定，最好经过滤波处理。,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,数字信号输出供给电源（VDD）：大量的输出引脚（共25个）高速（高达110 MHz）触发产生电源干扰，这些引脚的电源和主电源供电分离可以将敏感的模拟电路干扰降到最小。如果AD9883A使用较低的逻辑电平，VDD可以连接2.5V的兼容电源。 时钟发生器的供给电源（PVD）：AD9883A最敏感的部分是时钟发生器，此引脚为时钟PLL供电。 地（GND）：片内所有电路地

20、回路，AD9883A最好放置在板的屏蔽地上，应特别注意地的路径。 5.2.4 实际应用电路,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,实际应用电路如图5-9所示。输入的纯图像信号时，首先通过图像通道切换选择电路选择哪路信号输入（RGB或YUV）。由图像通道切换选择电路输出的信号经外接的电阻、电容的耦合后，输入到AD9883的54脚(RAin)、48脚(GAin)和43脚(BAin)。 切换选择后的行同步(HSYNC)信号、场同步(VSYNC)信号通过防抖动电路（HSYNC通道由电阻、电容组成，VSYNC通道由电阻、电容组成）后，输入到AD9883第30脚(HSYNC)和第31脚(VSYNC

21、)。 从微处理器输出的I2C控制信号，经电平转换后，通过电阻、电容连接到A/D转换器（AD9883）的第56（SCL）、57（SDA）脚，对AD转换器进行控制设定。,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,AD9883在I2C控制信号的控制下，同时根据输入的行、场同步信号的频率及极性，以及第33脚输入的滤波值，将输入的行频信号分频成与输入图像变化频率相适应的采样时钟。另一方面，AD9883根据I2C控制信号设定的相位，钳位电平及增益等，按照新分频得到采样时钟频率对输入的模拟图像信号进行数字化采样，使输入的模拟图像信号变成数字图像信号，由1119脚输出蓝基色数字信号、由29脚输出绿基色信号

22、，由7077脚输出红基色信号。,上一页,下一页,返回,5.2 A/D变换电路,数字化后的R/G/B图像信号分别从AD9883中各自的通道中输出，红基色数字信号（R0R7）由7770脚输出；绿基色数字信号（G0G7）由29脚输出；B0B7：蓝基色数字信号（B0B7）由1219脚输出。它们再分别经电阻排缓冲后，输出给后级的图像处理芯片WSC1115。,返回,上一页,5.3 视频解码电路,视频解码器的功能是：1）对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行Y/C分离和数字彩色解码，以获得希望的Y、R-Y、B-Y或RGB分量数字化信号。2）对Y、Cb、Cr分量视频信号的数字化的方式：即对从复合彩色电

23、视图像中分离出Y、Cb、Cr分量视频信号，用3路A/D转换分别对它们数字化。 本系统中采用VPC3230D作为视频解码电路。 5.3.1 VPC3230D简介 VPC3230D是微科（MICRONAS）公司生产的一种全制式(PAL/NTSC/SECAM)彩色解码电路，它属于模拟视频前端处理电路。该芯片的主要特点如下：,下一页,返回,5.3 视频解码电路,1用于Y/C分离的高性能4H自适应梳状滤波器，且具有自动调节垂直峰化功能。 2适应于所有视频制式（PAL/NTSC/SECAM）。 3四个CVBS视频信号输入端、一个S-VHS视频信号输入端，一个CVBS输出端，两个RGB/YCbCr分量输入端

24、，一个快速消隐输入端。 4内含钳位电路及AGC电路、集成高质量的AD转换器。 5多种制式同步信号处理，可对所有信号进行清晰度、对比度、亮度、彩色饱和度及色调控制。只需一个20.25MHz晶振、极少的外部元件便可实现其所有功能。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,5.3.2 VPC3230D内部框图 VPC3230D包括复合视频输入和和分量输入AD转换器、自适应梳状滤波器、彩色解码器、钳位电路、AGC电路、高质量的混合器、8bit的画中画（PIP）处理器等，其内部框图如图5-10所示。 5.3.3 引脚功能 VPC3230D共有80个引脚，各引脚的功能如下： 引脚13模拟信号输入RGB

25、1/YCrCb1，引脚带有快速消隐控制的模拟信号输入。通过AD转换器将RGB或YCrCb转换，输入信号必须是交流耦合。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚46模拟信号输入RGB2/YCrCb2，引脚不带有快速消隐控制的模拟信号输入。通过AD转换器将RGB或YCrCb转换，输入信号必须是交流耦合。 引脚7、64地，引脚模拟屏蔽接地。 引脚8FIFO复位写输入FFRSTWIN，这个引脚连接到VPCDpip的FFRSTWIN 引脚9电源退耦，这个引脚必须通过220nF/1.5 nF/ 390pF接地。 引脚10数字信号电源供电。 引脚11数字地。 引脚12数字地退耦。,上一页,下一页,

26、返回,5.3 视频解码电路,引脚13I2C总线时钟，这个引脚必须连接到I2C时钟总线。 引脚14I2C数据总线，这个引脚必须连接到I2C数据总线。 引脚15复位端，低电平时VPC3230D复位。 引脚16测试输入端，这个引脚可测试工厂模式，正常情况下必须接地。 引脚17VGAV输入，此引脚连接到VGA的场同步信号。 引脚18YC输出，此引脚低电平时，能够输出亮度和色度信号。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚19FIFO输入，此引脚连接到IE脚的外部存储器端。 引脚20FIFO写使能，此引脚连接到WE脚的外部存储器端。 引脚21FIFO读/写复位，此引脚连接到RDTW脚的外部存储

27、器端。 引脚22FIFO读使能，此引脚连接到RE脚的外部存储器端。 引脚23FIFO输出使能，此引脚连接到OE脚的外部存储器端。 引脚24主时钟输出，主时钟20.25MHz输出。 引脚25模拟地。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚26模拟电源退耦，此引脚须通过47nF/1.5nF接地。 引脚272倍时钟输出。 引脚28时钟输出，亮度、色度、状态的时钟参考。 引脚29LLC电路电源，此引脚须通过68nF接地。 引脚30LLC电路接地端。 引脚3134、3740亮度信号Y0Y7输出，这些引脚输出数字化的亮度信号，这些信号由LLC1时钟信号信号承载。在IUT656模式，Y/C数据混合

28、并且被LLC2承载。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚35亮度输出接地端，此引脚通过68nF接地。 引脚36亮度输出电路电源 。 引脚4144、4750色度信号C0C7输出，这些引脚输出数字化的CrCb，这些信号由LLC1时钟信号信号承载。CrCb数据以时钟的一半速率采样后混合。在IUT656模式，色度信号输出可以是三态输出。 引脚45色度输出电路电源，此引脚通过68nF接地。 引脚46色度输出地。 引脚51同步电路地。 引脚52同步电路电源，此引脚通过47nF/1.5nF接地。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚53隔行输出 此引脚提供隔行信息，“0”表示第一场

29、，“1”表示第二场。 引脚54活动图像输出。 引脚55前端同步/行嵌位脉冲/前端行同步输出。它的作用是：钳位外部视频信号，同步输入且时间可编程；同步外部视频行信号。 引脚56主同步信号/行同步脉冲 此引脚通过行同步脉冲在线锁定模式。 引脚57场同步信号，此引脚提供场同步脉冲。 引脚58前端/后端数据/前端场同步输出。 引脚59待机供电端，在待机模式，只有时钟振荡器工作。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚60CCU 5MHz时钟输出，此引脚给控制TV的单片机提供时钟。 引脚61空。 引脚6263外接20.25MHz晶振。 引脚65地。 引脚66参考电压，通过此引脚，A/D变换器退

30、耦，它通过10F/47nF接地。 引脚67I2C总线地址选择。 引脚68模拟信号输入地。 引脚69模拟前端电源，此引脚通过220nF/390pF/1.5nF接地。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚70模拟视频信号输出，此引脚须外接射极跟随器。 引脚71色度信号输入，此引脚连接到S-VHS的色度信号。 引脚7275视频输入14，这些引脚均为模拟信号输入。一路CVBS或S-VHS中的亮度信号进行AD转换，并且输入必须采用交流耦合。 引脚76模拟电源，此引脚通过220nF/390pF/1.5nF接地。 引脚77模拟地。 引脚78参考电压，通过此引脚，AD转换器退耦，它通过10F/47

31、nF接地。 引脚79快速消隐输入，输入信号必须是直流耦合。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,引脚80模拟地。 5.3.4 实际应用电路 VPC3230D的实际应用电路如图5-11所示。CVBS视频信号、S-VHS视频信号及YCbCr分量视频信号均直接输入给VPC3230D，在CPU的控制下，通过I2C总线使VPC3230D选择其中的一路视频信号，送往AD转换器。 CVBS送至VPC3230D的74脚（VIN3）该全电视信号在内部I2C总线控制下，首先经模拟信号前端处理器切换和钳位，并由AGC电路进行自动增益控制，然后进入AD转换器，将输入的模拟彩色视频信号转换成数字彩色视频信号。该

32、数字视频彩色电视信号在4H动态数字梳状滤波器内进行,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,Y/C分离，经梳状滤波器输出的Y/C信号，最后由PAL/NTSC/SECAM制式解码器自动识别和解码，输出数字高清分量信号YCbCr。 S端子输入的Y信号从VPC3230D的72脚（VIN1）进入，S端子输入的C信号从VPC3230D的71脚（C IN）进入。RGB三基色接口输入的RGB信号分别由VPC3230D的第3、2、1脚进入。这些信号进入内部经AD转换，再经矩阵电路、亮度、色度、对比度、色饱和度、色调控制形成数字YCbCr信号。,上一页,下一页,返回,5.3 视频解码电路,由VPC3230D

33、输入的所有信号变换成YCbCr数字分量信号后，统一在混合切换器中选择输出。被选择输出的信号经静态、动态、逐行比例压缩和对比度、亮度、峰化控制等单元电路处理后，在按输出内部所设的线性或非线性比例压缩（活动画面），最后形成ITU656格式的8bit数字信号，从VPC3230D的第3240脚输出。像素时钟脉冲从第27脚输出；场同步脉冲从第56脚输出；行同步脉冲从第57脚输出。 第62、63脚外接一只20.25MHz的基准时钟晶体振荡器，第13、14脚分别是SCL、SDA I2C总线接口。,返回,上一页,5.4 图像处理电路,图像处理采用成都威斯达有限公司的WSC1115，它接收来自AD9883输出的

34、24位4：2：2的RGB信号或来自视频解码电路VPC3230D输出的ITU BT656的8位4：2：2的信号。在其内部进行隔行转逐行变换、图像缩放、图像增强、帧频转换以及显示处理。其输出为24bit或30bit 的LVTTL或LVDS信号，可送到相应的驱动电路，控制相应的显示设备。 5.4.1 WSC1115可编程数字视频处理芯片简介,下一页,返回,5.4 图像处理电路,WSC1115可编程数字视频处理芯片是为模拟电视向数字电视过渡而设计的超大规模集成电路。该芯片采用0.18um设计工艺，综合了隔行转逐行扫描、图像缩放、帧频提升以及视频增强等功能模块，能从现行的模拟电视信号中去除噪声并提取清晰

35、的图像信号，从而提高电视图像的水平清晰度和垂直清晰度，将高质量的画面显示在各种新型显像器件上，主要运用于数字电视、逐行电视、数字高清晰度电视及液晶电视等高端电视产品上。WSC1115芯片兼容现行的模拟电视和未来的数字电视播出制式，能消除大面积闪烁并且解决了传统电视的行结构问题。采用硬件可编程方式，可灵活地显示多种SDTV/HDTV格式。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,1数字信号输入 WSC1115的数字信号输入部分具有以下特点： 1）支持24位YUV/YCbCr信号输入、24位YPrPb信号输入、24位RGB信号输入、8位ITU-R BT656信号输入。 2）数据输入信号的时钟采

36、样频率高达75M。 3）自动检测输入同步信号的相位和频率。 4）输入模块使用的时钟有主控和从属两种工作模式。 5）可以编程调整输入时钟的相位。 6）在主控模式下可以改变时钟的频率。 7）输入支持行频高达48KHz或更高。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,8）最大支持输入制式分别是计算机的1366x76860(WXGA)和高清晰度电视的1280 x72060Hz(720p)，1920 x108050/60Hz(1080i)。 2 数字图像处理部分 WSC1115的数字图像处理部分具有以下功能： 1）高质量的动态自适应隔行到逐行变换模块（EEPCTM）。 2）色彩空间转换（YUV到YC

37、rCb、RGB到YCrCb、YPrPb到YCrCb、YCrCb到RGB）。 3）帧显示频率变换。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,4）电影模式自动检测和还原。 5）支持对输入图像的剪切，输出图像任意位置输出。 6）图像动态降噪。 7）高性能的图像放大引擎。 8）亮度色度对比度饱和度控制。 9）动态蓝电平扩展、黑电平扩展。 10）图像锐化、边缘增强。 11）输入、输出端信号分别进行Gamma逆校正和Gamma校正。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,12）支持外部OSD插入显示，可显示8种不同颜色。 13）针对LCD的抖动技术。 3视频信号输出 WSC1115的视频信号输出

38、部分具有以下特性： 1）可自动检测输出图像的场频和行频。 2）支持18/24/30位的液晶显示器数字信号输出。 3）内置10位DAC，支持模拟RGB信号输出。 4）支持XGA/SVGA/VGA/480p/576p/720p/1080i输出。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,5）支持行频高达48kHz的用户自定义逐行输出制式。 6）可实现场景静止输出。 7）可输出蓝屏、黑屏及测试彩条信号。 8）输出图像的同步信号(sync)和有效数据之间可以进行最大64个显示时钟的相位调整。 4存储器接口 WSC1115的存储器接口部分具有以下特点： 1）支持1M16，1M32，2M16，2M32的

39、多种SGRAM/SDRAM 存储控制器。 2）存储器时钟最高频率为140MHz。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,3）存储器操作的相关时序参数完全可编程调整。 5其余特性 1）二线控制总线，2根串行线与主机接口，有两个可选地址。 2）内部PLL锁相环分别产生输入时钟、存储器时钟和显示时钟。 3）总共208个引脚。 4）低功耗设计。 5.4.2 内部框图,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,WSC1115的内部框图如图5-12所示，它包含有输入模块、存储器控制单元模块、隔行到逐行变换模块、图像放大模块以及后端显示模块，并将多个模块有机的整合到芯片中，以实现针对不同功能的多种应

40、用。输入模块接收数字信号输入，进行相应运算并将结果送到存储器控制单元模块。隔行到逐行的变换模块从存储器中读出图像，并进行相应运算，将结果送到显示模块。图像在显示模块内会进行多种增强处理，例如锐化、降噪、亮度控制，灰度和色饱和度调整等。显示模块同时进行制式转换以满足用户对不同输出制式的要求，并按照编程指定的格式输出。二线控制总线模块可以对整个芯片的每个模块进行编程。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,5.4.3 引脚功能 WSC1115共有208个引脚，各引脚的功能见表5-1。 5.4.4 实际应用电路 图像处理电路WSC115实际应用电路如图5-13所示。AD9883输出的24位4：

41、2：2的RGB信号分别由7582脚，6670、7274脚，5663脚输入到WSC1115的内部。WSC1115接收到输入的数字信号，首先送到输入路径选择电路，确定是24位并行信号还是8位ITU656信号，以分别进行处理。同时进行制式检测。接着进行色彩空间转换，即都要转换为YCbCr模式。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,RGB信号在处理和应用的过程中，考虑到显示设备的特性，人的视觉特性以及信号处理中线性和非线性处理的理论，对RGB信号进行非线性的伽玛校正。校正后的信号送到存储控制单元电路。存储电路SDRAM中通过预计图像尺寸后安排空间存储连续的4场或者2帧的信号。 隔行到逐行变换电

42、路从存储器中读出图像，使隔行输入的视频信号通过该电路后，可以得到行数为原来2倍的动向量以自适应的方式进行运动检测和判断，并逐点计算出每一个需要的像素点值。逐点计算主要有三种不同的处理方式：即对时间域内静止图像特征的处理，对时间域内图像特征运动相对较大时的处理，以及对时间域内图像特征运动相对较小时,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,的处理。算法在处理过程中会检测每个像素点的运动矢量，来判断该像素点究竟该用上述处理方式中的哪个方式进行处理。经隔行到逐行变换后，信号被送到显示模块。 图像在显示模块内会进行多种增强处理，例如锐化控制，降噪，亮度控制，灰度和色饱和度调整等。显示模块同时进行制式

43、转换以满足用户对不同输出制式的要求，并按照编程指定的格式输出。I2C控制总线模块可以对整个芯片的每个模块进行编程。最终信号由引脚116118、120124输出绿基色信号，由引脚129132、135138输出蓝基色信号，由引脚144、146152输出红基色信号。,上一页,下一页,返回,5.4 图像处理电路,来自视频解码电路VPC3230D输出的ITU BT656的8位4：2：2格式的信号。在其内部经输入信号选择、ITU656信号处理、隔行到逐行变换、图像缩放、图像增强、帧频转换以及显示处理，其输出为24bit或30bit 的LVTTL或LVDS信号。,返回,上一页,5.5 MCU控制电路,MCU

44、控制电路是由台湾世纪民生（MYSON）公司生产的MTV230，它是一块集成了OSD功能、4路A/D、4路PWM DAC的基于MCS-51内核的单片机芯片。它接收键盘或遥控器的指令，并且通过I2C总线对视频解码器、WSC1115、音频处理器等IC的寄存器进行设置，完成相应的功能。MTV230使用了Flash OSD字库，用户可以自己定制字库，所以可以支持中文、英文、法文等多国语言。利用并口模拟I2C程序也可以方便地通过MTV230对整机进行在线编程(ISP)，升级程序。全系统仅由一个8位单片机MTV230控制，内含OSD发生器，只需要简单的补充,下一页,返回,5.5 MCU控制电路,字库，就可以

45、实现多国语言的显示，而且支持普通红外遥控器。系统软件由C51语言编写，并建立了API库，方便移植和系统调用，而且便于生产厂家进行二次开发。 5.5.1 MTV230简介 MTV230是一块集成了OSD功能、4路A/D、4路PWM DAC的基于MCS-51内核的单片机芯片，它采用42脚SDIP封装或44脚PLCC/QFP封装，具有以下特点： 1）基于8051内核的芯片，12MHz工作频率，可设置倍频工作，3.3V电源供电。 2）1024字节数据RAM，64K字节程序FLASHROM。,下一页,返回,上一页,5.5 MCU控制电路,3）4路PWM 模数转换器。 4）32个双向I/O引脚。 5）同步

46、处理用于复合同步（行、场）分离。 6）低功耗自动复位电路。 7）可编程看门狗定时器。 8）4路6位AD转换器。 9）OSD控制器的特点：全屏显示1530；位于屏幕中心的可编程OSD菜单；512个FLASHROM字符，由1218点阵显示，480个标准字符，32个多彩色字符。 10）在线可编程。,上一页,下一页,返回,5.5 MCU控制电路,5.5.2 内部框图 MTV230包括：嵌入的8051内核电路、AD转换器、PWM DA转换器、行/场同步控制电路和I2C总线接口，其内部框图如图5-14所示。 5.5.3 引脚功能 MTV230采用SDIP封装时有42个引脚，采用PLCC/QFP封装时有44

47、个引脚，引脚功能见表5-2。,上一页,下一页,返回,5.5 MCU控制电路,5.5.4 实际应用电路 MCU控制电路采用一个8位单片机MTV230对整个系统进行控制，实际应用电路如图5-15所示。MTV230的18脚接MAX810的3脚电源，19脚接MAX810的2脚（带有复位功能）可实现复位功能，20脚接地。7、8脚外接时钟晶振，单片机的各项工作都是在时钟脉冲控制下完成的。10脚用于对WSC1115、VPC3230D进行复位。11、12脚用于子画面的选择，25、26脚用于主画面的选择，39脚用于高清信号的选择。14脚用于待机控制。15、16脚用于在线编程功能的实现。17脚接红外接收头的信号输

48、出。22脚用于控制伴音功放的电源，当22脚位高电平时，伴音功放得到,上一页,下一页,返回,5.5 MCU控制电路,12V电压，为低电平时，伴音功放电源为电压0V 。23、24脚接存储电路AT24C16，用于存取各种数据信息。27、18脚通过I2C总线接口，控制AD变换电路和解码电路。36脚接高频头的AFT引脚，实现自动频率跟踪。1、44、43脚是OSD的RGB基色视频信号输出，他们接到WSC1115的102、103和104脚，42脚接WSC1115的105脚，用于开启WSC115的OSD功能。,返回,上一页,5.6液晶显示及驱动电路,数字电视接收机一般采用液晶显示板作为图像显示器件。这里主要介

49、绍彩色液晶板的结构、显示驱动原理及LVDS接口。 5.6.1 液晶板的结构 彩色液晶板的结构如图5-16所示，它由偏光板、背光灯、下玻璃、ITO电极、配向膜、彩色滤光片、上玻璃等组成。偏光板的作用就像是栅栏一样,会阻隔掉与栅栏垂直的分量，只准许与栅栏平行的分量通过。上下两片偏光板是互相垂直的。黑色矩阵是防止R、G、B色膜之间间隙漏光；上下两层玻璃主要是来夹住液晶的。在下面的那层玻璃长有,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,薄膜晶体管(Thinfilmtransistor,TFT),而上面的那层玻璃则贴有彩色滤光片(Colorfilter)。在两片玻璃在接触液晶的那一面的表面上涂布一层PI(

50、polyimide，聚酰亚胺),然后再用布去做磨擦的动作,让PI的表面分子不再是杂散分布，会依照固定的方向排列，而这一层PI就叫做配向膜。配向膜并不是光滑的,而是有锯齿状的沟槽。这个沟槽的主要目的是希望长棒状的液晶分子,会沿着沟槽排列。如此一来,液晶分子的排列才会整齐。如果没有配向膜，光滑的平面会使液晶分子的排列不整齐,造成光线的散射，形成漏光的现象。ITO电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去。,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,在一般的CRT屏幕是利用高速的电子枪发射出电子，打击在屏幕上的荧光粉，以产生亮光来显示出画面。液晶显示器本身，仅能控制光线通过的亮度，本身并无

51、发光的功能。因此，液晶显示器就必须加上一个背光灯来提供一个高亮度，而且亮度分布均匀的光源。组成背光板的主要零件有灯管（冷阴极管）、反射板、导光板、棱镜薄片、扩散板等.灯管是主要的发光零件，借由导光板，将光线分布到各处。而反射板则将光线限制在只向TFTLCD的方向前进。最后借由棱镜薄片及扩散板，将光线均匀的分布到各个区域去，提供给TFTLCD一个明亮的光源。TFTLCD则通过电压控制液晶的转动，控制通过光线的亮度，再通过彩色滤光片以形成不同的颜色。,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,5.6.2 液晶显示驱动原理 在两个ITO透明电极之间施加电场以改变液晶分子对光的透射率，称为对液晶

52、显示器的驱动。根据液晶显示器的不同结构，其驱动方式有多种，有段电极驱动（显示字符）、无源矩阵电极驱动、有源矩阵电极驱动等。对液晶显示屏的驱动，目前主要采用有源矩阵电极驱动。 1无源矩阵电极驱动 采用无源矩阵驱动方式的液晶显示器中，电极的排列形式如图5-17所示。其中x电极为扫描电极，加扫描电压，y电极为信号电极，加信号电压。x、y电极的交叉点就是像素（xi、yj），像素数目取决于x、y交点数。,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,采用无源矩阵驱动有两种常用的扫描方式如下： 1）点顺序扫描。选定xi行后，依次选择y1、y2、yN。扫描完一行，再选择xi1行。在点顺序扫描中，扫描一个像

53、素的时间是扫描一幅图像所需时间的1/N2，这个比值称为“占空系数”。由于液晶像素的平均亮度取决于驱动信号的有效值及其作用时间的乘积，当电极数N很大时，占空系数很小，驱动信号对每个像素的作用时间很小，整个液晶显示屏的平均亮度很低。 2）行顺序扫描。选定xi行后，对y1、y2、yN同时加信号电压，一个像素的占空系数为1/N，提高了液晶显示屏的平均亮度，因此，简单矩阵显示中多采用采用行顺序扫描。,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,2有源矩阵电极驱动 有源矩阵电极驱动包括二端器件型和三端器件型。 1）二端器件型 二端器件型有源矩阵液晶显示器件(MIM-LCD)的结构和等效电路如图5-18

54、所示。它与无源矩阵LCD不同之处仅在每个单元回路中引入一个二端器件，要求二端器件有反向对称的非线性伏安特性，且其等效电容CD比液晶单元的等效电容CLC小很多。当扫描电压和信号电压同时作用在像素单元时，由于开始瞬间二端器件处于断态（OFF），器件的等效电阻RD和液晶单元的等效电阻RLC都很大，而CD CLC，电压主要降在CD上。,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,当此电压大于二端器件的阈值Uth时，二端器件进入通态（ON），RD迅速减小，大的通态电流ION对CLC充电，一旦CLC上充电电压的Vrms值大于液晶的阈值电压Vth时，该液晶单元显示。当扫描电压移到下一行时，原来单元上的作

55、用电压消失，二端器件又恢复到断态，RD很大，接近断路，这样CLC上充的电荷只能过RLC缓慢放电。如果设计得当，可使此放电过程在此后1帧时间内还维持CLC上的VrmsVth，因而，该液晶单元不只在扫描瞬间而且在以后1帧时间内都显示，从而消除了无源矩液晶显示器件扫描行数增加与对比度降低的矛盾。目前已商品化的二端器件是金属绝缘体金属（MIM）结构。,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,2）三端器件型 三端器件型有源矩阵液晶屏在扫描电极和信号电极的交叉处，安装透明的薄膜晶体管开关与液晶像素串联，使液晶电极之间的交叉效应较少，使液晶像素的阈值特性变陡。 三端器件型有源矩阵液晶显示器件(TFT

56、-LCD)的结构和等效电路如图5-19所示。薄膜晶体管的栅极G接扫描电压,漏极D接信号电压，源极S接ITO象素电极。当扫描电压加到G上时，使DS导通，器件导通电阻RON很小，产生大的ON态电流ION对电容CLC充电，很快充到信号电压。一旦CLC上充电电压Vrms值大于液晶的阈值电压Vth时，该,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,象素单元显示。当扫描电压移到下一行时，原来单元上栅电压消失，DS不导通，器件断态电阻ROFF很大，CLC上充的电荷只能通过RLC缓慢放电。如果设计得当，可维持在此后1帧时间内CLC上的VrmsVth，使该象素单元在1帧时间内都显示，消除了扫描行数增加与对比

57、度降低的矛盾。三端器件比二端器件开关性能更理想，因而其性能也更好。 3TFT-LCD的驱动电路 图5-20是TFT-LCD显示器驱动电路框图，它包括行扫描驱动器，列数据输入驱动器（包括DAC电路）。在扫描驱动电路中，行扫描信号通过768位移位寄存器产生与列信号同步的逐行扫描信号，经缓冲器加到每个TFT晶体管的栅极，,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,通过移位去逐行打开TFT晶体管，实现行扫描驱动。1024768显示矩阵的列线（源极母线）共有310243072条（每个像素有RGB三基色显示单元），分成奇数组和偶数组各半，每组512个像素，35121536条列线。 5.6.3 LVD

58、S接口 LCD组件接口是双通道CMOS或LVDS接口，CMOS接口是为了适配早期LCD组件，目前生产的LCD组件基本都是LVDS接口。LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。LVDS传输支持速率一般在155Mbps以上，其理论极限速率为1.923Mbps。 1LVDS信号传输组成 LVDS信号传输一般由三部分组成：差分信号发送器、差分信号互联器、差分信号接收器，如图5

59、-21所示。 差分信号发送器：将非平衡传输的TTL信号转换成平衡传输的LVDS信号。通常由一个IC来完成，如DS90C031；差分信号接收器：将平衡传输的LVDS信号转换成非平衡传输的TTL信号。通常由一个IC来完成，如DS90C032；差分,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,信号互联器：包括联接线（电缆或者PCB走线），终端匹配电阻。按照IEEE规定，电阻为100。我们通常选择为100或120。 2LVDS信号电平特性 LVDS物理接口使用1.2V偏置电压作为基准，提供大约400mV摆幅。 LVDS驱动器由一个驱动差分线对的电流源组成（通常电流为3.5mA），LVDS接收器具有很高的输入阻抗，因此驱动器输出的电流大部分都流过100的匹配电阻，并在接收器的输入端产生大约350mV的电压。,上一页,下一页,返回,5.6液晶显示及驱动电路,电流源为恒流特性，终端电阻在100120，则电压摆动幅度为：3.5mA100 = 350mV；3.5mA120 = 420mV 。 由于LVDS信号物理电平变化在0.851.55V之间，其由逻辑“0”电平到逻辑“1”电平变化的时间比TTL电平要快得多，所以LVDS更适合用来传输高速变化信号。其低压特点，功耗也低。 3差分信号抗噪特性 从差分信号传输线路上可以看出，若是理想状况，线路没有干扰时，在发送侧，可以形象理解为： I