基于几种模拟信号的视频控制方案设计

发布时间：2011-3-11 18:27 发布者：1770309616

本方案已在实际项目中验证，方案成熟，目前已推广至车载终端应用上，并处于批量生产阶段中；其主要功能功能如下：
1）输入视频信号：两路模拟VGA同步差分信号输入，四路CVBS输入；
2）几路视频信号可选择输出；并实现至少两种信号在液晶屏上同时显示；
3）可通过计算机进行通讯控制等。

一．方案设计：

视频显示主要由视频信号处理和信号转换电路组成；视频控制电路主要由FPGA芯片实现；视频处理电路生成数字信号时，主要依赖ADI公司的AD9888和ADV7401等实现；实现原理如图1所示。

图1 视频处理模块原理框图

1视频信号预理
对视频信号的预处理主要是针对各种特殊视频信号设计，将同步为差分RS422形式的RGB视频信号转换为标准的VGA信号，输出到后端电路中进行进一步处理。同时该部分电路设计有缓冲器，同时分离出一路当前正选择的输入通道内容作为显示器输出。图2为视频信号预处理原理框图。

图2  视频信号处理原理框图

该电路主要集成电路介绍：

a) ADG5409主要功能

ADG5409为单芯片CMOS模拟多路复用器， 4个差分通道。ADG5409根据2位二进制地址线A0和A1所确定的地址，将4路差分输入之一切换至公共差分输出。
该均提供EN输入，用来启用或禁用器件。EN禁用时，所有通道均关断。导通电阻曲线在整个模拟输入范围都非常平坦，高开关速度使这些器件适合视频信号切换应用。
当接通时，各开关在两个方向的导电性能相同，输入信号范围可扩展至电源电压范围。在断开条件下，等于电源电压的信号电平被阻止。
主要特点：
•工作温度：－40℃～＋85℃（工业级）；
•带宽：87MHz；
•工作电压：12V；
••主要功能：信号选择。
详细数据参见手册： ADG5408_5409.pdf

b) DS26LS32M主要特点：

•工作温度：－55℃～＋125℃（MIL-883级）；
•工作电压：5V；
•转换速率：10ns；
•主要功能：将RS422差分信号转换成TTL信号。
详细数据参见： DS26LS32AC.pdf

c) AD9888芯片特点

AD9888(以下简称AD)为Analog Devices公司生产的3路8位模数转换器件，最大转换率达140MS/s(百万次采样/每秒),多用于捕获个人计算机或工作站的RGB信号。近年来，在视频信号处理领域得到广泛的应用。AD内含25个寄存器00H-18H(其中00H、14H为只读，15H-18H为备用，其余为可读写)，用来对AD进行初始化和控制。针对不同的应用环境，这些寄存器需写入相应的值，才能使AD正常工作。AD的初始化是其工程应用的前提。AD初始化过程依靠AD9888的SDA(Pin 57)和SCL(Pin 56)引脚进行，时序符合I2C总线的时序标准。我们可直接采用带有I2C总线接口的单片机对AD进行初始化，但是目前带有I2C总线接口的单片机数量较少并且价格普遍较高。对于不带I2C总线接口的单片机，我们可以采用模拟I2C总线技术使用其普通I/O口来模拟I2C总线时序，实现对外围器件的读、写操作。对于单主系统(只有一个主控器件)，目前已经设计出模拟I2C总线的通用软件包[6>，通用软件包由信号模拟子程序STA、STOP、MACK、MNACK和通用子程序CACK、WRBYT、RDBYT、WRNBYT、RDNBYT共9个子程序组成。用FPGA的I/O口模拟I2C总线数据传送时，可以直接调用这些通用软件包，模拟I2C总线的应用程序设计方法。
其主要寄存器的配置在ADI公司产品应用均有详细数据，请自习参阅。

d) ADV7401解码芯片

采用Analog Device Inc公司ADV7401解码芯片，实现视频信号的分选和解码。本方案设计ADV7401输出格式为ITU-R.BT656、8 Bit数据YCbCr输出格式，连接到FPGA。
ADV7401本身具备10路CVBS输入端口，本方案设计的视频信号经过滤波电路处理以后，能够直接连接到ADV7401的4个CVBS输入端口上。

输入信号分辨率为800×600，场频60Hz，根据实际测试提供的视频信号时序，行有效像素个数为800，场有效行数为600行，加上消隐期后每行总数据量为1040个像素，每场共628行，所以总的像素时钟为1040×628×60=39.19MHz，则像素间间隔时间宽度约为25ns。设计中采用的选择器和Buffer芯片带宽均在60MHz以上，大于实际需求的39.19MHz。而在RS422标准的同步信号转数字RGB同步信号电路中，DS26LS32转换速率为10ns，也小于转换像素间间隔时间宽度25ns的一半，则转换后后RGB信号与同步信号之间延时不超过0.5个像素，远小于实际行消隐期的长度1040-800=240个像素，所以不会不会造成RGB信号与同步信号不一致的情况。通过以上分析，本设计的预处理电路能有效接收和分配输入的该类提供的视频信号。

二、视频处理

本方案采用的赛灵思的FPGA芯片作为核心的视频处理器,FPGA具有以下特点：
•       FPGA灵活性大，可以根据需求灵活调整各项视频信号处理参数（信号时序控制、色度/对比度调整、任意分辨率调整等）
•       产品可靠性高，可升级空间大。
•       相应功能实现能力有一定基础。

三、总结
  在方案验证与实现时，ADI公司提供了全面的技术支持，包括元器件封装，AD9888和ADV7401配置电路、寄存器配置方法。整个设计生产过程周期短，投入人力资源少，预期实现了客户的功能需求，提前完成了交货。