怎么实现PDP中的模拟视频数字化威廉希尔官方网站 的设计？

　　随着科学技术的进步和社会的发展，人们对图像显示质量的要求越来越高。当今显示技术的发展方向是大屏幕、高清晰、重量轻、平面或短管显示，平板显示器件正体现了这一特点。在平板显示器件中，等离子体显示器（PDP）以其诸多的独特的优点，正逐步成为大屏幕、高清晰度电视的首选，越来越多的人将目光投向了PDP这以超大规模集成威廉希尔官方网站 与尖端工艺技术结合的新型显示器件。其主要优点有：易于实现大面积显示，对角线可达60 in（1 in＝25．4mm）以上；可以实现全彩色显示，利用红、绿、蓝三基色，灰度等级可以超过256级；数字化驱动；亮度高，对比度高，视角大（平板显示器中最大），色纯度好（可等同于CRT）；器件结构及制作工艺简单，环境性能优异，可满足MIL标准等。
　　然而由于PDP驱动方式的限制，它只接受特定格式的数字视频信号，而现有的视频信号种类丰富，有多种模拟视频信号（如复合广播电视信号、计算机视频信号）和多种数字视频信号。为了扩大PDP的应用范围，就有必要在PDP整机威廉希尔官方网站 系统中设计视频信号接口威廉希尔官方网站 ，其主要功能是对各类视频信号进行数字化和解码，然后对解码后的数字信号进行格　　式变换和图像处理，得到适合PDP显示的高质量的数字视频信号。
　　由于现阶段数字电视尚未普及，模拟视频信号占据了视频信号源的主体地位，因此模拟视频数字化威廉希尔官方网站 也就成为PDP视频接口威廉希尔官方网站 的重要组成部分，对这部分威廉希尔官方网站 的研究和开发对于整套PDP显示系统的研发具有重要的现实意义。
　　1　设计方案
　　1．1　模拟视频信号分类
　　模拟视频信号从用途来看，主要可以分为两类：模拟电视信号和计算机视频信号。细分一下可以有以下几种格式：
　　①　复合视频（Composite video）
　　复合视频信号定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。这种信号信号带宽较窄，一般只有水平240线左右的分解率。目前世界各国使用多种不同的复合视频信号格式，主要有：NTSC（National Television Systems Committee），PAL（Phase Alternation Line），SECAM（SystemElectron－ique Color Avec Memories）等制式。
　　②　S－Video（Y／Cvideo）
　　S－Video是一种两分量的视频信号，它把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号，用两路导线分别传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。这种信号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽，而且由于亮度和色度分开传输，可以减少其互相干扰，水平分解率可达420线。与复合视频信号相比，S－Video可以更好地重现色彩。
　　③　计算机模拟视频信号（VGA，SVGA，XVGA，SXGA信号）
　　计算机模拟视频信号是由计算机显示卡输出的，它由5路信号组成（包括分离的RGB彩色信号和VS、HS同步信号），从最早的CGA发展到现在VGA、SVGA等制式，具有多种分辨率格式。
　　1．2　模拟视频信号数字化原理
　　模拟视频信号数字化的基本步骤是取样（Sam－pling）、量化（Quantization）和编码（Coding）。根据Nyquist定理，取样频率必须大于信号带宽的两倍，才能从取样信号中完全恢复原信号。以对PAL制电视信号进行数字化为例，它的取样频率常采用彩色副载波的二倍或四倍，即13．29 MHz或17．72 MHz。取样频率必须与副载波连锁，这是为了避免因差拍而产生干扰，从而增加复原图像的噪声。
　　通过取样，把模拟信号变为时间上离散的脉冲信号。这些脉冲信号的幅度仍然是模拟的，因此还必须对模拟幅度进行离散化处理，才能用数码来表示其幅值。这种对幅值进行分级，并按每级进行舍零取整的过程叫作量化。
　　把量化后的信号，转换成数字编码脉冲，这一过程被称为编码。然后用n个比特的二进制码来表示已经量化了的取样值。每一个二进制数字字节对应一个量化值，再经过排列后得到由二值脉冲组成的数字信息流。
　　在对模拟信号进行取样时，取样频率必须与输入信号之间保持一定的相位关系，这就需要把取样时钟与输入信号锁相。
　　此外，在模拟信号数字化威廉希尔官方网站 中还必须很好的从输入信号中分离出行场同步信号等控制时钟，将它们和数字化后的视频信号一起送入下一级处理单元。
　　1．3　方案的选择
　　对于模拟视频信号的数字化处理，方法之一是根据不同的输入信号格式和输出精度要求，挑选合适的视频A／D芯片，然后配以时钟分离同步器，锁相环，滤波器等威廉希尔官方网站 ，组成完整的模拟视频信号数字化威廉希尔官方网站 ，这样做的优点是成本低廉。然而它的缺点也很明显，这样设计的威廉希尔官方网站 配置复杂，设计过程烦琐，精度难以保证，同时输出的数字信号格式也比较单一，很难满足PDP对图像高质量和系统威廉希尔官方网站 高度集成化的要求。
　　随着由于VLSI及视频处理技术的进步，现在业界已有较多的单片数字解码芯片解决方案，通常这些芯片只需要配合很少的外围威廉希尔官方网站 ，便能实现视频信号从模拟到数字的转换，而且它们可以通过控制接口，由用户方便地实时调整其内部参数，以适应不同的转换要求。因此在设计视频信号数字化威廉希尔官方网站 时，采用现成的视频处理芯片，可以大大缩短开发时间，提高威廉希尔官方网站 的集成度，保证输出精度的稳定性。全球各大半导体公司都提供了多种视频数字化处理芯片，有PHILIPs公司的SAA7110系列，三星公司的KSO127系列，Genesis公司的GmD2000系列等。各类视频数字化芯片的主要区别在于：信号输入端口的多少、A／D转换器的精度、A／D转换速率和支持的输出格式等。根据PDP对视频信号的处理要求，通过对各款视频处理芯片的性价比进行的比较，我们决定采用TI公司的THS8083和PHILIP公司的SAA7111A分别作为计算机模拟视频和CV／S－Video的数字化处理芯片。
　　1．4　数字化处理芯片性能简介THS8083有以下主要特点：
　　①　三路数字转换通道，在其内部可以独立的进行嵌位控制，自动增益控制和8 bit模数转换；
　　②　既可独立获得行、场同步信号，也能实现从Y／G信号中的行、场同步信号的自动检测和分离，并且行同步信号的起始和结束位置均可根据需要进行编程控制。片内可以产生13～95 MHz的时钟，通过数字PLL锁定行同步；
　　③　提供数种数字图像数据输出格式，可以根据不同的需要选择合适的格式；
　　④　可以通过编程控制，实现多种分辨率和刷新率的模拟视频信号向数字图像信号的转换；
　　⑤　提供专门的数据时钟输出，可以方便的锁定输出的数据。
　　SAA7111a视频输入处理器有以下主要特点：
　　①可编程选择4路视频输入中的一路或两路组成不同的工作模式，在其内部有两路模拟视频信号处理通道，可进行静态增益控制或自动增益控制，两路8 bit的A／D；
　　②可对芯片编程进行白电平控制、抗混叠滤波、梳状滤波；
　　③能实现行同步、场同步信号的自动检测、分离，并且行同步信号的起始位置与结束位置均可根据需要进行编程控制，片内产生的时钟通过数字PLL锁定行同步；
　　④场频50 Hz或60 Hz自动检测，并自动在PAL和NTSC之间自动切换，并能对不同输入制式的亮度信号、色度信号进行处理，并实现亮度，色度和饱和度的片内控制；
　　⑤可方便使用不同的数字图像数据输出格式。
　　2　硬件威廉希尔官方网站 设计
　　在确定了模拟视频信号数字化的威廉希尔官方网站 的设计方案后，我们就设计了如图1所示的系统威廉希尔官方网站 。下面将介绍威廉希尔官方网站 的各个主要组成部分的设计。
　　
　　2．1　模拟视频输入接口设计：
　　复合电视信号是通过标准的BNC接口接入威廉希尔官方网站 板，然后经过匹配电阻和耦合电容输入到SAA7111a的相应端口。
　　S－Video信号是通过标准的S端子接口接入威廉希尔官方网站 板，分离的一路Y和一路C信号同样经过匹配电阻和耦合电容输入到SAA7111a的相应端口。
　　计算机模拟视频信号是通过标准的15针显示接口接入威廉希尔官方网站 板，在输入的5路信号中，R／G／B三路信号可以经匹配电阻和耦合电容接入THS8083的相应端口，而根据THS8083时钟端口的需要，HS和VS信号必须通过5～3．3 V的电平转换和缓冲后接入相应端口（如图2所示）。
　　
　　2．2　电源威廉希尔官方网站 设计
　　THS8083和SAA7111a都是3．3 V器件，而系统的主控芯片AT89C51是5 V器件，因此威廉希尔官方网站 必须同时有5 V和3．3 V的电源来供电。我们在威廉希尔官方网站 中仅从外界获得5 V的电源，然后利用LM317设计了5～3．3 V的电源转换威廉希尔官方网站 ，用来作为两款视频处理芯片的3．3 V电源。需要注意的是虽然SAA7111a是3．3V器件，但是它的存储器控制单元确必须是5 V供电，因此要使其正常工作，必须提供一路5 V电源线路输入到相应端口中（管脚1）。
　　2．3　主控威廉希尔官方网站 设计
　　两款视频处理芯片都是按I2C总线标准控制的。在主控威廉希尔官方网站 中可以选择使用专用的I2C控制芯片，然而用单片机模拟I2C总线控制十分方便，威廉希尔官方网站 简单，同时成本低廉，因此系统采用单片机AT89C51模拟I2C总线控制。由于AT89C51的P1口还内置了上拉电阻，因此我们用P1．6和P1．7口分别输出的SCL（时钟信号）和SDA（数据信号）可以直接接入到芯片的相应端口中。为了提高单片机的稳定性，我们还设计了单片机的抗干扰复位威廉希尔官方网站 ，如图3所示。
　　
　　2．4　威廉希尔官方网站 的抗干扰处理
　　在模拟视频信号数字化威廉希尔官方网站 中，既有模拟信号，又有数字信号，既有高频信号，又有低频信号，这是个容易出现干扰问题的系统。而一旦出现干扰，将大大降低信号处理的精确度，为下一级的处理带来困难，从而影响整个PDP视频接口威廉希尔官方网站 的性能，因此必须加强威廉希尔官方网站 的抗干扰能力。
　　在具体的威廉希尔官方网站 实现中我们主要采取了以下几种方式来提高威廉希尔官方网站 的抗干扰能力：
　　①合理地分开威廉希尔官方网站 的数字区和模拟区，以减少数字威廉希尔官方网站 通过电场耦合的干扰；
　　②威廉希尔官方网站 设计中采用线性电源供电，并加接了必要的滤波威廉希尔官方网站 ，以有效的减少电源纹波，抑制电源干扰，从而提高威廉希尔官方网站 的信噪比；
　　③采用双面印刷威廉希尔官方网站 板布线技术和低阻抗的大面积布地，以保证威廉希尔官方网站 的接地、屏蔽和隔离良好，同时减少威廉希尔官方网站 体积；印刷板布线时，信号线尽可能
　　短、直，尽可能使拐角圆滑，以减小寄生电容；
　　④威廉希尔官方网站 中多处使用抗干扰器件，比如在IC的电源处都增加了接地的旁路电容等。
　　3　软件控制设计
　　THS8083和SAA7111a都是以PC机作为开发平台的视频图像处理芯片，其所有的编程功能都是通过I2C总线向内部的寄存器相应的控制位置写入相应的代码来完成的。典型的开发系统如图4所示（实际开发中可以用单片机或者CPLD代替PC机模拟实现I2C总线控制）。图4中，SDA为双向数据线，SCL为时钟线，由PC机产生，最高频率可以达到400 kHz（即工作在I2C总线快速模式下），需要注意的是如果THS8083输出的DTOCLOCK小于25 MHz，则SCL只能工作于I2C总线的正常模式下（SCL频率此时最高可以达到100 kHz）。SCL和SDA通过上拉电阻与VCC相连以增加负载驱动能力。SDA在SCL的配合下，可以完成PC向寄存器写入数据的操作，也可以从寄存器里读出数据。
　　
　　在实际开发中，我们采用AT89C51单片机模拟I2C总线，控制和改变芯片的工作方式。其单片机程序流程图如图5所示，需要注意的是芯片的寄存器有些是只读的，有些是保留未使用的，在改写所需寄存器单元时，必须严格按照I2C总线的操作要求才能正确的控制芯片正常工作。
　　芯片经过单片机配置后，就可以从模拟视频信号接口接受相应的模拟信号，经过内部数字化处理，输出所需格式的数字视频信号和控制时钟到下一级处理单元。
　　4　结束语
　　本文主要介绍了一套为PDP设计地模拟视频数字化威廉希尔官方网站 ，它分别利用THS8083和SAA7111a实现计算机视频信号和CV／S－Video信号的解码和数字化，并支持包括PAL、NTSC、VGA、SVGA等在内的多种视频制式和分辨率。作为一个完整的视频图像采集系统的重要部分，它已经被应用到等离子体显示器（PDP）视频接口威廉希尔官方网站 中。