一款實(shí)用智能高清電視視頻轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)※

盛春明

（深圳技師學(xué)院 電子通信系，深圳518052）

引 言

傳統(tǒng)的CRT 電視由于體積龐大、功耗高和顯示效果差等缺陷得不到市場(chǎng)認(rèn)可，而目前市場(chǎng)上的LCD、LED 液晶電視價(jià)格還是比較昂貴。與此同時(shí)，配置液晶顯示器的家用個(gè)人電腦系統(tǒng)卻越來越普及。

眾所周知，液晶顯示器的功耗遠(yuǎn)小于CRT 電視的功耗，并且液晶屏的顯示效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CRT 顯示屏。如何使廣大家庭用戶不用購(gòu)置價(jià)錢不菲的液晶電視，利用電腦液晶顯示器就能收看到液晶電視節(jié)目呢？本文設(shè)計(jì)的一款實(shí)用智能高清電視視頻轉(zhuǎn)換器就可以達(dá)到上述目的。本系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)投入成本低且提升廣大居民生活質(zhì)量的目的，而且也滿足國(guó)家“節(jié)能減排”的目標(biāo)要求。另外，在一些安防應(yīng)用領(lǐng)域，由于很多視頻監(jiān)控設(shè)備輸出的信號(hào)都是模擬復(fù)合視頻信號(hào)，因此安防領(lǐng)域中的顯示設(shè)備都是采用專業(yè)的監(jiān)視器（或電視）來實(shí)現(xiàn)的，使用此設(shè)備后，就可以采用普通的電腦顯示器來顯示監(jiān)控視頻圖像，從而大大降低安防成本。

1 現(xiàn)有技術(shù)方案

目前，通過電腦顯示器觀看電視節(jié)目一般采取以下3種方式：

①通過實(shí)現(xiàn)寬帶上網(wǎng)功能的電腦主機(jī)來實(shí)現(xiàn)。電腦主機(jī)在線點(diǎn)播電視臺(tái)電視節(jié)目服務(wù)器上的有關(guān)電視節(jié)目，然后在本地通過軟件實(shí)現(xiàn)音／視頻信號(hào)的解碼功能，從而實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目的實(shí)時(shí)在線觀看。

②通過電視卡實(shí)現(xiàn)。電視卡插到電腦主板的PCI、PCI-E插槽上或USB接口上，通過電視卡接收電視射頻信號(hào)，解調(diào)后的數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)過解碼芯片解碼，恢復(fù)出原始的音／視頻信號(hào)，再通過電腦主板內(nèi)部總線分別送到電腦的顯卡和聲卡，從而在電腦顯示屏顯示電視節(jié)目圖像信號(hào)，從電腦音箱輸出電視節(jié)目音頻信號(hào)。

③通過電視盒來實(shí)現(xiàn)。電視盒內(nèi)部的高頻頭接收電視射頻信號(hào)，解調(diào)后的數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)專門的解碼芯片后恢復(fù)出原始的音／視頻信號(hào)。一方面視頻信號(hào)經(jīng)電視盒內(nèi)的視頻處理器轉(zhuǎn)化成顯示器能直接識(shí)別的模擬信號(hào)輸出，另一方面音頻信號(hào)則需要經(jīng)音頻芯片進(jìn)行處理，最終由音箱輸出。

對(duì)于第1種方式，雖然實(shí)現(xiàn)了用電腦顯示器觀看電視節(jié)目，但必須配備開通了寬帶上網(wǎng)功能的電腦主機(jī)，這樣又給用戶增加了額外的費(fèi)用支出。對(duì)于第2種方式，也實(shí)現(xiàn)了通過電腦顯示器觀看電視節(jié)目，其條件是除了要有電腦主機(jī)的參與外，還必須外掛專門的電視卡。對(duì)于第3種方式，雖然不用電腦主機(jī)的參與就可以實(shí)現(xiàn)電腦顯示器觀看電視，但由于在電視盒內(nèi)部要完整地實(shí)現(xiàn)數(shù)字音／視頻信號(hào)的解碼功能，不但硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、成本比較高，而且實(shí)時(shí)性不好。另外，上述3種方式都不能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電視節(jié)目的解密功能，因此接收的電視節(jié)目數(shù)量都很有限。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)連接方式

本系統(tǒng)提出了采用一種簡(jiǎn)單直通式的電視視頻轉(zhuǎn)換器的方法，解決上述3種方式存在的問題。本系統(tǒng)將機(jī)頂盒輸出的復(fù)合視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成VGA 信號(hào)，送入普通電腦顯示器，同時(shí)將機(jī)頂盒輸出的左／右聲道音頻信號(hào)進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換，送入電腦音箱。這樣就實(shí)現(xiàn)了無需電腦主機(jī)的參與，通過普通電腦顯示器觀看電視節(jié)目的目的。由于本系統(tǒng)的信號(hào)來源于有線電視網(wǎng)絡(luò)，因此接收到的電視節(jié)目頻道數(shù)比普通的電視盒要多得多。在本系統(tǒng)中，電視視頻轉(zhuǎn)換器連接示意圖如圖1所示。

圖1 電視視頻轉(zhuǎn)換器連接示意圖

在實(shí)際使用中，用戶可以根據(jù)實(shí)際液晶顯示器的尺寸，通過設(shè)置電視視頻轉(zhuǎn)換器的不同工作模式輸出不同分辨率格式的VGA 圖像，達(dá)到在液晶顯示器上的最佳視頻顯示效果。另外，一些安防監(jiān)控設(shè)備輸出的視頻監(jiān)控信號(hào)也可以按照?qǐng)D1所示的方式將信號(hào)輸入到電視視頻轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成VGA 信號(hào)后再接入普通電腦顯示器。

2.2 硬件工作原理

系統(tǒng)硬件總體框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件總體框圖

本系統(tǒng)功能主要由3 個(gè)主芯片來實(shí)現(xiàn)，包括TW9910、TV5725 和ATmega128L。TW9910 將CVBS（電壓峰值為1V）格式的復(fù)合視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為27 MB的BT.656數(shù)字視頻信號(hào)。TW9910的外圍模塊工作電壓是3.3V，內(nèi)核1.8V 核心電壓，功耗大約0.3 W。TV5725則將來源于TW9910的BT.656數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為多種格式標(biāo)準(zhǔn)（640×480、800×600、1024×768、1280×1024、1920×1200）的VGA 模擬視頻信號(hào)。通過配置TV5725內(nèi)部各模式寄存器的不同參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多種不同格式分辨率的VGA 輸出。ATmega128L 單片機(jī)系統(tǒng)通過I2C總線接口來對(duì)TW9910和TV5725的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀／寫操作訪問。I2C 總線接口的訪問速度設(shè)置為240 kb／s，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)芯片內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)的穩(wěn)定訪問。

普通的復(fù)合視頻信號(hào)通過外部連接頭經(jīng)匹配電阻輸入到TW9910的第13引腳。在此信號(hào)的輸入通道上，還需外接一個(gè)接地瞬態(tài)二極管，以達(dá)到靜電保護(hù)的目的，防止外接的視頻信號(hào)接入高電壓信號(hào)到TW9910芯片從而燒毀芯片。接入的模擬復(fù)合視頻信號(hào)經(jīng)過TW9910內(nèi)部處理后，變成27 MHz的標(biāo)準(zhǔn)BT.656 數(shù)字視頻信號(hào)輸出。為保證數(shù)字信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量，輸出的數(shù)字視頻信號(hào)還需外接匹配電阻。

TW9910輸出的27MHz標(biāo)準(zhǔn)BT.656數(shù)字視頻信號(hào)再輸入到TV5725芯片的BT.656硬件接口上。BT.656數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過TV5725內(nèi)部處理后，變成標(biāo)準(zhǔn)的模擬VGA 信號(hào)，輸出到TV5725的VGA 硬件接口上。芯片輸出不同的分辨率格式是通過設(shè)置內(nèi)部寄存器的不同參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。另外，為了能緩存數(shù)字視頻信號(hào)，同時(shí)方便系統(tǒng)提供OSD 功能、多畫面功能等，TV5725還外接一個(gè)8 MB的通用SDRAM 芯片（HY57V643220）。

音頻接口轉(zhuǎn)換電路只是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單物理接口的轉(zhuǎn)換。它將機(jī)頂盒送來的兩路RCA 接口（蓮花頭）音頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)接到電腦音箱的3.5mm 的左／右聲道上。

電源模塊提供整個(gè)系統(tǒng)的工作電源。整個(gè)系統(tǒng)通過外接5V／2A 的直流電源模塊來供電。內(nèi)部通過兩個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換芯片把5V 直流電轉(zhuǎn)換為3.3V 和1.8V。這兩個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換芯片型號(hào)為AIC1084-3.3和AIC1084-1.8。

復(fù)位模塊提供整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的全局復(fù)位信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)的全局復(fù)位信號(hào)由專用復(fù)位芯片（SP706）來實(shí)現(xiàn)，以保證能輸出穩(wěn)定的200ms的低電壓復(fù)位信號(hào)。

2.3 系統(tǒng)總線

本系統(tǒng)主要包括兩條總線：一條是I2C 控制總線，主要是提供ATmega128L、TW9910及TV5725之間的通信連接，實(shí)現(xiàn)ATmega128L 對(duì)TW9910 和TV5725 的工作模式設(shè)置和工作狀態(tài)的讀取，這條總線是控制總線。另外一條是BT.656數(shù)字視頻接口總線，用于連接TW9910和TV5725之間的數(shù)字視頻信號(hào)，這條總線是業(yè)務(wù)總線接口。

2.3.1 I2C控制總線

本系統(tǒng)利用I2C 總線作為系統(tǒng)內(nèi)部的控制總線。單片機(jī)ATmega128L通過I2C總線，對(duì)TW9910和TV5725的工作模式寄存器寫入不同的值，實(shí)現(xiàn)對(duì)TW9910 和TV5725不同工作模式的設(shè)置。ATmega128L還通過I2C總線讀出TW9910和TV5725內(nèi)部的工作狀態(tài)寄存器的值，從而獲取這兩個(gè)轉(zhuǎn)換芯片的內(nèi)部工作狀態(tài)信息。

2.3.2 BT.656數(shù)字視頻接口總線

為了便于國(guó)際間的節(jié)目交換，以及消除數(shù)字設(shè)備之間的制式差別，實(shí)現(xiàn)625行電視系統(tǒng)與525行電視系統(tǒng)相互兼容，向著數(shù)字電視廣播系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)，在1982年2月國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)（CCIR）第15次全會(huì)上，通過了601號(hào)建議，確定以分量編碼為基礎(chǔ)，即以亮度分量Y 和兩個(gè)色差分量R-Y、B-Y 為基礎(chǔ)進(jìn)行編碼，作為電視演播室數(shù)字編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，601號(hào)建議單獨(dú)規(guī)定了電視演播室的編碼標(biāo)準(zhǔn)。

BT.656只是數(shù)據(jù)傳輸接口而已，可以說是作為BT.601標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)傳輸方式。簡(jiǎn)單地說，ITU-R BT.601是“演播室數(shù)字電視編碼參數(shù)”標(biāo)準(zhǔn)，而ITU R-BT.656則是ITU-R BT.601附件A 中的數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，主要用于數(shù)字視頻設(shè)備（包括芯片）之間采用27 Mb／s并口或243 Mb／s串行接口的數(shù)字傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)。

BT.656接口定義了一個(gè)并行和串行的接口，用于在數(shù)字視頻設(shè)備間傳輸4∶2∶2的YCbCr數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流。BT.656接口在硬件上面只包括一個(gè)8／10位的YCbCr數(shù)據(jù)信號(hào)和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。傳統(tǒng)的視頻信號(hào)中的同步信號(hào)HSYNC、VSYNC、BLANK 信號(hào)都是通過在數(shù)據(jù)線上按照一定的硬件傳輸協(xié)議進(jìn)行區(qū)分。

在本系統(tǒng)中，數(shù)字視頻處理芯片TV5725和TW9910之間就是通過BT.656硬件接口進(jìn)行連接的。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件主要是完成對(duì)TW9910和TV5725兩個(gè)芯片內(nèi)部工作模式的設(shè)置和芯片內(nèi)部工作狀態(tài)的讀取。具體實(shí)現(xiàn)上是由ATmega128L 單片機(jī)通過I2C 總線對(duì)TW9910和TV5725兩個(gè)芯片內(nèi)部的相關(guān)寄存器進(jìn)行讀／寫操作來完成。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

首先對(duì)AVR單片機(jī)進(jìn)行初始化，主要包括I／O 引腳端口功能設(shè)置、時(shí)鐘頻率的設(shè)置等。接著對(duì)AVR 單片機(jī)內(nèi)部的I2C總線控制器進(jìn)行設(shè)置，主要是工作模式和訪問速度的設(shè)置。然后，再將TW9910的寄存器設(shè)置參數(shù)通過AVR單片機(jī)經(jīng)I2C總線寫入到TW9910內(nèi)部相應(yīng)的寄存器具體地址中。如果寫入成功，則程序繼續(xù)進(jìn)行TV5725的初始化；如果不成功，則跳轉(zhuǎn)到程序異常指示燈閃爍部分執(zhí)行。

TV5725工作模式設(shè)置部分也是通過AVR 單片機(jī)完成（包括通過面板選擇按鍵設(shè)置顯示器分辨率參數(shù)），通過I2C總線寫入到TV5725內(nèi)部相應(yīng)的寄存器具體地址中。如果寫入成功，則繼續(xù)執(zhí)行正常指示燈閃爍部分程序；如果不成功，則跳轉(zhuǎn)到程序異常指示燈閃爍部分執(zhí)行。用戶根據(jù)指示燈的閃爍情況來判斷系統(tǒng)軟件執(zhí)行是否正常。

結(jié) 語

本文描述了一種智能高清電視視頻轉(zhuǎn)換器的具體實(shí)現(xiàn)原理和方法。通過此方法實(shí)現(xiàn)的視頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以方便地將復(fù)合視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成多種不同分辨率的VGA 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通過普通電腦顯示器收看液晶電視節(jié)目的功能。相對(duì)于傳統(tǒng)的CRT 電視，既可以大大降低功耗，又可大幅提高顯示效果。另外，本設(shè)備也可以應(yīng)用于安防監(jiān)控領(lǐng)域，降低安防監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)成本。根據(jù)本方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品樣機(jī)成功參展了第11屆高新技術(shù)成果交易會(huì)。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

［1］Tech Inc.TW9910Aspec0921061datasheet，2006.

［2］Tvia Inc.TrueView5725DS datasheet，2006.

［3］廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司.I2C總線規(guī)范，2010.

［4］Intersil Inc.Application Note AN9728.2，2002.