具有圖形化界面的車載DVD影音系統設計

張宏財，沈君

（中國電子科技集團公司第38研究所，合肥230088）

引 言

隨著社會的進步和科技的發展，我國汽車行業逐漸興起，與之相關的汽車DVD影音也蓬勃發展起來了，人們對汽車影音系統要求與日俱增。隨著車載影音系統接入端口的增加，為解決用戶使用，系統控制復雜度以及信息導入率之間的矛盾，引入具有圖形化界面的DVD影音系統，通過在DVD屏幕上實現視頻圖像實時疊加字符、圖形，及時傳達和明確原畫面無法表達或無法明確表達的信息，使用戶顯示界面圖文并茂、醒目美觀，從而保證影音媒體使用便利和信息交互順暢。所以，研究具有圖形化的操作顯示界面的車載DVD音影系統具有實際意義。

1 系統方案

根據車載DVD影音系統基本功能要求，車載DVD影音系統主要由主機模塊和顯示模塊兩大模塊組成。主機模塊包括DVD機芯、視頻處理、圖形化界面處理、視頻和圖形化界面的疊加等；顯示模塊包括TFT LCD屏、主機送來的視頻信號處理、顯示等。為了增加圖形化的界面，本設計在常規DVD系統的基礎上增加虛線框內由YGV629組成的位圖OSD電路。功能組成原理框圖如圖1所示。

圖1 車載DVD系統原理框圖

系統在MCU的控制下工作。MCU通過內部總線對DVD機芯等設備進行控制的同時，顯示畫面的內容是通過顯示屬性RAM進行更新的，畫面更新時MCU只需更新少量的屬性參數，所以MCU可以通過SPI串行總線實現對以YGV629為核心的OSD系統的控制。OSD系統采用外部疊加的方式進行工作，DVD機芯輸出的視頻行場同步作為YGV629的同步基準，保證了YGV629輸出的OSD圖形視頻以及疊加開關信號（Ys）與DVD視頻的同步，使視頻開關能夠在統一的時基下實現視頻的混合疊加。疊加后的視頻信號與行場同步一同被送到LCD顯示器顯示。

本方案中采用2 MB的Flash芯片作為圖形庫，存儲了主畫面菜單、DVD界面按鈕、提示圖案等位圖圖形數據，滿足了DVD圖形顯示界面的要求。圖2是本方案的車載DVD圖形顯示界面的視頻疊加畫面。

圖2 車載DVD圖形顯示界面

2 各模塊硬件電路的設計

2.1 主機模塊

主機模塊是系統的核心，其結構如圖3所示。它在單片機的控制下，主要完成視頻的切換、疊加、分配、音頻信號功率驅動。

圖3 主機模塊原理框圖

本系統選用STR750FV作為主控單片機，最主要的原因是它在環境適應性、抗干擾性等方面表現出了良好的特性，滿足汽車環境的要求。

考慮性價比方面的因素，DVD機芯采用華陽的DL308機芯，DL308機芯是華陽專為汽車前裝新開發的機芯，其各項性能，主要是溫度適應性、光頭的可靠性，均優于市場上的其他機芯，不會出現高低溫工作時機芯時有畫面靜止、畫面馬賽克、不讀碟、光頭損壞等問題。

為了保證系統低功耗的要求，即當DVD系統關機時，要求系統處于低功耗待機狀態（小于3m A），系統采用電源開關的方式實現關機狀態的低功耗待機狀態。系統采用NPN功率三極管對主顯示、收音機、DVD機芯的電源進行分別控制，在單片機的控制下根據系統的工作狀態進行開通或關閉，保證系統關機狀態下的低功耗。

主機模塊中，單片機除使用SPI三線協議對DVD機芯、圖形控制器（YGV629）實現控制外，其他的設備（如收音機模塊、音效處理芯片、主顯示控制器、小屏顯示控制器）都是通過I2C總線進行控制，這不僅保證了系統設計的靈活性，而且也使得連接關系簡單，節省了單片機的控制引腳資源。

在主機模塊中，DVD視頻要經過RGB信號變換與圖形疊加，之后再進行信號的變換形成視頻信號送到顯示屏進行顯示。在這個過程中，DVD視頻要經過多次的變換，由于使用DVD輸出的CVBS復合視頻信號進行各種信號的變換疊加，損失太大，使得DVD視頻顯示時圖像的細節模糊。為了保證DVD視頻信號變換不會產生較大的損失，采用DVD的YC視頻信號進行各種變換，減小了轉換過程的損失。實際效果顯示，畫面清晰，符合設計要求。

2.2 顯示模塊

顯示模塊的顯示屏同時具有觸摸屏功能，通過觸摸屏可以實現系統的圖形化用戶界面的操作。顯示模塊液晶屏采用宏芯公司T108A完成，T108A是一款高集成度顯示芯片，能支持 CVBS、S-VIDEO（Y/C）、YPbPr、RGB和RGB565等各種視頻格式。輸出包含TCON時序輸出和模擬RGB信號輸出，直接連接模擬液晶顯示屏。采用T108A單芯片方式簡化了硬件電路，降低了成本。

在DVD系統中，顯示模塊由主機模塊I2C總線信號控制，顯示主機模塊送來的Y/C信號。圖4為顯示模塊的結構框圖。

圖4 顯示模塊組成框圖

如圖4所示，T108A完成信號輸入檢測、A/D轉換、圖像增強、縮放、圖像處理、時序控制、液晶顯示等功能；VCOM產生電路對T108A輸出時序信號進行放大，其采用NJM3414AV雙運放芯片，在交流反饋端加入可調電阻，對幅度進行調節，在隔直輸出后加入可調電阻，對直流電平進行調節，調節屏幕亮度、對比度及畫面抖動現象，保證顯示一致性。背光控制模塊，采用FSP3126SAD開關電源芯片，帶有關斷功能，可通過控制開關端子，控制液晶顯示背光通斷。

觸摸屏部分采用專用A/D采樣芯片TSC2003IPW驅動，并在A/D采樣線上加入磁珠，增強抗靜電干擾能力；電源部分提供顯示屏主5 V電源，再由其他LDO提供T108A工作的3.3 V、1.8 V其他電源。

LCD顯示屏采用LED背光的7寸群創液晶顯示屏，相比于CCFL背光顯示屏有更優良的低溫工作性能。

2.3 圖形、視頻的疊加

由于設計的DVD具有圖形化用戶顯示界面，所以在本系統中，需要對DVD視頻以及畫面的提示視頻進行混合疊加處理。YGV629根據“屬性RAM”中存儲的屬性數據，按照屬性定義的顯示層（Layer）優先級進行處理，輸出混合后的圖形視頻。其中每一圖形單元占用一層，線段可以是多條線段占用一層，通過選擇不同的顯示層及采用透明色等方法就可以方便地實現所需要的圖形疊加。圖5是圖形單元疊加過程的示意圖。

圖5 圖形單元疊加過程示意圖

為了保證圖形視頻與DVD視頻的疊加，YGV629以DVD視頻的行場為同步時基，保證其輸出的圖形視頻以及疊加控制信號Ys與外部視頻具有同步關系。實際上Ys信號是圖形視頻的狀態信號，當有圖形視頻時為高電平，無圖形視頻時為低電平，用Ys控制視頻開關對圖形視頻和DVD視頻進行選通，就可以實現視頻的疊加。圖6是視頻疊加的原理示意圖。

圖6 視頻疊加原理示意圖

圖7 軟件的層次結構圖

3 系統軟件設計

DVD影音系統的軟件運行在MCU STR750上，是模塊化的設計。軟件系統沒有使用操作系統，軟件的層次結構如圖7所示。

其中，啟動層是開發平臺自動加入的，一般包含運行環境（軟件和硬件）的初始化過程；仿真測試層的作用是提高系統的可測試性和可靠性。

軟件系統中，所有層次的軟件模塊除了啟動代碼之外都包含在main函數中，啟動代碼在main之前執行，由開發工具自動添加，以完成必要的準備工作。該系統的軟件不需要退出，main函數中包含了一個死循環。軟件的結構如下：

①初始化：系統硬件初始化；軟件環境初始化。

②死循環：信號狀態檢測與采樣；功能執行與狀態轉換；休眠與喚醒；異常檢測與處理；仿真與測試。

軟件按功能劃分模塊，主要由以下模塊組成：

（1）信號檢測功能（數字與模擬）模塊

此模塊檢測所有數字和模擬信號，包括：電源按鍵信號檢測（數字信號）、面板按鍵信號檢測（模擬信號）、面板旋鈕信號檢測（數字信號）、12 V電壓檢測（模擬信號）、ACC信號檢測（數字信號）、觸摸屏信號檢測（數字信號）。

（2）DVD模塊

該模塊是針對華陽DVD機芯的，主要包括：

①DVD和MCU通信。華陽機芯和MCU是通過華陽的“三線通信協議”進行通信的，主要包括DVD信息接收和DVD控制命令發送兩部分。

②DVD信息處理。DVD在工作的過程中不斷給MCU發送信息，MCU負責對這些信息進行處理。

③DVD控制。根據用戶觀看需求，對DVD進行播放/暫停、快進/快退、上一曲/下一曲、聲道切換、字幕切換等功能控制。

（3）收音機模塊

收音機模塊使用的是成都旭光TAF-3LMF模塊，該模塊和MCU的通信方式是通過I2C總線，實際上對收音機模塊的操作主要是通過對收音機模塊內部的寄存器的讀寫來完成的。

對收音機的功能要求包括：FM/AM收音、接收指定頻率的電臺、自動搜臺/存儲、手動搜臺/存儲、電臺瀏覽等。

（4）YGV629控制模塊

YGV629是圖形界面生成芯片，它讀取存儲在FLASH中的位圖數據，輸出位圖模擬RGB。該模塊包含兩部分：YGV629和MCU通信，圖形界面模擬RGB生成。

YGV629和MCU通信遵循雅馬哈公司YGV629串行通信協議。YGV629有341個圖層，圖形界面就是由這341個圖層疊加而生成的；程序控制YGV629，將存儲在FLASH中的不同位圖映射到其圖層中，并指定位圖的調色板數據，最后還需要對YGV629輸出的模擬RGB進行時序控制。

（5）圖形界面處理模塊

實際上YGV629控制模塊屬于硬件抽象層，而圖形界面處理模塊則屬于系統應用層。根據具體要求，該系統的圖形用戶接口由不同的頁面（Page）組成，每個頁面由不同的按鈕（BUTTON）和圖標（ICON）組成。

一個頁面的數據包含：頁面背景圖片、頁面按鈕、頁面圖標、頁面背景色等；

一個按鈕的數據包括：按鈕一般圖片、按鈕按下圖片、按鈕高亮標記圖片、按鈕按下動作、按鈕抬起動作等。

一個圖標的數據包括：圖標對應圖片、圖標可能動作等。

（6）按鍵處理模塊

該模塊根據面板按鍵檢測、面板旋鈕檢測、面板電源按鍵檢測的結果進行相應的按鍵功能處理。

（7）觸摸屏處理模塊

該模塊根據觸摸屏檢測得到的結果進行觸摸屏操作的功能處理，主要包括兩個部分：圖形界面部分和功能操作部分。

（8）系統管理功能模塊

該模塊包括：外設電源管理；系統工作模式管理；休眠和喚醒；異常處理。

結 語

本文設計的以YGV629為核心的圖形化DVD影音系統，很好地解決了車載DVD系統圖形界面與系統復雜性之間的矛盾。產品經過測試取得良好的效果。該系統的硬件電路可靠、穩定性和抗干擾能力強。軟件的設計實時性很強，而且具有模塊化、集成化、通用化的特點，易于維護和升級；同時該系統成本低，對設備的要求低，易于生產。

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