基于几种模拟信号的视频控制方案设计
关键词：
模拟信号 , 视频
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。
2011-3-11 18:33:17 上传
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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。
2011-3-11 18:33:17 上传
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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。
2011-3-11 18:33:17 上传
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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。
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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。
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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
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• 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。
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