用SAA7111A设计模拟视频转换接口
介绍了saa7111a和al251的特点、功能、原理以及在模拟转换接口中的应用,并给出了硬件连接电路示意图。?
关键词：视频a/d转换, saa7111a,al251
1 引言?
视频信号中不仅包含图像信号，还包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号，对于如何将模拟视频信号在各种接口显示屏上进行显示，很多人常常会感到束手无策。传统方案大量使用模拟分离元件，不仅较为复杂，而且难于调试。本文介绍的方案主要采用集成电路设计，体积小，成本低，外围模拟器件少，全部控制均可通过软件实施，初始化和等待时间极短，可适用于板卡或小型手持终端等数字化多媒体应用场合，系统框图见图1。系统主要包括两个部分：一是视频解码模块，目的是将复合视频、yc分量等模拟视频信号进行a/d转换，提取其中的同步和时钟信号，所有转换电路均集中在一块芯片内；二是视频转换模块，作用是直接输出模拟rgb、数字rgb或数字yuv视频信号，实现隔行到逐行扫描的转换，由于普通cvbs信号均为隔行扫描，对于逐行显示器，该部分必不可少，处理后的信号可直接显示或用于视频采集系统，也可用于其它格式显示（需转换）。另外，fpd链路(flat panel displaylink)传输部分可以实现远距离（最远10m）数字rgb视频显示（数字rgb视频信号频率太高无法实现远距离传输）。
2 解码器选型
tv解码器可选用philips公司的saa7110/7111a/7112/7113/7114/7115/7118、samsung公司的ks0127（s5d0127x01）或itt公司的vpc3211b，它们可通过iic总线接口控制，自动识别输入模拟视频信号格式，然后解码输出24bit/16bit的 rgb或yuv数字信号和hsync，vsync，hav(href)控制信号及采样时钟，解码后的信号可直接送到视频转换模块或视频采集系统。根据averlogic公司发布的技术文档，philips公司的解码器解码效果最好，其次是vpc3211b，ks0127虽然功能强大价格便宜，但是解码效果稍逊一些，而且该芯片的最大缺点是功耗太大（将近1w）。据笔者调研，saa7114效果最好，但由于种种因素，本方案采用saa7111a，它采用cmos工艺，功耗小（小于0.5w），电压低（3.3v），体积小（1cm2）, 温度适应范围广（?10℃-80℃），具有以下特点：
（1） 自动进行50/60hz场频的检测，支持ntsc和pal制自动转换，可对ntsc?m/n/4.43/japan、pal?m/n/bghi/、secam格式视频信号的亮度和色度进行处理。?
（2） 拥有4路模拟输入：4路复合视频（cvbs）或2路yc或1路yc和2路cvbs。?
（3） 可设置cvbs或yc通道为静态增益控制或自动增益控制（agc）。?
（4） 拥有2路亮度和色度梳状滤波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。?
（5） 行（href）、场（vref）同步、奇偶帧（res1）和像素时钟（llc）信号均可由管脚引出。?
（6） 可支持以下输出格式：4:2:2(16位)、4:2:2（ccir601 8位）、4:1:1（12位） yuv格式或8:8:8（24位）、5:6:5（16位）rgb格式。
（7） 具有符合ieee1149.1标准扫描逻辑的边界扫描测试电路。?
（8） 64引脚的lqfp封装(尺寸：10mm×10mm×1.4mm)，功耗小于0.5w。
鉴于该芯片在很多杂志上都有介绍，这里不再赘述。?
3 视频转换器
al251是averlogic公司生产的一款功能强大的显示转换控制芯片，主要用于lcd vga显示或视频编辑应用场合，它能够接收隔行ntsc或pal,itu?rbt601(ccir601)或平方像素，yuv422或rgb565数字信号，将其转换成普通pc显示器可以接收的模拟rgb格式视频信号和用于在vga lcd上显示的yuv422或rgb565格式的逐行数字视频信号。al251有多种控制功能，可由微处理器通过iic接口实现诸如自动识别pal制/ntsc式、调整屏幕位置、过滤视频噪声、osd（在屏显示）、视频lut(lookup table)、powerdown等功能，可不需软件控制进行硬初始化。al251具有averlogic特有的数字信号处理技术，处理过的图像更加平滑、有更少的闪烁和锯齿边沿。该芯片供电电压为3.3v或5v，采用80引脚qfp封装形式。
al251原理框图如图2所示。?
3.1 输入输出数据格式?
al251可输入输出两种数据格式：yuv422或rgb565。输入视频格式由引脚intype（1为yuv422，0为rgb565）决定，输入接口见表1；输出视频格式由控制寄存器08h选择，输出接口见表2。al251的精度依靠之前的视频解码器，不需要软件控制，最高支持1024×768。其vclk由解码器提供。?
3.2 在屏显示
al251提供两个通道支持在屏显示（osd）功能，以实现在原输出上叠加控制菜单、文本或标题，以及产生一些诸如透明、不透明、底片、背景、网格等特殊效果。内通道实现内置osd位图，外通道控制两个层叠引脚(ovlctrl1 和 ovlctrl0)用于在屏显示层叠和生成一些特殊的效果。无论是内通道还是外通道，osd只能用于模拟视频和rgb565方式下输出，yuv422方式下不支持。
3.3 边界/边界颜色?
在模拟输出时，al251可以显示视频信号源中所有的像素，这样就能显示比普通显示器更大的区域，这点对于dvd数字视频源是有利的，但是对于一些类似vcr的视频源，则会出现边界不齐的后果。为此，al251通过剪裁视频源进行边界控制，另外，裁剪后的边界颜色（24位）可以通过寄存器设置。
3.4 寄存器描述?
al251共设有42个内部控制寄存器。其中，00h～04h是配置状态寄存器，用于显示公司id(46h)、版本号和芯片序列号以及设置芯片的工作状态（视频信号的输入类型和格式）；08h，09h是同步控制和状态寄存器，用于设置各种同步信号的方式和极性，报告当前各类同步信号的状态；0ch～0eh是边界颜色寄存器，用于设置边界颜色的红、绿、蓝分量值；10h～13h是lutosd寄存器；14h～1dh是层叠控制寄存器，用于设置层叠的效果和颜色。
4 链路介绍
为了增加传输距离，lcd和al251之间可采用fpd链路连接。本方案采用national 半导体公司的lvds（low voltage differential signaling）ds90c363/ds90cf364传输套片，传输距离最远可达10m。该套片为18位fpd链路,工作电压3.3v，48引脚tssop封装，其中ds90c363是发送器，可将18位rgb数据和3位lcd定时和控制数据（fpline/ghs、fpframe/gvs、drdy/enab/ghref）在一个时钟周期内转换成3组lvds，在65mhz发送时钟频率下，每个lvds通道的发送速率高达455mbps，数据吞吐量为每秒170兆字节，该发送器可选择为上升沿或下降沿触发；ds90cf364为接收器，它可将接收到的lvds数据流再转换成ttl/cmos数据，以便于多路数字信号的高速远距离传输。该套片支持vga，svga，xga或更高的分辨率。在使用时，设计者不需改变原先电路引接关系。
5 系统硬件连接?
图3是该转换系统的硬件电路示意图，使用3.3v电源。本系统采用cygnal公司的c8051f020处理器进行控制，选用sharp公司的lq64d341 tft液晶屏，分辨率为640×480，接口为18位数字rgb方式，逆变器选用tdk的cxa?m10a。
图中， pal/ntsc/secam三种制式视频信号可通过saa7111a的ai11/ai12/ai21/ai22通道输入，如是s端子则占用两路输入通道，其中ai12接s端子的3脚，ai22接s端子的4脚，s端子的1、2引脚接地，实际的使用端口可通过软件选择进行设置。24.576mhz的基准时钟信号通过xtali输入； al251的vclk，vidhs，vidvs，href 是输入视频信号的行场同步和采样时钟； square是平方像素和ccir601选择设置（1/0），这里选用ccir方式；ovlctrl0/1是层叠控制，00是无层叠； ghs，gvs是输出视频信号的行场同步，模/数rgb接口共用这两根引脚；saa7111a输出的llc时钟信号直接与液晶屏的gclk引脚相接，ghref是液晶屏的显示使能,vref用于模拟rgb端口（如不使用可悬空）。由于al251的数据输出口是16位的，而lq64d341是18位的，这里将r0和b0接地，其余引脚对应关系不变。sda和scl是iic控制接口,各接一个4.7kω上拉电阻，saa7111a的读/写地址是49h/48h，al251的读/写地址是59h/58h。
根据笔者经验，有几点需要注意：(1) 由于该电路用于电视信号，频率较高，一定要将模拟地和数字地、模拟电源和数字电源分开，在供电和接地处用一磁珠或导线连接；(2) 如有可能应使用四层板设计，且模拟信号部分和数字信号部分分开；（3）模拟信号输入端的信号线应该较粗较短，并且周围环绕地线，四个模拟输入引脚无论是否在用，全部接上耦合电容和匹配电阻；（4）每个芯片的电源引脚尽可能近地接上一个0.1μf电容；（5）与lcd相接的数字rgb电缆不要太长；（6）对于各个时钟信号要细心设计，最好用地与其它信号隔离。
6 软件编程?
软件操作上不太复杂，只要针对具体应用对芯片进行初始化即可，如果需要诸如osd、亮色度控制操作，只需改变对应寄存器值即可，完整的iic底层驱动程序可从周立功网站上下载。另外强调几点：（1）iic的延时时间要根据所使用的处理器主频作出调整。（2）比较技术文档上给的参数，实际图像位置有所偏差，这需要开发者进行调整，主要有saa7111a上的06、07寄存器和al251的20~29寄存器，它们主要用于调整行场同步和屏幕位置。（3）saa7111a中1f寄存器可显示视频信号的制式，可据此对屏幕位置作不同的初始化，同时al251不要使用硬缺省方式，否则屏幕容易偏位。
该方案虽然简单易用，但其缺点是对于混合在视频信号中的干扰反应敏感。
参考文献?
1 李维，郭强. 液晶显示应用技术.北京: 电子工业出版社, 2000
AI是互联网下半场的黎明 只有百度华为真在做
5G技术精进以及政策不断加持,车联网将迎来千亿市场空间
基于AT89S51的4×4 矩阵键程序设计
iphoneSE二代，三月份唯一期待的手机
思博伦4G LTE测试解决方案
用SAA7111A设计模拟视频转换接口
塑壳断路器和空气开关的区别
ZVH 手持式电缆及天线分析仪
智伴科技发起「暖冬助学行」活动，智伴服务商为爱接力温暖100所学校 ...
介绍big.LITTLE 大小核技术的工作原理
工业电机驱动IGBT过流和短路保护的问题及处理方法
基美|新型小体积电感器磁芯
实验室ph计如何校准_ph计校准液配制_ph计的校准方法及步骤
三星note7彻底推出历史舞台，和炸弹说拜拜
USB4的传输速度高达40Gbps，仅支持Type-C
诺基亚发力智能电视，4K分辨率的LED面板有保障
电容充放电过程中时间常数对电路的影响
曼胡默尔与CMBlu签署协议合作开发有机液流电池
厉害了！深圳华强北的骚红iPhone7/7Plus，连苹果官方都侧目
天奈科技如何做到国产碳纳米管领头羊?
关键词：视频a/d转换, saa7111a,al251
1 引言?
视频信号中不仅包含图像信号，还包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号，对于如何将模拟视频信号在各种接口显示屏上进行显示，很多人常常会感到束手无策。传统方案大量使用模拟分离元件，不仅较为复杂，而且难于调试。本文介绍的方案主要采用集成电路设计，体积小，成本低，外围模拟器件少，全部控制均可通过软件实施，初始化和等待时间极短，可适用于板卡或小型手持终端等数字化多媒体应用场合，系统框图见图1。系统主要包括两个部分：一是视频解码模块，目的是将复合视频、yc分量等模拟视频信号进行a/d转换，提取其中的同步和时钟信号，所有转换电路均集中在一块芯片内；二是视频转换模块，作用是直接输出模拟rgb、数字rgb或数字yuv视频信号，实现隔行到逐行扫描的转换，由于普通cvbs信号均为隔行扫描，对于逐行显示器，该部分必不可少，处理后的信号可直接显示或用于视频采集系统，也可用于其它格式显示（需转换）。另外，fpd链路(flat panel displaylink)传输部分可以实现远距离（最远10m）数字rgb视频显示（数字rgb视频信号频率太高无法实现远距离传输）。
2 解码器选型
tv解码器可选用philips公司的saa7110/7111a/7112/7113/7114/7115/7118、samsung公司的ks0127（s5d0127x01）或itt公司的vpc3211b，它们可通过iic总线接口控制，自动识别输入模拟视频信号格式，然后解码输出24bit/16bit的 rgb或yuv数字信号和hsync，vsync，hav(href)控制信号及采样时钟，解码后的信号可直接送到视频转换模块或视频采集系统。根据averlogic公司发布的技术文档，philips公司的解码器解码效果最好，其次是vpc3211b，ks0127虽然功能强大价格便宜，但是解码效果稍逊一些，而且该芯片的最大缺点是功耗太大（将近1w）。据笔者调研，saa7114效果最好，但由于种种因素，本方案采用saa7111a，它采用cmos工艺，功耗小（小于0.5w），电压低（3.3v），体积小（1cm2）, 温度适应范围广（?10℃-80℃），具有以下特点：
（1） 自动进行50/60hz场频的检测，支持ntsc和pal制自动转换，可对ntsc?m/n/4.43/japan、pal?m/n/bghi/、secam格式视频信号的亮度和色度进行处理。?
（2） 拥有4路模拟输入：4路复合视频（cvbs）或2路yc或1路yc和2路cvbs。?
（3） 可设置cvbs或yc通道为静态增益控制或自动增益控制（agc）。?
（4） 拥有2路亮度和色度梳状滤波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。?
（5） 行（href）、场（vref）同步、奇偶帧（res1）和像素时钟（llc）信号均可由管脚引出。?
（6） 可支持以下输出格式：4:2:2(16位)、4:2:2（ccir601 8位）、4:1:1（12位） yuv格式或8:8:8（24位）、5:6:5（16位）rgb格式。
（7） 具有符合ieee1149.1标准扫描逻辑的边界扫描测试电路。?
（8） 64引脚的lqfp封装(尺寸：10mm×10mm×1.4mm)，功耗小于0.5w。
鉴于该芯片在很多杂志上都有介绍，这里不再赘述。?
3 视频转换器
al251是averlogic公司生产的一款功能强大的显示转换控制芯片，主要用于lcd vga显示或视频编辑应用场合，它能够接收隔行ntsc或pal,itu?rbt601(ccir601)或平方像素，yuv422或rgb565数字信号，将其转换成普通pc显示器可以接收的模拟rgb格式视频信号和用于在vga lcd上显示的yuv422或rgb565格式的逐行数字视频信号。al251有多种控制功能，可由微处理器通过iic接口实现诸如自动识别pal制/ntsc式、调整屏幕位置、过滤视频噪声、osd（在屏显示）、视频lut(lookup table)、powerdown等功能，可不需软件控制进行硬初始化。al251具有averlogic特有的数字信号处理技术，处理过的图像更加平滑、有更少的闪烁和锯齿边沿。该芯片供电电压为3.3v或5v，采用80引脚qfp封装形式。
al251原理框图如图2所示。?
3.1 输入输出数据格式?
al251可输入输出两种数据格式：yuv422或rgb565。输入视频格式由引脚intype（1为yuv422，0为rgb565）决定，输入接口见表1；输出视频格式由控制寄存器08h选择，输出接口见表2。al251的精度依靠之前的视频解码器，不需要软件控制，最高支持1024×768。其vclk由解码器提供。?
3.2 在屏显示
al251提供两个通道支持在屏显示（osd）功能，以实现在原输出上叠加控制菜单、文本或标题，以及产生一些诸如透明、不透明、底片、背景、网格等特殊效果。内通道实现内置osd位图，外通道控制两个层叠引脚(ovlctrl1 和 ovlctrl0)用于在屏显示层叠和生成一些特殊的效果。无论是内通道还是外通道，osd只能用于模拟视频和rgb565方式下输出，yuv422方式下不支持。
3.3 边界/边界颜色?
在模拟输出时，al251可以显示视频信号源中所有的像素，这样就能显示比普通显示器更大的区域，这点对于dvd数字视频源是有利的，但是对于一些类似vcr的视频源，则会出现边界不齐的后果。为此，al251通过剪裁视频源进行边界控制，另外，裁剪后的边界颜色（24位）可以通过寄存器设置。
3.4 寄存器描述?
al251共设有42个内部控制寄存器。其中，00h～04h是配置状态寄存器，用于显示公司id(46h)、版本号和芯片序列号以及设置芯片的工作状态（视频信号的输入类型和格式）；08h，09h是同步控制和状态寄存器，用于设置各种同步信号的方式和极性，报告当前各类同步信号的状态；0ch～0eh是边界颜色寄存器，用于设置边界颜色的红、绿、蓝分量值；10h～13h是lutosd寄存器；14h～1dh是层叠控制寄存器，用于设置层叠的效果和颜色。
4 链路介绍
为了增加传输距离，lcd和al251之间可采用fpd链路连接。本方案采用national 半导体公司的lvds（low voltage differential signaling）ds90c363/ds90cf364传输套片，传输距离最远可达10m。该套片为18位fpd链路,工作电压3.3v，48引脚tssop封装，其中ds90c363是发送器，可将18位rgb数据和3位lcd定时和控制数据（fpline/ghs、fpframe/gvs、drdy/enab/ghref）在一个时钟周期内转换成3组lvds，在65mhz发送时钟频率下，每个lvds通道的发送速率高达455mbps，数据吞吐量为每秒170兆字节，该发送器可选择为上升沿或下降沿触发；ds90cf364为接收器，它可将接收到的lvds数据流再转换成ttl/cmos数据，以便于多路数字信号的高速远距离传输。该套片支持vga，svga，xga或更高的分辨率。在使用时，设计者不需改变原先电路引接关系。
5 系统硬件连接?
图3是该转换系统的硬件电路示意图，使用3.3v电源。本系统采用cygnal公司的c8051f020处理器进行控制，选用sharp公司的lq64d341 tft液晶屏，分辨率为640×480，接口为18位数字rgb方式，逆变器选用tdk的cxa?m10a。
图中， pal/ntsc/secam三种制式视频信号可通过saa7111a的ai11/ai12/ai21/ai22通道输入，如是s端子则占用两路输入通道，其中ai12接s端子的3脚，ai22接s端子的4脚，s端子的1、2引脚接地，实际的使用端口可通过软件选择进行设置。24.576mhz的基准时钟信号通过xtali输入； al251的vclk，vidhs，vidvs，href 是输入视频信号的行场同步和采样时钟； square是平方像素和ccir601选择设置（1/0），这里选用ccir方式；ovlctrl0/1是层叠控制，00是无层叠； ghs，gvs是输出视频信号的行场同步，模/数rgb接口共用这两根引脚；saa7111a输出的llc时钟信号直接与液晶屏的gclk引脚相接，ghref是液晶屏的显示使能,vref用于模拟rgb端口（如不使用可悬空）。由于al251的数据输出口是16位的，而lq64d341是18位的，这里将r0和b0接地，其余引脚对应关系不变。sda和scl是iic控制接口,各接一个4.7kω上拉电阻，saa7111a的读/写地址是49h/48h，al251的读/写地址是59h/58h。
根据笔者经验，有几点需要注意：(1) 由于该电路用于电视信号，频率较高，一定要将模拟地和数字地、模拟电源和数字电源分开，在供电和接地处用一磁珠或导线连接；(2) 如有可能应使用四层板设计，且模拟信号部分和数字信号部分分开；（3）模拟信号输入端的信号线应该较粗较短，并且周围环绕地线，四个模拟输入引脚无论是否在用，全部接上耦合电容和匹配电阻；（4）每个芯片的电源引脚尽可能近地接上一个0.1μf电容；（5）与lcd相接的数字rgb电缆不要太长；（6）对于各个时钟信号要细心设计，最好用地与其它信号隔离。
6 软件编程?
软件操作上不太复杂，只要针对具体应用对芯片进行初始化即可，如果需要诸如osd、亮色度控制操作，只需改变对应寄存器值即可，完整的iic底层驱动程序可从周立功网站上下载。另外强调几点：（1）iic的延时时间要根据所使用的处理器主频作出调整。（2）比较技术文档上给的参数，实际图像位置有所偏差，这需要开发者进行调整，主要有saa7111a上的06、07寄存器和al251的20~29寄存器，它们主要用于调整行场同步和屏幕位置。（3）saa7111a中1f寄存器可显示视频信号的制式，可据此对屏幕位置作不同的初始化，同时al251不要使用硬缺省方式，否则屏幕容易偏位。
该方案虽然简单易用，但其缺点是对于混合在视频信号中的干扰反应敏感。
参考文献?
1 李维，郭强. 液晶显示应用技术.北京: 电子工业出版社, 2000
AI是互联网下半场的黎明 只有百度华为真在做
5G技术精进以及政策不断加持,车联网将迎来千亿市场空间
基于AT89S51的4×4 矩阵键程序设计
iphoneSE二代，三月份唯一期待的手机
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塑壳断路器和空气开关的区别
ZVH 手持式电缆及天线分析仪
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介绍big.LITTLE 大小核技术的工作原理
工业电机驱动IGBT过流和短路保护的问题及处理方法
基美|新型小体积电感器磁芯
实验室ph计如何校准_ph计校准液配制_ph计的校准方法及步骤
三星note7彻底推出历史舞台，和炸弹说拜拜
USB4的传输速度高达40Gbps，仅支持Type-C
诺基亚发力智能电视，4K分辨率的LED面板有保障
电容充放电过程中时间常数对电路的影响
曼胡默尔与CMBlu签署协议合作开发有机液流电池
厉害了！深圳华强北的骚红iPhone7/7Plus，连苹果官方都侧目
天奈科技如何做到国产碳纳米管领头羊?