摘? 要: 利用TOSHIBA公司的電視解碼芯片TMPA88系列實現YUV信號的設計原理,并用于將隔行掃描變為逐行掃描等數字處理。給出了設計的輸入輸出測試波形。
關鍵詞: 電視解碼? RGB信號? YUV信號? 行(場)推動信號
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隨著人們對視頻要求的不斷提高,將電視進行隔行掃描變為逐行掃描等數字處理也勢在必行。要進行逐行掃描等數字處理必須將普通的RGB信號轉換為YUV信號。但是目前主要視頻芯片供應商提供的方案使用的是一體化芯片,價格比較昂貴且對高頻頭等其他器件要求很高。這些一體化方案不但無法對原有產品進行改造,而且新的解碼芯片在農村等弱電視信號情況下,體現不出數字處理的高性能特點。因此,目前需要一種能完整地進行數字處理所需要的信號,且價格低廉、簡單易行并在模擬電視中容易升級的方案。
TMPA88系列是TOSHIBA公司的解碼和MCU的二合一系列產品。由于該產品對弱信號的檢測能力非常強大,因此它廣泛應用于我國的模擬電視中,尤其是廣大的農村市場。但該方案難以產生給數字處理部分的電路提供穩定的行、場同步信號和去掉RGB信號的消隱頭。本文以TMPA8809為例,介紹解決以上難點并實現YUV信號的方法。
1?系統結構
圖1是以TOSHIBA公司的TMPA88系列中的TMPA8809為例來實現YUV信號方案的總體框圖。圖中虛線框為在TMPA8809模擬電視機基礎上升級為數字電視機的插卡;實線框是本文要討論的從普通高頻頭輸出的信號(或者其他電視輸入信號)到YUV信號的轉換方案。
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在該方案中,TMPA8809完成對輸入的電視信號進行中頻放大和解碼功能,輸出RGB信號和行、場推動信號;由TA1287將RGB信號轉換為YUV信號;由HS Shape和VS Shape簡單的放大、嵌位電路將TMPA8809輸出的行、場推動信號整形成TA1287和3通道ADC以及數字處理芯片所需要的行、場同步信號和嵌位信號:MST9883B將模擬的RGB信號轉換成4:4:2格式的YUV數字信號。經過以上處理的信號即可交給后面的數字處理模塊進行相應的處理。下面分別介紹該方案中的各個模塊。
2?對TMPA8809的設置
TMPA8809為解碼和MCU二合一的芯片,它能處理包括PIF、SIF、Video等在內的PAL(NTSC、SECAM)的TV信號。8位的MCU中包括ROM、RAM、I/O接口、A/D轉換、OSD控制和遙控接口等。
在后級的ADC輸入要求TMPA8809輸出的RGB信號峰峰值為0.7V,同時,為了讓信號A/D轉換效率最高,所以需要通過對TMPA8809的設置,將輸出的RGB信號調整到最佳狀態。調整內容包括:去掉消隱信號,調節亮度、對比度和飽和度(本文中使用的測試儀器為Agilent 54641D)。
調整后的灰度等級RGB信號波形圖如圖2所示。左圖為沒有OSD信號時的灰度等級RGB信號的波形,圖中下方的波形為行推動信號;右圖為有OSD信號時的灰度等級RGB信號的波形,圖中下方為整形后的行推動信號的波形圖(整形的過程將在后面做出解釋)。
3?HS Shape的功能
(1)給TA1287的嵌位信號CLAMP
TA1287需要一個與行推動信號同頻的嵌位信號,將行推動信號經過74HC123后進行2次整形,即可形成所需的信號CLAMP。圖3為整形前后的波形圖。上方的信號為整形后的嵌位信號CLAMP,下方的信號為行推動信號的波形圖。
(2)給TMPA8809的反饋信號FBP
TMPA8809需要一個峰峰值為8V、脈沖寬度為10.2μs的、與行推動信號HD同頻的反饋信號FBP,圖4即為實現該信號的原理圖。圖中FBP信號的脈沖寬度通過C2調節。圖5為反饋信號FBP(圖中上方信號)與行推動信號HD(圖中下方信號)的對照波形圖。
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(3)給MST9883B的同步信號HS
MST9883B需要一個同步信號作為YUV的數模轉換的控制信號。將行推動信號HD經過74HC123后進行2次整形,調節74HC123周邊的阻容器件獲得所要求的脈沖相位和脈沖寬度,即可形成ADC器件MST9883B要求的行同步信號HS。圖6為行同步信號HS(圖中上方信號)與行推動信號HD(圖中下方信號)的對照波形圖。注意:輸入的HD信號的峰峰值必須大于3.5V。
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4?VS Shape的功能
在MST9883B中需要一個脈沖的場同步信號,如何用最簡單的方法將場推動信號VD整形為穩定的、不抖動的場同步脈沖信號TV_VS,是該方案設計中的一個難點。筆者經過多次試驗,用圖7的電路,解決了這個問題。注意:場推動信號VD輸入的峰峰值必須大于1.5V。整形后的場同步信號的脈沖寬度通過CN126來調節(用于防止抖動的電容CN107非常重要,不能去掉)。
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5?對TA1287的測試
在本方案中,TA1287用作將高速的RGB信號轉換為YUV信號。
YUV與RGB之間的計算方法如下(假設取R=G=B=100IRE):
Y=0.299R+0.587G+0.114B=100IRE
U=0.492(B-Y)=0.492(-0.299R-0.587G+0.886B)=87IRE
V=0.877(R-Y)=0.877(0.701R-0.587G-0.114B)=123IRE
6?對MST9883B的增益和偏置值的設置
MST9883B是8位的12M～80MHz采樣速率的3通道ADC器件,內部集成了象素時鐘的鎖相環和5位的象素時鐘相位可調整的功能,并且集成了I2C總線,用于進行信號增益和偏置值的設置。圖8為YUV信號所要求的增益和偏置值調整的示意圖。
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MST9883B中對增益設置的寄存器分別為08H(REDGAIN)、09H(GRNGAIN)、0AH(BLUGAIN)。當寄存器值為00H時,表示峰峰值為0.5V;當寄存器值為FFH時,表示峰峰值為1.0V。對偏置值設置的寄存器分別為0BH(REDOFFST)、0CH(GRNOFFST)、0DH(BLUOFFST),默認的偏置值為80H。
所有的RGB信號的增益和偏置值的設置都是根據RGB和YUV信號的換算關系計算出的。正確的設置值如下:
09H(GRNGAIN)設置為0Xa1H,0CH(GRNOFFST)設置為0X1aH。
08H(REDGAIN)設置為0XEFH,0BH(REDOFFST)設置為0X80H。
0AH(BLUGAIN)設置為0X64H,0DH(BLUOFFST)設置為0X80H。
7? 結? 論
按照以上簡單易行的低成本方案,可在以TMPA8809為例的輸出RGB信號的模擬電視上產生YUV信號;在輸出YUV信號的后級就可以進行逐行處理等其他數字處理過程;處理完畢之后,再將YUV信號轉換成RGB信號后直接接到CRT上,即可以輸出清晰的電視信號。該方案已經在部分電視廠商的29英寸和34英寸CRT上小批量生產,并可以最好的處理效果和最低的成本迅速推到市場。
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參考文獻
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2? Studio Encoding Parameters Of Digital Television for Standard 4:3 And Wide-Screen 16:9 Aspect Ratios.
ITU-R BT.601-5.1995
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6? TOSHIBA.TA1287P?Datasheet(V1.0).2001