從2007年開始,數(shù)字電視高清廣播將在中國全面啟動(dòng)。今后幾年,中國將以有線數(shù)字電視為切入點(diǎn),建設(shè)有線, 地面和衛(wèi)星互為補(bǔ)充的全國數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)。但市場(chǎng)分析表明,2010年前,在中國數(shù)億家庭的普通電視機(jī)不會(huì)立即被淘汰,且每年仍需產(chǎn)銷3千萬臺(tái)CRT電視機(jī)。當(dāng)前每年還推出許多高清晰數(shù)字電視節(jié)目,特別是2008年北京奧運(yùn)期間。在此背景下,PLM1000適時(shí)出現(xiàn),為普通CRT電視機(jī)提供高清晰度信號(hào)接口,使CRT電視用戶不需更新?lián)Q代就能收看高清節(jié)目。這種以低成本增加功能的方法非常符合中國國情,適應(yīng)廣大低端用戶的需求。
PLM1000芯片的主要特點(diǎn)
PLM1000系列高清晰度電視圖像處理芯片,是一款采用微米CMOS工藝、專為普通CRT電視機(jī)設(shè)計(jì)的模擬/數(shù)字混合處理芯片。它采用10位信號(hào)量化、獨(dú)創(chuàng)的輸入信號(hào)格式自動(dòng)檢測(cè)和高質(zhì)量的圖像處理方案。
PLM1000芯片將輸入的模擬電視信號(hào)數(shù)字化,再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理,最后將數(shù)字信號(hào)還原為模擬電視信號(hào)后輸出至模擬電視。它支持大部分高清制式的視頻信號(hào),如480P、576P、720P、1080i、1080P以及VGA信號(hào),并支持4:3、16:9以及可配置的縮放處理等功能；不帶外部存儲(chǔ)器,所有操作都在片內(nèi)完成,節(jié)省了成本；支持亮度、色度、飽和度、色度空間轉(zhuǎn)換和RGB轉(zhuǎn)換等功能。
芯片的主要特點(diǎn)如下:1080P/1080i/720P/480P/ 576P/480i/576i分量輸入,480i/576i分量輸出；VGA 輸入；模擬輸入和模擬輸出；輸入信號(hào)場(chǎng)頻為50Hz 時(shí),輸出信號(hào)為576i；輸入信號(hào)場(chǎng)頻為60Hz時(shí),輸出信號(hào)為480i；輸入信號(hào)是576i或480i時(shí),輸入信號(hào)直接輸出；輸入信號(hào)與Macrovision兼容；輸入端和輸出端所用的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器均采用10位轉(zhuǎn)換器,比傳統(tǒng)8bit轉(zhuǎn)換器所能提供的信噪比高12dB；圖像增強(qiáng)功能；圖像演示功能；無外接存儲(chǔ)器節(jié)省系統(tǒng)成本；提供外部通用二線串行總線控制接口,軟件簡單；輸出相當(dāng)于模擬CRT隔行掃描電視機(jī)在DVD信號(hào)輸入時(shí)的圖像質(zhì)量；SDIP64或LQFP64封裝,可直接安裝在電視機(jī)的主板上；電源供電。
基于PLM1000的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖1是基于PLM1000芯片的應(yīng)用系統(tǒng)原理框圖。從EVD／DVD等播放器輸出的高清視頻圖像至PLM1000視頻輸入端,經(jīng)PLM1000處理后輸出標(biāo)清分量圖像480i或576i至普通CRT電視機(jī)的分量輸入端,后續(xù)處理與普通CRT電視機(jī)的處理完全一樣。PLM1000內(nèi)部主要由視頻MUX模塊、同步分離器、PLL和鉗位模塊、3路10位高速ADC、信號(hào)處理模塊、3路10位高速DAC和通用串行總線接口模塊組成,下面將分別介紹這幾個(gè)模塊的工作原理。
圖1 PLM1000應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。
視頻MUX模塊
PLM1000支持兩路視頻同時(shí)輸入:Y/Pb/Pr或Y/Cb/Cr和R/G/B,經(jīng)視頻MUX模塊選擇一路視頻,輸入至ADC,亮度信號(hào)Y同時(shí)輸入至同步分離器模塊。
同步分離器、PLL和鉗位(Clamp)模塊
輸入的亮度信號(hào)Y經(jīng)同步分離器模塊分離出后續(xù)處理模塊處理所需要的復(fù)合同步、水平同步和垂直同步等信號(hào),并且根據(jù)分離出來的信號(hào),按照不同格式的輸入信號(hào)同步信息不同,來檢測(cè)輸入信號(hào)的格式。檢測(cè)出來的格式會(huì)傳到寄存器控制模塊,該模塊根據(jù)檢測(cè)出的模式選擇向處理模塊配置相應(yīng)的寄存器值。
內(nèi)部模擬鎖相環(huán)PLL可基于行同步頻率產(chǎn)生像素時(shí)鐘,根據(jù)不同信號(hào),提供不同的時(shí)鐘信號(hào),為了保留更多的圖像細(xì)節(jié),使圖像經(jīng)過處理后仍然保留了絕大部分細(xì)節(jié)信息,采用了過采樣時(shí)鐘來對(duì)ADC的輸出進(jìn)行采樣,以480P為例,標(biāo)準(zhǔn)定義采樣率為27MHz,行有效點(diǎn)為858個(gè)點(diǎn),按照過采樣,我們采用采樣時(shí)鐘,行采樣點(diǎn)數(shù)達(dá)到2400個(gè)點(diǎn),大大的增加了圖像的細(xì)節(jié)信息。
視頻信號(hào)的傳輸一般采用交流耦合方式,為了恢復(fù)視頻信號(hào)中的直流成分,同時(shí)消除低頻干擾如視頻信號(hào)中的疊加型干擾,必須對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鉗位。該鉗位電路接收信號(hào)處理模塊輸入的精確鉗位信息,將輸入信號(hào)鉗位在固定的直流電平上。
3路10位高速ADC
3路高速ADC將輸入的高清模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),采用只有專業(yè)級(jí)視頻處理器才使用的10位量化保證了采樣的細(xì)節(jié)和精度,與傳統(tǒng)8bit ADC相比,信噪比提高了12dB。在后續(xù)信號(hào)處理以及最后的數(shù)模轉(zhuǎn)換中,都采用了10位處理。
信號(hào)處理模塊
經(jīng)ADC量化后的3路各10位數(shù)據(jù)進(jìn)入信號(hào)處理模塊。該模塊的核心是一個(gè)高性能的視頻縮放模塊:將高清視頻信號(hào)按照不同的縮放比率生成標(biāo)清視頻信號(hào)。它由二部分組成:水平縮放單元和垂直縮放單元。連接水平和垂直縮放單元的是一個(gè)單口RAM,與采用雙口RAM相比,盡管增加了部分控制邏輯,但是由于單口RAM要比雙口RAM面積小得多,因此減少了芯片面積。
傳統(tǒng)電視是用戶根據(jù)自己的喜好手動(dòng)調(diào)整圖像參數(shù),但是如果節(jié)目內(nèi)容更改,比如播放對(duì)比度特別差的節(jié)目時(shí),用戶還需要再次調(diào)整。PLM1000包含自動(dòng)圖像增強(qiáng)功能,即根據(jù)視頻圖像內(nèi)容自動(dòng)修改圖像的低頻信號(hào),并增強(qiáng)圖像的高頻信號(hào),達(dá)到自動(dòng)調(diào)整圖像參數(shù)、增強(qiáng)圖像視覺效果的目的。該模塊同時(shí)完成色度空間轉(zhuǎn)換、YUV轉(zhuǎn)RGB以及亮度、色度、飽和度調(diào)節(jié)等功能。
3路10位高速DAC
高速DAC模塊功能將處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸入到模擬電視。考慮到方便廠商做后續(xù)的模擬濾波處理,并且消除頻域上的折射效應(yīng),PLM1000的DAC時(shí)鐘為定義輸出時(shí)鐘的二倍。通用串行總線接口。該轉(zhuǎn)換芯片和外部的接口為一種通用的二線串行總線協(xié)議,通過它可以配置PLM1000需要改變的寄存器值。
PLM1000軟件流程如圖2。上電后,電視機(jī)的CPU對(duì)PLM1000芯片執(zhí)行上電初始化,執(zhí)行必要的寄存器配置。同時(shí)為避免上電初始化期間電視機(jī)顯示不確定信息,此時(shí)PLM1000關(guān)閉視頻輸出。為節(jié)省功耗,PLM1000支持待機(jī)省電模式(Power Down)。在這種模式下,PLM1000芯片及其外圍電路所耗電流不到2mA。
圖2 PLM1000軟件流程圖
上電初始化完畢后,CPU讀取PLM1000芯片內(nèi)部自動(dòng)格式檢測(cè)結(jié)果,并根據(jù)事先設(shè)定的規(guī)則判斷當(dāng)前輸入信號(hào)格式。若連續(xù)N次檢測(cè)結(jié)果與當(dāng)前信號(hào)格式不同,則設(shè)定當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果為芯片新格式,CPU關(guān)閉PLM1000芯片視頻輸出,并對(duì)芯片配置相應(yīng)的工作參數(shù)后開啟視頻輸出；若不同,則維持原格式,即PLM1000工作在原格式下。圖3是在LCD電視上顯示的高清電視圖像(1080i60格式),圖4是帶有PLM1000芯片的普通CRT電視機(jī)對(duì)該高清圖像的處理結(jié)果(480i格式),它保留了高清電視圖像的絕大部分信息。
圖3 1080i60高清晰度電視圖像
圖4 PLM1000芯片處理結(jié)果
PLM1000應(yīng)用說明
PLM1000作為一款高度集成化的高清電視圖像處理芯片,只需外接少量的電路元件和 的電源供電就可工作。它采用的通用串行總線,可以直接與電視機(jī)的CPU連接。電視機(jī)廠商只需要在現(xiàn)有程序上增加很少的程序就可以完成PLM1000芯片的配置。PLM1000有兩種封裝:SDIP64和LQFP64。SDIP64封裝芯片可以直接安裝在電視機(jī)的主板上,所以,電視機(jī)廠家不必更改原有的單層電路板生產(chǎn)線,而只需增加少量的元器件成本。
對(duì)于主板尺寸較緊張的21寸CRT電視,特別是超短管,采用LQFP64(規(guī)格:12mm??12mm)封裝、并采用插板的形式,則是較理想的選擇。這樣,只需在原有的電視機(jī)板上設(shè)計(jì)一個(gè)包含分量視頻輸入/輸出、電源和串行總線的接口,單獨(dú)生產(chǎn)一塊安裝有PLM1000 LQFP64封裝芯片的插板(已有廠家將此插板尺寸做到45mm??65mm的規(guī)格),而不用改變現(xiàn)有的硬件設(shè)計(jì)方案。
總之,作為一款具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高清電視圖像處理芯片,PLM1000讓高清圖像走進(jìn)尋常百姓家；同時(shí),這種低成本高清電視圖像處理解決方案,也延長了CRT 電視機(jī)的產(chǎn)業(yè)周期,帶動(dòng)了全行業(yè)的資源優(yōu)化配置。
作者:盧世祥
系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理
朱恩津
高級(jí)工程師
莫霏
工程師
晶寶利微電子
