一種基于AIT2139的視頻轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：VGA-TV；視頻轉(zhuǎn)換器；AIT2139；多媒體教學(xué)

１ 引言

在現(xiàn)代教學(xué)尤其是高等教育過程中?多媒體教學(xué)因其交互性強(qiáng)、高效靈活而逐漸成為一種普及的教學(xué)方式。

為方便多媒體教學(xué)的開展，筆者選用ＡＩＴ２１３９視頻轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)ＶＧＡ―ＴＶ視頻轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器可將計(jì)算機(jī)的ＶＧＡ信號轉(zhuǎn)換為廣播質(zhì)量的ＮＴＳＣ制或ＰＡＬ制視頻信號輸出到大屏幕電視機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)畫面的凍結(jié)、縮放和平移等輔助功能。同時(shí)，其視頻信號也可通過轉(zhuǎn)換器提供的接口輸出到計(jì)算機(jī)顯示器上。

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ＡＩＴ２１３９是一種單片、晶控、全數(shù)字視頻信號處理器，可以支持多種輸入格式（如６４０４８０、８５ Ｈｚ，８００６００、８５ Ｈｚ，１０２４７６８、６０ Ｈｚ等）．ＡＩＴ２１３９具有３通道、８－Ｂｉｔ ＡＤＣ輸入和１６．７Ｍ 色彩轉(zhuǎn)換功能；其內(nèi)部有專門的存儲壓縮電路，外部有 ＥＤＯ ?２５６ｋ１６Ｂｉｔ? 存儲器接口和 ＳＤＲＡＭ ?１Ｍ １６Ｂｉｔ? 存儲器接口；ＡＩＴ２１３９ 控制方式簡單，可采用ＨＯＳＴ接口或Ｉ２ Ｃ總線進(jìn)行控制。該芯片可自動(dòng)檢測輸入模式和當(dāng)前的ＴＶ模式，輸出格式則可從合成、Ｓ－視頻、 ＹＣｂＣｒ 或 ＲＧＢ／ＳＣＡＲＴ中選擇；所有的視頻處理都可在數(shù)字域內(nèi)完成，因而不需要轉(zhuǎn)換電路，其數(shù)字編碼器采用過采樣技術(shù)，并以ＡＩＴｅｃｈ 算法進(jìn)行濾波，因而能輸出高質(zhì)量的ＮＴＳＣ和ＰＡＬ制式信號。ＡＩＴ２１３９芯片的內(nèi)部功能框圖如圖１所示。

３　系統(tǒng)工作原理

該ＶＧＡ－ＴＶ視頻轉(zhuǎn)換器主要由視頻轉(zhuǎn)換、視頻轉(zhuǎn)換控制和遙控三部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖２所示。

ＶＧＡ－ＴＶ視頻轉(zhuǎn)換器的組成核心是視頻信號轉(zhuǎn)換和視頻轉(zhuǎn)換控制部分，因此?設(shè)計(jì)的核心是對視頻信號的處理和對視頻轉(zhuǎn)換芯片的控制。筆者采用ＡＩＴ２１３９視頻信號處理器，并配以當(dāng)前成熟的外圍電路設(shè)計(jì)了一種視頻信號轉(zhuǎn)換電路來完成視頻前端的處理和信號轉(zhuǎn)換；同時(shí)以八位單片機(jī)ＥＭ７８Ｐ１５６ＥＰ 為核心，再配以鍵盤檢測、Ｉ２Ｃ通信、遙控接收等電路組成了轉(zhuǎn)換控制部分。該系統(tǒng)是典型的模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，電源質(zhì)量對視頻信號的輸出影響較大，為此，設(shè)計(jì)時(shí)采用單獨(dú)的電源板卡并以背板的形式嵌入到系統(tǒng)中，從而取得了較好的效果。

４　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

４．１ 視頻轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)

作為系統(tǒng)核心的視頻轉(zhuǎn)換部分的主要功能是把計(jì)算機(jī)輸出的ＲＧＢ信號轉(zhuǎn)換為電視的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號。視頻前端的ＲＧＢ放大信號采用門電路處理后，送到ＡＩＴ２１３９進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出兩種格式的電視信號：一個(gè)是經(jīng)過轉(zhuǎn)換、選頻和濾波得到的全電視信號，另一個(gè)是亮度和色度分離的電視信號，即Ｓ端子信號。因此，計(jì)算機(jī)輸出的ＲＧＢ信號經(jīng)過耦合、緩沖、放大可直接接計(jì)算機(jī)顯示器，從而使操作者能夠方便的對畫面進(jìn)行監(jiān)控。而對全電視信號輸出則加入了完整的選頻和濾波電路，可以增加電視信號的穩(wěn)定性。圖３是視頻轉(zhuǎn)換部分電路的方框圖。

（１）視頻前端處理

輸入端通過ＡＩＴ２１３９的三個(gè)８－ｂｉｔ Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換器來對Ｒ、Ｇ、Ｂ信號的每一個(gè)通道按４８ＭＨｚ的采樣率進(jìn)行Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換。其水平同步（ＨＳＹＮＣ） 和垂直同步（ ＶＳＹＮＣ） 由施密特觸發(fā)器門緩沖。ＡＩＴ２１３９的ＡＤ轉(zhuǎn)換相當(dāng)靈活，內(nèi)部的ＡＤ轉(zhuǎn)換參考電壓可自己設(shè)定。本設(shè)計(jì)中的ＲＧＢ信號的電平范圍是０～０．８５Ｖ，給定的外部參考電壓為Ｖｋ，需要注意的是，Ｖｋ必須不低于ＲＧＢ信號電平的最大值。

數(shù)字視頻處理可以利用ＹＵＶ 色彩分量來進(jìn)行，因此，可利用ＡＩＴ２１３９芯片中ＲＧＢ－ＹＵＶ矩陣將輸入的ＲＧＢ信號轉(zhuǎn)換為４:２:２ 格式的ＹＵＶ分量信號，每分量輸出８位，總的輸出信號在數(shù)據(jù)總線上以２４位工作。實(shí)際設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)：ＹＵＶ輸出閃爍較大，為此，筆者利用了芯片內(nèi)部ＡＩＴｅｃｈ算法構(gòu)造的有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器，從而有效地降低了輸出閃爍。

（２）工作模式設(shè)定

ＡＩＴ２１３９有兩種工作模式，主模式和從模式。本設(shè)計(jì)選擇主模式。ＡＩＴ２１３９可產(chǎn)生所有的時(shí)鐘和同步信號，并可以給外部的存儲設(shè)備提供水平同步、垂直同步以及內(nèi)部像素?cái)?shù)據(jù)時(shí)鐘。外部的多路同步輸入、ＦＩＦＯ和存儲器將嚴(yán)格遵循ＡＩＴ２１３９提供的這些時(shí)鐘和同步信息。在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，ＶＧＡ的數(shù)據(jù)讀入時(shí)間可以不與處理器的寫入時(shí)鐘同步。

（３）數(shù)字視頻編碼

ＡＩＴ２１３９的核心是其處理器部分，主要用于從外部存儲設(shè)備讀入４：２:２格式的ＹＵＶ?jǐn)?shù)字視頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)行編碼處理。因?yàn)檩斎胄盘柗譃榱炼群蜕确至?，色度信號將通過復(fù)合數(shù)字副載波調(diào)制。亮度分量和色度分量信號分別插值為象素速率的兩倍，并通過兩個(gè)１０－ｂｉｔ的Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬 Ｓ－視頻信號，模擬合成視頻信號在通過第三個(gè)通道的１０－ｂｉｔ轉(zhuǎn)換器輸出后，可調(diào)整ＡＩＴ２１３９處理器的格式控制腳以選擇不同的時(shí)鐘參數(shù)，從而將視頻轉(zhuǎn)換器的輸出設(shè)置為ＮＴＳＣ、ＰＡＬ等電視標(biāo)準(zhǔn)信號。

４．２ 視頻轉(zhuǎn)換控制部分的設(shè)計(jì)

該ＶＧＡ－ＴＶ轉(zhuǎn)換器主控板是對視頻轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行控制的主要部分。該板不但可為視頻轉(zhuǎn)換提供電源，同時(shí)也可發(fā)送操作控制信號。主控板的核心是八位單片機(jī)ＥＭ７８Ｐ１５６ＥＰ，同時(shí)配以鍵盤檢測、Ｉ２Ｃ通信、遙控接收等電路組成轉(zhuǎn)換控制部分。主控板的原理框圖如圖４所示。其控制解碼子程序流程如圖５所示。

５ 結(jié)束語

經(jīng)一些高校長時(shí)間使用證明：該ＶＧＡ－ＴＶ視頻轉(zhuǎn)換器性能穩(wěn)定，效果良好，能夠很好地輔助現(xiàn)代多媒體教學(xué)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。