汽車應用需要快速模擬視頻切換

盡管家庭娛樂已轉(zhuǎn)向數(shù)字視頻，但模擬視頻在汽車行業(yè)等應用中仍有不小的市場。模擬視頻是一種成熟、可靠的技術，經(jīng)過拓展后可以滿足汽車應用的要求。繼續(xù)使用模擬視頻的原因包括：很容易獲得低成本電路設計、可以使用低廉的銅線纜，以及在嘈雜的環(huán)境中模擬視頻性能的下降比較平緩?，F(xiàn)在的轎車、越野車和卡車具備許多改進的特性，如環(huán)視攝像頭、消費娛樂單元和導航系統(tǒng)等，所有這些都會產(chǎn)生模擬視頻內(nèi)容。一臺包含這些特性的典型車輛如圖1所示。

圖1 典型車載視頻系統(tǒng)

由于對“車載視頻”的需求不斷增長，汽車信息娛樂應用中的模擬視頻快速切換已成為一項關鍵標準。消費者希望能在眨眼之間（200ms或更短）就無縫切換到不同的模擬視頻源。當出于安全原因必須瞬間切換到后視攝像頭等視頻源時，快速切換特性尤其重要。在保持高視頻質(zhì)量的同時,進行快速切換的要求提升了車載顯示單元所用視頻解碼器的性能標準。相比之下，多數(shù)視頻解碼器產(chǎn)品是針對電視市場而設計，其關鍵性能標準是高視頻質(zhì)量和對非標準、不良時基視頻信號（如弱RF和VCR源）的魯棒性。這些視頻解碼器必須維持恒定的輸出時序，即使輸入時基已被破壞。這類應用的鎖定和同步要求正好與視頻源之間快速切換的要求相反。本文探討視頻設計人員實現(xiàn)快速切換系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，并提出切實可行的解決方案。

快速切換的挑戰(zhàn)

針對非標準和不良時基源頗具挑戰(zhàn)性的要求，業(yè)界在視頻解碼器的開發(fā)方面進行了大量研究和設計工作。本文討論的快速切換應用提出了新的挑戰(zhàn)。然而，當我們設想一種能夠同時適用于電視與汽車應用的解決方案時，我們發(fā)現(xiàn)這幾乎是一項不可能完成的任務。這兩種信號類型互相排斥，能夠更好地處理一種信號類型的設計技術往往會削弱對另一種信號類型的處理，反之亦然。ADI公司視頻解碼器設計人員經(jīng)過長時間的努力，終于在保持兼容性和圖像質(zhì)量的同時實現(xiàn)了快速切換性能。

當輸入視頻流出現(xiàn)中斷時，電視視頻解碼器像飛輪一樣依靠“慣性”度過中斷期，然后在需要時重新產(chǎn)生標稱同步信號。大部分解碼器算法會忽略輸入時序的中斷，如圖2所示。為了實現(xiàn)能夠容忍視頻流中斷而不影響圖像質(zhì)量的視頻解碼器設計，需要克服為數(shù)眾多的設計挑戰(zhàn)。

圖2 典型TV視頻解碼器應用

在汽車應用中，為了實現(xiàn)模擬視頻的快速切換，必須確保視頻源維持恒定且正確的時基。同步鎖定視頻源代價高昂，會增加線纜成本、電路板面積和控制處理要求，而所有這些都是汽車應用設計的關鍵考慮因素。高性能視頻解碼器原則上必須盡可能降低系統(tǒng)總成本。圖3為需要快速切換的典型汽車應用的示意圖。

圖3 汽車視頻解碼器應用

選擇正確的視頻解碼器

針對快速切換應用選擇視頻解碼器時，常常難以從數(shù)據(jù)手冊的技術規(guī)格部分確定解碼器的快速切換性能。自動檢測切換速度、色彩鎖定時間和垂直鎖定時間等都是解碼器快速切換性能的指標，但并不能反映全部情況。系統(tǒng)設計人員應確保所選的解碼器能夠針對快速切換應用做進一步優(yōu)化。需要關注的一些關鍵產(chǎn)品特性包括：能夠禁用Hsync（水平同步）和Vsync（垂直同步）處理模塊；能夠?qū)娭茟脴藴蔬M行控制，或者至少能夠減少允許自動檢測的輸入標準數(shù)量；減少用于確定鎖定和解鎖狀態(tài)的Hsync計數(shù)的控制選項；能夠強制再獲取模擬輸入電路的時序；能夠在解碼器鎖定或解鎖時產(chǎn)生中斷。

禁用Hsync和Vsync處理模塊

Hsync和Vsync處理模塊支持高性能解碼器鎖定時基不良的信號。如果施加于解碼器的輸入源具有良好的時基，則所選的解碼器應提供控制選項來禁用這些模塊，以便縮短解碼器的鎖定時間。

強制應用標準

如果在設計期間已知道輸入源標準，則應通過解碼器設置鎖定該標準，由于解碼器不需要花時間執(zhí)行自動檢測算法來確定輸入視頻標準，這樣便能縮短鎖定時間。

減少Hsync計數(shù)

針對快速切換應用選擇解碼器時，系統(tǒng)設計人員應確保解碼器具有編程能力，允許用戶減少視頻解碼器必須檢測到的連續(xù)正確的Hsync脈沖數(shù)量（目的是確定它已鎖定視頻信號）。還應降低失鎖計數(shù)(COL)限值，這樣視頻解碼器只需通過更少的連續(xù)Hsync脈沖丟失數(shù)，就能判斷它已失鎖，進而搜索新的輸入視頻類型。

強制再獲取時序

對于快速切換解碼器的選擇，強制復位視頻解碼器前端模擬電路的能力也很重要，其目的是重新初始化用于鎖定視頻信號的模塊。通過強制再獲取時序，前端模塊復位并搜索視頻信號，從而確保迅速鎖定新的視頻源。

在解碼器鎖定或解鎖時產(chǎn)生中斷

所選的視頻解碼器應具有一個專用中斷引腳，當解碼器鎖定或失鎖時，它能夠發(fā)出提示，以便系統(tǒng)控制器響應這些事件，而不需要通過I2C持續(xù)監(jiān)控解碼器。

對輸出視頻的影響

由于視頻源并未同步鎖定，因此無法從一路輸入視頻無縫切換到另一路視頻。當解碼器從一路輸入的時序切換到另一路輸入的視頻時序時，輸出視頻流會受影響。如圖4所示，切換期間的圖像發(fā)生損壞。在異步視頻源之間切換時，無法避免這一現(xiàn)象。

不同的系統(tǒng)采用不同的解決方案來防止屏幕上顯示的視頻圖像發(fā)生撕裂。系統(tǒng)控制器應當能夠?qū)獯a器產(chǎn)生的中斷快速做出反應，控制切換期間屏幕上顯示的圖像，確保所顯示的圖像不含圖4所示的撕裂現(xiàn)象。

圖4 輸出視頻切換時的截圖

切換期間的事件序列

本部分說明切換到新輸入視頻信號時發(fā)生的事件序列。這將有助于系統(tǒng)設計人員定量評估所選視頻解碼器的快速切換性能。

圖5為獲取視頻信號之后發(fā)生的一系列事件標上了編號。下面按順序說明這些事件：

圖5 輸入和輸出視頻信號波形

1、對解碼器執(zhí)行I2C寫操作。設置解碼器，切換到新的視頻輸入，并告知視頻標準。加快切換的寫操作在此時執(zhí)行。

2、模擬箝位電路響應視頻輸入。在典型應用中，視頻信號容性耦合到視頻解碼器中。然后，解碼器必須確保對視頻信號進行直流恢復，并箝位視頻消隱電平，使得ADC輸出一個特定的代碼。有多種方法可以做到這一點，最常用的方法是在解碼器的輸入節(jié)點提供源電流和吸電流。圖6為視頻解碼器箝位視頻信號的典型示意圖。

圖6 視頻信號典型箝位

3、視頻固定在正確的電平并且提取同步信號。高性能視頻解碼器產(chǎn)品同時包含粗調(diào)和精調(diào)箝位環(huán)路。粗調(diào)箝位電路將視頻信號調(diào)整到接近正確電壓之后，精調(diào)箝位電路對視頻信號電平進行全面優(yōu)化，并使視頻輸入保持在這一正確的直流電平?，F(xiàn)在，輸入視頻固定在穩(wěn)定的直流電平，消隱電平則設定為已知的ADC代碼。解碼器從視頻信號中提取同步信號，并監(jiān)控Hsync、Vsync和Field序列以便確定輸入視頻標準。如果使用自動檢測功能，則確定視頻標準的時間會延長。

4、解碼器輸出正確、穩(wěn)定的視頻時序。解碼器鎖定輸入視頻信號，針對該輸入視頻類型優(yōu)化內(nèi)部IP模塊和濾波器，并開始輸出穩(wěn)定且正確的視頻時序，從而在LCD面板或屏幕上顯示正確的視頻圖像。

上述結(jié)果全部基于利用ADI公司解碼器（如ADV7180和ADV7181C）執(zhí)行的測量，這些解碼器符合快速切換要求。

ADI公司解碼器廣泛應用于汽車行業(yè)，滿足許多汽車系統(tǒng)供應商的快速切換需求。ADV7180和ADV7181C具備本文所述的所有快速切換特性。

總結(jié)

本文說明了模擬視頻在汽車應用中仍然受歡迎的原因，以及模擬視頻相對于其它解決方案的優(yōu)勢。汽車制造商已經(jīng)看到，功能豐富的信息娛樂系統(tǒng)有助于提高銷售利潤、增強安全性能。隨著“車載視頻”系統(tǒng)的快速發(fā)展，不久的將來很可能會出現(xiàn)一輛車配備5塊液晶面板的情形。