俞維忠

（南京電子技術(shù)研究所江蘇南京210039）

本世紀(jì)以來，LCD、LED等數(shù)字顯示設(shè)備，由于它具備了許多不可多得的優(yōu)點，因此在國民經(jīng)濟(jì)的諸多方面有了全面的應(yīng)用，在軍用雷達(dá)方面，這方面的需求尤為突出，由于雷達(dá)與顯示設(shè)備之間都是通過PAL制視頻信號或類似于計算機(jī)的模擬VGA接口形式進(jìn)行視頻圖像傳輸，而雷達(dá)內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，模擬信號通過電纜傳輸?shù)綌?shù)字顯示設(shè)備中時，在經(jīng)過D/A和A/D兩次轉(zhuǎn)換后，不可避免地造成了一些圖像細(xì)節(jié)的損失。所以為了減少不必要的信息損失，高清晰度多媒體接口（HDMI）由于具有更高的顯示分辯率和音頻傳送功能等特性也被陸續(xù)運用到某些雷達(dá)中。

1 高清晰度多媒體接口（HDMI）簡介

HDMI（High－Definition Multimedia Interface）是高清晰度多媒體接口的英文縮寫。HDMI規(guī)范可以傳輸和接收未壓縮的數(shù)字流的音頻/視頻標(biāo)準(zhǔn)。它可以將視頻和多聲道音頻組合至單一的數(shù)字連接，節(jié)省了多條線路連接及相關(guān)成本。對于沒有音頻要求的1080i分辨率顯示，HDMI信號傳輸與DVI是向下兼容的。

HDMI端子可向下兼容DVI，它不但體積更小，傳輸率高達(dá)5 GB/s，并且還符合家用器材影音結(jié)合的需求，可以同時傳輸數(shù)字影像與聲音信號。在數(shù)字影像的部分，HDMI接口支持?jǐn)?shù)字RGB與數(shù)字色差兩種模式，并且比DVI有更高的畫質(zhì)（12 bit）；在數(shù)字聲音信號方面，HDMI還可以用來傳輸包括CD、DVD-Video甚至是DVD-Audi0的兩聲道、多聲道信號（包括192 kHz／24 bit）[1]。

HDMI是基于稱為最小化傳輸差分信號（TMDS）的信號傳輸技術(shù)。TMDS也有類似CML的物理信號傳輸電平（電流模式邏輯）。圖1給出了簡化的HDMI鏈路框圖。

圖1 簡化的HDMI鏈路框圖Fig.1Simplified block diagram of HDMI link

HDMI接口是一種帶有三個TMDS通道的屏蔽電纜。默認(rèn)配置是RGB，每個通道傳送一種顏色。與DVI不同，HDMI支持亮度及色度的分量（YCbCr 4:4:4和4:2:2），并通過3個TMDS鏈路，支持8個音頻通道[2]。

2 雷達(dá)HDMI輸出接口的硬件設(shè)計

過去的機(jī)載雷達(dá)多用PAL制的視頻信號或VGA信號作為顯示輸出信號，在本設(shè)計中根據(jù)HDMI的有關(guān)特性，結(jié)合機(jī)載雷達(dá)的具體需求，設(shè)計了如圖2所示的HDMI顯示系統(tǒng)，其中的HDMI發(fā)射芯片是SiI9134.

在本設(shè)計中，除了SiI9134和濾波電容和去偶電感外的所有電路都由FPGA構(gòu)成。本設(shè)計選用XILINX公司Virtex-Ⅱ系列的FPGA XC2VP50實現(xiàn)控制和數(shù)字邏輯功能。XC2VP50具有16個RocketIO Blocks、2個PowerPC硬核、738 kbits的RAM空間、852個輸入輸出口的豐富的資源。用其中一個PowerPC硬核（PowerPC405）用來實現(xiàn)視頻處理和控制功能。

圖2 HDMI用于雷達(dá)中的設(shè)計框圖Fig.2Design diagram of HDMI for radar

其實現(xiàn)過程如下，硬核PPC405首先需要對SiI9134做復(fù)位并將MUTE位置1，之后完成對音／視頻工作頻率、工作模式、工作路徑等靜態(tài)參數(shù)的初始化。在完成芯片的初始化之后通過設(shè)置輸出使能位打開輸出。并同時開啟通用控制信息幀（GCP）傳輸，GCP在圖像的消影期間傳輸，主要用于傳輸附加控制信息。此時因為GCP中的Mute位為1，所以顯示器接收到此標(biāo)志位之后并不顯示實際圖像，而只輸出消隱信號（Blank），也就是整個圖像為黑屏。之后SiI9134啟動圖像的HDCP（High-Bandwidth Digital Content Protection）加密認(rèn)證。SiI9134只有通過認(rèn)證識別到符合HDCP規(guī)范的顯示器并相互交換密鑰之后，顯示器才能正常顯示加密數(shù)據(jù)。加密認(rèn)證之后，SiI9134開始輸出經(jīng)過加密的音視頻數(shù)據(jù)，并將Mute位清0，重新打開GCP傳輸。顯示器接收到GCP并識別到Mute位為0之后開始解密數(shù)據(jù)并顯示實際的圖像。如果認(rèn)證失敗，則顯示器無法解密發(fā)送端加密后的數(shù)據(jù)，將顯示雪花點信號[3]。PPC405將需要顯示的圖像數(shù)據(jù)按行列要求寫入顯示存貯器，視頻時序電路和讀顯存地址形成電路將顯示存貯器的數(shù)據(jù)按HDMI顯示的要求送入HDMI接口電路，再由HDMI接口電路形成差分的高速串行信號和時鐘信號通過HDMI專用電纜送入HDMI顯示器。其設(shè)置流程如圖3所示[3]。

圖1中除HDMI接口電路外均用FPGA形成，F(xiàn)PGA可以很靈活的形成不同的行場信號和符合要求的顯示緩存區(qū)[4]。

以往的機(jī)載雷達(dá)一般采用電視制式的視頻信號或VGA制式的信號，這些信號均是模擬信號，模擬信號在用于液晶顯示時，由于需要先D/A，再A/D的轉(zhuǎn)換，這樣就存在一定程度的信息損失，采用HDMI顯示接口設(shè)計，可以有效避免由于數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換而引進(jìn)的信息損失，最大限度地保證了雷達(dá)顯示信號的真實性和完整性[5]。

圖3 SiI9134初始化設(shè)置流程Fig.3SiI9134 initial setup flowchart

HDMI顯示接口的成功運用，為機(jī)載雷達(dá)引進(jìn)了一種全數(shù)字的在信號傳輸環(huán)節(jié)沒有任何信息損失的顯示方式，在必要時還可將雷達(dá)的重要信息通過語音形式由耳機(jī)傳送給飛行員，語音功能是HDMI所特有的，DVI不具備此項功能。由于HDMI具有如上優(yōu)點，必將在未來的機(jī)載雷達(dá)中得到越來起多的運用。

在印制板的工程設(shè)計中，要按照數(shù)字高頻電路的要求設(shè)計，要注意對差分信號的保護(hù)，按差分信號的要求布線（如保持等長和平行等），對HDMI接口器件周邊在布線時要注意電磁保護(hù)，以減少信號損失[5]。

3 雷達(dá)HDMI輸出接口的軟件設(shè)計

雷達(dá)的顯示處理軟件與原PAL制電視體制接口的模式并無大的不同，由于篇幅的限制，本文僅做簡單闡述，詳見相關(guān)參考文獻(xiàn)。

為適應(yīng)不同型號的雷達(dá)的要求，在軟件編制上主要應(yīng)有以下幾個特點：模塊化設(shè)計；層次結(jié)構(gòu)分明；各層之間通過數(shù)據(jù)塊傳遞完成信息傳送；可擴(kuò)充性好。

軟件主要分4個層次：

1）與硬件關(guān)系密切的模塊：主要有圖像存貯器的選擇、CPU的初始化設(shè)置及硬件的初始化等；

2）基本符號顯示模塊：主要有顯示各種各樣的符號、線條、圓、數(shù)據(jù)制式的轉(zhuǎn)換、座標(biāo)變換（極座標(biāo)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)）等，本層為本處理程序的基礎(chǔ)層，一些基本的圖形圖像形成和處理均在本層完成；

3）雷達(dá)工作方式功能模塊：每一種工作方式都有一個對應(yīng)的顯示模塊，主要功能為根據(jù)不同的工作方式顯示相對應(yīng)的背景畫面和前景畫面，本層為雷達(dá)應(yīng)用層；

4）用戶工作模塊：主要根據(jù)雷達(dá)工作方式字確定調(diào)用不同的子模塊分解有關(guān)參數(shù)，傳送到相應(yīng)的子模塊[6-7]。

對于不同型號的雷達(dá)選用不同的子模塊即可。

目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和顯示流程圖如圖4所示。

圖4 顯示處理程序流程圖Fig.4Display processing program flow chart

4 結(jié)束語

HDMI由于可以支持高分辨率顯示和帶有音頻傳送等特點，再加上液晶等數(shù)字顯示設(shè)備的不斷普及，在各種領(lǐng)域?qū)絹碓蕉嗟膽?yīng)用，尤其是在分辨率要求較高的軍用和民用雷達(dá)方面，現(xiàn)己有多品種的新型雷達(dá)在考慮使用HDMI方式進(jìn)行顯示，而且HDMI在技術(shù)方面也是成熟的，相信在不遠(yuǎn)的將來，HDMI顯示接口在雷達(dá)上的運用將會越來越多。

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[7]田耘，胡彬.Xilinx ISE Design Suite10.x FPGA開發(fā)指南[M].北京：人們郵電出版社，2008.