盛春明

（深圳技師學院 電子通信系，深圳518052）

引 言

傳統(tǒng)的CRT 電視由于體積龐大、功耗高和顯示效果差等缺陷得不到市場認可，而目前市場上的LCD、LED 液晶電視價格還是比較昂貴。與此同時，配置液晶顯示器的家用個人電腦系統(tǒng)卻越來越普及。

眾所周知，液晶顯示器的功耗遠小于CRT 電視的功耗，并且液晶屏的顯示效果遠遠優(yōu)于CRT 顯示屏。如何使廣大家庭用戶不用購置價錢不菲的液晶電視，利用電腦液晶顯示器就能收看到液晶電視節(jié)目呢？本文設計的一款實用智能高清電視視頻轉換器就可以達到上述目的。本系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)投入成本低且提升廣大居民生活質量的目的，而且也滿足國家“節(jié)能減排”的目標要求。另外，在一些安防應用領域，由于很多視頻監(jiān)控設備輸出的信號都是模擬復合視頻信號，因此安防領域中的顯示設備都是采用專業(yè)的監(jiān)視器（或電視）來實現(xiàn)的，使用此設備后，就可以采用普通的電腦顯示器來顯示監(jiān)控視頻圖像，從而大大降低安防成本。

1 現(xiàn)有技術方案

目前，通過電腦顯示器觀看電視節(jié)目一般采取以下3種方式：

①通過實現(xiàn)寬帶上網(wǎng)功能的電腦主機來實現(xiàn)。電腦主機在線點播電視臺電視節(jié)目服務器上的有關電視節(jié)目，然后在本地通過軟件實現(xiàn)音／視頻信號的解碼功能，從而實現(xiàn)電視節(jié)目的實時在線觀看。

②通過電視卡實現(xiàn)。電視卡插到電腦主板的PCI、PCI-E插槽上或USB接口上，通過電視卡接收電視射頻信號，解調后的數(shù)字電視信號經過解碼芯片解碼，恢復出原始的音／視頻信號，再通過電腦主板內部總線分別送到電腦的顯卡和聲卡，從而在電腦顯示屏顯示電視節(jié)目圖像信號，從電腦音箱輸出電視節(jié)目音頻信號。

③通過電視盒來實現(xiàn)。電視盒內部的高頻頭接收電視射頻信號，解調后的數(shù)字電視信號經專門的解碼芯片后恢復出原始的音／視頻信號。一方面視頻信號經電視盒內的視頻處理器轉化成顯示器能直接識別的模擬信號輸出，另一方面音頻信號則需要經音頻芯片進行處理，最終由音箱輸出。

對于第1種方式，雖然實現(xiàn)了用電腦顯示器觀看電視節(jié)目，但必須配備開通了寬帶上網(wǎng)功能的電腦主機，這樣又給用戶增加了額外的費用支出。對于第2種方式，也實現(xiàn)了通過電腦顯示器觀看電視節(jié)目，其條件是除了要有電腦主機的參與外，還必須外掛專門的電視卡。對于第3種方式，雖然不用電腦主機的參與就可以實現(xiàn)電腦顯示器觀看電視，但由于在電視盒內部要完整地實現(xiàn)數(shù)字音／視頻信號的解碼功能，不但硬件實現(xiàn)復雜、成本比較高，而且實時性不好。另外，上述3種方式都不能實現(xiàn)對數(shù)字電視節(jié)目的解密功能，因此接收的電視節(jié)目數(shù)量都很有限。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 系統(tǒng)連接方式

本系統(tǒng)提出了采用一種簡單直通式的電視視頻轉換器的方法，解決上述3種方式存在的問題。本系統(tǒng)將機頂盒輸出的復合視頻信號轉換成VGA 信號，送入普通電腦顯示器，同時將機頂盒輸出的左／右聲道音頻信號進行接口轉換，送入電腦音箱。這樣就實現(xiàn)了無需電腦主機的參與，通過普通電腦顯示器觀看電視節(jié)目的目的。由于本系統(tǒng)的信號來源于有線電視網(wǎng)絡，因此接收到的電視節(jié)目頻道數(shù)比普通的電視盒要多得多。在本系統(tǒng)中，電視視頻轉換器連接示意圖如圖1所示。

圖1 電視視頻轉換器連接示意圖

在實際使用中，用戶可以根據(jù)實際液晶顯示器的尺寸，通過設置電視視頻轉換器的不同工作模式輸出不同分辨率格式的VGA 圖像，達到在液晶顯示器上的最佳視頻顯示效果。另外，一些安防監(jiān)控設備輸出的視頻監(jiān)控信號也可以按照圖1所示的方式將信號輸入到電視視頻轉換器，轉換成VGA 信號后再接入普通電腦顯示器。

2.2 硬件工作原理

系統(tǒng)硬件總體框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件總體框圖

本系統(tǒng)功能主要由3 個主芯片來實現(xiàn)，包括TW9910、TV5725 和ATmega128L。TW9910 將CVBS（電壓峰值為1V）格式的復合視頻信號轉換為27 MB的BT.656數(shù)字視頻信號。TW9910的外圍模塊工作電壓是3.3V，內核1.8V 核心電壓，功耗大約0.3 W。TV5725則將來源于TW9910的BT.656數(shù)字視頻信號轉換為多種格式標準（640×480、800×600、1024×768、1280×1024、1920×1200）的VGA 模擬視頻信號。通過配置TV5725內部各模式寄存器的不同參數(shù)，實現(xiàn)多種不同格式分辨率的VGA 輸出。ATmega128L 單片機系統(tǒng)通過I2C總線接口來對TW9910和TV5725的內部寄存器進行讀／寫操作訪問。I2C 總線接口的訪問速度設置為240 kb／s，以實現(xiàn)兩個芯片內部寄存器數(shù)據(jù)的穩(wěn)定訪問。

普通的復合視頻信號通過外部連接頭經匹配電阻輸入到TW9910的第13引腳。在此信號的輸入通道上，還需外接一個接地瞬態(tài)二極管，以達到靜電保護的目的，防止外接的視頻信號接入高電壓信號到TW9910芯片從而燒毀芯片。接入的模擬復合視頻信號經過TW9910內部處理后，變成27 MHz的標準BT.656 數(shù)字視頻信號輸出。為保證數(shù)字信號的信號質量，輸出的數(shù)字視頻信號還需外接匹配電阻。

TW9910輸出的27MHz標準BT.656數(shù)字視頻信號再輸入到TV5725芯片的BT.656硬件接口上。BT.656數(shù)字視頻信號經過TV5725內部處理后，變成標準的模擬VGA 信號，輸出到TV5725的VGA 硬件接口上。芯片輸出不同的分辨率格式是通過設置內部寄存器的不同參數(shù)來實現(xiàn)的。另外，為了能緩存數(shù)字視頻信號，同時方便系統(tǒng)提供OSD 功能、多畫面功能等，TV5725還外接一個8 MB的通用SDRAM 芯片（HY57V643220）。

音頻接口轉換電路只是實現(xiàn)簡單物理接口的轉換。它將機頂盒送來的兩路RCA 接口（蓮花頭）音頻信號分別轉接到電腦音箱的3.5mm 的左／右聲道上。

電源模塊提供整個系統(tǒng)的工作電源。整個系統(tǒng)通過外接5V／2A 的直流電源模塊來供電。內部通過兩個DC-DC轉換芯片把5V 直流電轉換為3.3V 和1.8V。這兩個DC-DC轉換芯片型號為AIC1084-3.3和AIC1084-1.8。

復位模塊提供整個系統(tǒng)穩(wěn)定的全局復位信號。整個系統(tǒng)的全局復位信號由專用復位芯片（SP706）來實現(xiàn)，以保證能輸出穩(wěn)定的200ms的低電壓復位信號。

2.3 系統(tǒng)總線

本系統(tǒng)主要包括兩條總線：一條是I2C 控制總線，主要是提供ATmega128L、TW9910及TV5725之間的通信連接，實現(xiàn)ATmega128L 對TW9910 和TV5725 的工作模式設置和工作狀態(tài)的讀取，這條總線是控制總線。另外一條是BT.656數(shù)字視頻接口總線，用于連接TW9910和TV5725之間的數(shù)字視頻信號，這條總線是業(yè)務總線接口。

2.3.1 I2C控制總線

本系統(tǒng)利用I2C 總線作為系統(tǒng)內部的控制總線。單片機ATmega128L通過I2C總線，對TW9910和TV5725的工作模式寄存器寫入不同的值，實現(xiàn)對TW9910 和TV5725不同工作模式的設置。ATmega128L還通過I2C總線讀出TW9910和TV5725內部的工作狀態(tài)寄存器的值，從而獲取這兩個轉換芯片的內部工作狀態(tài)信息。

2.3.2 BT.656數(shù)字視頻接口總線

為了便于國際間的節(jié)目交換，以及消除數(shù)字設備之間的制式差別，實現(xiàn)625行電視系統(tǒng)與525行電視系統(tǒng)相互兼容，向著數(shù)字電視廣播系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)一化、標準化邁進，在1982年2月國際無線電咨詢委員會（CCIR）第15次全會上，通過了601號建議，確定以分量編碼為基礎，即以亮度分量Y 和兩個色差分量R-Y、B-Y 為基礎進行編碼，作為電視演播室數(shù)字編碼的國際標準，601號建議單獨規(guī)定了電視演播室的編碼標準。

BT.656只是數(shù)據(jù)傳輸接口而已，可以說是作為BT.601標準的一個傳輸方式。簡單地說，ITU-R BT.601是“演播室數(shù)字電視編碼參數(shù)”標準，而ITU R-BT.656則是ITU-R BT.601附件A 中的數(shù)字接口標準，主要用于數(shù)字視頻設備（包括芯片）之間采用27 Mb／s并口或243 Mb／s串行接口的數(shù)字傳輸接口標準。

BT.656接口定義了一個并行和串行的接口，用于在數(shù)字視頻設備間傳輸4∶2∶2的YCbCr數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流。BT.656接口在硬件上面只包括一個8／10位的YCbCr數(shù)據(jù)信號和一個時鐘信號。傳統(tǒng)的視頻信號中的同步信號HSYNC、VSYNC、BLANK 信號都是通過在數(shù)據(jù)線上按照一定的硬件傳輸協(xié)議進行區(qū)分。

在本系統(tǒng)中，數(shù)字視頻處理芯片TV5725和TW9910之間就是通過BT.656硬件接口進行連接的。

3 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的軟件主要是完成對TW9910和TV5725兩個芯片內部工作模式的設置和芯片內部工作狀態(tài)的讀取。具體實現(xiàn)上是由ATmega128L 單片機通過I2C 總線對TW9910和TV5725兩個芯片內部的相關寄存器進行讀／寫操作來完成。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

首先對AVR單片機進行初始化，主要包括I／O 引腳端口功能設置、時鐘頻率的設置等。接著對AVR 單片機內部的I2C總線控制器進行設置，主要是工作模式和訪問速度的設置。然后，再將TW9910的寄存器設置參數(shù)通過AVR單片機經I2C總線寫入到TW9910內部相應的寄存器具體地址中。如果寫入成功，則程序繼續(xù)進行TV5725的初始化；如果不成功，則跳轉到程序異常指示燈閃爍部分執(zhí)行。

TV5725工作模式設置部分也是通過AVR 單片機完成（包括通過面板選擇按鍵設置顯示器分辨率參數(shù)），通過I2C總線寫入到TV5725內部相應的寄存器具體地址中。如果寫入成功，則繼續(xù)執(zhí)行正常指示燈閃爍部分程序；如果不成功，則跳轉到程序異常指示燈閃爍部分執(zhí)行。用戶根據(jù)指示燈的閃爍情況來判斷系統(tǒng)軟件執(zhí)行是否正常。

結 語

本文描述了一種智能高清電視視頻轉換器的具體實現(xiàn)原理和方法。通過此方法實現(xiàn)的視頻轉換系統(tǒng)可以方便地將復合視頻信號轉換成多種不同分辨率的VGA 信號，實現(xiàn)通過普通電腦顯示器收看液晶電視節(jié)目的功能。相對于傳統(tǒng)的CRT 電視，既可以大大降低功耗，又可大幅提高顯示效果。另外，本設備也可以應用于安防監(jiān)控領域，降低安防監(jiān)控系統(tǒng)的建設成本。根據(jù)本方案設計的產品樣機成功參展了第11屆高新技術成果交易會。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

［1］Tech Inc.TW9910Aspec0921061datasheet，2006.

［2］Tvia Inc.TrueView5725DS datasheet，2006.

［3］廣州周立功單片機發(fā)展有限公司.I2C總線規(guī)范，2010.

［4］Intersil Inc.Application Note AN9728.2，2002.