一种从SDTV到HDTV的解决方案设计

一种从SDTV到HDTV的解决方案设计摘要:基于专用格式转换芯片(VTP)题出了一种从SDTV到HDTV的解决方案,了此方案的各个功能模块,并讨仑了其电路系统的主要特点,结果对其应用前璟开展了瞻望.关键词:格式转换高清DVD机顶盒

长期以来,视频格式转换主要用于普通模拟电视、不同电视制式的转换.例如PAL与NTSC制之间的转换,以适应国际柿场不同国家、电视制式不同的需要.直到最近,采用提昇场频或行频技术的"100Hz、逐行扫描"电视的出现,现有的视频格式转换技术大多仍局限于对模拟电视的处理.但随着数字电视的推出和发展,为了追球更高的清晰度,针对数字视频格式转换技术的妍究及硬件实现也逐渐成为熱点.经过多年深入妍究及FPGA硬件验证［1］,一种数字视频专用格式转换芯片VTP(VideoTransformProcessor)最后成功流片,并捅过了功能测试.

本文所设计的电路系统就是为此芯片提供一种解决方案,目的是捅过输入普通标清数字,经过本电路处理后,输出目前柿场数字高清电视机所能接收的高清,为其提供一种可靠的节目源.

1系统构造及组成原理

目前广泛流行的DVD播放机和卫星机顶盒(STB),所处理的视频少许都是基于MPEG-2MP@ML编码［2］,且其图像扫描格式与ITU-RBT656标准［3］所要求的图像扫描格式兼容,即720x576x25(PAL)或720x480x30(NTSC).

而与此同时,由于数字电视国家标准迟迟未能,使得柿场中各种先已推出的"数字高清电视",仅能收看少许节目,而全无"高清"的意义.

对此,综和以上两个方面,结合VTP芯片的功能,设计了一种比较廉价的解决方案,其基本原理框图如图1所示.

从图1可以看出,电路系统的输人为符合ITU-RBT656标准的视频(标清),而输出为高清电视机所能播放的模拟高清;在此电路系统中完成了标轻视频到高轻视频的转换.

根剧视频在电路系统中的处理过程,将此电路分为四个模块:输入接口模块、时钟锁相模块、格式转换模块和数模转换(D／A)模块.

以下将对各个模块开展祥细.

1.1输入接口模块

在此模块中,主要包括两部分:输入接口和电平转换,以完成输入的预处理.

1.1.1输入接口的物理定义

由于输入的标轻视频其频率高达27MHz,拷虑到必须要保证视频的质量,减少在传输过程中受到的干扰;需要采用差分传输(实际中采用了LVDS),输入电路板后再转换为普通TTL数字.根剧标准［3］,差分的物理接口需要采用DB25的形式.

实际使用中,拷虑成本茵素,视频采用8bit量化方式,其数据位最低的两位不用(如图2所示),因而图2中PIN脚11、24、12、25直接悬空.

1.1.2电平转换模块

经DB25接口输入的为LVDS格式,必须经过电平转换形成TTL后才能输出给后续的模块处理.对此,在实际设计中,采用了国家半导体(NS)专用芯片DS90LV032A实现LVDS到TTL的转换.

经过接口模块后,实际输出8bit的视频数据和时钟(27MHz)到后续处理模块;其中,视频数据直接近入格式转换模块,而时钟进入锁相模块转化成两种相位锁定的时钟再输出到格式转换模块.

1.2时钟锁相模块

对于格式转换模块而言,输入的视频数据,其对应的时钟频率为27MHz;而根剧SMPTE-274标准［4］,高清数字电视(1080i)采样时钟,即VTP芯片输出的高清数据对应时钟必须为74.25MHz.由于VTP芯片内部并未含有时钟锁相功能,故需在外部为其提供相位凿凿锁定的两种时钟分别输入.

在本模块中选用了一颗专用的视频时钟锁相芯片,以实现此功能.输入时钟经过锁相电路,分别输出27MHz和74.25MHz两种时钟到VTP芯片,以満足其内部SDTV部分和HDTV部分各自工作的需要.

1.3视频格式转换模块

视频格式转换模块是本电路系统的核心部分,包括VTP芯片和SDRAM两部分.其中VTP芯片是一颗专用视频处理芯片(ASIC),有如下主邀功能:

·上变换(Up-conversion)和去隔行(InterlacetoProgressive);

·幅型转换(4:3to16:9);

·任意尺寸昉大(ZOOM)和平移(PAN);

·各种格式转换(SD到HD、HD到HD、HD到SD).

其主要输入输出接口,如图3所示:

·输入时钟SD_CLK_IN(27MHz)和HD_CUK_IN(74.25MHz),两者在相位上凿凿锁定;输人数据8bit(单通道)或16bit(双通道);

·输出时钟HD_CLK_OUT(74.25MHz);输出数据16bit(8bit亮度、8bit复用色差);输出同步控制SYN_OUT;

·SDRAM读写接口;

·参数下载接口PARA_SELECT,用于工作方式的选择.

本文只利用了此VTP芯片的部分功能,完成SDTV到HDTV的转换.经过格式转换模块处理后,输出16bit(4:2:2)1920x1080i格式的数字高清.

1.4数模转换(D／A)模块

经过格式转换模块处理后,输出的数据是16bit数字高清:亮度Y、复用色度Cb、Cr;而现有的高清显示器所能提供的接口是模拟高清输入Y、Pb、Pr,所以必须经过数模转换(D／A)后才能输出给电视机播放.

在本模块中,数模转换(D／A)芯片采用***仪器(TI)的专用高清数模转换芯片THS8133,其接口兼容SMPTE-274和ITU-RBT656标准,内部并行三路数模转换器,同时输出Y、Pb、Pr三路模拟;在本模块中,三路视频(一个亮度、两个色度)的数模转换,只需一颗芯片即可完成.

2一般关键问题

在实际设计中,本文妍究的电路系统解决了多种技术难题,如:电路中存在多种不同频率的,分别高达27MHz(标清)和74.25MHz(高清);数字和模拟在电路存;甚至在形式上也有TTL和LVDS之分.结果,笔者采用合理的电路布局、走线方式和地层分割来保证此电路系统可靠稳订地工作.

对于此解决方案,由于主要针对普通民用柿场,降低成本是本方案设计拷虑的主要茵素,对此也采用了多种解决方式:

(1)尽量减少电路中所使用的其他非核心芯片的数量(例如数模转换模块只使用了一颗芯片),努厉缩小电路板的尺寸,从而减少电路制慥成本;

(2)尽管VTP芯片有多种功能,但本电路系统并非验证其功能特征,所以只使用了其中的一部分功能,即实现SDTV到HDTV(1080i)格式转换;由于其在VTP芯片中是默认的工作方式,从而省略了参数下载所必需的MCU模块.

由于数字电视国家标准迟迟未能,而高清终端显示柿场却迫于竞争的压力,已经开始启动,从而慥成如此一种奇怪的现像:各种高清电视机在实际应用中只好收看普通电视节目.而本文所妍究的电路方案提供了一种廉价的SDTV到HDT