一种基于DaVinci DM 6446的非标准VGA接口设计与实现Word格式.docx
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一种基于DaVinci DM 6446的非标准VGA接口设计与实现Word格式.docx
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ZHOUYonglu,YAOHanbing,DAIHongbing,WANGYaoxi
(Electron&
ComputerCenterofYunnanProvince,YunnanUniversity,Kunming650223,China)
Abstract:
Thispaperdiscussed525/625PvideoimagesdisplaymethodbasedonVGAmonitorinDaVincidigitalmediaapplicationsystem.Byuseofvideoprocessingbackend(VPBE)hardwareembeddedinDaVinciSOCvideoprocessingsubsystem(VPSS),completedanonstandardVGAinterfacehardwareanddriversdesign,aswellasimprovedthequalityofvideodisplayandexpandedtheDaVincidigitalmediaapplicationsystemdisplayterminaltypes.
Keywords:
DaVinciprocessor;
VGAinterface;
videoprocessingbackend
オ?
随着数字视频应用需求的日益强劲,TI公司于2005年9月发布了新一代的数字视频技术――达芬奇(DaVinci)技术。
同年12月,推出了首批两款基于DaVinci技术的高性能数字媒体处理器TMS320DM6443和TMS320DM6446,并提供了基于TMS320DM6446的数字视频评估板TMDSEVM6446和相应的软件开发工具。
TMDSEVM6446评估板具有多种形式的视频输出接口,包括模拟视频接口和数字视频接口。
其中,模拟视频接口提供了四路模拟视频输出,可实现NTSC/PAL标准的复合、S端子和分量视频信号输出,并支持逐行和隔行两种扫描形式,显示终端类型主要是支持SDTV(480I,576I)和EDTV(480P,576P)标准的电视机或视频监视器,未提供VGA接口。
在桌面计算机非常普及的今天,各种尺寸的CRT或LCD的VGA显示器随处可见,不能利用VGA显示器作为显示终端无疑是一种遗憾。
在研究了TMDSEVM6446评估板的软硬件设计原理之后,本文提出了直接利用DaVinci处理器视频处理后端构建一种非标准VGA接口的方法,实现525和625P视频图像在VGA显示器上的显示。
1DaVinci视频处理子系统及其视频处理后端简介
达芬奇处理器TMS320DM6446内部集成有一个视频处理子系统(VPSS)。
其结构如图1所示[1]。
VPSS由主要用于视频输入及前端处理的视频前端(VPFE)模块和主要用于后端显示与处理的视频后端(VPBE)模块组成。
VPFE模块主要用于捕获视频信号,由CCD控制器、预览引擎、图像缩放、柱状图和自动聚焦/曝光/白平衡(H3A)等模块组成。
VPBE模块主要用于对经过处理的视频数据进行显示,由一个在线视频显示处理器(onscreendisplay,OSD)和一个视频编码器(videoencoder,VENC)组成[2]。
其中,OSD模块可支持两个独立的视频窗口和两个OSD窗口的同步显示。
也可将第二个视频窗口叠加在第一个视频窗口之上,实现画中画功能。
OSD用于在视频图像上叠加图文信息。
VENC模块可提供视频数据的模拟输出和数字输出。
在模拟输出接口方面,VENC内置了四路10bitDAC,可支持标准的NTSC/PAL复合、S端子和RGB/YPrPb分量视频模拟输出;
在数字输出接口方面,VENC内置了LCD控制器,可支持各类格式的LCD数字显示屏,并提供了标准的数字YUV输出,可连接高清视频解码器,通过扩展,可连接新一代的DVI/HDMI接口的视频显示设备。
本文所设计的非标准VGA接口主要涉及VPSS中VFBE的VENC功能模块部分。
VFBE模块组成结构如图2所示[3,4]。
VENC包括三个主要子模块,即模拟视频编码器、数字LCD控制器和定时生成器。
其中,模拟视频编码器负责生成模拟视频输出信号;
数字LCD控制器负责生成数字RGB/YCrCb视频输出数据和定时控制信号;
定时生成器负责生成模拟视频编码器和数字LCD控制器所需的各种定时信号。
模拟视频编码器具有主/从两种工作模式。
在主模式下,由VENC的定时生成器实现视频显示所需的定时信号(如像素时钟、水平同步、垂直同步等)的生成;
在从模式下,可通过外部输入定时信号,实现视频数据同步控制。
模拟视频编码器提供了SDTV和HDTV两种显示设备类型。
其中,SDTV支持复合NTSCM、PALB/D/G/H/I、Y/CS端子、分量YPbPr、RGB等标准视频输出格式,也支持Macrovision(rev7.1)防拷贝保护、CGMS/WSS等标准;
HDTV支持525、625P逐行以及分量YPbPr、RGB等视频输出格式,也支持CGMS/WSS及针对525/625PYPbPr格式的Macrovision(rev7.1)防拷贝保护技术标准。
模拟视频编码器提供了标准和非标准两种定时模式,在标准定时模式下,由VENC的内部定时生成器产生标准定时信号,支持525/60Hz(NTSCM)或625/50HzPALB/D/G/H/I)以及525、625P视频格式。
工作于标准定时模式时,数字LCD接口可与模拟视频输出一起进行同步显示,但所连接的LCD、DAC以及编码器也必须支持NTSC/PAL定时时序。
在非标准定时模式下,可通过设置VENC的多个定时控制寄存器,来自定义定时时序,产生定时信号,满足非NTSC/PAL标准时序的显示设备的连接要求。
工作于非标准定时模式时,模拟视频编码器被自动禁止,不再输出视频信号。
此时,可通过选择THS8200、THS8134、TFP410等各种视频编码芯片来实现非标准NTSC/PAL定时的标准VGA接口、DVI接口或者是HDMI接口,支持更多的显示设备类型和更丰富的显示模式。
根据VENC的功能特性,可以直接利用VENC的模拟视频编码器,结合定时生成器所提供的水平同步(HYNC)、垂直同步(VHYNC)定时信号,来实现非标准的VGA显示接口,进行PAL/NTSC标准视频在VGA显示器上的显示。
2接口硬件设计
标准VGA接口共有15个管脚,最为关键的信号有5个,即RED、GREEN、BLUE、HSYNC和VSYNC。
其中,RED、GREEN、BLUE这3个信号为75Ω、0.7Vpp的模拟信号;
HSYNC和VSYNC为TTL电平数字信号。
通常情况下,在连接普通VGA显示器时,只需前端提供这5个信号即可进行正常显示。
在TMS320DM6446中,与模拟视频显示相关的输入/输出信号如表1所示。
表1TMS320DM6446模拟显示接口信号
管脚号信号名说明
P19DAC_IOUT_A视频DAC通道A
P18DAC_IOUT_B视频DAC通道B
R19DAC_IOUT_C视频DAC通道C
T19DAC_IOUT_D视频DAC通道D
TMS320DM6446的VPBE提供了DAC_IOUT_A、DAC_IOUT_B、DAC_IOUT_C、DAC_IOUT_D四路10bitDAC数/模转换通道,利用四路DAC通道,可生成标准的NTSC/PAL复合、S端子和分量视频模拟输出信号。
在本设计中,利用DAC_IOUT_A、DAC_IOUT_B、DAC_IOUT_C三个通道分别产生VGA接口所需的R、G、B三个模拟分量。
同时,在TMS320DM6446VPBE的数字视频显示接口中,提供了相应的数字视频时钟与同步信号,如表2所示。
表2TMS320DM6446数字显示接口部分信号
C17HSYNC水平同步信号,双向
C18VSYNC垂直同步信号,双向
D19VCLK视频像素时钟,输出
C19VPBECLKVPBE外部时钟,输入
C13LCD_OELCD使能信号,输出
利用VPBE工作于标准定时模式时,模拟显示接口与数字显示接口能够同步显示的特性,可用数字显示接口提供的HSYNC和VSYNC这两个同步信号与模拟显示接口提供的R、G、B3个模拟信号一起,构成VGA接口所需要的基本接口信号。
至此,可进行目标VGA接口的硬件原理设计。
整个接口的硬件设计原理框图如图3所示。
图3中,从TMS320DM6446输出的DAC_IOUT_A、DAC_IOUT_B、DAC_IOUT_C、DAC_IOUT_D四路模拟视频信号经前后两级滤波网络和视频放大后得到75Ω、0.7Vpp四路模拟视频输出信号,接至四路模拟视频输出插座J8,并且由前三路信号构成R、G、B分量视频信号接至VGA输出插座P7。
从TMS320DM6446输出的HSYNC和VSYNC均是1.8V的LVTTL电平信号,而VGA接口需要的是3.3V的LVTTL电平信号或5V的TTL电平信号,所以,设计中采用了一片2bit双电源总线收发器SN74AVC2T45作为1.8~3.3V的电平转换芯片,实现1.8~3.3V电平的转换,以满足VGA接口要求。
在进行PCB布线设计时,建议将接至VGA接口插座的R、G、B三根视频信号线尽量采用较宽的线宽进行布线,并且分别用模拟地进行包裹,以实现较好的抗干扰特性,达到较好的显示效果。
同理,TITMS320DM644x系列数字媒体处理器中DM6441、DM6443也与DM6446一样具有相同的VPBE结构,可通过同样的设计方法,实现一种非标准VGA接口的视频显示功能。
3Linux下驱动程序实现
随同TMDSEVM6446评估板,TI提供了DVEVM软件开发工具。
DVEVM1.2包含了基于MontaVistaLinux4.0的Linux支持包(LSP)。
在LSP中,已经配置了VPBE驱动程序,这一驱动程序的模拟视频部分只支持用于连接电视显示终端的NTSC/PAL标准的复合、S端子、YPrPb分量显示输出格式。
这些格式的视频信号均采用内同步方式,因而在工作于缺省的模拟视频输出方式时,驱动程序禁止了数字视频输出信号,即VPBE关闭了HSYNC、VSYNC等数字视频输出信号。
为使LSP能够支持所新增设计的非标准VGA接口的显示,需要对VPBE的驱动程序进行改造。
同步控制寄存器(SYNCCTL)和分量模式寄存器(CMPNT)的定义分别如图4、5所示[1]。
图4中,寄存器位域SYEH是水平同步输出使能控制位,当设置为1时,水平同步信号从管脚HSYNC输出,设置为0时,则禁止输出;
位域SYEV是垂直同步输出使能控制位,当设置为1时,垂直同步信号从管脚VSYNC输出,设置为0时,则禁止输出。
图5中,寄存器位域MRGB为RGB模式输出选择控制位,当设置为1时,选择输出RGB分量,设置为0时,选择输出YPr
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