摘 要:利用TOSHIBA公司的电视解码芯片TMPA88系列实现YUV信号的设计原理,并用于将隔行扫描变为逐行扫描等数字处理。给出了设计的输入输出测试波形。

关键词:电视解码 RGB信号 YUV信号 行(场)推动信号

　　随着人们对视频要求的不断提高,将电视进行隔行扫描变为逐行扫描等数字处理也势在必行。要进行逐行扫描等数字处理必须将普通的RGB信号转换为YUV信号。但是目前主要视频芯片供应商提供的方案使用的是一体化芯片,价格比较昂贵且对高频头等其他器件要求很高。这些一体化方案不但无法对原有产品进行改造,而且新的解码芯片在农村等弱电视信号情况下,体现不出数字处理的高性能特点。因此,目前需要一种能完整地进行数字处理所需要的信号,且价格低廉、简单易行并在模拟电视中容易升级的方案。

　　TMPA88系列是TOSHIBA公司的解码和MCU的二合一系列产品。由于该产品对弱信号的检测能力非常强大,因此它广泛应用于我国的模拟电视中,尤其是广大的农村市场。但该方案难以产生给数字处理部分的电路提供稳定的行、场同步信号和去掉RGB信号的消隐头。本文以TMPA8809为例,介绍解决以上难点并实现YUV信号的方法。

1 系统结构

　　图1是以TOSHIBA公司的TMPA88系列中的TMPA8809为例来实现YUV信号方案的总体框图。图中虚线框为在TMPA8809模拟电视机基础上升级为数字电视机的插卡;实线框是本文要讨论的从普通高频头输出的信号(或者其他电视输入信号)到YUV信号的转换方案。

　　在该方案中,TMPA8809完成对输入的电视信号进行中频放大和解码功能,输出RGB信号和行、场推动信号;由TA1287将RGB信号转换为YUV信号;由HS Shape和VS Shape简单的放大、嵌位电路将TMPA8809输出的行、场推动信号整形成TA1287和3通道ADC以及数字处理芯片所需要的行、场同步信号和嵌位信号:MST9883B将模拟的RGB信号转换成4:4:2格式的YUV数字信号。经过以上处理的信号即可交给后面的数字处理模块进行相应的处理。下面分别介绍该方案中的各个模块。

2 对TMPA8809的设置

　　TMPA8809为解码和MCU二合一的芯片,它能处理包括PIF、SIF、Video等在内的PAL(NTSC、SECAM)的TV信号。8位的MCU中包括ROM、RAM、I/O接口、A/D转换、OSD控制和遥控接口等。

　　在后级的ADC输入要求TMPA8809输出的RGB信号峰峰值为0.7V,同时,为了让信号A/D转换效率最高,所以需要通过对TMPA8809的设置,将输出的RGB信号调整到最佳状态。调整内容包括:去掉消隐信号,调节亮度、对比度和饱和度(本文中使用的测试仪器为Agilent 54641D)。

　　调整后的灰度等级RGB信号波形图如图2所示。左图为没有OSD信号时的灰度等级RGB信号的波形,图中下方的波形为行推动信号;右图为有OSD信号时的灰度等级RGB信号的波形,图中下方为整形后的行推动信号的波形图(整形的过程将在后面做出解释)。

3 HS Shape的功能

　　(1)给TA1287的嵌位信号CLAMP

　　TA1287需要一个与行推动信号同频的嵌位信号,将行推动信号经过74HC123后进行2次整形,即可形成所需的信号CLAMP。图3为整形前后的波形图。上方的信号为整形后的嵌位信号CLAMP,下方的信号为行推动信号的波形图。

　　(2)给TMPA8809的反馈信号FBP

　　TMPA8809需要一个峰峰值为8V、脉冲宽度为10.2μs的、与行推动信号HD同频的反馈信号FBP,图4即为实现该信号的原理图。图中FBP信号的脉冲宽度通过C2调节。图5为反馈信号FBP(图中上方信号)与行推动信号HD(图中下方信号)的对照波形图。

　　(3)给MST9883B的同步信号HS

　　MST9883B需要一个同步信号作为YUV的数模转换的控制信号。将行推动信号HD经过74HC123后进行2次整形,调节74HC123周边的阻容器件获得所要求的脉冲相位和脉冲宽度,即可形成ADC器件MST9883B要求的行同步信号HS。图6为行同步信号HS(图中上方信号)与行推动信号HD(图中下方信号)的对照波形图。注意:输入的HD信号的峰峰值必须大于3.5V。

4 VS Shape的功能

　　在MST9883B中需要一个脉冲的场同步信号,如何用最简单的方法将场推动信号VD整形为稳定的、不抖动的场同步脉冲信号TV_VS,是该方案设计中的一个难点。笔者经过多次试验,用图7的电路,解决了这个问题。注意:场推动信号VD输入的峰峰值必须大于1.5V。整形后的场同步信号的脉冲宽度通过CN126来调节(用于防止抖动的电容CN107非常重要,不能去掉)。

5 对TA1287的测试

　　在本方案中,TA1287用作将高速的RGB信号转换为YUV信号。

　　YUV与RGB之间的计算方法如下(假设取R=G=B=100IRE):

　　Y=0.299R+0.587G+0.114B=100IRE

　　U=0.492(B-Y)=0.492(-0.299R-0.587G+0.886B)=87IRE

　　V=0.877(R-Y)=0.877(0.701R-0.587G-0.114B)=123IRE

6 对MST9883B的增益和偏置值的设置

　　MST9883B是8位的12M～80MHz采样速率的3通道ADC器件,内部集成了象素时钟的锁相环和5位的象素时钟相位可调整的功能,并且集成了I²C总线,用于进行信号增益和偏置值的设置。图8为YUV信号所要求的增益和偏置值调整的示意图。

　　MST9883B中对增益设置的寄存器分别为08H(REDGAIN)、09H(GRNGAIN)、0AH(BLUGAIN)。当寄存器值为00H时,表示峰峰值为0.5V;当寄存器值为FFH时,表示峰峰值为1.0V。对偏置值设置的寄存器分别为0BH(REDOFFST)、0CH(GRNOFFST)、0DH(BLUOFFST),默认的偏置值为80H。

　　所有的RGB信号的增益和偏置值的设置都是根据RGB和YUV信号的换算关系计算出的。正确的设置值如下:

　　09H(GRNGAIN)设置为0Xa1H,0CH(GRNOFFST)设置为0X1aH。

　　08H(REDGAIN)设置为0XEFH,0BH(REDOFFST)设置为0X80H。

　　0AH(BLUGAIN)设置为0X64H,0DH(BLUOFFST)设置为0X80H。

7 结 论

　　按照以上简单易行的低成本方案,可在以TMPA8809为例的输出RGB信号的模拟电视上产生YUV信号;在输出YUV信号的后级就可以进行逐行处理等其他数字处理过程;处理完毕之后,再将YUV信号转换成RGB信号后直接接到CRT上,即可以输出清晰的电视信号。该方案已经在部分电视厂商的29英寸和34英寸CRT上小批量生产,并可以最好的处理效果和最低的成本迅速推到市场。

参考文献

1 Video Electronics Standards Association.VESA Video Digital Flat Panel Standard (V1.0).1999

2 Studio Encoding Parameters Of Digital Television for Standard 4:3 And Wide-Screen 16:9 Aspect Ratios.

ITU-R BT.601-5.1995

3 Video Electronics Standards Association.VESA Display Data Channel Standard(V3.0).1997

4 TOSHIBA.TMPA8809CMB-NG/CPBNG/CSBNG Datasheet(V1.0).2002

5 MStar Semiconductor.MST9883B Datasheet(V0.2).2003

6 TOSHIBA.TA1287P Datasheet(V1.0).2001