汽車(chē)應用需要快速模擬視頻切換

盡管家庭娛樂(lè )已轉向數字視頻，但模擬視頻在汽車(chē)行業(yè)等應用中仍有不小的市場(chǎng)。模擬視頻是一種成熟、可靠的技術(shù)，經(jīng)過(guò)拓展后可以滿(mǎn)足汽車(chē)應用的要求。繼續使用模擬視頻的原因包括：很容易獲得低成本電路設計、可以使用低廉的銅線(xiàn)纜，以及在嘈雜的環(huán)境中模擬視頻性能的下降比較平緩?，F在的轎車(chē)、越野車(chē)和卡車(chē)具備許多改進(jìn)的特性，如環(huán)視攝像頭、消費娛樂(lè )單元和導航系統等，所有這些都會(huì )產(chǎn)生模擬視頻內容。一臺包含這些特性的典型車(chē)輛如圖1所示。

圖1 典型車(chē)載視頻系統

由于對“車(chē)載視頻”的需求不斷增長(cháng)，汽車(chē)信息娛樂(lè )應用中的模擬視頻快速切換已成為一項關(guān)鍵標準。消費者希望能在眨眼之間（200ms或更短）就無(wú)縫切換到不同的模擬視頻源。當出于安全原因必須瞬間切換到后視攝像頭等視頻源時(shí)，快速切換特性尤其重要。在保持高視頻質(zhì)量的同時(shí),進(jìn)行快速切換的要求提升了車(chē)載顯示單元所用視頻解碼器的性能標準。相比之下，多數視頻解碼器產(chǎn)品是針對電視市場(chǎng)而設計，其關(guān)鍵性能標準是高視頻質(zhì)量和對非標準、不良時(shí)基視頻信號（如弱RF和VCR源）的魯棒性。這些視頻解碼器必須維持恒定的輸出時(shí)序，即使輸入時(shí)基已被破壞。這類(lèi)應用的鎖定和同步要求正好與視頻源之間快速切換的要求相反。本文探討視頻設計人員實(shí)現快速切換系統所面臨的挑戰，并提出切實(shí)可行的解決方案。

快速切換的挑戰

針對非標準和不良時(shí)基源頗具挑戰性的要求，業(yè)界在視頻解碼器的開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行了大量研究和設計工作。本文討論的快速切換應用提出了新的挑戰。然而，當我們設想一種能夠同時(shí)適用于電視與汽車(chē)應用的解決方案時(shí)，我們發(fā)現這幾乎是一項不可能完成的任務(wù)。這兩種信號類(lèi)型互相排斥，能夠更好地處理一種信號類(lèi)型的設計技術(shù)往往會(huì )削弱對另一種信號類(lèi)型的處理，反之亦然。ADI公司視頻解碼器設計人員經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的努力，終于在保持兼容性和圖像質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現了快速切換性能。

當輸入視頻流出現中斷時(shí)，電視視頻解碼器像飛輪一樣依靠“慣性”度過(guò)中斷期，然后在需要時(shí)重新產(chǎn)生標稱(chēng)同步信號。大部分解碼器算法會(huì )忽略輸入時(shí)序的中斷，如圖2所示。為了實(shí)現能夠容忍視頻流中斷而不影響圖像質(zhì)量的視頻解碼器設計，需要克服為數眾多的設計挑戰。

圖2 典型TV視頻解碼器應用

在汽車(chē)應用中，為了實(shí)現模擬視頻的快速切換，必須確保視頻源維持恒定且正確的時(shí)基。同步鎖定視頻源代價(jià)高昂，會(huì )增加線(xiàn)纜成本、電路板面積和控制處理要求，而所有這些都是汽車(chē)應用設計的關(guān)鍵考慮因素。高性能視頻解碼器原則上必須盡可能降低系統總成本。圖3為需要快速切換的典型汽車(chē)應用的示意圖。

圖3 汽車(chē)視頻解碼器應用

選擇正確的視頻解碼器

針對快速切換應用選擇視頻解碼器時(shí)，常常難以從數據手冊的技術(shù)規格部分確定解碼器的快速切換性能。自動(dòng)檢測切換速度、色彩鎖定時(shí)間和垂直鎖定時(shí)間等都是解碼器快速切換性能的指標，但并不能反映全部情況。系統設計人員應確保所選的解碼器能夠針對快速切換應用做進(jìn)一步優(yōu)化。需要關(guān)注的一些關(guān)鍵產(chǎn)品特性包括：能夠禁用Hsync（水平同步）和Vsync（垂直同步）處理模塊；能夠對強制應用標準進(jìn)行控制，或者至少能夠減少允許自動(dòng)檢測的輸入標準數量；減少用于確定鎖定和解鎖狀態(tài)的Hsync計數的控制選項；能夠強制再獲取模擬輸入電路的時(shí)序；能夠在解碼器鎖定或解鎖時(shí)產(chǎn)生中斷。

禁用Hsync和Vsync處理模塊

Hsync和Vsync處理模塊支持高性能解碼器鎖定時(shí)基不良的信號。如果施加于解碼器的輸入源具有良好的時(shí)基，則所選的解碼器應提供控制選項來(lái)禁用這些模塊，以便縮短解碼器的鎖定時(shí)間。

強制應用標準

如果在設計期間已知道輸入源標準，則應通過(guò)解碼器設置鎖定該標準，由于解碼器不需要花時(shí)間執行自動(dòng)檢測算法來(lái)確定輸入視頻標準，這樣便能縮短鎖定時(shí)間。

減少Hsync計數

針對快速切換應用選擇解碼器時(shí)，系統設計人員應確保解碼器具有編程能力，允許用戶(hù)減少視頻解碼器必須檢測到的連續正確的Hsync脈沖數量（目的是確定它已鎖定視頻信號）。還應降低失鎖計數(COL)限值，這樣視頻解碼器只需通過(guò)更少的連續Hsync脈沖丟失數，就能判斷它已失鎖，進(jìn)而搜索新的輸入視頻類(lèi)型。

強制再獲取時(shí)序

對于快速切換解碼器的選擇，強制復位視頻解碼器前端模擬電路的能力也很重要，其目的是重新初始化用于鎖定視頻信號的模塊。通過(guò)強制再獲取時(shí)序，前端模塊復位并搜索視頻信號，從而確保迅速鎖定新的視頻源。

在解碼器鎖定或解鎖時(shí)產(chǎn)生中斷

所選的視頻解碼器應具有一個(gè)專(zhuān)用中斷引腳，當解碼器鎖定或失鎖時(shí)，它能夠發(fā)出提示，以便系統控制器響應這些事件，而不需要通過(guò)I2C持續監控解碼器。

對輸出視頻的影響

由于視頻源并未同步鎖定，因此無(wú)法從一路輸入視頻無(wú)縫切換到另一路視頻。當解碼器從一路輸入的時(shí)序切換到另一路輸入的視頻時(shí)序時(shí)，輸出視頻流會(huì )受影響。如圖4所示，切換期間的圖像發(fā)生損壞。在異步視頻源之間切換時(shí)，無(wú)法避免這一現象。

不同的系統采用不同的解決方案來(lái)防止屏幕上顯示的視頻圖像發(fā)生撕裂。系統控制器應當能夠對解碼器產(chǎn)生的中斷快速做出反應，控制切換期間屏幕上顯示的圖像，確保所顯示的圖像不含圖4所示的撕裂現象。

圖4 輸出視頻切換時(shí)的截圖

切換期間的事件序列

本部分說(shuō)明切換到新輸入視頻信號時(shí)發(fā)生的事件序列。這將有助于系統設計人員定量評估所選視頻解碼器的快速切換性能。

圖5為獲取視頻信號之后發(fā)生的一系列事件標上了編號。下面按順序說(shuō)明這些事件：

圖5 輸入和輸出視頻信號波形

1、對解碼器執行I2C寫(xiě)操作。設置解碼器，切換到新的視頻輸入，并告知視頻標準。加快切換的寫(xiě)操作在此時(shí)執行。

2、模擬箝位電路響應視頻輸入。在典型應用中，視頻信號容性耦合到視頻解碼器中。然后，解碼器必須確保對視頻信號進(jìn)行直流恢復，并箝位視頻消隱電平，使得ADC輸出一個(gè)特定的代碼。有多種方法可以做到這一點(diǎn)，最常用的方法是在解碼器的輸入節點(diǎn)提供源電流和吸電流。圖6為視頻解碼器箝位視頻信號的典型示意圖。

圖6 視頻信號典型箝位

3、視頻固定在正確的電平并且提取同步信號。高性能視頻解碼器產(chǎn)品同時(shí)包含粗調和精調箝位環(huán)路。粗調箝位電路將視頻信號調整到接近正確電壓之后，精調箝位電路對視頻信號電平進(jìn)行全面優(yōu)化，并使視頻輸入保持在這一正確的直流電平?，F在，輸入視頻固定在穩定的直流電平，消隱電平則設定為已知的ADC代碼。解碼器從視頻信號中提取同步信號，并監控Hsync、Vsync和Field序列以便確定輸入視頻標準。如果使用自動(dòng)檢測功能，則確定視頻標準的時(shí)間會(huì )延長(cháng)。

4、解碼器輸出正確、穩定的視頻時(shí)序。解碼器鎖定輸入視頻信號，針對該輸入視頻類(lèi)型優(yōu)化內部IP模塊和濾波器，并開(kāi)始輸出穩定且正確的視頻時(shí)序，從而在LCD面板或屏幕上顯示正確的視頻圖像。

上述結果全部基于利用ADI公司解碼器（如ADV7180和ADV7181C）執行的測量，這些解碼器符合快速切換要求。

ADI公司解碼器廣泛應用于汽車(chē)行業(yè)，滿(mǎn)足許多汽車(chē)系統供應商的快速切換需求。ADV7180和ADV7181C具備本文所述的所有快速切換特性。

總結

本文說(shuō)明了模擬視頻在汽車(chē)應用中仍然受歡迎的原因，以及模擬視頻相對于其它解決方案的優(yōu)勢。汽車(chē)制造商已經(jīng)看到，功能豐富的信息娛樂(lè )系統有助于提高銷(xiāo)售利潤、增強安全性能。隨著(zhù)“車(chē)載視頻”系統的快速發(fā)展，不久的將來(lái)很可能會(huì )出現一輛車(chē)配備5塊液晶面板的情形。