兼容特殊視頻信號的檢測方法

作者 / 林文富 劉偉儉

　　威創(chuàng )集團股份有限公司(廣州 廣東 510000)

　　*基金項目：2014年產(chǎn)學(xué)研專(zhuān)項項目經(jīng)費，支持小間距LED顯示的多屏實(shí)時(shí)處理器系統的研發(fā)(編號：2014Y2-00211)

　　林文富(1982-)，男，碩士，中級電子工程師，研究方向：視頻處理;劉偉儉，男，博士，中級電子工程師，研究方向：視頻處理和顯示技術(shù)。

摘要：隨著(zhù)視頻處理技術(shù)的不斷發(fā)展，不管是模擬信號或者數字信號都普遍會(huì )轉換為并行的視頻信號進(jìn)行處理;目前大部分視頻處理芯片的接口均是BT1120等類(lèi)似并行格式，因此對于視頻信號的HS和VS的采樣顯得尤為重要。不同的設計者對VESA標準時(shí)序的理解存在偏差，導致經(jīng)過(guò)編碼和解碼后的HS和VS信號保存了這種偏差。在設備對接時(shí)候，如果兩家產(chǎn)品存在一定偏差，會(huì )導致視頻信號出現偶爾輕微抖動(dòng)。為了解決該問(wèn)題，本文提出了一種能正常解碼此類(lèi)特殊信號的視頻檢測方法，增加下游端設備的視頻信號兼容性。該方法通過(guò)對列同步信號進(jìn)行的計數，并在VS有效期間做差值，作為判斷有效的行數，規避了常規檢測方法帶來(lái)的誤差。驗證結果顯示，采用該種特殊的視頻檢測方法，可以有效去除視頻的抖動(dòng)，大大增加了下游視頻解碼端的兼容性。

1 視頻HS和VS的標準時(shí)序

　　在VESA標準里邊，定義了4種信號，分別是PCLK、DE、HS和VS，這四種信號雖然沒(méi)有包含視頻數據，但是非常關(guān)鍵。Pclk是視頻的像素時(shí)鐘，用于在有效的DE區間采樣視頻數據。DE表示有效數據選通信號也稱(chēng)數據使能信號，在液晶顯示器電路中其表示符號有多種，如DSP、DSPTMG、DEN、DE等，一般稱(chēng)其為DE信號。其中HS表示行同步信號，VS表示場(chǎng)同步信號。在顯示設備中，行同步信號(HS)的作用是選擇出顯示器上有效行信號區間，場(chǎng)同步信號(VS)的作用是選擇出顯示器上有效場(chǎng)信號區間，行場(chǎng)同步信號的共同作用，可將選擇出有效視頻顯示區域。

　　下圖1所示為VESA標準時(shí)序圖^[1]，VS和HS可為正極性和負極性。一般來(lái)講，在VS的有效區域的跳變沿開(kāi)始計算HS，圖1中VS的上升沿開(kāi)始表示場(chǎng)同步信號有效，在VS的下降沿表示場(chǎng)同步信號開(kāi)始無(wú)效。一般計算一幀內有多少行，就是通過(guò)計算在有效的VS區間，有多少個(gè)有效的HS數量來(lái)確定。以1080P的分辨率為例，一般水平像素點(diǎn)個(gè)數為2200，有效像素點(diǎn)個(gè)數為1920;垂直行數為1125，其中有效的行數為1080，其他包含了消隱期。

2 視頻抖動(dòng)產(chǎn)生的原因

　　目前的數字視頻信號DVI、HDMI等，大多采樣TMDS編碼傳輸，通過(guò)差分對傳輸方式可以進(jìn)行長(cháng)距離傳輸，并且抗干擾性強。它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專(zhuān)用電纜實(shí)現長(cháng)距離、高質(zhì)量的數字信號傳輸。TMDS傳輸系統^[2]分為兩個(gè)部分：發(fā)送端和接收端。TMDS發(fā)送端收到HDMI接口傳來(lái)的表示RGB信號的24位并行數據(TMDS對每個(gè)像素的RGB三原色分別按8bit編碼，即R信號有8位，G信號有8位，B信號有8位)，然后對這些數據進(jìn)行編碼和并/串轉換，再將表示3個(gè)RGB信號的數據分別分配到獨立的傳輸通道發(fā)送出去^[3]。接收端接收來(lái)自發(fā)送端的串行信號，對其進(jìn)行解碼和串/并轉換，然后發(fā)送到顯示器的控制端。與此同時(shí)也接收時(shí)鐘信號，以實(shí)現同步。這種編碼方式，對應DE、HS和VS信號，同樣也是對其進(jìn)行編碼，通過(guò)第0通道進(jìn)行傳輸。

　　如圖2所示，視頻圖像在TMDS編碼芯片中進(jìn)行編碼，轉成DVI或者HDMI信號進(jìn)入傳輸。通過(guò)線(xiàn)纜進(jìn)入了下游的視頻圖像處理設備，圖像經(jīng)過(guò)縮放或者旋轉處理后，輸出到顯示器進(jìn)行輸出顯示。在這個(gè)傳輸路徑中，如果在起始位置出現HS和VS的相對位置發(fā)生偏移，通過(guò)TMDS的編碼和解碼后，這種位置偏移任然活傳送到下游的視頻處理設備。從下游視頻處理設備的顯示輸出看，會(huì )出現視頻的抖動(dòng)現象。在上游視頻輸出設備，見(jiàn)箭頭處，由于不同的設計者對VESA標準的理解不一樣，HS和VS發(fā)生相位偏差或者出現類(lèi)似圖3情況(①為VS，②為HS)均有可能。

3 新的視頻檢測方法

　　一般的列同步寬度檢測方法是在VS和HS進(jìn)入后，首先對其進(jìn)行極性歸一化，即是統一成VS低電平有效，HS高電平有效;歸一化后，采用邊沿觸發(fā)計數方式，在VS的下降沿開(kāi)始計數列同步寬度和時(shí)間，在VS的上升沿保存計數值和清零。該種方式在正常的時(shí)序中對列同步寬度的判斷是沒(méi)有問(wèn)題的，但是在上述異?，F象中，通常會(huì )出現列同步寬度計數錯誤。具體見(jiàn)圖4，上面波形為異常波形，相當與VS的相位延遲了一定角度，采用一般的視頻檢測方法，將會(huì )導致第一個(gè)HS無(wú)法計數，列同步寬度和總時(shí)間少計算一行，累積到一定程度圖像出現輕微抖動(dòng)。圖4中，下面的波形為正常波形，當VS的下降沿開(kāi)始時(shí)候，是可以正常計數到第一個(gè)HS的，不會(huì )出現處理后的圖像抖動(dòng)現象。

　　為了解決上述的HS和VS相位發(fā)生異常問(wèn)題，本文提出一種新的檢測HS行數的方法。該方法針對普通方法的一種改進(jìn)，改進(jìn)點(diǎn)主要是采用了不依賴(lài)相位的辦法，通過(guò)在VS的有效區間內，計算HS的差值方法來(lái)實(shí)現對列同步寬度的正確統計。該方法的主要實(shí)現流程見(jiàn)圖5，首先也是對HS和VS進(jìn)行歸一化，相當對HS和VS的極性進(jìn)行統一，實(shí)現對不同極性的信號采用同樣的統計方法;判斷VS的下降沿是否到來(lái)，如果沒(méi)有，表示有效的VS區間還沒(méi)有開(kāi)始，進(jìn)行等待，如果下降沿到了，開(kāi)始對HS進(jìn)行計數，并且記錄下此時(shí)的數值A1;判斷VS的上升沿是否到來(lái)，如果沒(méi)有，數據進(jìn)行累加，如果到了，記錄此時(shí)的數值A2;因為記錄數值的寄存器是有一定的位數限制，可能會(huì )出現計數滿(mǎn)了歸零情況，所以，此時(shí)要對該情況進(jìn)行判斷，若發(fā)現A2小于A(yíng)1情況，則是出現了翻轉，此時(shí)默認列同步寬度和上次記錄是一樣的，若沒(méi)有出現翻轉，則計算列同步寬度為A2-A1+1。采用該種計數方法，可以有效避免一般檢測方法的缺陷，提供視頻處理設備的兼容性。

4 結論

　　本文根據目前的一些視頻信號有異?；蛘卟煌晟频那闆r，提出了一種新的視頻列同步檢測方法。該方法和一般的檢測方法不同在于它可以避免HS和VS相位差異帶來(lái)的計數錯誤問(wèn)題，采用了相對差值的辦法來(lái)統計列同步寬度。該方法在實(shí)踐應用中效果良好，有效地解決了幾個(gè)工程項目中出現視頻信號時(shí)而抖動(dòng)問(wèn)題，大大增加了顯示端視頻處理設備的兼容性，具備很高的實(shí)用價(jià)值。

　　參考文獻：

　　[1]Proposed VESA and Industry Standards and Guidelinesfor Computer Display Monitor Timing (DMT) Version 1.0.

　　[2]苗繪玲.視頻時(shí)序信號發(fā)生器的實(shí)現方法[J].電視技術(shù),2016,40(10):45-49.

　　[3]KEITHJ.視頻技術(shù)手冊[M].第5版.楊征,田尊華,張杰良,等,譯.北京:人民郵電出版社,2009.

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第1期第66頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。