采用SAA7110和AL250集成芯片TV/VGA轉換電路

摘要：介紹了一種要用SAA7110視頻信號解碼芯片和AL250視頻掃描同步信號倍頻芯片設計的電視信號到計算機VGA信號的轉換電路，并給出了硬件電路設計方法和I2C總線(xiàn)單機編程控制方法。

關(guān)鍵詞：解碼器 倍頻器 SAA7110 AL250 I2C總線(xiàn)

基于CRT（陰極射線(xiàn)管）的電電視機和計算機監視器具有相同的基本工作原理和相似的外形，但電視信號（TV）與計算機監視器的VGA信號之間存在很大差別，使得這兩種顯示設備無(wú)法通用。Averlogic公司視頻處理芯片AL250具有視頻信號倍頻作用，可與Philips公司前端視頻解碼芯片SAA7110配合組成TV/VGA轉換電路，其輸出信號可以直接輸入到計算機顯示器。

1 TV信號和VGA信號

TV信號是一種隔行掃描信號，把一幀圖像分為兩場(chǎng)來(lái)顯示，第一場(chǎng)顯示奇數行，第二場(chǎng)顯示偶數行，因而每秒鐘顯示的幀數為逐行掃描時(shí)的一半，行頻也減為原來(lái)的一半。而VGA信號為滿(mǎn)足高分辨率的要求，采取逐行顯示的方式，場(chǎng)頻與幀頻相等，因此當每幀圖像的行數相同時(shí)，VGA信號的行頻是TV信號行頻的兩倍。同時(shí)，TV信號將亮度、色彩、掃描同步等信號復合為一路信號，而VGA信號是分離的R、G、B信號和行頻、場(chǎng)頻掃描同步信號，因而TV信號必須通過(guò)解碼和倍頻兩步處理，才能轉變?yōu)閂GA信號。

2 芯片介紹

TV/VGA轉換電路包括兩塊主要IC：Philips公司的SAA7110芯片和Averlogic公司的AL250芯片。

SAA7110是應用于桌面視頻設備的單片視頻信號前端處理芯片，采用CMOS工藝設計，用于模擬視頻信號前段和數字視頻信號的解碼。它基于行鎖定的時(shí)鐘解碼原理，具有以下性能：

·六個(gè)模擬信號輸入端（6×CVBS或3×Y/C），可以輸入NTSC/PAL制視頻信號；

·三個(gè)模擬信號處理通道和三個(gè)模擬濾波器；

·兩個(gè)8位模/數轉換器（ADC）；

·輸出8位數字格式的YUV（4：2：2和4：1：1）信號；

·內建YUV總線(xiàn)的亮度、對比度、飽和度的控制器/調節器；

·自動(dòng)探測50Hz或60Hz的場(chǎng)頻；MHz的晶振即可用于處理各種不同標準輸入信號；

·內置時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路（CGC），外接26.8MHz的晶振即可用于處理各種不同標準輸入信號；

·I2C總線(xiàn)控制接口，通過(guò)外界軟件編程可以控制其工作方式，如選擇輸入信號通道，調節主要信號處理通道的增益、亮度、對比度及飽和度等。

該芯片可應用于各種桌面視頻設備、多媒體設備、數字電視、圖像處理設備，也可用于可視電話(huà)、視頻圖像采集卡等。

AL250是視頻掃描同步信號倍頻器（隔行掃描到逐行掃描轉），適用于NTSC/PAL制和ITU-RBT 601（CCIR 601）制（模擬視頻）信號或YUV422、RGB565制（數字視頻）信號，與前級解碼芯片配合使用，可以實(shí)現TV信號到VGA信號的轉變。其性能如下：

·將隔行TV信號（NTSC/PAL制）轉換為逐行VGA格式的R、G、B信號；

·自動(dòng)檢測NTSC/PAL制的輸入信號；

·輸出VGA信號分辨率為640×480（NTSC制）或768×576（PAL制）；

·高集成度設計，內建DAC（數/模轉換器）、SRAM（靜態(tài)存儲器）、OSD（在屏顯示）和LUT（查找表，提供GAMMA校正等功能）；

·I2C總線(xiàn)控制接口，通過(guò)編程可以控制芯片工作方式，編輯在屏顯示位圖和校畫(huà)龍點(diǎn)睛輸出信號等；

·自動(dòng)初始化功能，根據硬件電路狀態(tài)完成初始化，無(wú)需編程控制；

·使用5V或3.3V電源，降低了功耗。

該芯片可應用于各種計算機電視卡、逐行掃描電視機、視頻游戲機、DVD插放機、液晶電視機等視頻設備。

3 TV/VGA轉換電路

TV/VGA轉換電路包括SAA7110芯片、AL250芯片、單片機控制電路以及從屬電路等。電路原理圖如圖1所示。

SAA7110是前端解碼器，有六個(gè)信號輸入引腳，可組成8種輸入端和信號處理通道不同的輸入模式。在本電路設計上，選擇AI-21引腳為CVBS信號輸入端，AI_32、AI_41引腳分別為亮度、顏色分離的S-Video信號的Y、C輸入端。信號經(jīng)過(guò)內部模數轉換器的處理，以8位數據的格式輸出亮度信號和色差信號，并輸出行、場(chǎng)同步信號。芯片外接26.8MHz的石英晶體振蕩器，振蕩頻率的準確性和穩定性直接影響輸出信號。例如使用26.6MHz的晶振時(shí)，彩色圖像的色彩信息幾乎全部丟失，畫(huà)面近于黑白。SAA7110本身不能進(jìn)行初始化，需要主控器通過(guò)I2C總線(xiàn)（SDA、SCL引腳）寫(xiě)入初始化數據。

AL250是起倍頻作用的后端處理芯片，輸入經(jīng)解碼處理的數字視頻信號和行、場(chǎng)同步信號，輸出VGA格式的R、G、B模擬信號和行頻，場(chǎng)頻信號。芯片在上電時(shí)可以根據STD0、STD1、INTYPE、SQUARE、TESTIN、OVLCTRL等引腳的電平狀態(tài)（高/低）自動(dòng)進(jìn)行初始化，也可以由單片機通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行軟件初始化，并實(shí)現OSD、LUT等功能。

SAA7110和AL250都具有I2C總線(xiàn)接口，包括兩根信號線(xiàn)：SDA引腳（數據線(xiàn)）和SCL引腳（時(shí)鐘線(xiàn)）。I2C總線(xiàn)是由Philips公司設計的兩線(xiàn)式串行交互通訊方式總線(xiàn)，通訊系統包括主控機和從屬機，數據傳送由主控機控制完成。本電路中SAA7110和AL250都是從屬機，主控機采用ATMEL89C51單片機，通過(guò)軟件設計模擬I2C總線(xiàn)功能。電路部分連線(xiàn)如圖2所示。

SAA7110和AL250都使用5V電源，總工作電流約為600mA，采用一塊LM7805集成穩壓電源即中滿(mǎn)足整個(gè)電路的供電要求。SAA7110和AL250內部都包括模擬電路和數字電路，為減小兩種電路間的相互干擾，模擬電路和數字電路的電源應相互隔離。

4 軟件設計

I2C總線(xiàn)寫(xiě)/讀命令格式如下：

寫(xiě)信號：S>Write Slave Address>A>Register Index>A>Data>A>P>

讀信號：S>Write Slave Address>A>Register Index>A>S>Read Slave Address>A>Data>NA>P>

其中，S>為起始信號；Write Slave Address>為寫(xiě)命令的從屬器地址，SAA7110為9CH，AL250為58H；Read Slave Address>為讀命令的從屬器地址，SAA7110為9DH，AL250為59H；A>為從屬器產(chǎn)生的確認標志；Register Index>為芯片內部寄存器的地址，SAA7110和AL250分別有47和42個(gè)8位數據寄存器，用于控制芯片的工作；Data>為要寫(xiě)入或讀出寄存器的數據；P>為停止信號。

AL250具有自動(dòng)初始化功能，同時(shí)也可以通過(guò)將GENERAL寄存器（地址為03H）的第四位置1來(lái)屏蔽硬件設置引腳，并根據寄存器BOARDCONFIG（地址為02H）中的內容初始化芯片，寄存器值為10H表示輸入信號為NTSC制，11H表示為PAL制。當值為12H時(shí)，芯片自動(dòng)檢測輸入信號的格式。向寄存器10H中寫(xiě)入數據43H或83H可以激活AL250的OSD功能，并可通過(guò)11H、13H等寄存器完成位圖編輯。而在10H中寫(xiě)入1CH、1DH、1EH則分別打開(kāi)紅、綠、藍LUT，實(shí)現圖像的GAMMA校正。

最簡(jiǎn)單初始化程序只需向SAA7110中的寄存器寫(xiě)入初始化數據（寄存器地址為00H～19H、20H～32H）。通過(guò)設備寄存器20H、21H、22H和2CH的內容選擇信號輸入模式。輸入CVBS信號時(shí)，四個(gè)寄存器的值分別為D9H、16H、40H、03H，而輸入S-Video信號時(shí)，它些值變?yōu)?CH、21H、C1H和23H。改變其它寄存器的內容，還可以調節輸出信號的亮度、對比度、增益及輸出信號的相位關(guān)系，如寄存器01H～05H、14H～18H分別用于控制50Hz/60Hz場(chǎng)頻時(shí)行頻信號的上、下沿位置，06H和07H用于控制信號的亮度和色度。

89C51單片機本身沒(méi)有I2C總線(xiàn)，必須根據I2C通信數據的格式通過(guò)軟件設計模擬這一功能。電路上選擇P1.6和P1.7I/O口作為SCL線(xiàn)和SDA線(xiàn)。程序采用C51單片機語(yǔ)言編寫(xiě)，流程圖如圖3所示。

在電路測試時(shí)，我們先后輸入DVD機的CVBS和S-Video信號，并在顯示器上觀(guān)察輸出信號，都獲得了清晰穩定的彩色圖像。該電路原理簡(jiǎn)單，使用方便，采用單片機作為控制器，輸出信號可直接在顯示器上顯示，無(wú)需主機的支持，并且由于將隔行信號轉換為逐行信號，提高了畫(huà)面的分辨率。本電路可應用于各種CCD攝像機中，增加VGA輸出功能；還可集成在顯示器內部，增加視頻插放功能。