畫(huà)中畫(huà)技術(shù)在車(chē)載娛樂(lè )系統中的應用

　　隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)信息系統的復雜性和信息密度在日益上升，顯示器不再僅僅是基本的集中儀表顯示，而是要滿(mǎn)足越來(lái)越詳細和多樣化的車(chē)內信息顯示需求。汽車(chē)顯示系統已經(jīng)從傳統的純音頻，如MP3、CD演變成了集成GPS導航、影音娛樂(lè )的綜合顯示系統。顯示的內容通常包括：GPS地圖信息、DVD播放、數字廣播電視和倒車(chē)畫(huà)面等。對于如此多的顯示信息，通常需要配備多個(gè)顯示器，或者用一個(gè)視頻開(kāi)關(guān)在不同信號間進(jìn)行切換，這些方法無(wú)疑需要增加成本，增大操作的復雜性，并且在同一時(shí)段只能獲得一種顯示信息。

　　畫(huà)中畫(huà)（PIP，picture in picture）技術(shù)產(chǎn)生于20世紀80年代，主要應用于電視中，用戶(hù)可同時(shí)觀(guān)看多個(gè)節目。畫(huà)中畫(huà)的子畫(huà)面位置可調、可以放大、縮小或者靜止顯示；主子畫(huà)面的內容也可以交換，利用這些功能，人們在觀(guān)看某一頻道電視節目時(shí)，能在屏幕的一角監視其他頻道節目或者室內外安全；并可利用子畫(huà)面功能欣賞某些分解動(dòng)作。

　　本文提出的利用畫(huà)中畫(huà)技術(shù)實(shí)現在特殊的車(chē)載環(huán)境中的多畫(huà)面同時(shí)顯示，可以較好的解決這些問(wèn)題。

　　設計方案

　　本設計采用TECHWELL公司的TW8811，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

　　對于車(chē)載娛樂(lè )系統的信號源，一般地，DVD播放器輸出信號為CVBS或S-VIDEO,攝像頭為CVBS或CCIR656， TV為CVBS，GPS為Digital RGB。多路復合信號經(jīng)過(guò)濾波、A/D轉換及解碼后，進(jìn)入主畫(huà)面及子畫(huà)面處理。通過(guò)視頻開(kāi)關(guān)適時(shí)控制主畫(huà)面及子畫(huà)面信號的切換，子畫(huà)面經(jīng)過(guò)一定比例抽樣，存入存儲器，再以一定速度讀出，實(shí)現縮放顯示。如同在主畫(huà)面的某個(gè)位置開(kāi)了一個(gè)窗口，將子畫(huà)面嵌入窗口內。視頻開(kāi)關(guān)脈沖與主畫(huà)面的行場(chǎng)同步信號有嚴格的對應關(guān)系。

　　圖2為主、子畫(huà)面均為8階灰階圖的畫(huà)中畫(huà)顯示原理。在場(chǎng)掃描過(guò)程中，在第A(yíng)～B行間建立場(chǎng)窗口；行掃描過(guò)程中，第C～D列間建立行窗口，并在此區間插入子畫(huà)面信號。從圖2中可看出，子畫(huà)面的行場(chǎng)同步與主畫(huà)面的行場(chǎng)同步時(shí)序一致，但信號數據只在C～D列間送入，并且是一個(gè)經(jīng)過(guò)了壓縮的完整灰階波形。子畫(huà)面的縮放大小由抽樣頻率及讀寫(xiě)速度控制，抽樣頻率越低，讀取速度如果也快，那么壓縮比例越大。子畫(huà)面的位置以主畫(huà)面的行場(chǎng)同步為基準，由時(shí)序嚴格控制。當主畫(huà)面開(kāi)始掃描，經(jīng)過(guò)ΔTV的時(shí)間掃到第A(yíng)行，再經(jīng)過(guò)ΔTH掃到第C列。

圖2 畫(huà)中畫(huà)原理

　　此時(shí)，輸出信號源切換為子畫(huà)面信號，開(kāi)始從存儲器中讀出子畫(huà)面數據，作為T(mén)FT屏的顯示數據。經(jīng)過(guò)THW,讀到第D列后，顯示數據源重新切換到主畫(huà)面。如此往復，直到第B行的第D列，子畫(huà)面顯示信號全部掃描完畢。插入窗口可以在主畫(huà)面的任何位置，但一般都放于四個(gè)角上。

　　本方案有如下特點(diǎn)：采用TW8811控制器，解碼包含3D梳妝濾波器，提高了動(dòng)態(tài)顯示效果。通過(guò)畫(huà)中畫(huà)技術(shù)，可控制多信號源同時(shí)顯示，并可靈活調整主子畫(huà)面的大小和位置，滿(mǎn)足了人們對汽車(chē)中多樣化顯示信息的需求，增加了娛樂(lè )性?？芍С值?280×1024的分辨率；屏的接口支持 TTL接口、TCONLESS接口、LVDS接口和模擬屏接口，足以滿(mǎn)足目前車(chē)載娛樂(lè )系統的要求。屏的Gamma電壓可編程控制，取代傳統的電阻網(wǎng)絡(luò )串，更精確方便。

　　硬件電路設計

　　1 DC/DC、Gamma緩沖

　　通常，汽車(chē)環(huán)境中的電壓在6～36V范圍內，本系統需要的電壓有：+5V、+3.3V、+1.8V、+8.4V及LCD BIAS。 先用DC/DC BUCK電路將輸入穩定到+5V?？蛇x用TI的TFT專(zhuān)用電源IC TPS65140主輸出驅動(dòng)LCD，同時(shí)利用電荷泵產(chǎn)生TFT屏所需的VGH、VGL、VCOM、Gamma等電平。值得一提的是，TPS65140的電源上電順序與TFT所需時(shí)序嚴格一致，即先上主電源，然后是VGL，最后是VGH。該IC還具備欠壓保護、斷路保護、錯誤偵測等功能。主電源電路如圖3所示。

圖3 主電源電路

　　為了降低輸出電壓紋波，選取22μF、低ESR的陶瓷電容。

　　本設計可采用TI的BUF68120作為屏的Gamma緩沖。該器件可通過(guò)內部寄存器設置14路Gamma及Vcom值，并可在線(xiàn)實(shí)時(shí)修改。

　　2 圖像處理電路

　　圖像處理是本系統的核心。TW8811可支持的信號源有CVBS、S-VIDEO、YCBCR、24位Digital RGB和Analog RGB。

　　經(jīng)A/D轉換后，通過(guò)3D comb filter對復合信號分離成Y、C分量，C包含U、V成分，兩者相位相差90°，再經(jīng)過(guò)色度解調，最終將復合信號解碼為4:2:2的YUV信號。而對于數字RGB信號，直接通過(guò)色度空間轉換為YUV信號，進(jìn)入PIP處理單元。當PIP功能開(kāi)啟后，對子畫(huà)面YUV信號流以一定頻率取樣，存入外部存儲 器，再通過(guò)寄存器控制重新讀入數據。內部時(shí)序嚴格控制取樣及讀取的頻率和時(shí)間點(diǎn)。最終處理后的數據和時(shí)序一起輸出驅動(dòng)TFT屏顯示。TW8811內部框圖如圖4 所示。

圖4 TW8811內部框圖

　　為了保證有較好的顯示效果，需要對信號輸入端作濾波處理，如圖5所示。在輸入端加一個(gè)Π型濾波網(wǎng)絡(luò )，衰減3dB的截止頻率為10MHz，而CVBS信號的頻率帶寬為0～6MHz，該濾波網(wǎng)絡(luò )可以有效的濾除高頻雜波。

圖5 CVBS輸入端濾波電路

　　3 MCU及SDRAM控制電路

　　MCU是本系統的控制中心，主要用于初始化TW8811、偵測紅外中斷或按鍵掃描，并執行相應操作。SDRAM主要用于PIP數據的緩存和OSD畫(huà)面的存儲等。

　　軟件設計

　　軟件也是系統的核心，軟件程序流程如圖6所示。主程序主要完成MCU的初始化設置，并通過(guò)I2C口對TW8811的寄存器進(jìn)行初始化配置，實(shí)現正常顯示。主程序如下：

　　void main(void){

　　InitCPU(); //mcu初始化

　　System_init(); // tw8811初始化

　　while(1) {

　　main_loop(); //pip按鍵偵測循環(huán)

　　PowerOff();

　　WaitPowerOn();

　　}}

圖6 程序流程圖

　　在main_loop()中，MCU的中斷口偵測到PIP功能開(kāi)啟指令后，通過(guò)更改TW8811寄存器選擇輸入子畫(huà)面的信號通道。并開(kāi)啟子畫(huà)面窗口，即選擇子畫(huà)面數據為輸出顯示數據源。

　　以子畫(huà)面水平和垂直均壓縮1/2為例，設置子畫(huà)面大小的過(guò)程為：以原頻率的1/2的速度對4:2:2的子畫(huà)面YUV數據進(jìn)行隔行取樣，緩存入外部SDRAM。在行場(chǎng)同步時(shí)序的控制下，再以原頻率從SDRAM中讀出，作為顯示數據。

　　設置子畫(huà)面位置的過(guò)程為：通過(guò)寄存器設置子畫(huà)面在主畫(huà)面中的行起始、行結束、場(chǎng)起始、場(chǎng)結束的值。并可通過(guò)修改這四個(gè)參數來(lái)調整子畫(huà)面的位置。

　　實(shí)驗結果

　　根據車(chē)載娛樂(lè )系統的發(fā)展趨勢，針對其多信號源的特點(diǎn)，設計了一種利用PIP功能實(shí)現多畫(huà)面同時(shí)顯示的方案。圖7、圖8為本方案的顯示效果，屏的分辨率為800×480，接口為18位Digital RGB。實(shí)驗結果表明，用戶(hù)能夠方便的控制兩種信號的畫(huà)中畫(huà)顯示，同時(shí)還可實(shí)現POP（Picture on picture）的顯示。通過(guò)osd菜單可調整子畫(huà)面的位置及大小，并可將主畫(huà)面及子畫(huà)面互換，達到良好的顯示效果，非常適用于車(chē)載娛樂(lè )系統。