一種基于AIT2139的視頻轉換器設計

關鍵詞：VGA-TV；視頻轉換器；AIT2139；多媒體教學

１ 引言

在現代教學尤其是高等教育過程中?多媒體教學因其交互性強、高效靈活而逐漸成為一種普及的教學方式。

為方便多媒體教學的開展，筆者選用ＡＩＴ２１３９視頻轉換芯片設計了一個ＶＧＡ―ＴＶ視頻轉換器。該轉換器可將計算機的ＶＧＡ信號轉換為廣播質量的ＮＴＳＣ制或ＰＡＬ制視頻信號輸出到大屏幕電視機上，從而實現畫面的凍結、縮放和平移等輔助功能。同時，其視頻信號也可通過轉換器提供的接口輸出到計算機顯示器上。

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ＡＩＴ２１３９是一種單片、晶控、全數字視頻信號處理器，可以支持多種輸入格式（如６４０４８０、８５ Ｈｚ，８００６００、８５ Ｈｚ，１０２４７６８、６０ Ｈｚ等）．ＡＩＴ２１３９具有３通道、８－Ｂｉｔ ＡＤＣ輸入和１６．７Ｍ 色彩轉換功能；其內部有專門的存儲壓縮電路，外部有 ＥＤＯ ?２５６ｋ１６Ｂｉｔ? 存儲器接口和 ＳＤＲＡＭ ?１Ｍ １６Ｂｉｔ? 存儲器接口；ＡＩＴ２１３９ 控制方式簡單，可采用ＨＯＳＴ接口或Ｉ２ Ｃ總線進行控制。該芯片可自動檢測輸入模式和當前的ＴＶ模式，輸出格式則可從合成、Ｓ－視頻、 ＹＣｂＣｒ 或 ＲＧＢ／ＳＣＡＲＴ中選擇；所有的視頻處理都可在數字域內完成，因而不需要轉換電路，其數字編碼器采用過采樣技術，并以ＡＩＴｅｃｈ 算法進行濾波，因而能輸出高質量的ＮＴＳＣ和ＰＡＬ制式信號。ＡＩＴ２１３９芯片的內部功能框圖如圖１所示。

３　系統工作原理

該ＶＧＡ－ＴＶ視頻轉換器主要由視頻轉換、視頻轉換控制和遙控三部分組成。其系統結構如圖２所示。

ＶＧＡ－ＴＶ視頻轉換器的組成核心是視頻信號轉換和視頻轉換控制部分，因此?設計的核心是對視頻信號的處理和對視頻轉換芯片的控制。筆者采用ＡＩＴ２１３９視頻信號處理器，并配以當前成熟的外圍電路設計了一種視頻信號轉換電路來完成視頻前端的處理和信號轉換；同時以八位單片機ＥＭ７８Ｐ１５６ＥＰ 為核心，再配以鍵盤檢測、Ｉ２Ｃ通信、遙控接收等電路組成了轉換控制部分。該系統是典型的模擬數字混合系統，電源質量對視頻信號的輸出影響較大，為此，設計時采用單獨的電源板卡并以背板的形式嵌入到系統中，從而取得了較好的效果。

４　系統設計

４．１ 視頻轉換部分設計

作為系統核心的視頻轉換部分的主要功能是把計算機輸出的ＲＧＢ信號轉換為電視的標準輸入信號。視頻前端的ＲＧＢ放大信號采用門電路處理后，送到ＡＩＴ２１３９進行轉換，并輸出兩種格式的電視信號：一個是經過轉換、選頻和濾波得到的全電視信號，另一個是亮度和色度分離的電視信號，即Ｓ端子信號。因此，計算機輸出的ＲＧＢ信號經過耦合、緩沖、放大可直接接計算機顯示器，從而使操作者能夠方便的對畫面進行監(jiān)控。而對全電視信號輸出則加入了完整的選頻和濾波電路，可以增加電視信號的穩(wěn)定性。圖３是視頻轉換部分電路的方框圖。

（１）視頻前端處理

輸入端通過ＡＩＴ２１３９的三個８－ｂｉｔ Ａ／Ｄ 轉換器來對Ｒ、Ｇ、Ｂ信號的每一個通道按４８ＭＨｚ的采樣率進行Ａ／Ｄ 轉換。其水平同步（ＨＳＹＮＣ） 和垂直同步（ ＶＳＹＮＣ） 由施密特觸發(fā)器門緩沖。ＡＩＴ２１３９的ＡＤ轉換相當靈活，內部的ＡＤ轉換參考電壓可自己設定。本設計中的ＲＧＢ信號的電平范圍是０～０．８５Ｖ，給定的外部參考電壓為Ｖｋ，需要注意的是，Ｖｋ必須不低于ＲＧＢ信號電平的最大值。

數字視頻處理可以利用ＹＵＶ 色彩分量來進行，因此，可利用ＡＩＴ２１３９芯片中ＲＧＢ－ＹＵＶ矩陣將輸入的ＲＧＢ信號轉換為４:２:２ 格式的ＹＵＶ分量信號，每分量輸出８位，總的輸出信號在數據總線上以２４位工作。實際設計發(fā)現：ＹＵＶ輸出閃爍較大，為此，筆者利用了芯片內部ＡＩＴｅｃｈ算法構造的有限脈沖響應數字濾波器，從而有效地降低了輸出閃爍。

（２）工作模式設定

ＡＩＴ２１３９有兩種工作模式，主模式和從模式。本設計選擇主模式。ＡＩＴ２１３９可產生所有的時鐘和同步信號，并可以給外部的存儲設備提供水平同步、垂直同步以及內部像素數據時鐘。外部的多路同步輸入、ＦＩＦＯ和存儲器將嚴格遵循ＡＩＴ２１３９提供的這些時鐘和同步信息。在設計中發(fā)現，ＶＧＡ的數據讀入時間可以不與處理器的寫入時鐘同步。

（３）數字視頻編碼

ＡＩＴ２１３９的核心是其處理器部分，主要用于從外部存儲設備讀入４：２:２格式的ＹＵＶ數字視頻數據，并進行編碼處理。因為輸入信號分為亮度和色度分量，色度信號將通過復合數字副載波調制。亮度分量和色度分量信號分別插值為象素速率的兩倍，并通過兩個１０－ｂｉｔ的Ｄ／Ａ轉換器轉換為模擬 Ｓ－視頻信號，模擬合成視頻信號在通過第三個通道的１０－ｂｉｔ轉換器輸出后，可調整ＡＩＴ２１３９處理器的格式控制腳以選擇不同的時鐘參數，從而將視頻轉換器的輸出設置為ＮＴＳＣ、ＰＡＬ等電視標準信號。

４．２ 視頻轉換控制部分的設計

該ＶＧＡ－ＴＶ轉換器主控板是對視頻轉換部分進行控制的主要部分。該板不但可為視頻轉換提供電源，同時也可發(fā)送操作控制信號。主控板的核心是八位單片機ＥＭ７８Ｐ１５６ＥＰ，同時配以鍵盤檢測、Ｉ２Ｃ通信、遙控接收等電路組成轉換控制部分。主控板的原理框圖如圖４所示。其控制解碼子程序流程如圖５所示。

５ 結束語

經一些高校長時間使用證明：該ＶＧＡ－ＴＶ視頻轉換器性能穩(wěn)定，效果良好，能夠很好地輔助現代多媒體教學，因而具有廣闊的應用前景。