汽車應(yīng)用需要快速模擬視頻切換

盡管家庭娛樂(lè)已轉(zhuǎn)向數(shù)字視頻，但模擬視頻在汽車行業(yè)等應(yīng)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)拓展后可以滿足汽車應(yīng)用的要求。繼續(xù)使用模擬視頻的原因包括：很容易獲得低成本電路設(shè)計(jì)、可以使用低廉的銅線纜，以及在嘈雜的環(huán)境中模擬視頻性能的下降比較平緩?，F(xiàn)在的轎車、越野車和卡車具備許多改進(jìn)的特性，如環(huán)視攝像頭、消費(fèi)娛樂(lè)單元和導(dǎo)航系統(tǒng)等，所有這些都會(huì)產(chǎn)生模擬視頻內(nèi)容。一臺(tái)包含這些特性的典型車輛如圖1所示。

圖1 典型車載視頻系統(tǒng)

由于對(duì)“車載視頻”的需求不斷增長(zhǎng)，汽車信息娛樂(lè)應(yīng)用中的模擬視頻快速切換已成為一項(xiàng)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。消費(fèi)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(dāng)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載顯示單元所用視頻解碼器的性能標(biāo)準(zhǔn)。相比之下，多數(shù)視頻解碼器產(chǎn)品是針對(duì)電視市場(chǎng)而設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵性能標(biāo)準(zhǔn)是高視頻質(zhì)量和對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)、不良時(shí)基視頻信號(hào)（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。這類應(yīng)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(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)快速切換系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，并提出切實(shí)可行的解決方案。

快速切換的挑戰(zhàn)

針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)和不良時(shí)基源頗具挑戰(zhàn)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(shè)計(jì)工作。本文討論的快速切換應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)。然而，當(dāng)我們?cè)O(shè)想一種能夠同時(shí)適用于電視與汽車應(yīng)用的解決方案時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)這幾乎是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。這兩種信號(hào)類型互相排斥，能夠更好地處理一種信號(hào)類型的設(shè)計(jì)技術(shù)往往會(huì)削弱對(duì)另一種信號(hào)類型的處理，反之亦然。ADI公司視頻解碼器設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(xiàn)了快速切換性能。

當(dāng)輸入視頻流出現(xiàn)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(biāo)稱同步信號(hào)。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(xiàn)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(shè)計(jì)，需要克服為數(shù)眾多的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

圖2 典型TV視頻解碼器應(yīng)用

在汽車應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)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)增加線纜成本、電路板面積和控制處理要求，而所有這些都是汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)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(tǒng)總成本。圖3為需要快速切換的典型汽車應(yīng)用的示意圖。

圖3 汽車視頻解碼器應(yīng)用

選擇正確的視頻解碼器

針對(duì)快速切換應(yīng)用選擇視頻解碼器時(shí)，常常難以從數(shù)據(jù)手冊(cè)的技術(shù)規(guī)格部分確定解碼器的快速切換性能。自動(dòng)檢測(cè)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(biāo)，但并不能反映全部情況。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保所選的解碼器能夠針對(duì)快速切換應(yīng)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?qū)?qiáng)制應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，或者至少能夠減少允許自動(dòng)檢測(cè)的輸入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量；減少用于確定鎖定和解鎖狀態(tài)的Hsync計(jì)數(shù)的控制選項(xiàng)；能夠強(qiáng)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(hào)。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(yīng)提供控制選項(xiàng)來(lái)禁用這些模塊，以便縮短解碼器的鎖定時(shí)間。

強(qiáng)制應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

如果在設(shè)計(jì)期間已知道輸入源標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)通過(guò)解碼器設(shè)置鎖定該標(biāo)準(zhǔn)，由于解碼器不需要花時(shí)間執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè)算法來(lái)確定輸入視頻標(biāo)準(zhǔn)，這樣便能縮短鎖定時(shí)間。

減少Hsync計(jì)數(shù)

針對(duì)快速切換應(yīng)用選擇解碼器時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保解碼器具有編程能力，允許用戶減少視頻解碼器必須檢測(cè)到的連續(xù)正確的Hsync脈沖數(shù)量（目的是確定它已鎖定視頻信號(hào)）。還應(yīng)降低失鎖計(jì)數(shù)(COL)限值，這樣視頻解碼器只需通過(guò)更少的連續(xù)Hsync脈沖丟失數(shù)，就能判斷它已失鎖，進(jìn)而搜索新的輸入視頻類型。

強(qiáng)制再獲取時(shí)序

對(duì)于快速切換解碼器的選擇，強(qiáng)制復(fù)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(hào)的模塊。通過(guò)強(qiáng)制再獲取時(shí)序，前端模塊復(fù)位并搜索視頻信號(hào)，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(yīng)具有一個(gè)專用中斷引腳，當(dāng)解碼器鎖定或失鎖時(shí)，它能夠發(fā)出提示，以便系統(tǒng)控制器響應(yīng)這些事件，而不需要通過(guò)I2C持續(xù)監(jiān)控解碼器。

對(duì)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(dāng)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(xiàn)象。

不同的系統(tǒng)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(tǒng)控制器應(yīng)當(dāng)能夠?qū)獯a器產(chǎn)生的中斷快速做出反應(yīng)，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(xiàn)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(hào)時(shí)發(fā)生的事件序列。這將有助于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員定量評(píng)估所選視頻解碼器的快速切換性能。

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

圖5 輸入和輸出視頻信號(hào)波形

1、對(duì)解碼器執(zhí)行I2C寫操作。設(shè)置解碼器，切換到新的視頻輸入，并告知視頻標(biāo)準(zhǔn)。加快切換的寫操作在此時(shí)執(zhí)行。

2、模擬箝位電路響應(yīng)視頻輸入。在典型應(yīng)用中，視頻信號(hào)容性耦合到視頻解碼器中。然后，解碼器必須確保對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行直流恢復(fù)，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(jié)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(hào)的典型示意圖。

圖6 視頻信號(hào)典型箝位

3、視頻固定在正確的電平并且提取同步信號(hào)。高性能視頻解碼器產(chǎn)品同時(shí)包含粗調(diào)和精調(diào)箝位環(huán)路。粗調(diào)箝位電路將視頻信號(hào)調(diào)整到接近正確電壓之后，精調(diào)箝位電路對(duì)視頻信號(hào)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(xiàn)在，輸入視頻固定在穩(wěn)定的直流電平，消隱電平則設(shè)定為已知的ADC代碼。解碼器從視頻信號(hào)中提取同步信號(hào)，并監(jiān)控Hsync、Vsync和Field序列以便確定輸入視頻標(biāo)準(zhǔn)。如果使用自動(dòng)檢測(cè)功能，則確定視頻標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)。

4、解碼器輸出正確、穩(wěn)定的視頻時(shí)序。解碼器鎖定輸入視頻信號(hào)，針對(duì)該輸入視頻類型優(yōu)化內(nèi)部IP模塊和濾波器，并開(kāi)始輸出穩(wěn)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(jié)果全部基于利用ADI公司解碼器（如ADV7180和ADV7181C）執(zhí)行的測(cè)量，這些解碼器符合快速切換要求。

ADI公司解碼器廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，滿足許多汽車系統(tǒng)供應(yīng)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(jié)

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