基于PLM1000的CRT電視機高清電視圖像方案設計

PLM1000即在這一市場背景下適時出現(xiàn)，為普通CRT電視機提供高清晰度信號接口，使該電視機不需更新?lián)Q代，即能收看高清節(jié)目。這種以低成本增加功能的方法，非常符合國情，適應廣大低端用戶的需求。

PLM1000芯片的主要特點

PLM1000系列高清晰度電視圖像處理芯片，是一款采用0.18微米CMOS工藝、專為普通CRT電視機設計的模擬/數字混合處理芯片。它采用10bit信號量化、獨創(chuàng)的輸入信號格式自動檢測和高質量的圖像處理方案。

PLM1000芯片將輸入的模擬電視信號數字化，再進行數字信號處理，最后將數字信號還原為模擬電視信號后輸出至模擬電視。它支持大部分高清制式的視頻信號，如480P、576P、720P、1080i、1080P以及VGA信號，并支持4：3、16：9以及可配置的縮放處理等功能;不帶外部存儲器，所有操作都在片內完成，節(jié)省了成本;支持亮度、色度、飽和度、色度空間轉換和RGB轉換等功能。

芯片的主要特點如下：

1080P/1080i/720P/480P/ 576P/480i/576i分量輸入，480i/576i分量輸出;

VGA 輸入;

模擬輸入和模擬輸出;

輸入信號場頻為50Hz 時，輸出信號為576i;輸入信號場頻為60Hz時，輸出信號為480i;

輸入信號是576i或480i時，輸入信號直接輸出;

輸入信號與Macrovision兼容;

輸入端和輸出端所用的模擬到數字轉換器和數字到模擬轉換器均采用10bit轉換器，比傳統(tǒng)8bit轉換器所能提供的信噪比高12dB;

圖像增強功能;

圖像演示功能;

無外接存儲器節(jié)省系統(tǒng)成本;

提供外部通用二線串行總線控制接口，軟件簡單;

輸出相當于模擬CRT隔行掃描電視機在DVD信號輸入時的圖像質量;

SDIP64或LQFP64封裝，可直接安裝在電視機的主板上;

3.3V/1.8V電源供電。

基于PLM1000的應用系統(tǒng)設計

圖1是基于PLM1000芯片的應用系統(tǒng)原理框圖。

從EVD/DVD等播放器輸出的高清視頻圖像至PLM1000視頻輸入端，經PLM1000處理后輸出標清分量圖像480i或576i至普通CRT電視機的分量輸入端，后續(xù)處理與普通CRT電視機的處理完全一樣。

PLM1000內部主要由視頻MUX模塊、同步分離器、PLL和鉗位模塊、3路10bit高速ADC、Signal Processing模塊、3路10bit高速DAC和通用串行總線接口模塊組成，下面將分別介紹這幾個模塊的工作原理。

(1) 視頻MUX模塊

PLM1000支持兩路視頻同時輸入：Y/Pb/Pr或Y/Cb/Cr和R/G/B，經視頻MUX模塊選擇一路視頻，輸入至ADC，亮度信號Y同時輸入至同步分離器模塊。

(2) 同步分離器、PLL和Clamp模塊

輸入的亮度信號Y經同步分離器模塊分離出后續(xù)處理模塊處理所需要的復合同步、水平同步和垂直同步等信號，并且根據分離出來的信號，按照不同格式的輸入信號同步信息不同，來檢測輸入信號的格式。檢測出來的格式會傳到寄存器控制模塊，該模塊根據檢測出的模式選擇向處理模塊配置相應的寄存器值。

內部模擬鎖相環(huán)PLL可基于行同步頻率產生像素時鐘，根據不同信號，提供不同的時鐘信號，為了保留更多的圖像細節(jié)，使圖像經過處理后仍然保留了絕大部分細節(jié)信息，采用了過采樣時鐘來對ADC的輸出進行采樣，以480P為例，標準定義采樣率為27MHz，行有效點為858個點，按照過采樣，我們采用75.6MHz采樣時鐘，行采樣點數達到2400個點，大大的增加了圖像的細節(jié)信息。

視頻信號的傳輸一般采用交流耦合方式，為了恢復視頻信號中的直流成分，同時消除低頻干擾如視頻信號中的疊加型干擾，必須對輸入信號進行鉗位。該鉗位電路接收Signal Processing模塊輸入的精確鉗位信息，將輸入信號鉗位在固定的直流電平上。

(3) 3路10bit高速ADC

3路高速ADC將輸入的高清模擬視頻信號轉換為數字信號，采用只有專業(yè)級視頻處理器才使用的10bit量化保證了采樣的細節(jié)和精度，與傳統(tǒng)8bit ADC相比，信噪比提高了12dB。在后續(xù)信號處理以及最后的數模轉換中，都采用了10bit處理。

(4) Signal Processing模塊

經ADC量化后的3路各10bit數據進入Signal Processing模塊。該模塊的核心是一個高性能的視頻縮放模塊：將高清視頻信號按照不同的縮放比率生成標清視頻信號。它分為二部分組成：水平縮放單元和垂直縮放單元。連接水平和垂直縮放單元的是一個單口RAM，與采用雙口RAM相比，盡管增加了部分控制邏輯，但是由于單口RAM要比雙口RAM面積小得多，因此減少了芯片面積。

傳統(tǒng)電視是用戶根據自己的喜好手動調整圖象參數，但是如果節(jié)目內容更改，比如播放對比度特別差的節(jié)目時，用戶還需要再次調整。PLM1000包含自動圖象增強功能，即根據視頻圖像內容自動修改圖像的低頻信號，并增強圖像的高頻信號，達到自動調整圖像參數、增強圖像視覺效果的目的。

該模塊同時完成色度空間轉換、YUV轉RGB以及亮度、色度、飽和度調節(jié)等功能。

(5) 3路10bit高速DAC

高速DAC模塊功能將處理后的數字信號轉換成模擬信號輸入到模擬電視?？紤]到方便廠商做后續(xù)的模擬濾波處理，并且消除頻域上的折射效應，PLM1000的DAC時鐘為定義輸出時鐘的二倍。

(6) 通用串行總線接口。

該轉換芯片和外部的接口為一種通用的二線串行總線協(xié)議，通過它可以配置PLM1000需要改變的寄存器值。

PLM1000軟件流程如圖2：

上電后，電視機的CPU對PLM1000芯片執(zhí)行上電初始化，執(zhí)行必要的寄存器配置。同時為避免上電初始化期間電視機顯示不確定信息，此時PLM1000關閉視頻輸出。為節(jié)省功耗，PLM1000支持待機省電模式(Power Down)。在這種模式下，PLM1000芯片及其外圍電路所耗電流不到2mA。上電初始化完畢后，CPU讀取PLM1000芯片內部自動格式檢測結果，并根據事先設定的規(guī)則判斷當前輸入信號格式。若連續(xù)N次檢測結果與當前信號格式不同，則設定當前檢測結果為芯片新格式，CPU關閉PLM1000芯片視頻輸出，并對芯片配置相應的工作參數后開啟視頻輸出;若不同，則維持原格式，即PLM1000工作在原格式下。

PLM1000應用說明

PLM1000作為一款高度集成化的高清電視圖像處理芯片，只需外接少量的電路元件和3.3V/1.8V 的電源供電就可工作。它采用的通用串行總線，可以直接與電視機的CPU連接。電視機廠商只需要在現(xiàn)有程序上增加很少的程序就可以完成PLM1000芯片的配置。

PLM1000有兩種封裝：SDIP64和LQFP64。

SDIP64封裝芯片可以直接安裝在電視機的主板上，所以，電視機廠家不必更改原有的單層電路板生產線，而只需增加少量的元器件成本。

對于主板尺寸較緊張的21寸CRT電視，特別是超短管，采用LQFP64(規(guī)格：12mmⅹ12mm)封裝、并采用插板的形式，則是較理想的選擇。這樣，只需在原有的電視機板上設計一個包含分量視頻輸入/輸出、電源和串行總線的接口，單獨生產一塊安裝有PLM1000 LQFP64封裝芯片的插板(已有廠家將此插板尺寸做到45mmⅹ65mm的規(guī)格)，而不用改變現(xiàn)有的硬件設計方案。

總之，作為一款具備完全自主知識產權的高清電視圖像處理芯片，PLM1000讓高清圖像走進尋常百姓家;同時，這種低成本高清電視圖像處理解決方案，也延長了CRT 電視機的產業(yè)周期，帶動了全行業(yè)的資源優(yōu)化配置。