畫中畫技術(shù)在車載娛樂系統(tǒng)中的應用

　　隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車信息系統(tǒng)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，而是要滿足越來越詳細和多樣化的車內(nèi)信息顯示需求。汽車顯示系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的純音頻，如MP3、CD演變成了集成GPS導航、影音娛樂的綜合顯示系統(tǒng)。顯示的內(nèi)容通常包括：GPS地圖信息、DVD播放、數(shù)字廣播電視和倒車畫面等。對于如此多的顯示信息，通常需要配備多個顯示器，或者用一個視頻開關(guān)在不同信號間進行切換，這些方法無疑需要增加成本，增大操作的復雜性，并且在同一時段只能獲得一種顯示信息。

　　畫中畫（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，用戶可同時觀看多個節(jié)目。畫中畫的子畫面位置可調(diào)、可以放大、縮小或者靜止顯示；主子畫面的內(nèi)容也可以交換，利用這些功能，人們在觀看某一頻道電視節(jié)目時，能在屏幕的一角監(jiān)視其他頻道節(jié)目或者室內(nèi)外安全；并可利用子畫面功能欣賞某些分解動作。

　　本文提出的利用畫中畫技術(shù)實現(xiàn)在特殊的車載環(huán)境中的多畫面同時顯示，可以較好的解決這些問題。

　　設計方案

　　本設計采用TECHWELL公司的TW8811，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

　　對于車載娛樂系統(tǒng)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)過濾波、A/D轉(zhuǎn)換及解碼后，進入主畫面及子畫面處理。通過視頻開關(guān)適時控制主畫面及子畫面信號的切換，子畫面經(jīng)過一定比例抽樣，存入存儲器，再以一定速度讀出，實現(xiàn)縮放顯示。如同在主畫面的某個位置開了一個窗口，將子畫面嵌入窗口內(nèi)。視頻開關(guān)脈沖與主畫面的行場同步信號有嚴格的對應關(guān)系。

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

圖2 畫中畫原理

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

　　本方案有如下特點：采用TW8811控制器，解碼包含3D梳妝濾波器，提高了動態(tài)顯示效果。通過畫中畫技術(shù)，可控制多信號源同時顯示，并可靈活調(diào)整主子畫面的大小和位置，滿足了人們對汽車中多樣化顯示信息的需求，增加了娛樂性?？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，足以滿足目前車載娛樂系統(tǒng)的要求。屏的Gamma電壓可編程控制，取代傳統(tǒng)的電阻網(wǎng)絡串，更精確方便。

　　硬件電路設計

　　1 DC/DC、Gamma緩沖

　　通常，汽車環(huán)境中的電壓在6～36V范圍內(nèi)，本系統(tǒng)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(wěn)定到+5V。可選用TI的TFT專用電源IC TPS65140主輸出驅(qū)動LCD，同時利用電荷泵產(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。該器件可通過內(nèi)部寄存器設置14路Gamma及Vcom值，并可在線實時修改。

　　2 圖像處理電路

　　圖像處理是本系統(tǒng)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(zhuǎn)換后，通過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)過色度解調(diào)，最終將復合信號解碼為4:2:2的YUV信號。而對于數(shù)字RGB信號，直接通過色度空間轉(zhuǎn)換為YUV信號，進入PIP處理單元。當PIP功能開啟后，對子畫面YUV信號流以一定頻率取樣，存入外部存儲 器，再通過寄存器控制重新讀入數(shù)據(jù)。內(nèi)部時序嚴格控制取樣及讀取的頻率和時間點。最終處理后的數(shù)據(jù)和時序一起輸出驅(qū)動TFT屏顯示。TW8811內(nèi)部框圖如圖4 所示。

圖4 TW8811內(nèi)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Π型濾波網(wǎng)絡，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(tǒng)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(zhí)行相應操作。SDRAM主要用于PIP數(shù)據(jù)的緩存和OSD畫面的存儲等。

　　軟件設計

　　軟件也是系統(tǒng)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I2C口對TW8811的寄存器進行初始化配置，實現(xiàn)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功能開啟指令后，通過更改TW8811寄存器選擇輸入子畫面的信號通道。并開啟子畫面窗口，即選擇子畫面數(shù)據(jù)為輸出顯示數(shù)據(jù)源。

　　以子畫面水平和垂直均壓縮1/2為例，設置子畫面大小的過程為：以原頻率的1/2的速度對4:2:2的子畫面YUV數(shù)據(jù)進行隔行取樣，緩存入外部SDRAM。在行場同步時序的控制下，再以原頻率從SDRAM中讀出，作為顯示數(shù)據(jù)。

　　設置子畫面位置的過程為：通過寄存器設置子畫面在主畫面中的行起始、行結(jié)束、場起始、場結(jié)束的值。并可通過修改這四個參數(shù)來調(diào)整子畫面的位置。

　　實驗結(jié)果

　　根據(jù)車載娛樂系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，針對其多信號源的特點，設計了一種利用PIP功能實現(xiàn)多畫面同時顯示的方案。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。實驗結(jié)果表明，用戶能夠方便的控制兩種信號的畫中畫顯示，同時還可實現(xiàn)POP（Picture on picture）的顯示。通過osd菜單可調(diào)整子畫面的位置及大小，并可將主畫面及子畫面互換，達到良好的顯示效果，非常適用于車載娛樂系統(tǒng)。