兼容特殊視頻信號的檢測方法

作者 / 林文富 劉偉儉

　　威創(chuàng)集團股份有限公司(廣州 廣東 510000)

　　*基金項目：2014年產(chǎn)學研專項項目經(jīng)費，支持小間距LED顯示的多屏實時處理器系統(tǒng)的研發(fā)(編號：2014Y2-00211)

　　林文富(1982-)，男，碩士，中級電子工程師，研究方向：視頻處理;劉偉儉，男，博士，中級電子工程師，研究方向：視頻處理和顯示技術。

摘要：隨著視頻處理技術的不斷發(fā)展，不管是模擬信號或者數(shù)字信號都普遍會轉(zhuǎn)換為并行的視頻信號進行處理;目前大部分視頻處理芯片的接口均是BT1120等類似并行格式，因此對于視頻信號的HS和VS的采樣顯得尤為重要。不同的設計者對VESA標準時序的理解存在偏差，導致經(jīng)過編碼和解碼后的HS和VS信號保存了這種偏差。在設備對接時候，如果兩家產(chǎn)品存在一定偏差，會導致視頻信號出現(xiàn)偶爾輕微抖動。為了解決該問題，本文提出了一種能正常解碼此類特殊信號的視頻檢測方法，增加下游端設備的視頻信號兼容性。該方法通過對列同步信號進行的計數(shù)，并在VS有效期間做差值，作為判斷有效的行數(shù)，規(guī)避了常規(guī)檢測方法帶來的誤差。驗證結果顯示，采用該種特殊的視頻檢測方法，可以有效去除視頻的抖動，大大增加了下游視頻解碼端的兼容性。

1 視頻HS和VS的標準時序

　　在VESA標準里邊，定義了4種信號，分別是PCLK、DE、HS和VS，這四種信號雖然沒有包含視頻數(shù)據(jù)，但是非常關鍵。Pclk是視頻的像素時鐘，用于在有效的DE區(qū)間采樣視頻數(shù)據(jù)。DE表示有效數(shù)據(jù)選通信號也稱數(shù)據(jù)使能信號，在液晶顯示器電路中其表示符號有多種，如DSP、DSPTMG、DEN、DE等，一般稱其為DE信號。其中HS表示行同步信號，VS表示場同步信號。在顯示設備中，行同步信號(HS)的作用是選擇出顯示器上有效行信號區(qū)間，場同步信號(VS)的作用是選擇出顯示器上有效場信號區(qū)間，行場同步信號的共同作用，可將選擇出有效視頻顯示區(qū)域。

　　下圖1所示為VESA標準時序圖^[1]，VS和HS可為正極性和負極性。一般來講，在VS的有效區(qū)域的跳變沿開始計算HS，圖1中VS的上升沿開始表示場同步信號有效，在VS的下降沿表示場同步信號開始無效。一般計算一幀內(nèi)有多少行，就是通過計算在有效的VS區(qū)間，有多少個有效的HS數(shù)量來確定。以1080P的分辨率為例，一般水平像素點個數(shù)為2200，有效像素點個數(shù)為1920;垂直行數(shù)為1125，其中有效的行數(shù)為1080，其他包含了消隱期。

2 視頻抖動產(chǎn)生的原因

　　目前的數(shù)字視頻信號DVI、HDMI等，大多采樣TMDS編碼傳輸，通過差分對傳輸方式可以進行長距離傳輸，并且抗干擾性強。它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現(xiàn)長距離、高質(zhì)量的數(shù)字信號傳輸。TMDS傳輸系統(tǒng)^[2]分為兩個部分：發(fā)送端和接收端。TMDS發(fā)送端收到HDMI接口傳來的表示RGB信號的24位并行數(shù)據(jù)(TMDS對每個像素的RGB三原色分別按8bit編碼，即R信號有8位，G信號有8位，B信號有8位)，然后對這些數(shù)據(jù)進行編碼和并/串轉(zhuǎn)換，再將表示3個RGB信號的數(shù)據(jù)分別分配到獨立的傳輸通道發(fā)送出去^[3]。接收端接收來自發(fā)送端的串行信號，對其進行解碼和串/并轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送到顯示器的控制端。與此同時也接收時鐘信號，以實現(xiàn)同步。這種編碼方式，對應DE、HS和VS信號，同樣也是對其進行編碼，通過第0通道進行傳輸。

　　如圖2所示，視頻圖像在TMDS編碼芯片中進行編碼，轉(zhuǎn)成DVI或者HDMI信號進入傳輸。通過線纜進入了下游的視頻圖像處理設備，圖像經(jīng)過縮放或者旋轉(zhuǎn)處理后，輸出到顯示器進行輸出顯示。在這個傳輸路徑中，如果在起始位置出現(xiàn)HS和VS的相對位置發(fā)生偏移，通過TMDS的編碼和解碼后，這種位置偏移任然活傳送到下游的視頻處理設備。從下游視頻處理設備的顯示輸出看，會出現(xiàn)視頻的抖動現(xiàn)象。在上游視頻輸出設備，見箭頭處，由于不同的設計者對VESA標準的理解不一樣，HS和VS發(fā)生相位偏差或者出現(xiàn)類似圖3情況(①為VS，②為HS)均有可能。

3 新的視頻檢測方法

　　一般的列同步寬度檢測方法是在VS和HS進入后，首先對其進行極性歸一化，即是統(tǒng)一成VS低電平有效，HS高電平有效;歸一化后，采用邊沿觸發(fā)計數(shù)方式，在VS的下降沿開始計數(shù)列同步寬度和時間，在VS的上升沿保存計數(shù)值和清零。該種方式在正常的時序中對列同步寬度的判斷是沒有問題的，但是在上述異?，F(xiàn)象中，通常會出現(xiàn)列同步寬度計數(shù)錯誤。具體見圖4，上面波形為異常波形，相當與VS的相位延遲了一定角度，采用一般的視頻檢測方法，將會導致第一個HS無法計數(shù)，列同步寬度和總時間少計算一行，累積到一定程度圖像出現(xiàn)輕微抖動。圖4中，下面的波形為正常波形，當VS的下降沿開始時候，是可以正常計數(shù)到第一個HS的，不會出現(xiàn)處理后的圖像抖動現(xiàn)象。

　　為了解決上述的HS和VS相位發(fā)生異常問題，本文提出一種新的檢測HS行數(shù)的方法。該方法針對普通方法的一種改進，改進點主要是采用了不依賴相位的辦法，通過在VS的有效區(qū)間內(nèi)，計算HS的差值方法來實現(xiàn)對列同步寬度的正確統(tǒng)計。該方法的主要實現(xiàn)流程見圖5，首先也是對HS和VS進行歸一化，相當對HS和VS的極性進行統(tǒng)一，實現(xiàn)對不同極性的信號采用同樣的統(tǒng)計方法;判斷VS的下降沿是否到來，如果沒有，表示有效的VS區(qū)間還沒有開始，進行等待，如果下降沿到了，開始對HS進行計數(shù)，并且記錄下此時的數(shù)值A1;判斷VS的上升沿是否到來，如果沒有，數(shù)據(jù)進行累加，如果到了，記錄此時的數(shù)值A2;因為記錄數(shù)值的寄存器是有一定的位數(shù)限制，可能會出現(xiàn)計數(shù)滿了歸零情況，所以，此時要對該情況進行判斷，若發(fā)現(xiàn)A2小于A1情況，則是出現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)，此時默認列同步寬度和上次記錄是一樣的，若沒有出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，則計算列同步寬度為A2-A1+1。采用該種計數(shù)方法，可以有效避免一般檢測方法的缺陷，提供視頻處理設備的兼容性。

4 結論

　　本文根據(jù)目前的一些視頻信號有異?；蛘卟煌晟频那闆r，提出了一種新的視頻列同步檢測方法。該方法和一般的檢測方法不同在于它可以避免HS和VS相位差異帶來的計數(shù)錯誤問題，采用了相對差值的辦法來統(tǒng)計列同步寬度。該方法在實踐應用中效果良好，有效地解決了幾個工程項目中出現(xiàn)視頻信號時而抖動問題，大大增加了顯示端視頻處理設備的兼容性，具備很高的實用價值。

　　參考文獻：

　　[1]Proposed VESA and Industry Standards and Guidelinesfor Computer Display Monitor Timing (DMT) Version 1.0.

　　[2]苗繪玲.視頻時序信號發(fā)生器的實現(xiàn)方法[J].電視技術,2016,40(10):45-49.

　　[3]KEITHJ.視頻技術手冊[M].第5版.楊征,田尊華,張杰良,等,譯.北京:人民郵電出版社,2009.

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第1期第66頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。