兼容特殊視頻信號(hào)的檢測(cè)方法

作者 / 林文富 劉偉儉

　　威創(chuàng)集團(tuán)股份有限公司(廣州 廣東 510000)

　　*基金項(xiàng)目：2014年產(chǎn)學(xué)研專項(xiàng)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，支持小間距LED顯示的多屏實(shí)時(shí)處理器系統(tǒng)的研發(fā)(編號(hào)：2014Y2-00211)

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

摘要：隨著視頻處理技術(shù)的不斷發(fā)展，不管是模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)都普遍會(huì)轉(zhuǎn)換為并行的視頻信號(hào)進(jìn)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(duì)于視頻信號(hào)的HS和VS的采樣顯得尤為重要。不同的設(shè)計(jì)者對(duì)VESA標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序的理解存在偏差，導(dǎo)致經(jīng)過編碼和解碼后的HS和VS信號(hào)保存了這種偏差。在設(shè)備對(duì)接時(shí)候，如果兩家產(chǎn)品存在一定偏差，會(huì)導(dǎo)致視頻信號(hào)出現(xiàn)偶爾輕微抖動(dòng)。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(hào)的視頻檢測(cè)方法，增加下游端設(shè)備的視頻信號(hào)兼容性。該方法通過對(duì)列同步信號(hào)進(jìn)行的計(jì)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(cè)方法帶來的誤差。驗(yàn)證結(jié)果顯示，采用該種特殊的視頻檢測(cè)方法，可以有效去除視頻的抖動(dòng)，大大增加了下游視頻解碼端的兼容性。

1 視頻HS和VS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序

　　在VESA標(biāo)準(zhǔn)里邊，定義了4種信號(hào)，分別是PCLK、DE、HS和VS，這四種信號(hào)雖然沒有包含視頻數(shù)據(jù)，但是非常關(guān)鍵。Pclk是視頻的像素時(shí)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(hào)也稱數(shù)據(jù)使能信號(hào)，在液晶顯示器電路中其表示符號(hào)有多種，如DSP、DSPTMG、DEN、DE等，一般稱其為DE信號(hào)。其中HS表示行同步信號(hào)，VS表示場(chǎng)同步信號(hào)。在顯示設(shè)備中，行同步信號(hào)(HS)的作用是選擇出顯示器上有效行信號(hào)區(qū)間，場(chǎng)同步信號(hào)(VS)的作用是選擇出顯示器上有效場(chǎng)信號(hào)區(qū)間，行場(chǎng)同步信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)序圖^[1]，VS和HS可為正極性和負(fù)極性。一般來講，在VS的有效區(qū)域的跳變沿開始計(jì)算HS，圖1中VS的上升沿開始表示場(chǎng)同步信號(hào)有效，在VS的下降沿表示場(chǎng)同步信號(hào)開始無效。一般計(jì)算一幀內(nèi)有多少行，就是通過計(jì)算在有效的VS區(qū)間，有多少個(gè)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(diǎn)個(gè)數(shù)為2200，有效像素點(diǎn)個(gè)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(dòng)產(chǎn)生的原因

　　目前的數(shù)字視頻信號(hào)DVI、HDMI等，大多采樣TMDS編碼傳輸，通過差分對(duì)傳輸方式可以進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，并且抗干擾性強(qiáng)。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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高質(zhì)量的數(shù)字信號(hào)傳輸。TMDS傳輸系統(tǒng)^[2]分為兩個(gè)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(hào)的24位并行數(shù)據(jù)(TMDS對(duì)每個(gè)像素的RGB三原色分別按8bit編碼，即R信號(hào)有8位，G信號(hào)有8位，B信號(hào)有8位)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和并/串轉(zhuǎn)換，再將表示3個(gè)RGB信號(hào)的數(shù)據(jù)分別分配到獨(dú)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(hào)，對(duì)其進(jìn)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(shí)也接收時(shí)鐘信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)同步。這種編碼方式，對(duì)應(yīng)DE、HS和VS信號(hào)，同樣也是對(duì)其進(jìn)行編碼，通過第0通道進(jìn)行傳輸。

　　如圖2所示，視頻圖像在TMDS編碼芯片中進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)成DVI或者HDMI信號(hào)進(jìn)入傳輸。通過線纜進(jìn)入了下游的視頻圖像處理設(shè)備，圖像經(jīng)過縮放或者旋轉(zhuǎn)處理后，輸出到顯示器進(jìn)行輸出顯示。在這個(gè)傳輸路徑中，如果在起始位置出現(xiàn)HS和VS的相對(duì)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(shè)備。從下游視頻處理設(shè)備的顯示輸出看，會(huì)出現(xiàn)視頻的抖動(dòng)現(xiàn)象。在上游視頻輸出設(shè)備，見箭頭處，由于不同的設(shè)計(jì)者對(duì)VESA標(biāo)準(zhǔn)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(cè)方法

　　一般的列同步寬度檢測(cè)方法是在VS和HS進(jìn)入后，首先對(duì)其進(jìn)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(jì)數(shù)方式，在VS的下降沿開始計(jì)數(shù)列同步寬度和時(shí)間，在VS的上升沿保存計(jì)數(shù)值和清零。該種方式在正常的時(shí)序中對(duì)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(huì)出現(xiàn)列同步寬度計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。具體見圖4，上面波形為異常波形，相當(dāng)與VS的相位延遲了一定角度，采用一般的視頻檢測(cè)方法，將會(huì)導(dǎo)致第一個(gè)HS無法計(jì)數(shù)，列同步寬度和總時(shí)間少計(jì)算一行，累積到一定程度圖像出現(xiàn)輕微抖動(dòng)。圖4中，下面的波形為正常波形，當(dāng)VS的下降沿開始時(shí)候，是可以正常計(jì)數(shù)到第一個(gè)HS的，不會(huì)出現(xiàn)處理后的圖像抖動(dòng)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(cè)HS行數(shù)的方法。該方法針對(duì)普通方法的一種改進(jìn)，改進(jìn)點(diǎn)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(jì)算HS的差值方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)列同步寬度的正確統(tǒng)計(jì)。該方法的主要實(shí)現(xiàn)流程見圖5，首先也是對(duì)HS和VS進(jìn)行歸一化，相當(dāng)對(duì)HS和VS的極性進(jìn)行統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同極性的信號(hào)采用同樣的統(tǒng)計(jì)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(jìn)行等待，如果下降沿到了，開始對(duì)HS進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且記錄下此時(shí)的數(shù)值A(chǔ)1;判斷VS的上升沿是否到來，如果沒有，數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，如果到了，記錄此時(shí)的數(shù)值A(chǔ)2;因?yàn)橛涗洈?shù)值的寄存器是有一定的位數(shù)限制，可能會(huì)出現(xiàn)計(jì)數(shù)滿了歸零情況，所以，此時(shí)要對(duì)該情況進(jìn)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(shí)默認(rèn)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(jì)算列同步寬度為A2-A1+1。采用該種計(jì)數(shù)方法，可以有效避免一般檢測(cè)方法的缺陷，提供視頻處理設(shè)備的兼容性。

4 結(jié)論

　　本文根據(jù)目前的一些視頻信號(hào)有異常或者不完善的情況，提出了一種新的視頻列同步檢測(cè)方法。該方法和一般的檢測(cè)方法不同在于它可以避免HS和VS相位差異帶來的計(jì)數(shù)錯(cuò)誤問題，采用了相對(duì)差值的辦法來統(tǒng)計(jì)列同步寬度。該方法在實(shí)踐應(yīng)用中效果良好，有效地解決了幾個(gè)工程項(xiàng)目中出現(xiàn)視頻信號(hào)時(shí)而抖動(dòng)問題，大大增加了顯示端視頻處理設(shè)備的兼容性，具備很高的實(shí)用價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：

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

　　[2]苗繪玲.視頻時(shí)序信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法[J].電視技術(shù),2016,40(10):45-49.

　　[3]KEITHJ.視頻技術(shù)手冊(cè)[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(shí)引用，并注明出處。