雙通道多畫面多布局的全高清大屏幕光學(xué)電視機(jī)

　　摘要： 支持全高清標(biāo)準(zhǔn)的超過80英寸的大屏幕平板電視在一些商用場合有著廣泛的需求。在這個(gè)屏幕尺度上，相比其他技術(shù)，采用LCOS技術(shù)的光學(xué)投影電視機(jī)有著極高的性價(jià)比。本文介紹一種采用PW328芯片附加PW3300芯片和昂納明達(dá)的LCOS光機(jī)構(gòu)成的雙通道多畫面多布局的1080P 高清大屏幕光學(xué)電視機(jī)處理方案。

　　關(guān)鍵詞： 雙通道;多畫面多布局;全高清;去隔行;縮放

　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們生活水平的提高，消費(fèi)者對視聽顯示設(shè)備的顯示分辨率的要求也隨之提高，以前的標(biāo)清電視已無法滿足高端消費(fèi)者的需求。在一些酒店大堂、酒吧、歌舞廳、社區(qū)影院等等商用場合，消費(fèi)者更是要求視聽顯示設(shè)備能夠提供80英寸以上的大屏幕顯示且支持1080P高清顯示輸出，且最好同時(shí)支持雙通道多畫面多布局顯示，在滿足性能指標(biāo)的情況下整機(jī)設(shè)備盡量體積小、重量輕。

　　目前能夠支持大屏幕全高清顯示的技術(shù)主要有液晶、等離子、投影三種技術(shù)。在屏幕尺寸在80至110英寸左右這個(gè)尺度上面，液晶電視的單臺售價(jià)大概在100萬至120萬元之間，等離子電視的單臺售價(jià)大概在70萬至90萬元之間。投影電視單臺售價(jià)大概在10萬至40萬元之間(見表1)。由此可見，在高分辨率大尺寸的場合，投影技術(shù)有極高的性價(jià)比。下面主要介紹投影技術(shù)。

　　投影電視又具體包含LCOS、3LCD、DLP三種技術(shù)。LCOS為反射式投影，技術(shù)較公開，國際國內(nèi)多家公司都擁有此項(xiàng)技術(shù)，不易形成技術(shù)壟斷，但是成品率低。3LCD技術(shù)為透射式投影，技術(shù)主要集中在EPSON和SONY手中。DLP為反射式投影，技術(shù)由TI公司獨(dú)家提供。三大投影技術(shù)優(yōu)劣勢比較詳見表2。

　　LCOS解決方案

　　依筆者來看，綜合考慮成本、技術(shù)先進(jìn)性、技術(shù)壁壘等因數(shù)，LCOS技術(shù)比較適合國內(nèi)企業(yè)。下面介紹一種采用一塊PW328圖像處理主芯片附加一塊PW3300視頻解碼輔芯片構(gòu)成的應(yīng)用LCOS技術(shù)的雙通道多畫面多布局全高清大屏幕的硅晶光學(xué)電視解決方案。

　　PixelWorks公司的PW328芯片，在單芯片上面集成了一個(gè)Intel 80186的CPU內(nèi)核，外圍再集成了電視技術(shù)所需要的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、視頻解碼(Video Decoding)、縮放(Scaling)、去隔行(Deinterlacing)、視頻增強(qiáng)(Video Enhancement)等所有的功能模塊。PW3300芯片也是在單芯片上面集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、視頻解碼(Video Decoder)等功能模塊。本方案就是采用一塊PW328作主通道附加一塊PW3300作子通道形成物理硬件雙通道系統(tǒng)，光學(xué)引擎采用使用LCOS技術(shù)的昂納明達(dá)光機(jī)。

　　本方案提供多路輸入接口：其中三路AV輸入、兩路S端子輸入、一路AV輸出、兩路分量(YPbPr/YCbCr)輸入、一路USB接口輸入、一路PC輸入、一路HDMI輸入;支持多種信號格式，如480I、480P、576I、576P、720P、1080I、1080P及VGA、SVGA、XGA等信號格式、USB接口輸入支持MPEG1(VCD，SVCD，.Data format)、MPEG2/MPEG4(.ASF 320X240 Simple Profile)MP3、JPEG/Motion JPEG(.AVI 320X240 Pixels,15f/sec);能夠通過RS-232接口實(shí)現(xiàn)本地軟件升級和更新，方便售后服務(wù)。

　　信號傳輸流程

　　結(jié)合硬件原理框圖(圖1、圖2和圖3)，下面具體說明各個(gè)信號的信號流程：

圖1 電源板電路框圖

圖2 模擬信號板塊電路框圖

圖3 數(shù)字信號電路框圖

　　TV

　　模擬電視射頻信號經(jīng)過一個(gè)分配器分為兩路完全相同的射頻信號。

　　一路射頻信號經(jīng)過一體化調(diào)諧器1解調(diào)輸出復(fù)合視頻和音頻中頻(使其固定走主通道)，復(fù)合視頻信號送到TA8851CN多路選擇器的輸入口E1，音頻中頻信號送到MSP3450G 的聲音Sound IF1，經(jīng)過MSP3450G選通到SC1_out輸出，再返送回TA8851CN的輸入口E1。整組E1輸入口的音視頻信號經(jīng)過TA8851CN選通到out1輸出口輸出，其中Y/C信號送入到PW328 的Analog MUX inport1，其中V信號送入整機(jī)系統(tǒng)的AV out口中的復(fù)合視頻信號做監(jiān)視用，其中音頻信號一分為二，一路送到MSP3450G的Scart1輸入口，經(jīng)MSP3450G選通到DACM輸出口輸出，經(jīng)LM358D運(yùn)放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，另一路送入整機(jī)系統(tǒng)的AV out口中的聲音信號做監(jiān)視用。

　　另一路射頻信號經(jīng)過一體化調(diào)諧器2解調(diào)輸出復(fù)合視頻和音頻(使其固定走副通道)，復(fù)合視頻信號和音頻信號都送到TA8851CN多路選擇器的輸入口E2。整組音視頻經(jīng)過TA8851CN選通到Out2輸出口輸出，其中Y/C信號送入到PW3300 的Analog MUX inport3，其中音頻信號經(jīng)過功放TDA7052B后送到耳機(jī)插孔。

　　AV

　　AV1/S1的音視頻都送到TA8851CN多路選擇器的輸入口S1等待選通。

　　AV2/S2的音視頻都送到TA8851CN多路選擇器的輸入口S3等待選通。

　　AV3的音視頻都送到TA8851CN多路選擇器的輸入口S2等待選通。

　　以上信號如走主通道，則整組音視頻信號經(jīng)過TA8851CN選通到out1輸出口輸出，其中Y/C信號送入到PW328 的Analog MUX inport1，其中V信號送入整機(jī)系統(tǒng)的AV out口中的復(fù)合視頻信號做監(jiān)視用，其中音頻信號一分為二，一路送到MSP3450G的Scart1輸入口，經(jīng)MSP3450G選通到DACM輸出口輸出，經(jīng)LM358D運(yùn)放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，另一路送入整機(jī)系統(tǒng)的AV out口中的聲音信號做監(jiān)視用。

　　以上信號如走副通道，則整組音視頻經(jīng)過TA8851CN選通到out2輸出口輸出，其中Y/C信號送入到PW3300 的Analog MUX inport3，其中音頻信號經(jīng)過功放TDA7052B后送到耳機(jī)插孔。

　　USB輸入

　　USB板上面自帶了一顆ESS公司的ES6425F芯片，負(fù)責(zé)讀取U盤上面的內(nèi)容并完成解碼，然后將其中的圖像內(nèi)容按576P格式編碼輸出分量信號，聲音內(nèi)容按音頻格式編碼后輸出音頻信號。USB板輸出的分量信號固定只走主通道，直接送到PW328的Analog MUX inport2模擬輸入口等待選通。USB板輸出的音頻送到TA8851CN多路選擇器的輸入口E4，經(jīng)過TA8851CN選通到Out1輸出口輸出，然后送到MSP3450G的Scart1輸入口，經(jīng)MSP3450G選通到DACM輸出口輸出，經(jīng)LM358D運(yùn)放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

　　HD1/HD2

　　HD1輸入的分量信號，如走主通道則送到PW328的Analog MUX inport0模擬輸入口等待選通，如走副通道送到PW3300的Analog MUX inport2模擬輸入口等待選通。

　　HD1輸入的音頻信號送到MSP3450G的Scart2輸入口。音頻信號如走主通道，則經(jīng)MSP3450G選通到DACM輸出口輸出，經(jīng)LM358D運(yùn)放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。音頻信號如走副通道，則經(jīng)過MSP3450G選通到SC1_Out輸出，返送回TA8851CN的輸入口E1，經(jīng)過TA8851CN選通到Out2輸出口輸出，其中音頻信號經(jīng)過功放TDA7052B后送到耳機(jī)插孔。

　　HD2輸入的分量信號，如走主通道則送到PW328的AFE MUX inport1模擬輸入口等待選通，如走副通道則送到PW3300的Analog MUX inport4模擬輸入口等待選通。

　　HD2輸入的音頻信號送到MSP3450G的Scart3輸入口。音頻信號如走主通道，則經(jīng)MSP3450G選通到DACM輸出口輸出，經(jīng)LM358D運(yùn)放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。音頻信號如走副通道，則經(jīng)過MSP3450G選通到SC1_out輸出，返送回TA8851CN的輸入口E1，經(jīng)過TA8851CN選通到Out2輸出口輸出，其中音頻信號經(jīng)過功放TDA7052B后送到耳機(jī)插孔。

　　PC

　　PC輸入的模擬RGB信號，主通道送入PW328 的AFE MUX inport2模擬輸入口等待選通，副通道送到PW3300的AFE MUX inport1模擬輸入口等待選通，音頻信號與HD1的音頻信號共用一個(gè)端口，分別走主副通道的流程也與上述HD1一樣。

　　HDMI

　　HDMI輸入的信號固定只走主通道。

　　HDMI輸入的數(shù)據(jù)包信號，經(jīng)SiI9011解碼生成的數(shù)字RGB信號，直接送到PW328 的Input Port 0數(shù)字口等待選通，數(shù)字音頻信號經(jīng)SiI9011解碼出I2S送到CS4334進(jìn)行DAC轉(zhuǎn)換為兩路模擬立體聲音頻信號，然后再送到MSP3450G的Scart4輸入口，經(jīng)MSP3450G選通到DACM輸出口輸出，經(jīng)LM358D運(yùn)放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

　　現(xiàn)在，除HDMI以外的所有各種模擬信號，均已送到相應(yīng)的模擬輸入口等待選通。軟件控制芯片前端選通目前需要的信號通過。如果當(dāng)前輸入信號源是TV/AV，則信號需要先經(jīng)過ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后再經(jīng)過Video Decoder進(jìn)行視頻解碼，最后生成數(shù)字RGB信號。如果當(dāng)前輸入信號源是HD1/HD2/PC信號，則信號經(jīng)過ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后不需要再經(jīng)Video Decoder進(jìn)行視頻解碼就直接生成了數(shù)字RGB信號。以上生成的數(shù)字RGB信號，如果是走主通道，則從PW328的模擬前端AFE輸出然后送入PW328的Input Port1數(shù)字輸入口，如果是走副通道，則從PW3300的輸出口輸出，然后也送到PW328 的Input Port 0數(shù)字口等待選通，在此與前面所描述的HDMI信號源解碼生成的數(shù)字RGB信號會合，共用一個(gè)輸入口。

　　用軟件算法實(shí)現(xiàn)多畫面多布局

　　軟件通過一定的算法虛擬出屏幕上面的多個(gè)窗口，并且為每個(gè)窗口分別進(jìn)行去隔行化(Deinterlace)、縮放(Scale)、視頻增強(qiáng)(Video Enhance)、色空間轉(zhuǎn)換(Color Space Convert)等等處理，再合理安排窗口的數(shù)目和各個(gè)窗口的大小以及在屏幕上面的位置，以實(shí)現(xiàn)多畫面多布局的窗口組合，然后將各個(gè)窗口以及OSD信息疊加在一起，通過PW328的Display Port(顯示口)輸出24位的TTL電平的1080P@60Hz的數(shù)字RGB信號，再經(jīng)過SiI164芯片處理后送往DVI接口輸出，繼續(xù)送往采用LCOS技術(shù)的昂納明達(dá)的光機(jī)，最后在屏幕上面顯示輸出，最終實(shí)現(xiàn)雙通道多畫面多布局的1080P@60Hz的高清大屏幕光學(xué)電視的全部功能。

圖4 多畫面多布局詳細(xì)布局圖

　　整機(jī)提供的畫面布局有單畫面、畫中畫、分屏雙畫面、5畫面畫外畫、12畫面畫外畫共五種畫面布局，詳細(xì)布局見附圖(單畫面無需詳細(xì)說明故省略)，其中明黃色表示主通道畫面，其余顏色的表示是副通道的畫面，其中畫中畫布局時(shí)小畫面在屏幕上的大小、位置、透明度均可以通過用戶菜單調(diào)節(jié)。

　　受到物理硬件上只有兩路通道的限制，在進(jìn)行雙通道多畫面多布局顯示的時(shí)候，副通道的多個(gè)窗口在任意時(shí)刻都只有一個(gè)窗口是活動(dòng)的，其余的副通道窗口的圖像是靜止的。所有副通道的窗口每隔一段時(shí)間(例如2秒)輪流激活，最終實(shí)現(xiàn)多窗口多布局循環(huán)播放的顯示效果。

　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件框架如圖5所示。

圖5 軟件系統(tǒng)層次

　　該方案的軟件平臺基本可以分為四層：雜項(xiàng)層(Utility Layer)、應(yīng)用層(Application Layer)、硬件抽象層(HAL-Hardware Abstraction Layer)、驅(qū)動(dòng)層(Driver Layer)。其中應(yīng)用層為上層，硬件抽象層為中層，驅(qū)動(dòng)層為底層。應(yīng)用層包括窗口管理、用戶界面管理、電視節(jié)目管理等模塊，硬件抽象層包括圖像控制、OSD顯示控制、高頻頭搜臺控制、用具輸入控制等模塊，驅(qū)動(dòng)層包括高頻頭、圖像解碼器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲器、逐行化器件、圖像處理器間等的驅(qū)動(dòng)程序。雜項(xiàng)層包括主循環(huán)、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號量的處理、中斷服務(wù)程序、消息傳遞、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、事件處理、總線協(xié)議、串口調(diào)試協(xié)議、內(nèi)存塊讀寫、模式表維護(hù)、屏參配置、CRC校驗(yàn)、全局變量、數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的定義等等基本的功能模塊。

　　整個(gè)軟件系統(tǒng)層次清晰，模塊采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。為保證整個(gè)軟件的邏輯性，每一層的模塊均向自己的上層模塊提供服務(wù)，直至應(yīng)用層。每一層模塊都將自己需要實(shí)現(xiàn)的功能提交給自己的下一層，直至物理硬件層。整個(gè)軟件系統(tǒng)只能由上層逐層往下調(diào)用，不允許跨層次調(diào)用。雜項(xiàng)層因?yàn)樘峁└魇礁鳂拥幕竟δ苣K，各個(gè)層次的軟件模塊都有可能調(diào)用雜項(xiàng)層，雜項(xiàng)層也有可能存取各個(gè)層次的軟件模塊的一些變量等等。所以雜項(xiàng)層可以與其他三層相互調(diào)用。

　　各層次模塊之間具體的相互調(diào)用關(guān)系見圖6。

圖6 軟件系統(tǒng)調(diào)用關(guān)系