基于WSC1115的液晶电视的设计实例
时间：2008-03-18 15:12:00
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[导读]本文简单介绍了WSC1115芯片的功能特点，详细叙述了其在LCD-TV上的应用实例。
引言：WSC1115是成都威斯达芯片公司生产的一款综合了隔行转逐行扫描、图像缩放、帧频提升以及视频增强等技术的可编程数字视频处理芯片，它可将输入的8位ITU-R BT656数字视频信号和24位数字RGB信号按不同应用要求转换成不同输出格式，主要运用于数字电视(DTV)、逐行电视(PTV)、数字高清晰度电视(HDTV)及液晶电视(LCD-TV)等高端电视中。本文简单介绍了WSC1115芯片的功能特点，详细叙述了其在LCD-TV上的应用实例。
WSC1115可编程数字视频处理芯片是为模拟电视向数字电视过渡而设计的超大规模集成电路。该芯片采用0.18um设计工艺，综合了隔行转逐行扫描、图像缩放、帧频提升以及视频增强等功能模块，能从现行的模拟电视信号中去除噪声并提取清晰的图像信号，从而提高电视图像的水平清晰度和垂直清晰度，将高质量的画面显示在各种新型显像器件上，主要运用于数字电视、逐行电视、数字高清晰度电视及液晶电视等高端电视产品上。WSC1115芯片兼容现行的模拟电视和未来的数字电视播出制式，能消除大面积闪烁并且解决了传统电视的行结构问题。采用硬件可编程方式，可灵活地显示多种SDTV/HDTV格式，而且能与电视机、计算机的显示兼容。
系统功能设计
本系统主要由AC-DC电源适配器、主板、接口板、键盘/红外接收板四部分构成，如图1所示。
1 AC-DC电源适配器
该电源适配器包括AC220V/50Hz市电输入；DC24V/5A背光电源输出；DC12V/3A系统电源输出；DC5V/0.2A待机电源输出。
2 主板设计
主板部分包括：数字图像处理、LCD面板驱动、MCU和OSD、整机电源管理、伴音处理和音频放大等5部分，如图2所示。
图1：LCD-TV系统方案框图。
图2：主板原理框图。
图3：接口板原理框图。
图4：键盘/红外接收板框图。
数字图像处理
方案中采用的视频解码器是MICRONAS公司生产的VPC3230D，它是一颗多制式(PAL/NTSC/SECAM)视频解码芯片，可以解码TV、CVBS、S_VIDEO、YCBCR信号，内置运动自适应4H梳状滤波器，能得到很好的解码图像质量。它还可以通过外挂画中画(PIP)解码器来实现画中画功能，可以配合图文(TELETEXT)、童锁(V-CHIP)解码器来实现图文和V-CHIP功能。在VPC3230D中经A/D变换、亮色分离、色度解调后编码成ITU-R BT656信号，送到数字视频处理器WSC1115中进行隔行转逐行变换、图像缩放、图像增强、帧频转换以及显示处理。
方案中采用的ADC&DVI接收器是ADI公司生产的AD9882。它接收来自PC的模拟RGB信号、数字视频接口(DVI)信号和来自数字电视机顶盒的YPBPR信号，经过A/D转换后生成数字24位4:4:4 RGB信号也送到WSC1115中进行相应的图像处理和显示。
视频解码器、WSC1115、ADC&DVI接收器是整个系统的核心部分，它把不同来源的各路视频信号转变为LCD 面板能够支持的分辨率和刷新率。
采用的画中画(PIP)解码器是MICRONAS公司生产的SDA9589。它把来自子通道的CVBS、S_VIDEO、YCBCR信号进行解码和PIP处理，生成子画面模拟RGB信号和FB(Fast Blank，快速消隐)信号送到主通道视频解码器VPC3230D，经过A/D处理后，在VPC3230D内部与解码出来的主画面信号进行叠加处理，并生成ITU-R BT656数字信号送到WSC1115去进行相应处理，然后在LCD面板上显示出主画面和子画面。
VBI(Vertical Blanking Interval，场消隐期间)在电视处理中是指垂直扫描完成从屏幕底部回到屏幕顶部的时间。在这期间，没有任何的图像信息，可以利用这期间来传输图文和CC(Close Caption，隐藏式字幕)/V-CHIP等信息。方案中采用的图文解码器是飞利浦公司的SAA5264，采用的CC/V-CHIP处理器是ZILOG公司生产的Z86229。它把电视信号中包含的图文/CC/V-CHIP信息解码出来，生成模拟RGB信号和FB信号，同样送到视频解码器VPC3230D中经过转换后生成ITU-R BT656数字信号，再送到WSC1115去进行相应处理，然后在LCD面板上显示出来。
LCD面板驱动
本方案中所配合的LCD面板有TTL和单通道低压差分信号(LVDS)两种接口类型，WSC1115经过处理后输出的是TTL RGB数字信号，如果接的是TTL的屏则直接可以驱动，如果接的是单通道LVDS接口的屏，则必须把TTL信号转换为LVDS信号才能驱动LCD面板显示。方案中采用的LCD 面板驱动芯片是美国国家半导体公司生产的LVDS发送器DS90C385。
MCU和OSD
方案中采用的MCU和OSD是由MYSON公司生产的MTV230，它是一块集成了OSD功能、4路A/D、4路PWM DAC的基于MCS-51内核的单片机芯片。它接收键盘或遥控器的指令，并且通过I2C总线对视频解码器、WSC1115、音频处理器等IC的寄存器进行设置，完成相应的功能。MTV230使用了Flash OSD字库，用户可以自己定制字库，所以可以支持中文、英文、法文等多国语言。利用并口模拟I2C程序也可以方便地通过MTV230对LCD-TV整机进行在线编程(ISP)，升级程序。
整机电源管理
对来自AD-DC电源适配器的12V直流电源进行DC-DC处理，产生系统工作所需的5V、3.3V、1.8V等各种电源。
伴音处理、音频放大
方案中采用的音频处理器是MICRONAS公司生产的MSP3410G ，它具有伴音处理、丽音解码、环绕处理、高低音均衡、音量控制、静音等功能，它与MCU通过I2C总线进行通讯，是目前广泛运用的伴音处理芯片。方案中采用的音频放大器是TRIPATH公司生产的TA2024，它是双声道(15瓦/声道)数字D类功放，具有高效、节省面积、散热好的特点。
3 接口板
图3是接口板原理框图，包括：模拟视频信号输入、输出接口；模拟音频信号输入、输出接口；TV调谐器。
电视调谐器采用的是成都旭光生产的JS6B系列一体化高频头，其特点是频率合成、I2C控制、全增补电视频道、单5V供电等。它将本振、频段控制、调谐电压发生集于一体，解调出CVBS视频信号和TV伴音信号及第二伴音中频(SIF)音频信号，分别送到视频处理电路和音频处理电路进行相应的处理。采用一体化高频头，灵敏度高、解调性能好，而且使整个方案简洁可靠。
方案中采用的AV输入矩阵切换开关是三菱公司生产M52790SP。它包含2个独立的4输入音频切换开关和2个独立的4输入视频切换开关。
4 键盘/红外接收板
键盘/红外接收板框图如图4所示。
方案实现技巧和特色
系统有图文/CC/V-chip和PIP功能，但它们都是通过视频解码器(VPC3230D)的同一通道进入系统视频通道的，所以这两个功能不能同时实现，也就是说在同一时间只能实现一个功能。不过图文/V-chip是进入PIP芯片的，所以可以利用PIP芯片SDA9589的内部MUX模块来实现两级PIP功能。基于上面这些原因，PIP功能可以实现的有：在CVBS上叠加电视信号、在电视上叠加CVBS信号；在S-video上叠加电视信号、在电视信号上叠加S-video信号；在S-video上叠加CVBS信号、在CVBS上叠加S-video信号。
本系统是针对欧美全兼容方案设计的，考虑到欧洲与美国的不同需求，将图文和CC/V-chip的功能模块的输出通过跳线(电阻)放在同一个通道中，因此在一个系统板上只能实现其中一个功能，也就是对美国实现CC/V-chip功能，对欧洲实现图文功能。当生产欧洲机型的时候在PCB板上不焊接CC/VCHIP解码器及外围器件；同样，当生产美国机型的时候在PCB板上不焊接图文解码器及外围器件。
WSC1115芯片内置了3个DAC，可以通过输出模拟RGB、行同步(Hs)、场同步(Vs)信号接到CRT显示器上进行开发调试，调好了再接到LCD面板上进行微调，极大地方便了开发调试。
方案优缺点分析
本套系统是为兼容欧、美要求的出口型液晶电视而设计的通用机芯板，包含欧洲标准的SCART接口、图文解码器、丽音、美国标准的CC/VCHIP解码器等。另外该方案具有画中画功能，子画面位置和大小可调。本系统在设计上有很大的兼容性，可方便的移植到PDP-TV/LCOS-TV/DLP-TV等新型高端电视中。
本系统设计比较灵活，如果不需要DVI接口，则将ADC&DVI接收器AD9882换成AD9883，只处理PC信号和YPBPR信号，如果将AD9882换成ADC&HDMI接收器AD9880，则可以支持高清晰度多媒体接口(HDMI)。在实际产品中，根据客户的不同需求来灵活进行选择。
全系统仅由一个8位单片机MTV230控制，内含OSD发生器，只需要简单的补充字库，就可以实现多国语言的显示，而且支持普通红外遥控器。系统软件由C51语言编写，并建立了API库，方便移植和系统调用，而且便于生产厂家进行二次开发。
系统还增加了一个比较实用的功能—画面冻结。当观看者需要记录活动画面中的电话、地址等信息时，就可以按快捷键冻结当前画面，从而记下所需要的信息，再按一次键，恢复正常节目。
当所连接的LCD面板为双通道LVDS时，只能通过外加可编程逻辑器件CPLD，通过编写硬件描述语言(HDL)模拟双通道LVDS编码器，并配置到CPLD中来驱动，会较大地加大机芯成本，所以在对成本非常看重的情况下，本方案建议不配合双通道LVDS液晶屏使用。
参考文献：1 WSC1115 Video Processor Data Sheet.Chengdu,China:WestStarChips Co.,Ltd,2003.
2 ITU-R BT.656-5.Interfaces for Digital Component Video Signals in 525-Line and 625-Line Television Systems Operating at the 4:2:2 Level of Recommendation ITU-R BT.601.1995.
3 Keith Jack. Video Demystified: a handbook for the digital engineer,3rd Edition.2001.
WSC1115可编程数字视频处理芯片是为模拟电视向数字电视过渡而设计的超大规模集成电路。该芯片采用0.18um设计工艺，综合了隔行转逐行扫描、图像缩放、帧频提升以及视频增强等功能模块，能从现行的模拟电视信号中去除噪声并提取清晰的图像信号，从而提高电视图像的水平清晰度和垂直清晰度，将高质量的画面显示在各种新型显像器件上，主要运用于数字电视、逐行电视、数字高清晰度电视及液晶电视等高端电视产品上。WSC1115芯片兼容现行的模拟电视和未来的数字电视播出制式，能消除大面积闪烁并且解决了传统电视的行结构问题。采用硬件可编程方式，可灵活地显示多种SDTV/HDTV格式，而且能与电视机、计算机的显示兼容。
系统功能设计
本系统主要由AC-DC电源适配器、主板、接口板、键盘/红外接收板四部分构成，如图1所示。
1 AC-DC电源适配器
该电源适配器包括AC220V/50Hz市电输入；DC24V/5A背光电源输出；DC12V/3A系统电源输出；DC5V/0.2A待机电源输出。
2 主板设计
主板部分包括：数字图像处理、LCD面板驱动、MCU和OSD、整机电源管理、伴音处理和音频放大等5部分，如图2所示。
图1：LCD-TV系统方案框图。
图2：主板原理框图。
图3：接口板原理框图。
图4：键盘/红外接收板框图。
数字图像处理
方案中采用的视频解码器是MICRONAS公司生产的VPC3230D，它是一颗多制式(PAL/NTSC/SECAM)视频解码芯片，可以解码TV、CVBS、S_VIDEO、YCBCR信号，内置运动自适应4H梳状滤波器，能得到很好的解码图像质量。它还可以通过外挂画中画(PIP)解码器来实现画中画功能，可以配合图文(TELETEXT)、童锁(V-CHIP)解码器来实现图文和V-CHIP功能。在VPC3230D中经A/D变换、亮色分离、色度解调后编码成ITU-R BT656信号，送到数字视频处理器WSC1115中进行隔行转逐行变换、图像缩放、图像增强、帧频转换以及显示处理。
方案中采用的ADC&DVI接收器是ADI公司生产的AD9882。它接收来自PC的模拟RGB信号、数字视频接口(DVI)信号和来自数字电视机顶盒的YPBPR信号，经过A/D转换后生成数字24位4:4:4 RGB信号也送到WSC1115中进行相应的图像处理和显示。
视频解码器、WSC1115、ADC&DVI接收器是整个系统的核心部分，它把不同来源的各路视频信号转变为LCD 面板能够支持的分辨率和刷新率。
采用的画中画(PIP)解码器是MICRONAS公司生产的SDA9589。它把来自子通道的CVBS、S_VIDEO、YCBCR信号进行解码和PIP处理，生成子画面模拟RGB信号和FB(Fast Blank，快速消隐)信号送到主通道视频解码器VPC3230D，经过A/D处理后，在VPC3230D内部与解码出来的主画面信号进行叠加处理，并生成ITU-R BT656数字信号送到WSC1115去进行相应处理，然后在LCD面板上显示出主画面和子画面。
VBI(Vertical Blanking Interval，场消隐期间)在电视处理中是指垂直扫描完成从屏幕底部回到屏幕顶部的时间。在这期间，没有任何的图像信息，可以利用这期间来传输图文和CC(Close Caption，隐藏式字幕)/V-CHIP等信息。方案中采用的图文解码器是飞利浦公司的SAA5264，采用的CC/V-CHIP处理器是ZILOG公司生产的Z86229。它把电视信号中包含的图文/CC/V-CHIP信息解码出来，生成模拟RGB信号和FB信号，同样送到视频解码器VPC3230D中经过转换后生成ITU-R BT656数字信号，再送到WSC1115去进行相应处理，然后在LCD面板上显示出来。
LCD面板驱动
本方案中所配合的LCD面板有TTL和单通道低压差分信号(LVDS)两种接口类型，WSC1115经过处理后输出的是TTL RGB数字信号，如果接的是TTL的屏则直接可以驱动，如果接的是单通道LVDS接口的屏，则必须把TTL信号转换为LVDS信号才能驱动LCD面板显示。方案中采用的LCD 面板驱动芯片是美国国家半导体公司生产的LVDS发送器DS90C385。
MCU和OSD
方案中采用的MCU和OSD是由MYSON公司生产的MTV230，它是一块集成了OSD功能、4路A/D、4路PWM DAC的基于MCS-51内核的单片机芯片。它接收键盘或遥控器的指令，并且通过I2C总线对视频解码器、WSC1115、音频处理器等IC的寄存器进行设置，完成相应的功能。MTV230使用了Flash OSD字库，用户可以自己定制字库，所以可以支持中文、英文、法文等多国语言。利用并口模拟I2C程序也可以方便地通过MTV230对LCD-TV整机进行在线编程(ISP)，升级程序。
整机电源管理
对来自AD-DC电源适配器的12V直流电源进行DC-DC处理，产生系统工作所需的5V、3.3V、1.8V等各种电源。
伴音处理、音频放大
方案中采用的音频处理器是MICRONAS公司生产的MSP3410G ，它具有伴音处理、丽音解码、环绕处理、高低音均衡、音量控制、静音等功能，它与MCU通过I2C总线进行通讯，是目前广泛运用的伴音处理芯片。方案中采用的音频放大器是TRIPATH公司生产的TA2024，它是双声道(15瓦/声道)数字D类功放，具有高效、节省面积、散热好的特点。
3 接口板
图3是接口板原理框图，包括：模拟视频信号输入、输出接口；模拟音频信号输入、输出接口；TV调谐器。
电视调谐器采用的是成都旭光生产的JS6B系列一体化高频头，其特点是频率合成、I2C控制、全增补电视频道、单5V供电等。它将本振、频段控制、调谐电压发生集于一体，解调出CVBS视频信号和TV伴音信号及第二伴音中频(SIF)音频信号，分别送到视频处理电路和音频处理电路进行相应的处理。采用一体化高频头，灵敏度高、解调性能好，而且使整个方案简洁可靠。
方案中采用的AV输入矩阵切换开关是三菱公司生产M52790SP。它包含2个独立的4输入音频切换开关和2个独立的4输入视频切换开关。
4 键盘/红外接收板
键盘/红外接收板框图如图4所示。
方案实现技巧和特色
系统有图文/CC/V-chip和PIP功能，但它们都是通过视频解码器(VPC3230D)的同一通道进入系统视频通道的，所以这两个功能不能同时实现，也就是说在同一时间只能实现一个功能。不过图文/V-chip是进入PIP芯片的，所以可以利用PIP芯片SDA9589的内部MUX模块来实现两级PIP功能。基于上面这些原因，PIP功能可以实现的有：在CVBS上叠加电视信号、在电视上叠加CVBS信号；在S-video上叠加电视信号、在电视信号上叠加S-video信号；在S-video上叠加CVBS信号、在CVBS上叠加S-video信号。
本系统是针对欧美全兼容方案设计的，考虑到欧洲与美国的不同需求，将图文和CC/V-chip的功能模块的输出通过跳线(电阻)放在同一个通道中，因此在一个系统板上只能实现其中一个功能，也就是对美国实现CC/V-chip功能，对欧洲实现图文功能。当生产欧洲机型的时候在PCB板上不焊接CC/VCHIP解码器及外围器件；同样，当生产美国机型的时候在PCB板上不焊接图文解码器及外围器件。
WSC1115芯片内置了3个DAC，可以通过输出模拟RGB、行同步(Hs)、场同步(Vs)信号接到CRT显示器上进行开发调试，调好了再接到LCD面板上进行微调，极大地方便了开发调试。
方案优缺点分析
本套系统是为兼容欧、美要求的出口型液晶电视而设计的通用机芯板，包含欧洲标准的SCART接口、图文解码器、丽音、美国标准的CC/VCHIP解码器等。另外该方案具有画中画功能，子画面位置和大小可调。本系统在设计上有很大的兼容性，可方便的移植到PDP-TV/LCOS-TV/DLP-TV等新型高端电视中。
本系统设计比较灵活，如果不需要DVI接口，则将ADC&DVI接收器AD9882换成AD9883，只处理PC信号和YPBPR信号，如果将AD9882换成ADC&HDMI接收器AD9880，则可以支持高清晰度多媒体接口(HDMI)。在实际产品中，根据客户的不同需求来灵活进行选择。
全系统仅由一个8位单片机MTV230控制，内含OSD发生器，只需要简单的补充字库，就可以实现多国语言的显示，而且支持普通红外遥控器。系统软件由C51语言编写，并建立了API库，方便移植和系统调用，而且便于生产厂家进行二次开发。
系统还增加了一个比较实用的功能—画面冻结。当观看者需要记录活动画面中的电话、地址等信息时，就可以按快捷键冻结当前画面，从而记下所需要的信息，再按一次键，恢复正常节目。
当所连接的LCD面板为双通道LVDS时，只能通过外加可编程逻辑器件CPLD，通过编写硬件描述语言(HDL)模拟双通道LVDS编码器，并配置到CPLD中来驱动，会较大地加大机芯成本，所以在对成本非常看重的情况下，本方案建议不配合双通道LVDS液晶屏使用。
参考文献：1 WSC1115 Video Processor Data Sheet.Chengdu,China:WestStarChips Co.,Ltd,2003.
2 ITU-R BT.656-5.Interfaces for Digital Component Video Signals in 525-Line and 625-Line Television Systems Operating at the 4:2:2 Level of Recommendation ITU-R BT.601.1995.
3 Keith Jack. Video Demystified: a handbook for the digital engineer,3rd Edition.2001.
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