一种基于FS401的高分辨率视频转换器设计

摘   要：介绍了VGA高分辨率视频分配设计原理和TV视频转换的系统原理与总体架构。基于FS401视频处理器和VGA视频分配技术的应用，设计开发了一种高分辨率VGA-TV视频转换器。在分析视频格式转换基本原理及FS401芯片功能结构基础上，对视频转换器的硬、软件进行设计，最终开发出视频转换器电路板并应用于实际系统中。实测结果表明，实现了VGA信号两路分配和VGA到NTSC/PAL制式电视的转换，适用于多分辨率、多制式视频转换系统。
关键词： VGA-TV； 视频转换； FS401； 高分辨率； VGA分配
       随着数字视频技术的快速发展，视频转换处理技术的应用越来越广泛。在宣传演示、教育、娱乐游戏、视频监控、机载视频显示等领域均要求将PC输出的VGA视频信号转化成普通的标准电视信号。VGA视频绝大多数采用逐行扫描，而模拟电视信号则采用隔行扫描技术，且各自的行频和场频不相同，由于工作方式的差别，从VGA到TV的视频转换需要完成扫描从逐行到隔行的转换，行频和场频的相互匹配。视频转换器可实现VGA信号到电视视频信号的转换，但目前视频转换器所能支持的最大分辨率一般不超过1 024×768，因此在使用中受到一定的限制[1-5]。
     本文采用FS401数字图像处理器设计一种高分辨率多制式的VGA-TV视频转换器，使分辨率从640×480到1 600×1 280的计算机图像都能高质量地转换为电视视频图像[6]。给出视频转换器硬件系统工作原理和设计思路，将介绍VGA视频信号分配成两个VGA信号的高分辨率视频分配设计原理，单片机灵活地实现了I2C总线对FS401的编程控制。
1 FS401的工作原理及视频转换器结构
1.1 FS401的工作原理
     FS401芯片内部组成结构框图如图1所示，主要包括数字视频处理器、数字电视编码器、3路9位D/A转换器、3路8位A/D转换器、内部时序发生器、输入信号选择与处理单元、外存储器管理单元和芯片外接口电路等。从芯片内部结构可以看出，FS401提供了模拟和数字两种RGB视频信号输入接口,在模拟RGB信号送到数字视频处理器之前，需经过8位 A/D转换器，将模拟RGB信号转换为数字RGB信号；芯片内部还有一个彩条发生器，可产生8种彩条信号。这三路信号可以任选其中一路作为输入信号，并将其送到数字视频处理器中，通过行存储器和场存储器缓存，完成扫描方式变换、行场频率调整、色度信号变换以及数字滤波等信号处理工作。经过数字信号处理的视频数据被送到电视视频编码器，对亮度信号、色差信号以及色副载波信号等进行编码，使其输出转换为符合广播电视标准的Video和S-Video、分量视频或RGB数字视频信号，最后经过9位 D/A转换器，将数字信号变成标准的模拟电视信号。FS401的内部时序发生器主要是根据VGA输入的行同步和场同步信号以及外部P制时钟(17．734 MHz)和N制时钟(14．318 MHz)产生FS401芯片的控制时序、读写时序以及视频输出所需的各种同步信号及色副载波信号等。此外，FS401芯片还提供I2C接口电路，可通过外部微控制器去控制芯片内部寄存器，实现电视信号制式选择、图像亮度、对比度、饱和度等参数的凋节。
   
   1.2 视频转换器的整体结构
     本文设计的视频转换器可将VGA信号分配为两路VGA信号且同时转换为电视信号，其原理结构如图2所示。主要器件有FS401视频处理芯片、微处理器AT89C2051、SDRAM存储器GM72V161621CT及I2C总线接口等。视频信号由PC机VGA输入接口连到FS401，实现电视信号的输出,同时具有VGA视频2路环出通道可以接到显示器，因此无需任何外部设备就可实现计算机显示器和电视机同时显示输出，其中电视信号具有复合视频和S-Video视频两种输出接口。选用的微处理器AT89C2051片内带有2 KB Flash闪速存储器，128 B RAM，内置一个精密比较器、片内振荡器和晶振等资源[7]，因此外围电路大大简化。通过I/O口触发微处理器动作，AT89C2051根据不同命令由I2C接口对FS401内各寄存器进行读写操作。