基于PLM1000的CRT电视机高清电视图像实现

PLM1000即在这一市场背景下适时出现，为普通CRT电视机提供高清晰度信号接口，使该电视机不需更新换代，即能收看高清节目。这种以低成本增加功能的方法，非常符合国情，适应广大低端用户的需求。

　　PLM1000芯片的主要特点

　　PLM1000系列高清晰度电视图像处理芯片，是一款采用0.18微米CMOS工艺、专为普通CRT电视机设计的模拟/数字混合处理芯片。它采用10bit信号量化、独创的输入信号格式自动检测和高质量的图像处理方案。

　　PLM1000芯片将输入的模拟电视信号数字化，再进行数字信号处理，最后将数字信号还原为模拟电视信号后输出至模拟电视。它支持大部分高清制式的视频信号，如480P、576P、720P、1080i、1080P以及VGA信号，并支持4：3、16：9以及可配置的缩放处理等功能;不带外部存储器，所有操作都在片内完成，节省了成本;支持亮度、色度、饱和度、色度空间转换和RGB转换等功能。

　　芯片的主要特点如下：

　　* 1080P/1080i/720P/480P/ 576P/480i/576i分量输入，480i/576i分量输出;

　　* VGA 输入;

　　* 模拟输入和模拟输出;

　　* 输入信号场频为50Hz 时，输出信号为576i;输入信号场频为60Hz时，输出信号为480i;

　　* 输入信号是576i或480i时，输入信号直接输出;

　　* 输入信号与Macrovision兼容;

　　* 输入端和输出端所用的模拟到数字转换器和数字到模拟转换器均采用10bit转换器，比传统8bit转换器所能提供的信噪比高12dB;

　　* 图像增强功能;

　　* 图像演示功能;

　　* 无外接存储器节省系统成本;

　　* 提供外部通用二线串行总线控制接口，软件简单;

　　* 输出相当于模拟CRT隔行扫描电视机在DVD信号输入时的图像质量;

　　* SDIP64或LQFP64封装，可直接安装在电视机的主板上;

　　* 3.3V/1.8V电源供电。

　　基于PLM1000的应用系统设计

　　图1是基于PLM1000芯片的应用系统原理框图。

　　

　　从EVD/DVD等播放器输出的高清视频图像至PLM1000视频输入端，经PLM1000处理后输出标清分量图像480i或576i至普通CRT电视机的分量输入端，后续处理与普通CRT电视机的处理完全一样。

　　PLM1000内部主要由视频MUX模块、同步分离器、PLL和钳位模块、3路10bit高速ADC、Signal Processing模块、3路10bit高速DAC和通用串行总线接口模块组成，下面将分别介绍这几个模块的工作原理。

　　(1) 视频MUX模块

　　PLM1000支持两路视频同时输入：Y/Pb/Pr或Y/Cb/Cr和R/G/B，经视频MUX模块选择一路视频，输入至ADC，亮度信号Y同时输入至同步分离器模块。

　　(2) 同步分离器、PLL和Clamp模块

　　输入的亮度信号Y经同步分离器模块分离出后续处理模块处理所需要的复合同步、水平同步和垂直同步等信号，并且根据分离出来的信号，按照不同格式的输入信号同步信息不同，来检测输入信号的格式。检测出来的格式会传到寄存器控制模块，该模块根据检测出的模式选择向处理模块配置相应的寄存器值。

　　内部模拟锁相环PLL可基于行同步频率产生像素时钟，根据不同信号，提供不同的时钟信号，为了保留更多的图像细节，使图像经过处理后仍然保留了绝大部分细节信息，采用了过采样时钟来对ADC的输出进行采样，以480P为例，标准定义采样率为27MHz，行有效点为858个点，按照过采样，我们采用75.6MHz采样时钟，行采样点数达到2400个点，大大的增加了图像的细节信息。

　　视频信号的传输一般采用交流耦合方式，为了恢复视频信号中的直流成分，同时消除低频干扰如视频信号中的叠加型干扰，必须对输入信号进行钳位。该钳位电路接收Signal Processing模块输入的精确钳位信息，将输入信号钳位在固定的直流电平上。

　　(3) 3路10bit高速ADC

　　3路高速ADC将输入的高清模拟视频信号转换为数字信号，采用只有专业级视频处理器才使用的10bit量化保证了采样的细节和精度，与传统8bit ADC相比，信噪比提高了12dB。在后续信号处理以及最后的数模转换中，都采用了10bit处理。

　　(4) Signal Processing模块

　　经ADC量化后的3路各10bit数据进入Signal Processing模块。该模块的核心是一个高性能的视频缩放模块：将高清视频信号按照不同的缩放比率生成标清视频信号。它分为二部分组成：水平缩放单元和垂直缩放单元。连接水平和垂直缩放单元的是一个单口RAM，与采用双口RAM相比，尽管增加了部分控制逻辑，但是由于单口RAM要比双口RAM面积小得多，因此减少了芯片面积。

　　传统电视是用户根据自己的喜好手动调整图象参数，但是如果节目内容更改，比如播放对比度特别差的节目时，用户还需要再次调整。PLM1000包含自动图象增强功能，即根据视频图像内容自动修改图像的低频信号，并增强图像的高频信号，达到自动调整图像参数、增强图像视觉效果的目的。

　　该模块同时完成色度空间转换、YUV转RGB以及亮度、色度、饱和度调节等功能。

　　(5) 3路10bit高速DAC

　　高速DAC模块功能将处理后的数字信号转换成模拟信号输入到模拟电视。考虑到方便厂商做后续的模拟滤波处理，并且消除频域上的折射效应，PLM1000的DAC时钟为定义输出时钟的二倍。

　　(6) 通用串行总线接口。

　　该转换芯片和外部的接口为一种通用的二线串行总线协议，通过它可以配置PLM1000需要改变的寄存器值。

　　PLM1000软件流程如图2：

　　

　　上电后，电视机的CPU对PLM1000芯片执行上电初始化，执行必要的寄存器配置。同时为避免上电初始化期间电视机显示不确定信息，此时PLM1000关闭视频输出。为节省功耗，PLM1000支持待机省电模式(Power Down)。在这种模式下，PLM1000芯片及其外围电路所耗电流不到2mA。上电初始化完毕后，CPU读取PLM1000芯片内部自动格式检测结果，并根据事先设定的规则判断当前输入信号格式。若连续N次检测结果与当前信号格式不同，则设定当前检测结果为芯片新格式，CPU关闭PLM1000芯片视频输出，并对芯片配置相应的工作参数后开启视频输出;若不同，则维持原格式，即PLM1000工作在原格式下。

　　PLM1000应用说明

　　PLM1000作为一款高度集成化的高清电视图像处理芯片，只需外接少量的电路元件和3.3V/1.8V 的电源供电就可工作。它采用的通用串行总线，可以直接与电视机的CPU连接。电视机厂商只需要在现有程序上增加很少的程序就可以完成PLM1000芯片的配置。

　　PLM1000有两种封装：SDIP64和LQFP64。

　　SDIP64封装芯片可以直接安装在电视机的主板上，所以，电视机厂家不必更改原有的单层电路板生产线，而只需增加少量的元器件成本。

　　对于主板尺寸较紧张的21寸CRT电视，特别是超短管，采用LQFP64(规格：12mmⅹ12mm)封装、并采用插板的形式，则是较理想的选择。这样，只需在原有的电视机板上设计一个包含分量视频输入/输出、电源和串行总线的接口，单独生产一块安装有PLM1000 LQFP64封装芯片的插板(已有厂家将此插板尺寸做到45mmⅹ65mm的规格)，而不用改变现有的硬件设计方案。

　　总之，作为一款具备完全自主知识产权的高清电视图像处理芯片，PLM1000让高清图像走进寻常百姓家;同时，这种低成本高清电视图像处理解决方案，也延长了CRT 电视机的产业周期，带动了全行业的资源优化配置。