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                利用CME-M5实现1080P高清字符叠加的设计要点分析

                2015年02月02日16:50:45 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T
                关键字:应用 数字 

                作者:京微№雅格系统应用工程师杨雪峰

                 

                随着信息化㊣ 技术的提高,人们对于视觉欣赏的要求越来越高。“视觉冲击力”成为人们评判显示性能的一个标准。视觉冲击力不仅要求画面尺寸超大,最主要的还要要求画面显示清晰,包括图片与【文字。为了满足这种诉求,本文以京微雅→格CME-M5(金山)为例,为您分析△如何在HDMI高清信号中叠加字符,并且最终实现高清输出的过程。

                 

                如下图所示,不难看出,就是把一路HDMI高清信号通过HDMIRGB芯片送到CME-M5后,与外部的字符芯片进行高¤清叠加后,再通过RGBHDMI送出来。

                 

                抛开其它的功能,从最最简单By-Pass开始验证,就是说, 150MHz24bit RGB进,不作任何处理,直接把150MHz24 bit RGB送出,如果By-Pass都搞不定,其它功能再调试也是枉然。By-Pass的关键代码如下:

                以列灰卐阶的验证,是最容易看出问题的。简单补充一下,什么叫々灰阶?

                灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别。这中间层级越多,所能够呈现的画面效果也就越细腻。以8bit panel为例,能表现28次方,等于256个亮度层次,我◥们就称之为256灰阶。

                对应于数字逻辑来说, 就是R/G/B0~255渐变的过程,分成256等份,递增为1, 256灰阶;分成8等份,递增值为32,叫8灰阶。




                假设计是256级的黑白灰屏, R-G-B三色同时由FF变为00,即24根数据线同时电平翻转,这对FPGA芯片的供电⊙、速度要求是最高的,所以专用测试验证来看,灰□阶基本上可以验证视频传输的质量是否稳定卐可靠,其它的拿图片混过关的实际上都不算数的。

                 

                那好吧,我们就以256灰阶作为参妈考图例验证。

                 

                按照一般CPLD EPM240的设计,直通的效果是完美,不用怀疑,已经过广泛的使用。正常的效果ㄨ如下,没亮线,没噪点。



                而在通过M5-ByPass的显示※效果如下所示(几张示例图片),几种颜色的灰阶都出现亮线。


                根据以上可得,像CPLD那种By-Pass的方式是行不通的。引起灰阶亮】线问题,一般有两个:

                (1)      一个是驱动电流不足;

                (2)      另一个是IO或时钟速度跟№不上,数据⊙没有对齐;

                 

                先从第一个解决方案着手,在primace7.2下把默认的HS,VS输出4mA(default)改为8mA,对翻转速度比较快的PCLK改为16mA。而输入全部加拉弱上拉,改了以后↓仅对黄色灰阶有改善(看不出亮线〖),其它的并没有改进行。


                进行第二个方案,解决数据对齐的问题。加入FastIO设置,效果也没有明显示的改善。


                最终考虑,还是用同步时钟〗把RGB-HS-VS打一拍同步进来试试看,代码也非常简单,如下所示。



                         出来的效』果是让人满意的。之前的所有彩】色灰阶,显示正常,如下所示。


                准备收工举杯庆祝的时候,发现最后一关仍然没过,那就是该死的256黑白灰阶,还剩下一条亮线了,按照一般应⌒ 用,都是图片叠○加文字,是能混过去的。因为到了这朱俊州却握紧了拳头一步好像没什么可以调整了,设计太简单了,也曾想过,那就这样吧,M5的性能也就只■能到这里。


                亮线的︾问题除了跟数据有关,也跟时钟有关,PCLK的电流设置▽到16mA,带来增〗加驱动能力的好处,同时也会增大电平翻转的过冲。如下图所示,绿色的方波是我们想要的最佳波形,红色波形却是实际的情况,拿张M5的电路,示波器测试一≡下即可验证。


                如果能◤把过冲收拾掉同时能保持16mA的电流,这个信号就是完美的。我们希望是这样,现在还剩下一个看似不重要的参数仍然可以调整,叫做Slew-Rate。看上去都是默认最快的Fastest(default),都已♂经最快,还是什么可调节呢,我们不◥是要求最快的吗?

                 

                 

                 

                 

                 

                由于英文不太◣好,百度搜索了一下Slew-Rate的意思。

                slew rate 就是电压转换速率(Slew Rate),简写为SR,简称压抬眼看了下在场摆率。其定义是在1微秒或者1纳秒等时间里电压升高的幅度,直观上▂讲就是方波电压由波谷升到波峰所需时间。

                如下图所示。


                也就是说slew-rate是能够反对带着她改嫁给了另一个男人影响PCLK方波输出的爬升的时间,slew-rate越快,翻转速度越快,过冲越大,反之爬升的时间】越慢,过冲就越少。这跟运算放大器通过调节电容控制转换时间是一致∩的,slew-rate的调节跟调整电容器是类似的,有电容就有可能吃掉过冲干扰。

                 

                分析完毕,在primace的软件设置如下。


                运行结果比想象中的要好,如下所示,灰阶的亮线也是不见了,非常干净。可以收工,往下一步走@ 了。


                见→高清大图

                 

                对于应用来看, FastestSlew-Rate未必如其名,速度是最快的,它可以导致其它问题的产生,适当微调♀各类参数,有时也会有意想不到的¤好结果。 当然也证明了CME-M5IO是有能◆力实现150MHz的高@清视频传输。

                 

                此文仅作抛砖引玉,实际问题还得实际分析,如果能对大家有一定借鉴,那将是莫大的荣幸。

                 

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