深入芯片看高清电视视频解码电路

---数字高清CRT电视面世至今,经历了从1080i的单一格式到720P、1080P等全球格式兼容发展阶段,实现了全面兼容所有高清信号格式。数字高清视频解码电路得到全方位提升,实现了色彩丰富纯正、清晰锐利的高画质图像。
---视频处理前端包括传统的模拟视频信号（CVBS、S－VHS和YCbCr分量视频信号）解码器和高清模拟分量视频信号(YPbPr)解码器。目前模拟视频信号和高清分量视频信号数字解码方法通常采用以下两种方式。
---● 对模拟CVBS信号采用彩色全电视信号数字化,然后在数字域中进行Y/C分离和数字彩色解码,以获得所希望的Y、R-Y和B-Y分量数字化信号。 
---● 对S－VHS、YcbCr、RGB和YPbPr分量视频信号采用分量视频信号的数字化方式,即用三路(S－VHS信号为二路：Y、C )A/D转换器分别对它们的相应分量视进行数字化,获得Y、R-Y、B-Y 或RGB数字化信号。
---模拟视频信号解码输出通常为ITU-R 601或ITU-R 656标准格式数字信号。
---鉴于高清视频信号的亮度信号最大带宽为30MHz,高清模拟分量视频信号解码器实际采用的亮度信号采样频率为74.25MHz（大于两倍带宽）,两个色差信号的采样频率分别取亮度信号采样频率的一半（即37.125 MHz）的采样方式和每个分量8bit或10bit的量化模式,保证了无损耗还原1080I/720P高清晰度电视的信号。
---显而易见,对1080P而言,亮度信号的最大带宽为60MHz,那么要求的采样频率就是148.5MHz,目前通用的AD9883用最大140MSPS只能做到最高SXGA级的采样数。因此对1080P信号数字化只能采用欠采样方法处理。所谓欠采样,就是每行的采样数不是标准的,比实际采样点要少。欠采样为目前市场上大多数所谓的1080P顶级高清处理1080P信号的方法,要真正支持1080P,采样频率达205MHz的AD9888才可以做到。
---高清模拟分量视频信号解码器完成高清模拟分量视频信号和VGA信号的分量视频信号的数字化,即对输入的YPbPr高清模拟分量视频信号和从VGA端口输入的计算机格式的RGB分量信号,用三路ADC分别进行分量视频信号的数字化。

数字高清电视模拟视频解码电路
1 泰鼎（TRIDENT）DPTV模拟视频解码器方案
---泰鼎DPTV（Digital Processing Television）模拟视频解码器方案不仅涵盖了模拟视频解码处理电路,还包括了数字图像变频、处理电路。
---泰鼎DPTV应用于高清电视的产品主要有4个档次,从低到高依次为：DPTV MV、DPTV 3D、 PanelTV 3D Pro和DPTV 3D Pro,以及 DPTV SVP-EX（采用了DCRe技术,该技术应用于影院真实动画,并在LCD投影仪、平板CRT和等离子TV方面性能优异）。
---泰鼎DPTV 3D芯片主要功能有自适应所有视频制式（PAL/NTSC/SECAM）,可编程连续变频隔行扫描（75i,100i和120i）和逐行扫描（60p和75p）,14个动态画面质量增强（14D）功能,内置可编程3D梳状滤波器的PAL/NTSC制式解码器和PAL/NTSC 制式数字解码器,以及高精度的10 bit ADC和DAC。
---泰鼎DPTV模拟视频解码器信号处理流程如图1所示。S－VHS、YCbCr和CVBS三种信号可通过DPTV进行选择处理。对CVBS和S－VHS经过自适应数字梳状滤波、彩色解码输出分量数字信号;对YCbCr分量信号只进行分量数字化处理输出分量数字信号。分量数字信号采用8bit或16bit的ITU-R 601标准格式数据。

2 微科（MICRONAS）模拟视频解码器方案
---微科（MICRONAS）模拟视频解码器方案一般采用VPC3230D全制式(PAL/NTSC/SECAM)彩色解码电路,它属于模拟视频前端处理电路。该芯片的主要特点如下：用于Y/C分离的高性能4H自适应梳状滤波器,具有自动调节垂直峰化功能;可适应所有视频制式;有4个CVBS视频信号输入端、一个S－VHS视频信号输入端,一个CVBS输出端,两个RGB/YCbCr分量输入端和一个快速消隐输入端;内含钳位电路及AGC电路、集成高质量的A/D转换器;多种制式同步信号处理,可对所有信号进行清晰度、对比度、亮度、彩色饱和度和色调控制;只需一个20.25MHz晶振和极少的外部元件便可实现其所有功能。
---CVBS、S－VHS及YCbCr/RGB分量视频信号均直接输入给VPC3230D,在CPU的控制下,通过I2C总线使VPC3230D选择其中的一路视频信号,送往A/D转换器。CVBS和S－VHS信号通过A/D转换后送自适应数字梳状滤波器和彩色解码器。YCbCr/RGB分量视频信号经A/D转换后进行模式、对比度、饱和度、亮度和色度的处理。以上经过处理的CVBS、S－VHS和YCbCr/RGB信号均要经混合器送2D定标器完成PIP、场景模式、对比度、亮度和峰化控制,最后得到数字视频信号。数字视频采用ITU-R 601 或ITU-R 656标准输出格式。ITU-R 656与ITU-R 601标准接口相比省去了水平同步线和垂直同步线,而将同步标志SAV和EAV叠加在数据信号的开始处进行传输。VPC3230D视频解码流程如图2所示。

3 飞利浦（PHILIPS）模拟视频解码器方案
---飞利浦（PHILIPS）模拟视频解码器方案一般采用SAA7118或SAA7119全制式彩色解码电路,属于模拟视频前端处理电路。SAA7118和SAA7119的主要功能大致相同,本文只介绍SAA7118,该芯片的主要特点如下：用于Y/C分离的高性能4H自适应梳状滤波器;自适应所有视频制式; 16路模拟信号输入端,可实现灵活的信号组合输入：CVBS、S－VHS、RGB/YCbCr分量和VSB/COFDM/QAM;具有用于CVBS、S－VHS和基带信号分离的亮度、对比度和饱和度调整和基于CVBS、S－VHS的色彩控制;可编程的亮度/色度带宽;内含钳位电路及AGC电路、集成4通道低噪声9bit 过采样A/D转换器;像素型多尺寸图像精密行场缩放控制,具有内插滤波和视频先入先出;时钟采样率达27MHz;特有的VBI Data Slicer（场逆程数据分割器）;输出8bit或16bit的ITU-R 601标准格式的数据输出端口,扩展X端口。
---SAA7118模拟视频解码流程如图3 所示。与SAA7118相比,SAA7119主要增加了如下功能：采用集成4通道低噪声4浮点ITU-R 656过采样(54MHz)10bit A/D转换器;可输入处理YPbPr(480P、576P)分量信号;输出ITU-R 656标准格式的数据。具有画质增强技术（肤色校正和可编程锐度控制等）,时钟采样率达54MHz。
---SAA7118模拟视频解码设计的主要特点是：16路模拟信号的一种首先通过模拟输入处理器选择输入、信号钳位及AGC控制处理后,送4通道A/D转换器进行A/D转换,并采用相应的方法进行处理。对数字化CVBS信号先经过自适应数字梳状滤波完成亮/色分离后,再进行亮度、色度处理;对数字化S－VHS信号只进行亮度、色度处理（分离出色差Cr和Cb信号）;而对数字化RGB/YCbCr分量信号只进行分量处理。处理后的相应信号送入解码输出控制器,如果是S－VHS、CVBS信号,还要进行彩色解码。最后经定标器和输出格式化后,得到8bit或16bit的ITU-R 601格式的数据。

数字高清电视高清模拟分量视频解码电路
---目前高清模拟分量视频电路常用的IC是AD9883。AD9883是具有300MHz输入带宽的8bit高速A/D转换器,内部框图如图4所示,140MS/S的采样转换率最高支持1280×1024（75Hz刷新）,可实现对YPbPr和RGB信号的数字解码处理。用于XGA和SXGA分辨率的显示。
---高清模拟分量视频信号（1080i/720P/1080P）YPbPr和VGA信号分别由三个RCA端子和D-SUB端子输入,高清信号和VGA信号通过高速开关切换出一路至A/D转换器AD9883,完成A/D转换,转化为24 bit或30 bit数字YPbPr或RGB输出。对于行场同步信号,VGA是直接将HD、VD输入到AD9883,而YPbPr信号则通过AD9883从Y信号中提取行场同步信号。
---视频解码电路决定图像彩色、亮色分离水平和非标准信号适应性等,较高水平的是SAA7118和SAA7119,一般用于液晶、等离子、微显(LCD/DLP)背投等高端产品,长虹CHD29168等少数CRT高清前端也有采用。该类产品在接收模拟电视信号时图像透亮感、白色纯正度和彩色艳丽等方面表现较好。微科VPC3230D、 TRIDENT的DPTV常用于普通数字高清CRT电视,例如长虹DT-5（如CHD2983）、DT-7/DT-1（如CHD29166、CHD2990）机芯均采用VPC3230D作为解码IC;创维V12数字引擎电视则是采用TRIDENT DPTV 3D及以上档次解码IC。