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一款高质量的单片数字视频解码器TVP5147

2020-9-28 16:59:13  408 解码器
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TVP5147是一款高质量的单片数字视频解码器,它将所有流行的基带模拟视频格式数字化并解码为数字分量视频。TVP5147解码器支持分量YPbPr信号的模数转换,以及NTSC、PAL、SECAM复合和S-video到分量YCbCr的模数转换和解码。该解码器包括两个10位30-MSPS A/D转换器(adc)。在设备中的每个ADC之前,对应的模拟通道包含一个模拟电路,该电路将输入钳制到参考电压,并应用可编程增益和偏移。总共10个视频输入终端可以配置为YPbPr、CVBS或S-video视频输入的组合。
复合或S视频信号在2×平方像素或ITU-R BT.601时钟频率下采样,行锁定对齐,然后抽取到1×像素速率。CVBS解码对luma和chroma数据路径都使用五行自适应梳状滤波,以减少交叉luma和交叉chroma伪影。还提供色度陷阱滤波器。在CVBS和S-video输入端,用户可以通过IC主机端口接口控制视频特性,如对比度、亮度、饱和度和色调。此外,还包括具有可编程增益的luma峰值(锐度)以及获得专利的色度瞬态改善(Cti)电路。
可以选择以下输出格式:20位4:2:2 YCbCr或10位4:2:2 YCbCr。
TVP5147解码器除了生成数字视频输出外,还生成同步、消隐、场、活动视频窗口、水平和垂直同步、时钟、genlock(用于下游视频编码器同步)、主机CPU中断和可编程逻辑I/O信号。
TVP5147解码器包括用于高级垂直消隐间隔(VBI)数据检索的方法。VBI数据处理器(VDP)对teletext、闭路字幕(CC)和其他VBI数据进行切片、分析和错误检查。一个内置的FIFO存储多达11行的teletext数据,通过适当的主机端口同步,可以进行全屏的teletext检索。TVP5147解码器可以通过输出格式化器2×采样的原始luma数据进行基于主机的VBI处理。
TVP5147解码器的主要块包括:
•对微弱和噪声信号以及VCR技巧模式进行稳健的同步检测
•通过2-D 5线自适应梳状或色度陷波滤波器实现Y/C分离
•两个带模拟预处理器的10位30-MSPS A/D转换器[钳位和自动增益控制(AGC)
•模拟视频输出
•亮度处理器
•色度处理器
•时钟/定时处理器和断电控制
•软件控制节能待机模式
•输出格式化程序
•IC主机端口接口2
•VBI数据处理器
•Macrovision复制保护检测电路(1、2、3型和独立色带检测)
•3.3-V容错数字I/O端口
详细功能
•两个30-MSPS,10位A/D通道,带可编程增益控制
•支持NTSC(J、M、4.43)、PAL(B、D、G、H、I、M、N、Nc、60)和SECAM(B、D、G、K、K1、L)CVB和S-video
•支持带嵌入式同步的模拟组件YPbPr视频格式
•10个模拟视频输入终端,用于多源连接
•支持模拟视频输出
•用户可编程视频输出格式
-10位ITU-R BT.656 4:2:2 YCbCr,带嵌入式同步
-10位4:2:2 YCbCr与单独同步-20位4:2:2 YCbCr与单独同步
-2×垂直消隐期间活动视频中的采样原始VBI数据
-垂直消隐期间或活动视频期间的切片VBI数据(全场模式)
•具有可编程位置、极性、宽度和场ID(FID)输出的HSYNC/VSYNC输出
•复合和S-视频处理
-用于复合视频输入的自适应2-D 5线自适应梳状滤波器;提供色度陷阱
-自动视频标准检测(NTSC/PAL/SECAM)和切换
-具有可编程增益的Luma峰值
-获得专利的色度瞬态改善(CTI)
专利架构,用于锁定微弱、噪声或不稳定信号
-适用于所有标准的14.31818-MHz单参考晶体(ITU-R.BT601和方形像素采样)–具有水平和垂直锁定信号输出的线锁定内部像素采样时钟生成
-用于下游视频编码器同步的Genlock输出RTC格式
•经认证的Macrovision拷贝保护检测
VBI数据处理器
-图文电视(NABTS,WST)
-CC和扩展数据服务(EDS)
-宽屏信号(WSS)
复制生成管理系统(CGMS)
视频节目系统(VPS/PDC)
-垂直间隔时间代码(VITC)
-Gemstar1×/2×模式
-V芯片解码
-对CC、WSS(CGMS)、VPS/PDC、VITC和Gemstar 1×/2×切片数据进行寄存器回读
•IC主机端口接口2
•降低功耗:1.8 V数字核心、3.3 V数字I/O和1.8 V/3.3 V模拟核心,具有省电和断电模式
•80端子TQFP电源板封装
1.2 TVP5147应用
dlp投影
•数字电视
•液晶电视/显示器
•DVD刻录机
•PVR
•PC视频卡
•视频捕获/视频编辑
•视频会议
功能框图


终端分配

功能描述
模拟处理和A/D转换器
图模拟处理器和a/D转换器的功能图,它们为所有视频输入提供模拟接口。它接受多达10个输入,并执行源选择、视频钳位、视频放大、A/D转换、增益和偏移调整,以使数字化视频信号居中。TVP5147支持所选模拟输入视频的一个模拟视频输出。

模拟处理器和A/D转换器
视频输入开关控制
TVP5147解码器有两个模拟通道,最多可接受10个视频输入。用户可以通过IC接口配置内部模拟视频开关。10个模拟视频输入可用于不同的输入配置,其中一些是:
•多达10个可选择的单独复合视频输入
•多达四个可选S-video输入
•多达三个可选择的模拟YPbPr视频输入和一个CVBS输入
•最多两个可选择的模拟YPbPr视频输入、两个S视频输入和两个CVBS输入
输入选择由IC子地址00h处的输入选择寄存器执行(见第2.11.1节)。
模拟输入夹紧
内部箝位电路将交流合视频信号恢复到固定的直流电平。箝位电路将视频同步电平逐行恢复到固定的直流参考电压。TVP5147解码器自动执行底部和中间钳位之间的选择。
自动增益控制
TVP5147解码器使用两个可编程增益放大器(PGA),每个通道一个。PGA可以将电压输入符合性为0.5-V到2.0-V的信号缩放到满标度10位a/D输出码范围。4位代码通过每个通道的单独调整来设置粗增益。最小增益对应代码0x0(2.0-V满标度输入,-6-dB增益),最大增益对应代码0xF(0.5 V满标度,+6-dB增益)。TVP5147解码器还对每个信道具有12位精细增益控制,并且独立地应用于粗略增益控制。对于复合视频,输入视频信号的幅度可以从1v的标称电平显著变化。TVP5147解码器可以自动调整其PGA设置:可以启用自动增益控制(AGC),并且可以调整信号幅度,以便在不限幅的情况下达到ADC的最大范围。一些非标准视频信号包含使ADC饱和的峰值白电平。在这些情况下,AGC会自动减少增益以避免削波。如果AGC打开,则TVP5147解码器可以读取当前使用的增益。聚丙烯聚丙烯聚丙烯聚丙烯聚丙烯
TVP5147 AGC包括Y/C分离前的前端AGC和Y/C分离后的后端AGC。当复合峰值(仅在Y/C分离之前相关)等幅度基准迫使前端AGC将增益设置得过低时,后端AGC恢复最佳系统增益。前端和后端AGC算法最多可以使用四个振幅参考:同步高度、彩色突发振幅、合成峰值和luma峰值。
前端和后端AGC算法使用的特定幅度基准可以使用位于子地址74h的AGC白峰处理寄存器进行独立控制。TVP5147增益增量速度和增益增量延迟可以使用位于子地址78h的AGC增量速度寄存器和AGC位于子地址79h的增量延迟寄存器。
模拟视频输出
模拟视频输出终端提供一个模拟输入信号,该信号与IC寄存器选择的输入共享。此终端的信号必须由源跟随器缓冲。标称输出电压为2V p-p,因此该信号可用于驱动75Ω线路。通过由TVP5147解码器控制的16步AGC保持幅度。要使用此功能,必须将端子VI_1_A设置为输出端子。输入模式选择寄存器还选择激活的模拟输出信号。2
A/D转换器
所有的adc都有10位的分辨率,可以运行高达30 MSPS。所有A/D通道从芯片锁相环(PLL)接收相同的时钟,频率在24 MHz和30 MHz之间。所有ADC参考电压都在内部产生。
数字视频处理
图2-2是TVP5147数字视频解码器处理的框图。该模块接收来自adc的数字化视频信号,并对CVBS和S-video输入执行复合处理,对CVBS和S-video输入执行YCbCr信号增强。它还生成水平和垂直同步以及其他输出控制信号,如用于CVB和S视频输入的genlock。此外,它还可以提供现场识别、水平和垂直锁定、垂直消隐和活动视频窗口指示信号。数字数据输出可编程为两种格式:20位4:2:2外部同步或10位4:2:2嵌入式/独立同步。该电路检测宏视觉编码的复制保护材料中的伪同步脉冲、AGC脉冲和色带。可以检索VBI间隔中存在的信息,并将其作为辅助数据插入ITU-R BT.656输出中,或存储在内部FIFO和/或寄存器中,以便通过主机端口接口检索。

数字视频处理框图
2×抽取滤波器
所有输入信号通常过采样2倍(27MHz)。A/D输出最初通过抽取滤波器,将数据速率降低到像素速率的1倍。抽取滤波器是一个半带滤波器。过采样和抽取滤波可以有效地提高3分贝的整体信噪比。
复合处理器
图是TVP5147数字复合视频处理电路的框图。该处理电路从adc接收数字化复合或S-video信号,并执行Y/C分离(S-video输入绕过)、PAL/NTSC和SECAM的色度解调以及YUV信号增强。
将10位复合视频乘以正交解调器中的副载波信号以生成色差信号U和V。然后将U和V信号发送到低通滤波器以获得所需带宽。一种自适应的5线梳状滤波器根据线与线之间颜色相移的独特特性来分离紫外和Y。通过正交调制器重新调制色度,并从线延迟复合视频中减去色度以生成luma。这种Y/C分离形式是完全互补的,因此不会丢失信息。然而,在一些应用中,需要限制U/V带宽以避免串扰。在这种情况下,可以打开陷波滤波器。为了适应某些观看偏好,luma路径中还提供了峰值过滤器。对比度、亮度、清晰度、色调和饱和度控制可通过主机端口编程。

合成和S-视频处理框图
1彩色低通滤波器
高滤光片带宽可保持清晰的颜色转换,并产生清晰的颜色边界。然而,对于具有不对称U和V侧频带的非标准视频源,需要限制滤波器带宽以避免UV串扰。彩色低通滤波器带宽可编程以启用三个陷波滤波器之一。图表示宽带彩色低通滤波器的频率响应。
亮度处理
数字化复合视频信号通过亮度梳状滤波器或色度陷阱滤波器,其中任一滤波器从复合信号中移除色度信息以生成亮度信号。亮度信号随后被输入峰值电路。图说明了亮度数据路径的基本功能。在S视频的情况下,亮度信号绕过梳状滤波器或色度陷阱滤波器,并直接馈送到电路。峰值滤波器(边缘增强器)放大亮度信号的高频分量。图显示了用户可通过IC接口编程的四种不同增益设置下峰值滤波器的特性
颜色瞬态改善
颜色瞬变改善(CTI)增强了水平颜色瞬变。保持色差信号的过渡点,但对于具有带宽限制的颜色分量的信号,边缘被增强。
时钟电路
内部线路锁定锁相环产生系统时钟和像素时钟。驱动锁相环需要14.318兆赫的时钟。这可以在终端74(XTAL1)上以1.8-V电平输入到TVP5147解码器,或者在终端74和75(XTAL2)之间连接14.318-MHz基本谐振频率的晶体。如果使用如图2-16所示的并联谐振电路,则外部电容器必须具有以下关系:
CL1=CL2=2CL–-CSTRAY,
其中C是相对于地的终端电容。图2-16显示了基准时钟配置。TVP5147解码器生成用于对数据进行计时的DATACLK信号

视频流中的VBI FIFO和辅助数据
切片的VBI数据可以在ITU-R BT.656模式下作为视频流中的辅助数据输出。在水平消隐期间,VBI数据在Y[9:2]端子上输出。表2-7显示了插入到视频流中的辅助数据的头格式和序列。此格式还用于将任何VBI数据存储到FIFO中。FIFO的大小是512字节。因此,FIFO可以使用NTSC-NABTS标准存储多达11行的文本数据。
表辅助数据格式和顺序

注:字节数(m)因VBI数据服务而异。
欧洲药典:
D0-D5的偶数奇偶性,NEP:负偶数奇偶性
91h:第一个字段的VBI行切片数据
53h:将第24行的数据切片到第一个字段的末尾
55h:第二字段VBI行的切片数据
97h:将第24行的数据切片到第二个字段的末尾
SDID号:
此字段保存从对应行的行模式寄存器位[2:0]获取的数据格式。
从字节8到4N+7开始的数据字数。注意,这个值是每个Dword为4字节的Dword数。
IDID0号:
交易视频行号[7:0]
IDID1号:
位0/1=事务视频行号[9:8]
位2=匹配2标志
位3=匹配1标志
如果在EDC块中检测到错误,则位4=1。如果未检测到错误,则返回0。
反恐精英:
第一个数据到最后一个数据字节的D0-D7之和。
填充字节:
填充字节是从字节0到最后一个填充字节的4个字节的倍数。对于图文电视模式,字节8是同步模式字节。字节9是第一个数据字节。
VBI原始数据输出
TVP5147译码器可以以两倍于外部VBI切片的采样率输出原始A/D视频数据。这是作为辅助数据块发送的,尽管与第2.7.1节中描述的以FIFO格式发送切片VBI数据的方式有些不同。采样在线路的活动部分传输。VBI原始数据使用ITU-R BT.656格式,只有luma数据。用luma样品代替色度样品。TVP5147解码器在数据开始之前插入四字节前导码000h 3FFh 3FFh 180h。此模式中没有校验和字节和填充字节。
调整外部同步
对下列外部同步进行编程的正确顺序是:
•设置NTSC、PAL-M、NTSC 443、PAL60(525线模式):
-将视频标准设置为NTSC(寄存器02h)
-设置HSYNC、VSYNC、VBLK和AVID外部同步(寄存器16h到24h)
•要设置PAL、PAL-N、SECAM(625线模式):
-将视频标准设置为PAL(寄存器02h)
-设置HSYNC、VSYNC、VBLK和AVID外部同步(寄存器16h到24h)
•对于自动开关,将视频标准设置为自动开关(寄存器02h)
内部控制登记
TVP5147解码器由一组内部寄存器初始化和控制,这些寄存器定义整个设备的操作参数。如前所述,外部控制器和TVP5147之间的通信是通过标准IC主机端口接口进行的。表2-10显示了这些寄存器的摘要。以下各节描述了每个寄存器的详细编程信息。附加寄存器可通过间接过程访问,包括访问内部24位地址范围的VBU。表2-11显示了VBUS寄存器的摘要。2
注:不要写入保留寄存器。除非另有说明,否则任何已定义寄存器中的保留位必须用0写入。
寄存器设置示例
以下寄存器设置示例仅作为参考提供。给定假定的输入连接器、视频格式和输出格式,这些设置设置TVP5147解码器并提供视频输出。此处不提供其他功能和VBI数据处理器的寄存器设置示例。
示例1
假设
输入连接器:复合(VI_1_A)(默认)
视频格式:NTSC(J,M)、PAL(B,G,H,I,N)或SECAM(默认)
注:默认情况下,NTSC-443、PAL Nc和PAL-M被自动切换进程屏蔽。参见地址04h处的自动开关屏蔽寄存器。
输出格式:带嵌入式同步的10位ITU-R BT.656(默认)
推荐设置
推荐IC写入:对于给定的假设,只需要一次写入。默认设置所有其他寄存器。2
IC寄存器地址08h=亮度处理控制3寄存器2
IC data 00h=优化NTSC和PAL的陷波滤波器选择2
IC寄存器地址0Eh=色度处理控制2寄存器2
IC data 04h=优化NTSC和PAL的色度滤波器选择2
IC寄存器地址34h=输出格式化程序2寄存器2
IC数据11h=启用YCbCr输出和时钟输出2
注:默认情况下,HS/CS、VS/VBLK、AVID、FID和GLCO是逻辑输入。请分别参阅地址35h和36h处的输出格式化程序3和4寄存器。
示例
假设
输入接口:S-video[VI_2_C(luma),VI_1_C(chroma)]
视频格式:NTSC(J,M,443)、PAL(B,D,G,H,I,N,Nc,60)或SECAM(默认)输出格式:10位ITU-R BT.656,具有离散同步输出
推荐设置
建议的IC写入:此设置需要额外的写入以输出离散同步10位4:2:2数据、HS和VS,并在上述所有视频格式之间自动切换。2
寄存器设置示例
IC寄存器地址00h=输入选择寄存器2
IC data 46h=将luma设置为VI_2_C,将chroma设置为VI_1_C2
IC寄存器地址04h=自动开关屏蔽寄存器2
IC数据3Fh=包括自动开关中的NTSC 443和PAL(M,Nc,60)2
IC寄存器地址08h=亮度处理控制3寄存器2
IC data 00h=优化NTSC和PAL的陷波滤波器选择2
IC寄存器地址0Eh=色度处理控制2寄存器2
IC data 04h=优化NTSC和PAL的色度滤波器选择2
IC寄存器地址33h=输出格式化程序1寄存器2
IC数据41h=选择10位4:2:2输出格式2
IC寄存器地址34h=输出格式化程序2寄存器2
IC数据11h=启用YCbCr输出和时钟输出2
IC寄存器地址36h=输出格式化程序4寄存器2
IC数据11h=启用HS和VS同步输出2
示例
假设
输入连接器:组件[VI_1_B(Pb)、VI_2_B(Y)、VI_3_B(Pr)]
视频格式:NTSC(J,M,443)、PAL(B,D,G,H,I,N,Nc,60)或SECAM(默认)输出格式:20位ITU-R BT.656,具有离散同步输出
推荐设置
建议的IC写入:此设置需要额外的写入以输出离散同步20位4:2:2数据、HS和VS,并在上述所有视频格式之间自动切换。2
寄存器设置示例
IC寄存器地址00h=输入选择寄存器2
IC data 95h=将Pb设置为VI_1_B,Y设置为VI_2_B,Pr设置为VI_3_B2
IC寄存器地址04h=自动开关屏蔽寄存器2
IC数据3Fh=包括自动开关中的NTSC 443和PAL(M,Nc,60)2
IC寄存器地址08h=亮度处理控制3寄存器2
IC data 00h=优化NTSC和PAL的陷波滤波器选择2
IC寄存器地址0Eh=色度处理控制2寄存器2
IC data 04h=优化NTSC和PAL的色度滤波器选择2
IC寄存器地址33h=输出格式化程序1寄存器2
IC数据41h=选择20位4:2:2输出格式2
IC寄存器地址34h=输出格式化程序2寄存器2
IC数据11h=启用YCbCr输出和时钟输出2
IC寄存器地址36h=输出格式化程序4寄存器2
IC数据AFh=启用HS和VS同步输出2
寄存器设置示例
应用程序信息
应用信息

应用电路示例
应用程序信息
使用PowerPAD设备设计
TVP5147设备封装在一个高性能、热增强的80端PowerPAD封装中(TI封装指示符:80PFP)。使用PowerPAD封装不需要任何特殊考虑,除非注意热垫(位于设备底部的外露模垫)是金属热导体和电导体。因此,如果不实现PowerPAD PCB功能,则需要使用焊料掩模(或其他组装技术)以防止封装下的连接蚀刻或通孔的外露热焊盘意外短路。但是,建议的选择不是在设备下运行任何蚀刻或信号通孔,而是只有接地的热焊盘,如下所述。尽管外露模垫的实际尺寸可能有所不同,但80端子PFP电源垫封装的隔离区所需的最小尺寸为8 mm×8 mm。
建议在电源板组件下面有一个热焊区,这是一个镀锡铜区域。根据所使用的PowerPAD封装、PCB结构和需要去除的热量,散热片的大小有所不同。此外,根据PCB的结构,热区可能包含也可能不包含许多热通孔。
对于TVP5147设备,该热焊盘必须接地至设备的低阻抗接地平面。这不仅提高了设备的热性能,而且还改善了设备的电气接地。还建议将设备接地终端着陆垫直接连接到接地热着陆。接地尺寸必须尽可能大,而不短接设备信号端子。热焊环可以用标准回流焊技术焊接到暴露的热焊盘上。
虽然热焊盘可以电浮动并配置为将热量转移到外部散热器,但建议将热焊盘连接到设备的低阻抗接地平面。更多信息可以从TI应用注释PHY布局(SLLA020)获得。

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