利用CME-M5實(shí)現(xiàn)1080P高清字符疊加的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
作者:京微雅格系統(tǒng)應(yīng)用工程師楊雪峰
隨著信息化技術(shù)的提高,人們對(duì)于視覺(jué)欣賞的要求越來(lái)越高!耙曈X(jué)沖擊力”成為人們?cè)u(píng)判顯示性能的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。視覺(jué)沖擊力不僅要求畫面尺寸超大,較主要的還要要求畫面顯示清晰,包括圖片與文字。為了滿足這種訴求,本文以京微雅格CME-M5(金山)為例,為您分析如何在HDMI高清信號(hào)中疊加字符,并且較終實(shí)現(xiàn)高清輸出的過(guò)程。
如下圖所示,不難看出,就是把一路HDMI高清信號(hào)通過(guò)HDMI轉(zhuǎn)RGB芯片送到CME-M5后,與外部的字符芯片進(jìn)行高清疊加后,再通過(guò)RGB轉(zhuǎn)HDMI送出來(lái)。
拋開(kāi)其它的功能,從較較簡(jiǎn)單By-Pass開(kāi)始驗(yàn)證,就是說(shuō), 150MHz的24bit RGB進(jìn),不作任何處理,直接把150MHz的24 bit RGB送出,如果By-Pass都搞不定,其它功能再調(diào)試也是枉然。By-Pass的關(guān)鍵代碼如下:
以列灰階的驗(yàn)證,是較容易看出問(wèn)題的。簡(jiǎn)單補(bǔ)充一下,什么叫灰階?
灰階代表了由較暗到較亮之間不同亮度的層次級(jí)別。這中間層級(jí)越多,所能夠呈現(xiàn)的畫面效果也就越細(xì)膩。以8bit panel為例,能表現(xiàn)2的8次方,等于256個(gè)亮度層次,我們就稱之為256灰階。
對(duì)應(yīng)于數(shù)字邏輯來(lái)說(shuō), 就是R/G/B從0~255漸變的過(guò)程,分成256等份,遞增為1, 叫256灰階;分成8等份,遞增值為32,叫8灰階。
假設(shè)計(jì)是256級(jí)的黑白灰屏, R-G-B三色同時(shí)由FF變?yōu)?/span>00,即24根數(shù)據(jù)線同時(shí)電平翻轉(zhuǎn),這對(duì)FPGA芯片的供電、速度要求是較高的,所以專用測(cè)試驗(yàn)證來(lái)看,灰階基本上可以驗(yàn)證視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量是否穩(wěn)定可靠,其它的拿圖片混過(guò)關(guān)的實(shí)際上都不算數(shù)的。
那好吧,我們就以256灰階作為參考圖例驗(yàn)證。
按照一般CPLD EPM240的設(shè)計(jì),直通的效果是完美,不用懷疑,已經(jīng)過(guò)廣泛的使用。正常的效果如下,沒(méi)亮線,沒(méi)噪點(diǎn)。
而在通過(guò)M5-ByPass的顯示效果如下所示(幾張示例圖片),幾種顏色的灰階都出現(xiàn)亮線。
根據(jù)以上可得,像CPLD那種By-Pass的方式是行不通的。引起灰階亮線問(wèn)題,一般有兩個(gè):
(1) 一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電流不足;
(2) 另一個(gè)是IO或時(shí)鐘速度跟不上,數(shù)據(jù)沒(méi)有對(duì)齊;
先從第一個(gè)解決方案著手,在primace7.2下把默認(rèn)的HS,VS輸出4mA(default)改為8mA,對(duì)翻轉(zhuǎn)速度比較快的PCLK改為16mA。而輸入全部加拉弱上拉,改了以后僅對(duì)黃色灰階有改善(看不出亮線),其它的并沒(méi)有改進(jìn)行。
進(jìn)行第二個(gè)方案,解決數(shù)據(jù)對(duì)齊的問(wèn)題。加入FastIO設(shè)置,效果也沒(méi)有明顯示的改善。
較終考慮,還是用同步時(shí)鐘把RGB-HS-VS打一拍同步進(jìn)來(lái)試試看,代碼也非常簡(jiǎn)單,如下所示。
出來(lái)的效果是讓人滿意的。之前的所有彩色灰階,顯示正常,如下所示。
準(zhǔn)備收工舉杯慶祝的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)較后一關(guān)仍然沒(méi)過(guò),那就是該死的256黑白灰階,還剩下一條亮線了,按照一般應(yīng)用,都是圖片疊加文字,是能混過(guò)去的。因?yàn)榈搅诉@一步好像沒(méi)什么可以調(diào)整了,設(shè)計(jì)太簡(jiǎn)單了,也曾想過(guò),那就這樣吧,M5的性能也就只能到這里。
亮線的問(wèn)題除了跟數(shù)據(jù)有關(guān),也跟時(shí)鐘有關(guān),PCLK的電流設(shè)置到16mA,帶來(lái)增加驅(qū)動(dòng)能力的好處,同時(shí)也會(huì)增大電平翻轉(zhuǎn)的過(guò)沖。如下圖所示,綠色的方波是我們想要的較佳波形,紅色波形卻是實(shí)際的情況,拿張M5的電路,示波器測(cè)試一下即可驗(yàn)證。
如果能把過(guò)沖收拾掉同時(shí)能保持16mA的電流,這個(gè)信號(hào)就是完美的。我們希望是這樣,現(xiàn)在還剩下一個(gè)看似不重要的參數(shù)仍然可以調(diào)整,叫做Slew-Rate?瓷先ザ际悄J(rèn)較快的Fastest(default),都已經(jīng)較快,還是什么可調(diào)節(jié)呢,我們不是要求較快的嗎?
由于英文不太好,百度搜索了一下Slew-Rate的意思。
slew rate 就是電壓轉(zhuǎn)換速率(Slew Rate),簡(jiǎn)寫為SR,簡(jiǎn)稱壓擺率。其定義是在1微秒或者1納秒等時(shí)間里電壓升高的幅度,直觀上講就是方波電壓由波谷升到波峰所需時(shí)間。
如下圖所示。
也就是說(shuō)slew-rate是能夠影響PCLK方波輸出的爬升的時(shí)間,slew-rate越快,翻轉(zhuǎn)速度越快,過(guò)沖越大,反之爬升的時(shí)間越慢,過(guò)沖就越少。這跟運(yùn)算放大器通過(guò)調(diào)節(jié)電容控制轉(zhuǎn)換時(shí)間是一致的,slew-rate的調(diào)節(jié)跟調(diào)整電容器是類似的,有電容就有可能吃掉過(guò)沖干擾。
分析完畢,在primace的軟件設(shè)置如下。
運(yùn)行結(jié)果比想象中的要好,如下所示,灰階的亮線也是不見(jiàn)了,非常干凈。可以收工,往下一步走了。
見(jiàn)高清大圖
對(duì)于應(yīng)用來(lái)看, Fastest的Slew-Rate未必如其名,速度是較快的,它可以導(dǎo)致其它問(wèn)題的產(chǎn)生,適當(dāng)微調(diào)各類參數(shù),有時(shí)也會(huì)有意想不到的好結(jié)果。
當(dāng)然也證明了CME-M5的IO是有能力實(shí)現(xiàn)150MHz的高清視頻傳輸。
此文僅作拋磚引玉,實(shí)際問(wèn)題還得實(shí)際分析,如果能對(duì)大家有一定借鑒,那將是莫大的榮幸。
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