利用CME-M5實現(xiàn)1080P高清字符疊加的設(shè)計要點分析
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,人們對于視覺欣賞的要求越來越高!耙曈X沖擊力”成為人們評判顯示性能的一個標準。視覺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高清信號中疊加字符,并且較終實現(xiàn)高清輸出的過程。
如下圖所示,不難看出,就是把一路HDMI高清信號通過HDMI轉(zhuǎn)RGB芯片送到CME-M5后,與外部的字符芯片進行高清疊加后,再通過RGB轉(zhuǎn)HDMI送出來。
拋開其它的功能,從較較簡單By-Pass開始驗證,就是說, 150MHz的24bit RGB進,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:
以列灰階的驗證,是較容易看出問題的。簡單補充一下,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別。這中間層級越多,所能夠呈現(xiàn)的畫面效果也就越細膩。以8bit panel為例,能表現(xiàn)2的8次方,等于256個亮度層次,我們就稱之為256灰階。
對應(yīng)于數(shù)字邏輯來說, 就是R/G/B從0~255漸變的過程,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)計是256級的黑白灰屏, R-G-B三色同時由FF變?yōu)?/span>00,即24根數(shù)據(jù)線同時電平翻轉(zhuǎn),這對FPGA芯片的供電、速度要求是較高的,所以專用測試驗證來看,灰階基本上可以驗證視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量是否穩(wěn)定可靠,其它的拿圖片混過關(guān)的實際上都不算數(shù)的。
那好吧,我們就以256灰階作為參考圖例驗證。
按照一般CPLD EPM240的設(shè)計,直通的效果是完美,不用懷疑,已經(jīng)過廣泛的使用。正常的效果如下,沒亮線,沒噪點。
而在通過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。引起灰階亮線問題,一般有兩個:
(1) 一個是驅(qū)動電流不足;
(2) 另一個是IO或時鐘速度跟不上,數(shù)據(jù)沒有對齊;
先從第一個解決方案著手,在primace7.2下把默認的HS,VS輸出4mA(default)改為8mA,對翻轉(zhuǎn)速度比較快的PCLK改為16mA。而輸入全部加拉弱上拉,改了以后僅對黃色灰階有改善(看不出亮線),其它的并沒有改進行。
進行第二個方案,解決數(shù)據(jù)對齊的問題。加入FastIO設(shè)置,效果也沒有明顯示的改善。
較終考慮,還是用同步時鐘把RGB-HS-VS打一拍同步進來試試看,代碼也非常簡單,如下所示。
出來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。
準備收工舉杯慶祝的時候,發(fā)現(xiàn)較后一關(guān)仍然沒過,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,是能混過去的。因為到了這一步好像沒什么可以調(diào)整了,設(shè)計太簡單了,也曾想過,那就這樣吧,M5的性能也就只能到這里。
亮線的問題除了跟數(shù)據(jù)有關(guān),也跟時鐘有關(guān),PCLK的電流設(shè)置到16mA,帶來增加驅(qū)動能力的好處,同時也會增大電平翻轉(zhuǎn)的過沖。如下圖所示,綠色的方波是我們想要的較佳波形,紅色波形卻是實際的情況,拿張M5的電路,示波器測試一下即可驗證。
如果能把過沖收拾掉同時能保持16mA的電流,這個信號就是完美的。我們希望是這樣,現(xiàn)在還剩下一個看似不重要的參數(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),簡寫為SR,簡稱壓擺率。其定義是在1微秒或者1納秒等時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間。
如下圖所示。
也就是說slew-rate是能夠影響PCLK方波輸出的爬升的時間,slew-rate越快,翻轉(zhuǎn)速度越快,過沖越大,反之爬升的時間越慢,過沖就越少。這跟運算放大器通過調(diào)節(jié)電容控制轉(zhuǎn)換時間是一致的,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沖干擾。
分析完畢,在primace的軟件設(shè)置如下。
運行結(jié)果比想象中的要好,如下所示,灰階的亮線也是不見了,非常干凈?梢允展,往下一步走了。
見高清大圖
對于應(yīng)用來看, Fastest的Slew-Rate未必如其名,速度是較快的,它可以導致其它問題的產(chǎn)生,適當微調(diào)各類參數(shù),有時也會有意想不到的好結(jié)果。
當然也證明了CME-M5的IO是有能力實現(xiàn)150MHz的高清視頻傳輸。
此文僅作拋磚引玉,實際問題還得實際分析,如果能對大家有一定借鑒,那將是莫大的榮幸。
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