常用视频信号接口与处理方法总结学满2010-4-13 一、视频接口概述视频接口，从颜色空间、数字/模拟、分离/复合（适用于模拟信号）、并行/串行（适用于数字信号）、单端/差分等类别可以分为如下几种，见下表：二、模拟视频信号接口1．接口设计模拟信号由于其电压围很小，如果接口电路设计不当，很可能造成最终的信号质量下降。
因此需要注意以下几个事项：1）阻抗匹配：通常为75Ω，包括发送端，接收端以及传输路径上的阻抗。
2）隔直电容：为了防止不同设备间地电压差对信号造成的影响，此电容不宜过大或者过小。
3）滤波网络：尽可能地消除低频和高频纹波。
4）地平面：根据理论，地平面分隔可以防止数字信号对模拟地干扰，但从实际经验来看，分隔成小的地平面后，实际上会造成环流（AD9883资料中有叙述）。
因此大部分情况下，还是用同一个地。
多层地平面，以及多打过孔，保持地电平的稳定是非常必要的。
5）PCB走线：等长是需要的，而且要确保三个器件经过不同的选择器/缓冲器之后的延时也相差不多，否则很难保证采样相位。
6）ESD保护：如果视频接口经常插拔，就需要加ESD保护二极管。
2．视频ADC完成模拟信号到数字信号的转换，在使用过程中需要注意的主要问题有：1）A/D是否支持交流耦合方式输入2）A/D部是否有信号增益调整功能3）是否支持差分输入4）A/D部是否有PLL等器件，采样相位是否可调整5）A/D输出的信号格式（24bit RGB，YCbCr）6）是否支持SOG或者SOY等同步信号输入模拟信号在A/D转换时，通常需要进行一些调整，以达到最佳显示效果：1）调整黑电平位置和最大辐值，通常可以配置A/D芯片有关offset和gain的寄存器，经过此番调整之后，实际上是校准了RGB三色，同时提高了灰度等级。
2）调整PLL锁相环，以达到合适的采样频率，并保证PLL在各种温度条件下均能稳定工作。
3）调整采样起始点和终止点，确保有效信号不丢失。
4）调整采样相位，使最终显示画质更清晰。
3．视频DAC完成模拟信号到数字信号的转换，在使用过程中需要注意的主要问题有：1）D/A输出时，驱动方式是电压型的，还是电流型的？带负载与不带负载的电压是多少？是否合乎规要求。
如果不合适，必要时加缓冲器或者放大器输出。
2）D/A的输入接口是多少位的？如果是8bit/10bit兼容，要注意最高2位和最低2位的接法。
3）输出同步信号是什么格式？是否需要输出CS或者SOG？4．解码器这里说的解码器是指针对CVBS（PAL、NTSC）或者Y/C信号的亮度色度解调和分离用的解码器，解码器输出的通常为BT656或者BT601格式的数字信号，此信号仍为隔行信号。
解码器使用中，接口部分设计与ADC相类似，对输入信号格式，输出信号格式的寄存器配置有一些差异，如果输入格式设置不当，虽然能输出信号，但显示不正确。
5．编码器视频编码器特指从BT656/BT601格式转到CVBS/YC信号的转换器，一方面完成数字到模拟信号的转换，另一方面是完成亮度信号与色度信号的调制、复合。
解码器使用中，接口部分设计与DAC相类似，主要的不同也在于I2C寄存器配置不同。
6．缓冲器/放大器/选择器/分配器模拟视频信号在传输和处理的过程中，通常需要一些缓冲/放大/选择/分配等处理。
在这些电路设计时，着重需要考虑的问题：1）输入信号的电压辐值，芯片供电围是否能满足要求，是否需要加75Ω电阻。
2）期望信号放大多少倍输出。
3）输出接口是否符合规要求。
7．差分RGB信号接收/驱动由于VGA信号辐值很小，如果在0V上下有干扰信号时，会直接影响到信号显示。
一种方法是将黑电平抬高，如SDTV/HDTV中用的模拟YPbPr信号，其黑电平通常为0.3V，这样，就可以避免0V附近的干扰纹波，另一种方法就是将单端信号转为差分信号传输。
出现共模干扰时，对信号质量无影响。
RGB信号通过模拟差分传输，HS、VS通过RS422差分电平传输。
在模拟差分接口设计时，需要注意的是信号放大倍数及匹配电阻的接法。
三、数字视频信号接口1．DVI输入接口设计DVI信号接收通常使用sil163、AD9887等，在设计中需要注意以下几项：1）输入信号是单通道还是双通道2）输出时钟与数据的关系，必要时，需要调整配置，使时钟反相。
3）输出驱动能力的大小2．DVI输出接口设计DVI信号驱动通常使用sil160等，在设计中需要注意以下几项：1）输入LVTTL数据线的接法，注意8bit/6bit信号的兼容性接法2）输出信号是单通道还是双通道3）输入时钟与数据的关系，必要时，需要调整配置，与输入信号相兼容。
4）输出芯片是否具备预加重功能，保证长距离传输3．LVDS输入接口设计LVDS视频信号接收通常使用DS90CF388/386/384/366/364等，在设计中需要注意以下几项：1）输入信号是单通道还是双通道，接口芯片需要配置为正确的模式2）输出时钟与数据的关系，必要时，需要调整配置，使时钟反相。
3）匹配电阻的接法4．LVDS输出接口设计LVDS视频信号接收通常使用DS90CF387/385/383/365/363等，在设计中需要注意以下几项：1）输出信号是单通道还是双通道2）输入数据信号的接法是否正确，尤其是24bit/18bit两类并行数据3）输入时钟与数据的相位关系，必要时，需要调整采样时钟边沿的配置。
4）输出驱动能力的大小是否适合长距离传输，是否具有预加重功能5．缓冲器/选择器/分配器为了保证TMDS/LVDS长距离传输，如果LVDS驱动器驱动能力不够，或者不具备预加重功能，或者是经过多个连接器后，传输阻抗发生变化，最好加上TMDS/LVDS信号缓冲器进行中继。
LVDS信号可选用DS90LV001/ DS90LV004进行缓冲，并可改善信号质量。
如果是多路信号输入，或者需要1分多路信号输出时，可以选用TMDS/LVDS选择/分配器。
6．差分数字信号传输设计要点1）信号路径上的阻抗匹配。
通常LVDS信号要求为100Ω，这样，就要求PCB走线在传输频率下的特征阻抗达到100Ω，连接器、线缆均要为100Ω。
否则会影响信号的质量。
2）差分走线等长，不仅要每一差分线对等长，而且要不同的差分线对也等长。
3）传输线缆差分线对双绞，而且最好使用屏蔽线缆。
7．并行24bit/18bit TTL/LVTTL并行数据接口设计时需要注意的有：1）并行24bit/18bit数据兼容的接法，高位对齐。
2）数据线走线长度要差不多，尤其是高分辨率的信号。
3）并行数据传输时，由于位数较多，很容易被其他信号干扰或者相互干扰，尤其需要注意的是CLK，HS，VS，DE这几根线尽量与数据线分离开。
4）在信号处理和不同的接口芯片互连时，要注意并行数据与时钟的相位关系。
必要时，需要用CPLD/FPGA进行时钟移位或者反相。
四、视频信号的处理所有的视频信号，要进行一定的变换或者调整，都需要转为数字视频信号（并行24bit/18bit/16bit/8bit数据），然后通过专用的视频处理芯片（如GM1601、GM5221、PW328、AL128、AL300）等，或者通过FPGA/DSP实现通过自编程的逻辑进行信号处理。
专用芯片部通常集成了A/D、D/A、DVI接收、LVDS驱动等功能。
视频信号处理方法主要有：1.视频信号增强如对比度调整，信号亮度调整，色温调整，信号滤波等功能，这些功能均是对RGB/YUV数据信号通过一定的算法，或者是变换矩阵，转换成另一种信号。
做这些调整，是为了使图像更加易于识别，视觉效果更好。
2.画面容截取将视频数据中某一围的数据截取输出，其他部分丢弃。
比如，输入为1024*768，而需要格式为800*600，可以只截取1024*768中的800*600大小的窗口输出。
3.多路信号选择输出多种数字格式视频信号输入时，通过寄存器设置，可以选择让其中的一路信号输出。
4.多路视频叠加或者OSD叠加视频叠加，主要是确定叠加窗口的位置，叠加透明度。
在叠加围，输出信号为多路信号YUV或者RGB值的加权和。
5.视频画面缩放在某些应用场合下，输入信号的分辨率必须要放大或者缩小到固定的格式，而且画面要完整，不能通过截取的方法来改变分辨率大小。
比如液晶显示屏驱动信号、视频信号小窗口叠加、480i/576i 需要满屏显示等。
6.逐行与隔行的相互变换原来的PAL/NTSC制式的电视信号是隔行扫描的，这是由老的CRT显示器的扫描特性决定的。
但是为了适应在液晶显示器上的显示，需要将隔行信号转为逐行信号。
一种最简单的变化方法是，将奇场和偶场信号简单地拼接在一起输出。
但是如果是运动画面，这样的做法，会造成锯齿和抖动。
优化的方法是，根据多个奇场和偶场信号进行插值，最后生成连贯的画面。
通常有三行滤波、五行滤波等算法。
在这方面GM1601等器件处理得比较好。
7.帧率变换为了适应显示设备的要求，需要将输入信号的帧率放大或者缩小。
比如原来的电视信号是50Hz 的，需要转为60Hz输出给液晶屏。
或者普通VGA信号要转为电视信号输出时，则需要降低帧率。
帧率变换主要是通过帧存的读写来实现的，例如，为了提高液晶屏的响应时间，可以采用提高刷新频率的方法，将60Hz提高到120Hz，这是，相当于同样的一幅画面，连续读取2次帧存输出。
五、视频信号的检测方法视频信号最终是要显示出来查看的，因此最直观的方法就是看最终的显示效果。
视频传输路径上的问题，或者是视频处理时的问题都可以全部体现在最终的显示设备上。
通常需要检测以下几个方面：1）画面的完整性查看画面边框是否完整，可以检验出ADC设置参数或者数字信号中DE是否正确2）颜色/灰度的完整性通过查看测试画面中颜色、灰度是否连续就可以检验出ADC配置参数、数字信号连接是否正确3）信号清晰度单像素黑白竖线条，通过查看线条稳定程度及颜色，可以检验出ADC采样时钟和相位、数字信号受干扰程度。
除了上述直观的手段外，要评价视频信号的好坏，可以通过输出特定的测试画面，测量视频信号（模拟、并行数字、差分数字）的波形，从而发现问题，并解决。
YCrCb即YUV，主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。
与RGB 视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。
其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。
“亮度”是透过RGB输入信号来建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。
“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度，分别用Cr和CB来表示。
其中，Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。
