具有圖形化界面的車載DVD影音系統(tǒng)設計

張宏財，沈君

（中國電子科技集團公司第38研究所，合肥230088）

引 言

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，我國汽車行業(yè)逐漸興起，與之相關(guān)的汽車DVD影音也蓬勃發(fā)展起來了，人們對汽車影音系統(tǒng)要求與日俱增。隨著車載影音系統(tǒng)接入端口的增加，為解決用戶使用，系統(tǒng)控制復雜度以及信息導入率之間的矛盾，引入具有圖形化界面的DVD影音系統(tǒng)，通過在DVD屏幕上實現(xiàn)視頻圖像實時疊加字符、圖形，及時傳達和明確原畫面無法表達或無法明確表達的信息，使用戶顯示界面圖文并茂、醒目美觀，從而保證影音媒體使用便利和信息交互順暢。所以，研究具有圖形化的操作顯示界面的車載DVD音影系統(tǒng)具有實際意義。

1 系統(tǒng)方案

根據(jù)車載DVD影音系統(tǒng)基本功能要求，車載DVD影音系統(tǒng)主要由主機模塊和顯示模塊兩大模塊組成。主機模塊包括DVD機芯、視頻處理、圖形化界面處理、視頻和圖形化界面的疊加等；顯示模塊包括TFT LCD屏、主機送來的視頻信號處理、顯示等。為了增加圖形化的界面，本設計在常規(guī)DVD系統(tǒng)的基礎上增加虛線框內(nèi)由YGV629組成的位圖OSD電路。功能組成原理框圖如圖1所示。

圖1 車載DVD系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)在MCU的控制下工作。MCU通過內(nèi)部總線對DVD機芯等設備進行控制的同時，顯示畫面的內(nèi)容是通過顯示屬性RAM進行更新的，畫面更新時MCU只需更新少量的屬性參數(shù)，所以MCU可以通過SPI串行總線實現(xiàn)對以YGV629為核心的OSD系統(tǒng)的控制。OSD系統(tǒng)采用外部疊加的方式進行工作，DVD機芯輸出的視頻行場同步作為YGV629的同步基準，保證了YGV629輸出的OSD圖形視頻以及疊加開關(guān)信號（Ys）與DVD視頻的同步，使視頻開關(guān)能夠在統(tǒng)一的時基下實現(xiàn)視頻的混合疊加。疊加后的視頻信號與行場同步一同被送到LCD顯示器顯示。

本方案中采用2 MB的Flash芯片作為圖形庫，存儲了主畫面菜單、DVD界面按鈕、提示圖案等位圖圖形數(shù)據(jù)，滿足了DVD圖形顯示界面的要求。圖2是本方案的車載DVD圖形顯示界面的視頻疊加畫面。

圖2 車載DVD圖形顯示界面

2 各模塊硬件電路的設計

2.1 主機模塊

主機模塊是系統(tǒng)的核心，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它在單片機的控制下，主要完成視頻的切換、疊加、分配、音頻信號功率驅(qū)動。

圖3 主機模塊原理框圖

本系統(tǒng)選用STR750FV作為主控單片機，最主要的原因是它在環(huán)境適應性、抗干擾性等方面表現(xiàn)出了良好的特性，滿足汽車環(huán)境的要求。

考慮性價比方面的因素，DVD機芯采用華陽的DL308機芯，DL308機芯是華陽專為汽車前裝新開發(fā)的機芯，其各項性能，主要是溫度適應性、光頭的可靠性，均優(yōu)于市場上的其他機芯，不會出現(xiàn)高低溫工作時機芯時有畫面靜止、畫面馬賽克、不讀碟、光頭損壞等問題。

為了保證系統(tǒng)低功耗的要求，即當DVD系統(tǒng)關(guān)機時，要求系統(tǒng)處于低功耗待機狀態(tài)（小于3m A），系統(tǒng)采用電源開關(guān)的方式實現(xiàn)關(guān)機狀態(tài)的低功耗待機狀態(tài)。系統(tǒng)采用NPN功率三極管對主顯示、收音機、DVD機芯的電源進行分別控制，在單片機的控制下根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行開通或關(guān)閉，保證系統(tǒng)關(guān)機狀態(tài)下的低功耗。

主機模塊中，單片機除使用SPI三線協(xié)議對DVD機芯、圖形控制器（YGV629）實現(xiàn)控制外，其他的設備（如收音機模塊、音效處理芯片、主顯示控制器、小屏顯示控制器）都是通過I2C總線進行控制，這不僅保證了系統(tǒng)設計的靈活性，而且也使得連接關(guān)系簡單，節(jié)省了單片機的控制引腳資源。

在主機模塊中，DVD視頻要經(jīng)過RGB信號變換與圖形疊加，之后再進行信號的變換形成視頻信號送到顯示屏進行顯示。在這個過程中，DVD視頻要經(jīng)過多次的變換，由于使用DVD輸出的CVBS復合視頻信號進行各種信號的變換疊加，損失太大，使得DVD視頻顯示時圖像的細節(jié)模糊。為了保證DVD視頻信號變換不會產(chǎn)生較大的損失，采用DVD的YC視頻信號進行各種變換，減小了轉(zhuǎn)換過程的損失。實際效果顯示，畫面清晰，符合設計要求。

2.2 顯示模塊

顯示模塊的顯示屏同時具有觸摸屏功能，通過觸摸屏可以實現(xiàn)系統(tǒng)的圖形化用戶界面的操作。顯示模塊液晶屏采用宏芯公司T108A完成，T108A是一款高集成度顯示芯片，能支持 CVBS、S-VIDEO（Y/C）、YPbPr、RGB和RGB565等各種視頻格式。輸出包含TCON時序輸出和模擬RGB信號輸出，直接連接模擬液晶顯示屏。采用T108A單芯片方式簡化了硬件電路，降低了成本。

在DVD系統(tǒng)中，顯示模塊由主機模塊I2C總線信號控制，顯示主機模塊送來的Y/C信號。圖4為顯示模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4 顯示模塊組成框圖

如圖4所示，T108A完成信號輸入檢測、A/D轉(zhuǎn)換、圖像增強、縮放、圖像處理、時序控制、液晶顯示等功能；VCOM產(chǎn)生電路對T108A輸出時序信號進行放大，其采用NJM3414AV雙運放芯片，在交流反饋端加入可調(diào)電阻，對幅度進行調(diào)節(jié)，在隔直輸出后加入可調(diào)電阻，對直流電平進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)屏幕亮度、對比度及畫面抖動現(xiàn)象，保證顯示一致性。背光控制模塊，采用FSP3126SAD開關(guān)電源芯片，帶有關(guān)斷功能，可通過控制開關(guān)端子，控制液晶顯示背光通斷。

觸摸屏部分采用專用A/D采樣芯片TSC2003IPW驅(qū)動，并在A/D采樣線上加入磁珠，增強抗靜電干擾能力；電源部分提供顯示屏主5 V電源，再由其他LDO提供T108A工作的3.3 V、1.8 V其他電源。

LCD顯示屏采用LED背光的7寸群創(chuàng)液晶顯示屏，相比于CCFL背光顯示屏有更優(yōu)良的低溫工作性能。

2.3 圖形、視頻的疊加

由于設計的DVD具有圖形化用戶顯示界面，所以在本系統(tǒng)中，需要對DVD視頻以及畫面的提示視頻進行混合疊加處理。YGV629根據(jù)“屬性RAM”中存儲的屬性數(shù)據(jù)，按照屬性定義的顯示層（Layer）優(yōu)先級進行處理，輸出混合后的圖形視頻。其中每一圖形單元占用一層，線段可以是多條線段占用一層，通過選擇不同的顯示層及采用透明色等方法就可以方便地實現(xiàn)所需要的圖形疊加。圖5是圖形單元疊加過程的示意圖。

圖5 圖形單元疊加過程示意圖

為了保證圖形視頻與DVD視頻的疊加，YGV629以DVD視頻的行場為同步時基，保證其輸出的圖形視頻以及疊加控制信號Ys與外部視頻具有同步關(guān)系。實際上Ys信號是圖形視頻的狀態(tài)信號，當有圖形視頻時為高電平，無圖形視頻時為低電平，用Ys控制視頻開關(guān)對圖形視頻和DVD視頻進行選通，就可以實現(xiàn)視頻的疊加。圖6是視頻疊加的原理示意圖。

圖6 視頻疊加原理示意圖

圖7 軟件的層次結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)軟件設計

DVD影音系統(tǒng)的軟件運行在MCU STR750上，是模塊化的設計。軟件系統(tǒng)沒有使用操作系統(tǒng)，軟件的層次結(jié)構(gòu)如圖7所示。

其中，啟動層是開發(fā)平臺自動加入的，一般包含運行環(huán)境（軟件和硬件）的初始化過程；仿真測試層的作用是提高系統(tǒng)的可測試性和可靠性。

軟件系統(tǒng)中，所有層次的軟件模塊除了啟動代碼之外都包含在main函數(shù)中，啟動代碼在main之前執(zhí)行，由開發(fā)工具自動添加，以完成必要的準備工作。該系統(tǒng)的軟件不需要退出，main函數(shù)中包含了一個死循環(huán)。軟件的結(jié)構(gòu)如下：

①初始化：系統(tǒng)硬件初始化；軟件環(huán)境初始化。

②死循環(huán)：信號狀態(tài)檢測與采樣；功能執(zhí)行與狀態(tài)轉(zhuǎn)換；休眠與喚醒；異常檢測與處理；仿真與測試。

軟件按功能劃分模塊，主要由以下模塊組成：

（1）信號檢測功能（數(shù)字與模擬）模塊

此模塊檢測所有數(shù)字和模擬信號，包括：電源按鍵信號檢測（數(shù)字信號）、面板按鍵信號檢測（模擬信號）、面板旋鈕信號檢測（數(shù)字信號）、12 V電壓檢測（模擬信號）、ACC信號檢測（數(shù)字信號）、觸摸屏信號檢測（數(shù)字信號）。

（2）DVD模塊

該模塊是針對華陽DVD機芯的，主要包括：

①DVD和MCU通信。華陽機芯和MCU是通過華陽的“三線通信協(xié)議”進行通信的，主要包括DVD信息接收和DVD控制命令發(fā)送兩部分。

②DVD信息處理。DVD在工作的過程中不斷給MCU發(fā)送信息，MCU負責對這些信息進行處理。

③DVD控制。根據(jù)用戶觀看需求，對DVD進行播放/暫停、快進/快退、上一曲/下一曲、聲道切換、字幕切換等功能控制。

（3）收音機模塊

收音機模塊使用的是成都旭光TAF-3LMF模塊，該模塊和MCU的通信方式是通過I2C總線，實際上對收音機模塊的操作主要是通過對收音機模塊內(nèi)部的寄存器的讀寫來完成的。

對收音機的功能要求包括：FM/AM收音、接收指定頻率的電臺、自動搜臺/存儲、手動搜臺/存儲、電臺瀏覽等。

（4）YGV629控制模塊

YGV629是圖形界面生成芯片，它讀取存儲在FLASH中的位圖數(shù)據(jù)，輸出位圖模擬RGB。該模塊包含兩部分：YGV629和MCU通信，圖形界面模擬RGB生成。

YGV629和MCU通信遵循雅馬哈公司YGV629串行通信協(xié)議。YGV629有341個圖層，圖形界面就是由這341個圖層疊加而生成的；程序控制YGV629，將存儲在FLASH中的不同位圖映射到其圖層中，并指定位圖的調(diào)色板數(shù)據(jù)，最后還需要對YGV629輸出的模擬RGB進行時序控制。

（5）圖形界面處理模塊

實際上YGV629控制模塊屬于硬件抽象層，而圖形界面處理模塊則屬于系統(tǒng)應用層。根據(jù)具體要求，該系統(tǒng)的圖形用戶接口由不同的頁面（Page）組成，每個頁面由不同的按鈕（BUTTON）和圖標（ICON）組成。

一個頁面的數(shù)據(jù)包含：頁面背景圖片、頁面按鈕、頁面圖標、頁面背景色等；

一個按鈕的數(shù)據(jù)包括：按鈕一般圖片、按鈕按下圖片、按鈕高亮標記圖片、按鈕按下動作、按鈕抬起動作等。

一個圖標的數(shù)據(jù)包括：圖標對應圖片、圖標可能動作等。

（6）按鍵處理模塊

該模塊根據(jù)面板按鍵檢測、面板旋鈕檢測、面板電源按鍵檢測的結(jié)果進行相應的按鍵功能處理。

（7）觸摸屏處理模塊

該模塊根據(jù)觸摸屏檢測得到的結(jié)果進行觸摸屏操作的功能處理，主要包括兩個部分：圖形界面部分和功能操作部分。

（8）系統(tǒng)管理功能模塊

該模塊包括：外設電源管理；系統(tǒng)工作模式管理；休眠和喚醒；異常處理。

結(jié) 語

本文設計的以YGV629為核心的圖形化DVD影音系統(tǒng)，很好地解決了車載DVD系統(tǒng)圖形界面與系統(tǒng)復雜性之間的矛盾。產(chǎn)品經(jīng)過測試取得良好的效果。該系統(tǒng)的硬件電路可靠、穩(wěn)定性和抗干擾能力強。軟件的設計實時性很強，而且具有模塊化、集成化、通用化的特點，易于維護和升級；同時該系統(tǒng)成本低，對設備的要求低，易于生產(chǎn)。

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