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一种基于AIT2139的视频转换器设计
摘要：AIT2139是一种单片、晶控、全数字视频信号处理器。文章在介绍视频转换芯片AIT2139的基础上，给出了用其设计VGA-TV视频转换器的原理和实现方法。关键词：VGA-TV；视频转换器；AIT2139；多媒体教学
１ 引言
在现代教学尤其是高等教育过程中?多媒体教学因其交互性强、高效灵活而逐渐成为一种普及的教学方式。
为方便多媒体教学的开展，笔者选用ＡＩＴ２１３９视频转换芯片设计了一个ＶＧＡ—ＴＶ视频转换器。该转换器可将计算机的ＶＧＡ信号转换为广播质量的ＮＴＳＣ制或ＰＡＬ制视频信号输出到大屏幕电视机上，从而实现画面的冻结、缩放和平移等辅助功能。同时，其视频信号也可通过转换器提供的接口输出到计算机显示器上。
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２ ＡＩＴ２１３９芯片简介
ＡＩＴ２１３９是一种单片、晶控、全数字视频信号处理器，可以支持多种输入格式（如６４０×４８０、８５ Ｈｚ，８００×６００、８５ Ｈｚ，１０２４×７６８、６０ Ｈｚ等）．ＡＩＴ２１３９具有３通道、８－Ｂｉｔ ＡＤＣ输入和１６．７Ｍ 色彩转换功能；其内部有专门的存储压缩电路，外部有 ＥＤＯ ?２５６ｋ×１６Ｂｉｔ? 存储器接口和 ＳＤＲＡＭ ?１Ｍ ×１６Ｂｉｔ? 存储器接口；ＡＩＴ２１３９ 控制方式简单，可采用ＨＯＳＴ接口或Ｉ２ Ｃ总线进行控制。该芯片可自动检测输入模式和当前的ＴＶ模式，输出格式则可从合成、Ｓ－视频、 ＹＣｂＣｒ 或 ＲＧＢ／ＳＣＡＲＴ中选择；所有的视频处理都可在数字域内完成，因而不需要转换电路，其数字编码器采用过采样技术，并以ＡＩＴｅｃｈ 算法进行滤波，因而能输出高质量的ＮＴＳＣ和ＰＡＬ制式信号。ＡＩＴ２１３９芯片的内部功能框图如图１所示。
３ 系统工作原理
该ＶＧＡ－ＴＶ视频转换器主要由视频转换、视频转换控制和遥控三部分组成。其系统结构如图２所示。
ＶＧＡ－ＴＶ视频转换器的组成核心是视频信号转换和视频转换控制部分，因此?设计的核心是对视频信号的处理和对视频转换芯片的控制。笔者采用ＡＩＴ２１３９视频信号处理器，并配以当前成熟的外围电路设计了一种视频信号转换电路来完成视频前端的处理和信号转换；同时以八位单片机ＥＭ７８Ｐ１５６ＥＰ 为核心，再配以键盘检测、Ｉ２Ｃ通信、遥控接收等电路组成了转换控制部分。该系统是典型的模拟数字混合系统，电源质量对视频信号的输出影响较大，为此，设计时采用单独的电源板卡并以背板的形式嵌入到系统中，从而取得了较好的效果。
４ 系统设计
４．１ 视频转换部分设计
作为系统核心的视频转换部分的主要功能是把计算机输出的ＲＧＢ信号转换为电视的标准输入信号。视频前端的ＲＧＢ放大信号采用门电路处理后，送到ＡＩＴ２１３９进行转换，并输出两种格式的电视信号：一个是经过转换、选频和滤波得到的全电视信号，另一个是亮度和色度分离的电视信号，即Ｓ端子信号。因此，计算机输出的ＲＧＢ信号经过耦合、缓冲、放大可直接接计算机显示器，从而使操作者能够方便的对画面进行监控。而对全电视信号输出则加入了完整的选频和滤波电路，可以增加电视信号的稳定性。图３是视频转换部分电路的方框图。
（１）视频前端处理
输入端通过ＡＩＴ２１３９的三个８－ｂｉｔ Ａ／Ｄ 转换器来对Ｒ、Ｇ、Ｂ信号的每一个通道按４８ＭＨｚ的采样率进行Ａ／Ｄ 转换。其水平同步（ＨＳＹＮＣ） 和垂直同步（ ＶＳＹＮＣ） 由施密特触发器门缓冲。ＡＩＴ２１３９的ＡＤ转换相当灵活，内部的ＡＤ转换参考电压可自己设定。本设计中的ＲＧＢ信号的电平范围是０～０．８５Ｖ，给定的外部参考电压为Ｖｋ，需要注意的是，Ｖｋ必须不低于ＲＧＢ信号电平的最大值。
数字视频处理可以利用ＹＵＶ 色彩分量来进行，因此，可利用ＡＩＴ２１３９芯片中ＲＧＢ－ＹＵＶ矩阵将输入的ＲＧＢ信号转换为４:２:２ 格式的ＹＵＶ分量信号，每分量输出８位，总的输出信号在数据总线上以２４位工作。实际设计发现：ＹＵＶ输出闪烁较大，为此，笔者利用了芯片内部ＡＩＴｅｃｈ算法构造的有限脉冲响应数字滤波器，从而有效地降低了输出闪烁。
（２）工作模式设定
ＡＩＴ２１３９有两种工作模式，主模式和从模式。本设计选择主模式。ＡＩＴ２１３９可产生所有的时钟和同步信号，并可以给外部的存储设备提供水平同步、垂直同步以及内部像素数据时钟。外部的多路同步输入、ＦＩＦＯ和存储器将严格遵循ＡＩＴ２１３９提供的这些时钟和同步信息。在设计中发现，ＶＧＡ的数据读入时间可以不与处理器的写入时钟同步。
（３）数字视频编码
ＡＩＴ２１３９的核心是其处理器部分，主要用于从外部存储设备读入４：２:２格式的ＹＵＶ数字视频数据，并进行编码处理。因为输入信号分为亮度和色度分量，色度信号将通过复合数字副载波调制。亮度分量和色度分量信号分别插值为象素速率的两倍，并通过两个１０－ｂｉｔ的Ｄ／Ａ转换器转换为模拟 Ｓ－视频信号，模拟合成视频信号在通过第三个通道的１０－ｂｉｔ转换器输出后，可调整ＡＩＴ２１３９处理器的格式控制脚以选择不同的时钟参数，从而将视频转换器的输出设置为ＮＴＳＣ、ＰＡＬ等电视标准信号。
４．２ 视频转换控制部分的设计
该ＶＧＡ－ＴＶ转换器主控板是对视频转换部分进行控制的主要部分。该板不但可为视频转换提供电源，同时也可发送操作控制信号。主控板的核心是八位单片机ＥＭ７８Ｐ１５６ＥＰ，同时配以键盘检测、Ｉ２Ｃ通信、遥控接收等电路组成转换控制部分。主控板的原理框图如图４所示。其控制解码子程序流程如图５所示。
５ 结束语
经一些高校长时间使用证明：该ＶＧＡ－ＴＶ视频转换器性能稳定，效果良好，能够很好地辅助现代多媒体教学，因而具有广阔的应用前景。
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