画中画技术在车载娱乐系统中的应用

　

概要：在观看某一频道电视节目时，能在屏幕的一角监视其他频道节目或者室内外安全；并可利用子画面功能欣赏某些分解动作。本文提出的利用画中画技术实现在特殊的车载环境中的多画面同时显示，可以较好的解决这些问题。设计方案本设计采用TECHWELL公司的TW8811，系统框图如图1所示。图1 系统框图对于车载娱乐系统的信号源，一般地，DVD播放器输出信号为CVBS或S-VIDEO,摄像头为CVBS或CCIR656，TV为CVBS，GPS为Digital RGB。多路复合信号经过滤波、A/D转换及解码后，进入主画面及子画面处理。通过视频开关适时控制主画面及子画面信号的切换，子画面经过一定比例抽样，存入存储器，再以一定速度读出，实现缩放显示。如同在主画面的某个位置开了一个窗口，将子画面嵌入窗口内。视频开关脉冲与主画面的行场同步信号有严格的对应关系。 图2为主、子画面均为8阶灰阶图的画中画显示原理。在场扫描过程中，在第A～B行间建立场窗口；行扫描过程中，第C～D列间建立行窗口，并在此区间插入子画面信号。从图2中可看出，子画面的行场同步与主画面的行场同步时序一致，但信号数据只在C～D列间送入，并且是一个经过了压缩的完整灰阶波形。子画面的缩放大小由抽样频率及读写速度控制，抽样频率越低，读取速度如果也快，那么压

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随着汽车产业的发展，汽车信息系统的复杂性和信息密度在日益上升，显示器不再仅仅是基本的集中仪表显示，而是要满足越来越详细和多样化的车内信息显示需求。汽车显示系统已经从传统的纯音频，如MP3、CD演变成了集成GPS导航、影音娱乐的综合显示系统。显示的内容通常包括：GPS地图信息、DVD播放、数字广播电视和倒车画面等。对于如此多的显示信息，通常需要配备多个显示器，或者用一个视频开关在不同信号间进行切换，这些方法无疑需要增加成本，增大操作的复杂性，并且在同一时段只能获得一种显示信息。

画中画（PIP，picture in picture）技术产生于20世纪80年代，主要应用于电视中，用户可同时观看多个节目。画中画的子画面位置可调、可以放大、缩小或者静止显示；主子画面的内容也可以交换，利用这些功能，人们在观看某一频道电视节目时，能在屏幕的一角监视其他频道节目或者室内外安全；并可利用子画面功能欣赏某些分解动作。

本文提出的利用画中画技术实现在特殊的车载环境中的多画面同时显示，可以较好的解决这些问题。

设计方案

本设计采用TECHWELL公司的TW8811，系统框图如图1所示。

图1 系统框图

对于车载娱乐系统的信号源，一般地，DVD播放器输出信号为CVBS或S-VIDEO,摄像头为CVBS或CCIR656，TV为CVBS，GPS为Digital RGB。多路复合信号经过滤波、A/D转换及解码后，进入主画面及子画面处理。通过视频开关适时控制主画面及子画面信号的切换，子画面经过一定比例抽样，存入存储器，再以一定速度读出，实现缩放显示。如同在主画面的某个位置开了一个窗口，将子画面嵌入窗口内。视频开关脉冲与主画面的行场同步信号有严格的对应关系。 

图2为主、子画面均为8阶灰阶图的画中画显示原理。在场扫描过程中，在第A～B行间建立场窗口；行扫描过程中，第C～D列间建立行窗口，并在此区间插入子画面信号。从图2中可看出，子画面的行场同步与主画面的行场同步时序一致，但信号数据只在C～D列间送入，并且是一个经过了压缩的完整灰阶波形。子画面的缩放大小由抽样频率及读写速度控制，抽样频率越低，读取速度如果也快，那么压缩比例越大。子画面的位置以主画面的行场同步为基准，由时序严格控制。当主画面开始扫描，经过ΔTV的时间扫到第A行，再经过ΔTH扫到第C列。

图2 画中画原理

此时，输出信号源切换为子画面信号，开始从存储器中读出子画面数据，作为TFT屏的显示数据。经过THW,读到第D列后，显示数据源重新切换到主画面。如此往复，直到第B行的第D列，子画面显示信号全部扫描完毕。插入窗口可以在主画面的任何位置，但一般都放于四个角上。

本方案有如下特点：采用TW8811控制器，解码包含3D梳妆滤波器，提高了动态显示效果。通过画中画技术，可控制多信号源同时显示，并可灵活调整主子画面的大小和位置，满足了人们对汽车中多样化显示信息的需求，增加了娱乐性。可支持到1280×1024的分辨率；屏的接口支持TTL接口、TCONLESS接口、LVDS接口和模拟屏接口，足以满足目前车载娱乐系统的要求。屏的Gamma电压可编程控制，取代传统的电阻网络串，更精确方便。

硬件电路设计

1 DC/DC、Gamma缓冲    

 
通常，汽车环境中的电压在6～36V范围内，本系统需要的电压有：+5V、+3.3V、+1.8V、+8.4V及LCD BIAS。 先用DC/DC BUCK电路将输入稳定到+5V。可选用TI的TFT专用电源IC TPS65140主输出驱动LCD，同时利用电荷泵产生TFT屏所需的VGH、VGL、VCOM、Gamma等电平。值得一提的是，TPS65140的电源上电顺序与TFT所需时序严格一致，即先上主电源，然后是VGL，最后是VGH。该IC还具备欠压保护、断路保护、错误侦测等功能。主电源电路如图3所示。

图3 主电源电路

为了降低输出电压纹波，选取22μF、低ESR的陶瓷电容。

本设计可采用TI的BUF68120作为屏的Gamma缓冲。该器件可通过内部寄存器设置14路Gamma及Vcom值，并可在线实时修改。

2 图像处理电路  

图像处理是本系统的核心。TW8811可支持的信号源有CVBS、S-VIDEO、YCBCR、24位Digital RGB和Analog RGB。

经A/D转换后，通过3D comb filter对复合信号分离成Y、C分量，C包含U、V成分，两者相位相差90°，再经过色度解调，最终将复合信号解码为4:2:2的YUV信号。而对于数字RGB信号，直接通过色度空间转换为YUV信号，进入PIP处理单元。当PIP功能开启后，对子画面YUV信号流以一定频率取样，存入外部存储器，再通过寄存器控制重新读入数据。内部时序严格控制取样及读取的频率和时间点。最终处理后的数据和时序一起输出驱动TFT屏显示。TW8811内部框图如图4所示。

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