具有图形化界面的车载DVD影音系统设计

张宏财，沈君

（中国电子科技集团公司第38研究所，合肥230088）

引 言

随着社会的进步和科技的发展，我国汽车行业逐渐兴起，与之相关的汽车DVD影音也蓬勃发展起来了，人们对汽车影音系统要求与日俱增。随着车载影音系统接入端口的增加，为解决用户使用，系统控制复杂度以及信息导入率之间的矛盾，引入具有图形化界面的DVD影音系统，通过在DVD屏幕上实现视频图像实时叠加字符、图形，及时传达和明确原画面无法表达或无法明确表达的信息，使用户显示界面图文并茂、醒目美观，从而保证影音媒体使用便利和信息交互顺畅。所以，研究具有图形化的操作显示界面的车载DVD音影系统具有实际意义。

1 系统方案

根据车载DVD影音系统基本功能要求，车载DVD影音系统主要由主机模块和显示模块两大模块组成。主机模块包括DVD机芯、视频处理、图形化界面处理、视频和图形化界面的叠加等；显示模块包括TFT LCD屏、主机送来的视频信号处理、显示等。为了增加图形化的界面，本设计在常规DVD系统的基础上增加虚线框内由YGV629组成的位图OSD电路。功能组成原理框图如图1所示。

图1 车载DVD系统原理框图

系统在MCU的控制下工作。MCU通过内部总线对DVD机芯等设备进行控制的同时，显示画面的内容是通过显示属性RAM进行更新的，画面更新时MCU只需更新少量的属性参数，所以MCU可以通过SPI串行总线实现对以YGV629为核心的OSD系统的控制。OSD系统采用外部叠加的方式进行工作，DVD机芯输出的视频行场同步作为YGV629的同步基准，保证了YGV629输出的OSD图形视频以及叠加开关信号（Ys）与DVD视频的同步，使视频开关能够在统一的时基下实现视频的混合叠加。叠加后的视频信号与行场同步一同被送到LCD显示器显示。

本方案中采用2 MB的Flash芯片作为图形库，存储了主画面菜单、DVD界面按钮、提示图案等位图图形数据，满足了DVD图形显示界面的要求。图2是本方案的车载DVD图形显示界面的视频叠加画面。

图2 车载DVD图形显示界面

2 各模块硬件电路的设计

2.1 主机模块

主机模块是系统的核心，其结构如图3所示。它在单片机的控制下，主要完成视频的切换、叠加、分配、音频信号功率驱动。

图3 主机模块原理框图

本系统选用STR750FV作为主控单片机，最主要的原因是它在环境适应性、抗干扰性等方面表现出了良好的特性，满足汽车环境的要求。

考虑性价比方面的因素，DVD机芯采用华阳的DL308机芯，DL308机芯是华阳专为汽车前装新开发的机芯，其各项性能，主要是温度适应性、光头的可靠性，均优于市场上的其他机芯，不会出现高低温工作时机芯时有画面静止、画面马赛克、不读碟、光头损坏等问题。

为了保证系统低功耗的要求，即当DVD系统关机时，要求系统处于低功耗待机状态（小于3m A），系统采用电源开关的方式实现关机状态的低功耗待机状态。系统采用NPN功率三极管对主显示、收音机、DVD机芯的电源进行分别控制，在单片机的控制下根据系统的工作状态进行开通或关闭，保证系统关机状态下的低功耗。

主机模块中，单片机除使用SPI三线协议对DVD机芯、图形控制器（YGV629）实现控制外，其他的设备（如收音机模块、音效处理芯片、主显示控制器、小屏显示控制器）都是通过I2C总线进行控制，这不仅保证了系统设计的灵活性，而且也使得连接关系简单，节省了单片机的控制引脚资源。

在主机模块中，DVD视频要经过RGB信号变换与图形叠加，之后再进行信号的变换形成视频信号送到显示屏进行显示。在这个过程中，DVD视频要经过多次的变换，由于使用DVD输出的CVBS复合视频信号进行各种信号的变换叠加，损失太大，使得DVD视频显示时图像的细节模糊。为了保证DVD视频信号变换不会产生较大的损失，采用DVD的YC视频信号进行各种变换，减小了转换过程的损失。实际效果显示，画面清晰，符合设计要求。

2.2 显示模块

显示模块的显示屏同时具有触摸屏功能，通过触摸屏可以实现系统的图形化用户界面的操作。显示模块液晶屏采用宏芯公司T108A完成，T108A是一款高集成度显示芯片，能支持 CVBS、S-VIDEO（Y/C）、YPbPr、RGB和RGB565等各种视频格式。输出包含TCON时序输出和模拟RGB信号输出，直接连接模拟液晶显示屏。采用T108A单芯片方式简化了硬件电路，降低了成本。

在DVD系统中，显示模块由主机模块I2C总线信号控制，显示主机模块送来的Y/C信号。图4为显示模块的结构框图。

图4 显示模块组成框图

如图4所示，T108A完成信号输入检测、A/D转换、图像增强、缩放、图像处理、时序控制、液晶显示等功能；VCOM产生电路对T108A输出时序信号进行放大，其采用NJM3414AV双运放芯片，在交流反馈端加入可调电阻，对幅度进行调节，在隔直输出后加入可调电阻，对直流电平进行调节，调节屏幕亮度、对比度及画面抖动现象，保证显示一致性。背光控制模块，采用FSP3126SAD开关电源芯片，带有关断功能，可通过控制开关端子，控制液晶显示背光通断。

触摸屏部分采用专用A/D采样芯片TSC2003IPW驱动，并在A/D采样线上加入磁珠，增强抗静电干扰能力；电源部分提供显示屏主5 V电源，再由其他LDO提供T108A工作的3.3 V、1.8 V其他电源。

LCD显示屏采用LED背光的7寸群创液晶显示屏，相比于CCFL背光显示屏有更优良的低温工作性能。

2.3 图形、视频的叠加

由于设计的DVD具有图形化用户显示界面，所以在本系统中，需要对DVD视频以及画面的提示视频进行混合叠加处理。YGV629根据“属性RAM”中存储的属性数据，按照属性定义的显示层（Layer）优先级进行处理，输出混合后的图形视频。其中每一图形单元占用一层，线段可以是多条线段占用一层，通过选择不同的显示层及采用透明色等方法就可以方便地实现所需要的图形叠加。图5是图形单元叠加过程的示意图。

图5 图形单元叠加过程示意图

为了保证图形视频与DVD视频的叠加，YGV629以DVD视频的行场为同步时基，保证其输出的图形视频以及叠加控制信号Ys与外部视频具有同步关系。实际上Ys信号是图形视频的状态信号，当有图形视频时为高电平，无图形视频时为低电平，用Ys控制视频开关对图形视频和DVD视频进行选通，就可以实现视频的叠加。图6是视频叠加的原理示意图。

图6 视频叠加原理示意图

图7 软件的层次结构图

3 系统软件设计

DVD影音系统的软件运行在MCU STR750上，是模块化的设计。软件系统没有使用操作系统，软件的层次结构如图7所示。

其中，启动层是开发平台自动加入的，一般包含运行环境（软件和硬件）的初始化过程；仿真测试层的作用是提高系统的可测试性和可靠性。

软件系统中，所有层次的软件模块除了启动代码之外都包含在main函数中，启动代码在main之前执行，由开发工具自动添加，以完成必要的准备工作。该系统的软件不需要退出，main函数中包含了一个死循环。软件的结构如下：

①初始化：系统硬件初始化；软件环境初始化。

②死循环：信号状态检测与采样；功能执行与状态转换；休眠与唤醒；异常检测与处理；仿真与测试。

软件按功能划分模块，主要由以下模块组成：

（1）信号检测功能（数字与模拟）模块

此模块检测所有数字和模拟信号，包括：电源按键信号检测（数字信号）、面板按键信号检测（模拟信号）、面板旋钮信号检测（数字信号）、12 V电压检测（模拟信号）、ACC信号检测（数字信号）、触摸屏信号检测（数字信号）。

（2）DVD模块

该模块是针对华阳DVD机芯的，主要包括：

①DVD和MCU通信。华阳机芯和MCU是通过华阳的“三线通信协议”进行通信的，主要包括DVD信息接收和DVD控制命令发送两部分。

②DVD信息处理。DVD在工作的过程中不断给MCU发送信息，MCU负责对这些信息进行处理。

③DVD控制。根据用户观看需求，对DVD进行播放/暂停、快进/快退、上一曲/下一曲、声道切换、字幕切换等功能控制。

（3）收音机模块

收音机模块使用的是成都旭光TAF-3LMF模块，该模块和MCU的通信方式是通过I2C总线，实际上对收音机模块的操作主要是通过对收音机模块内部的寄存器的读写来完成的。

对收音机的功能要求包括：FM/AM收音、接收指定频率的电台、自动搜台/存储、手动搜台/存储、电台浏览等。

（4）YGV629控制模块

YGV629是图形界面生成芯片，它读取存储在FLASH中的位图数据，输出位图模拟RGB。该模块包含两部分：YGV629和MCU通信，图形界面模拟RGB生成。

YGV629和MCU通信遵循雅马哈公司YGV629串行通信协议。YGV629有341个图层，图形界面就是由这341个图层叠加而生成的；程序控制YGV629，将存储在FLASH中的不同位图映射到其图层中，并指定位图的调色板数据，最后还需要对YGV629输出的模拟RGB进行时序控制。

（5）图形界面处理模块

实际上YGV629控制模块属于硬件抽象层，而图形界面处理模块则属于系统应用层。根据具体要求，该系统的图形用户接口由不同的页面（Page）组成，每个页面由不同的按钮（BUTTON）和图标（ICON）组成。

一个页面的数据包含：页面背景图片、页面按钮、页面图标、页面背景色等；

一个按钮的数据包括：按钮一般图片、按钮按下图片、按钮高亮标记图片、按钮按下动作、按钮抬起动作等。

一个图标的数据包括：图标对应图片、图标可能动作等。

（6）按键处理模块

该模块根据面板按键检测、面板旋钮检测、面板电源按键检测的结果进行相应的按键功能处理。

（7）触摸屏处理模块

该模块根据触摸屏检测得到的结果进行触摸屏操作的功能处理，主要包括两个部分：图形界面部分和功能操作部分。

（8）系统管理功能模块

该模块包括：外设电源管理；系统工作模式管理；休眠和唤醒；异常处理。

结 语

本文设计的以YGV629为核心的图形化DVD影音系统，很好地解决了车载DVD系统图形界面与系统复杂性之间的矛盾。产品经过测试取得良好的效果。该系统的硬件电路可靠、稳定性和抗干扰能力强。软件的设计实时性很强，而且具有模块化、集成化、通用化的特点，易于维护和升级；同时该系统成本低，对设备的要求低，易于生产。

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