基于MAX9217/MAX9218芯片組的視頻數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)

MAX9217/MAX9218串行器和解串器芯片組通過一對(duì)兒雙絞線LVDS鏈路實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)傳輸，廣泛用于汽車和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。視頻信號(hào)的每一幀總是存在消隱周期，可以利用這些周期“承載”音頻數(shù)據(jù)。在本應(yīng)用筆記中，我們討論音頻數(shù)據(jù)的傳輸格式，視頻鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)的方法以及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體實(shí)例。
Introduction

MAX9217/MAX9218芯片組[1]是一個(gè)收發(fā)器對(duì)兒，發(fā)送器(MAX9217)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，發(fā)送給接收器(MAX9218)；接收器再將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。該芯片組設(shè)計(jì)用于通過一對(duì)兒低成本雙絞線電纜(如，以太網(wǎng)中常用的UTP-CAT5電纜)，將視頻和控制信號(hào)從圖形控制器(處理器)傳輸?shù)絃CD或等離子平面顯示器。傳輸距離可超過10米。

該芯片組鏈路結(jié)構(gòu)簡單，所使用的傳輸線為低成本電纜，是汽車、儀表、醫(yī)療設(shè)備等視頻顯示的理想方案。 該芯片組不僅可以在兩點(diǎn)之間傳送視頻信號(hào)，有時(shí)，人們還希望其同時(shí)傳送音頻信號(hào)。在本應(yīng)用筆記中，我們將討論如何利用視頻信號(hào)的消隱期，通過控制信號(hào)通道將音頻數(shù)據(jù)傳送到顯示器。我們還將解釋怎樣把數(shù)字音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，并給出了顯示面板端揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

MAX9217/MAX9218鏈路功能和視頻數(shù)據(jù)格式

MAX9217串行器具有27位并行輸入，總線速率高達(dá)35Mbps。在這27位中，18位是視頻RGB數(shù)據(jù)：3基色各占用6位，其余9位是控制信號(hào)。9位控制信號(hào)中的前3位指定為垂直、水平和RGB數(shù)據(jù)同步：VSYNC (C0)、HSYNC (C1)和ENAB (C2)。剩下的6個(gè)控制位(C3至C8)用于其他控制信號(hào)。本例中，我們使用6個(gè)控制位中的一部分傳輸音頻數(shù)據(jù)。MAX9217可以將18位RGB數(shù)據(jù)或9位控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，然后通過LVDS鏈路對(duì)其進(jìn)行傳輸。在視頻顯示的消隱期內(nèi)發(fā)送控制數(shù)據(jù)，由RGB數(shù)據(jù)使能信號(hào)(ENAB)指示。

MAX9218接收到串行數(shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)換成與MAX9217輸入格式相同的并行數(shù)據(jù)。同樣，當(dāng)MAX9218輸出并行數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)串行LVDS鏈路的時(shí)序重新生成總線時(shí)鐘。圖1所示為MAX9217和MAX9218之間視頻、控制數(shù)據(jù)鏈路設(shè)置和連接的結(jié)構(gòu)圖。圖2所示為視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的時(shí)序。根據(jù)視頻格式、顯示器分辯率和鏈路速率，RGB數(shù)據(jù)的控制占空比在1%至5%之間。

圖1. MAX9217/MAX9218的視頻鏈路設(shè)置

圖2. 串行鏈路的視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)格式

數(shù)字音頻數(shù)據(jù)類型和傳輸格式

數(shù)字音頻數(shù)據(jù)有多種不同格式。我們討論3種最常用的格式：采樣數(shù)字音頻(PCM)、MPEG層3音頻(MP3) 和ATSC數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(AC3)。

PCM數(shù)字音頻是CD ROM或DVD采用的數(shù)據(jù)格式。對(duì)左右聲道的音頻信號(hào)采樣得到PCM數(shù)字信號(hào)，采樣率為44.1kHz，精度為16位或32位。因此，精度為16位時(shí)，PCM音頻數(shù)據(jù)速率為1.41Mbps；32位時(shí)為2.42Mbps。一張700MB CD可保存大約60分鐘的16位PCM數(shù)據(jù)格式的音樂。

MP3是MP3播放器采用的音頻格式，對(duì)PCM音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。立體聲MP3數(shù)據(jù)速率為112kbps至128kbps。對(duì)于這種數(shù)據(jù)速率，解碼后的MP3聲音效果與CD數(shù)字音頻的質(zhì)量相同。AC3是數(shù)字TV、HDTV和電影數(shù)字音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。立體聲AC3編碼后的數(shù)據(jù)速率為192kbps。

為了恢復(fù)音頻信號(hào)，可將編碼后的音頻數(shù)據(jù)送入音頻解碼器芯片，該芯片生成PCM數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，傳送至音頻DAC，最終恢復(fù)成模擬音頻信號(hào)。相反，沒有編碼的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)可以直接送入音頻DAC。(下面詳細(xì)說明這種類型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。)


編碼或解碼音頻數(shù)據(jù)的常用串行音頻數(shù)字接口是Inter-IC音頻總線(I2S) 。圖3所示為I2S接口配置和時(shí)序圖。每個(gè)音頻字的邊界由信號(hào)WS標(biāo)識(shí)。在我們的應(yīng)用中采用配置模式1。在SCK信號(hào)的上升沿，數(shù)據(jù)被鎖存至接收器，但是當(dāng)SCK保持低電平時(shí)，不接收數(shù)據(jù)。

圖3. I2S接口配置和時(shí)序