车载通讯影音系统的图像处理器

移动视频应用

近来,移动视频已经发展成为可行甚至是必要的车载娱乐系统的一个配件。几款新型的休闲车和小型商务车的卖点就是把移动视频作为选配件,越来越多的人已经考虑在他们的车上加装视频娱乐系统。

图1 使用LCD显示器的汽车影音系统

移动视频的兴起有多方面原因：

娱乐应用—汽车是一个可以玩视频游戏、看电影、卡通、地区电视甚至卫星电视的娱乐环境。因为移动视频技术的进步,所有这些现在都可以在轿车、卡车、商务车、及休闲车上得以实现。

安全—当导航系统连接上视频后,它可以发出图像和声音指令,能增加行程效率和准确度。

从发展趋势来看,车载娱乐已从传统的纯音频方式,例如MP3演变到集成了用户手册和导航功能的显示综合系统。车载娱乐系统现在也提供了全方位娱乐功能,显示器的尺寸涵盖了3英寸的中等尺寸到高端的7英寸模式。显示内容通常包含模拟信息(例如：DVD播放器输出或者数码广播电视)和数字信息(例如：多媒体接口或趣味墙纸)。晶门科技有限公司的图像处理芯片SSD1921就具备这些能满足这种新的市场需求的特点。

SSD1921图像处理器概述

晶门科技SSD1921是一颗具备图像捕获和处理功能的图像处理芯片。图像内容可以被SSD1921处理并显示到各种型号的LCD面板上,例如：STN、CSTN、低成本Delta面板、以及高清晰条形的TFT。

图2展示了针对汽车影音的应用解决方案。视频解码首先把CVBS(复合视频信号)或S-video信号转换成YCrCb(BT656/BT601数字格式),输送到图像处理芯片SSD1921的视频输入口。如果视频信号源已符合BT656/BT601标准,就可以简化设计,即不用连接视频解码器。在大多数情况下,视频输入可能不总是以1：1的比率对应到显示面板上,而SSD1921具备“尺寸调整”的功能,即是在图像数据被写入内嵌的SRAM之前可以被裁剪及缩放。因此,对于各种分辨率的NTSC/PAL视频源,都可以通过这种内建的缩放引擎进行调整,以适合在各种不同分辨率的LCD面板上显示。

图2 针对汽车影音应用的SSD1921解决方案

当配置好256KB内建的存储器中的帧缓冲器,DVD图像就会显示在LCD屏上。这款图像处理器最大可支持640X480三角形排列(200KB)和480xRGBx272条纹的排列(255KB)。颜色深度可以支持到1,2,4,5,16和32位。

内建的2D图像处理引擎提供了灵活的屏幕显示效果,包括：屏幕显示,半透明、多语言字体加速、动态JPEG动画、图像缩放、虚拟显示、肖像显示模式、覆盖功能、硬件光标功能、线绘制、光栅操作位块传输、颜色填充和扩展。内部的JPEG引擎可以提供高度定制的用户接口,例如：用户可以捕捉他/她喜爱感兴趣的DVD图像作为屏保,或以个人的相片作为墙纸。要达到这个功能,用户需要预先把JPEG图像存储到SD/MMC卡上,而SSD1921可以从SD/MMC上取得预先存储的图像,然后解码并显示到LCD上。

简化应用系统的单芯片集成解决方案

晶门科技SSD1921图像处理芯片针对车载影音应用集成了这些主要特性：视频输入接口、JPEG编解码、2D图像引擎、SD卡接口、MCU接口及显示接口。该单芯片解决方案在这个应用系统中扮演了减少成本及简化系统的重要角色。

图3 SSD1921结构框图

芯片上的视频输入口可以接受通用的8bit数字视频信号格式YUV422 CCIR601 或 CCIR656。由于CMOS和CCD传感器也使用这两个接口标准,因此,设计者可直接连接传感器的图像源到SSD1921的视频输入口。此外,视频图像还可以最大15帧/秒的帧率传送到图像处理器的视频输入口。在当今的车载影音产品中,除了具备DVD录放的功能外,静态图片显示(例如：操作菜单显示及相片显示等)也是十分重要的特性。SSD1921最大可以支持1280x1024分辨率(等效于1.3M像素)的CMOS图像捕获。如果视频源太大以至不能显示,那么芯片内置的抽取和剪切引擎可以用固定尺寸(1、2、4、8、16)的缩放或修剪输入视频来匹配显示输出。上至QVGA(320x240)16bpp色彩深度的图像也可以采用剪切和抽取引擎实现预览。除此以外,该芯片还可实现色彩转换,即从固定的YUV格式到RGB格式的色彩变化,包括从YUV422到RGB565和YUV422到RGB888格式(具备8bit混色的32bit色深)。用户可以针对亮度和对比度的要求来调整Y、U、V分量。

JPEG编解码是纯硬件编解码,在进行JPEG编码和解码的时候可以完全脱离MCU(微控制器单元)的运算来进行。JPEG编码器压缩视频源到JPEG格式并存储到内嵌的存储器中,并支持最高达1280X1024的各种尺寸JPEG编码。然而,当JPEG解码器从MCU或MMC/SD卡接收JPEG图像并解码显示时,这个解码图像的大小受到显示尺寸或者内嵌存储器的大小的限制。抽取和剪切是减小图像大小和降低对存储器要求的两种算法。总线宽度和功耗也可相应节省。剪切解压缩全幅图片的选定区域,非整数的抽取可以使用2D图像处理引擎中的StretchBLT功能实现。因为视频输入口的最大分辨率是1280x1024,而芯片上的内嵌存储器仅256KB,所以在完整的帧捕获以后不可能启动JPEG压缩。唯一的方法就是在图像被捕获的同时开始启动压缩。

该图像处理器内建了一个2D图像处理引擎,它的设计是基于Microsoft Windows的GDI(图形设备接口),它支持以下7个主要功能：

屏幕平移和滚动;

图像旋转,包括：0,90,180,270度旋转;

带三种色彩和透明度可选的光标,光标可以闪烁;

线绘制;

矩形绘制;

椭圆绘制;

位块传送(BitBLT)─位块传送引擎的目的是实现在CPU和显存之间传送像素数据的时候可以脱离MCU的控制。它也可用作在显存中把像素数据从一个指定位置移动到另一个指定位置,因此用户可以很容易的在显存中移动一块像素图案。对于较大图像的处理可以通过重复几次图案填充位块传送来实现。此外,位块传送引擎的色彩扩展功能具有按位(bit)存储的优势,所以可以节省存储器。允许用户对源和目的数据应用布尔逻辑功能,体现了数据管理方面的高度灵活性。

跟晶门科技的其他控制器芯片类似,SSD1921也集成了MCU接口和显示接口,这些接口的大范围兼容性减少了设计的复杂度。显示接口支持大多数的面板类型,包括：单色和彩色STN(4/8/12/16bit接口),TFT(9/12/18bit接口),HR-TFT(18bit接口)和8bit串行TFT接口。对于STN和CSTN面板,空间和动态的抖动能增加颜色深度。此外,SSD1921提供了各种MCU的直接接口,包括低端的8bit和高端的32bit MCU。这些MCU有Freescale的68k、Dragonball系列,Renesas的SH3和SH4系列,以及Intel的StrongARM/XScale系列。

结语

车载影音系统已经开始盛行,有非常大的潜在市场。车载娱乐最终会成为将来每一辆汽车上的重要部分。像SSD1921这样的单片集成图像处理器非常适合于各种车载影音应用,它的显著特性和简单的系统设计有助于制造商加快推出产品。