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摘要： 多媒体通信技术的发展为信息的获取和传输提供丰富的手段，视频显示是其中不可缺少的重要组成部分。就是在这种背景下，首先介绍嵌入式视频系统的功能和组成，进而对该系统的工作原理以及采用的关键技术作了充分的分析，对基于单片机的嵌入式视频系统研究具有一定指导意义。
关键词： 单片机；嵌入式；视频系统
中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310045－01
1 系统功能与组成
基于单片机的嵌入式视频系统，通过嵌入式单片机，实现视频和音频的还原。硬件分为电源模块，输入接口模块，存储空间模块，单片机模块，缩放模块，显示屏模块及外围设备模块等。电源部分提供各模块所需要直流电源；输入接口模块将输入的信号经过整形，修正，模数转换等给后级主芯片做处理；存储空间模块中Flash用来保存程序和一些常量，RAM用来存储在程序运算中需要的临时变量；单片机使用8051架构，基于8051内核又有增加特殊的一些功能，例如DDCCI等；缩放模块是处理将输入的信号源计算为输出的屏的模块；显示屏和外围设备作为外设，实现显示和播放声音等功能。
1.1 嵌入式视频系统的硬件组成
主要通过电源，输入接口，单片机，缩放器模块，存储空间，外围电路，显示屏等模块整合出整个系统，系统完成各自功能以实现显示的目的。
1.2 嵌入式视频系统的软件组成
主要有按键侦测模块，显示菜单处理模块，接口侦测模块，模式侦测模块，画面显示模块和中断模块等。
2 系统的工作原理
模拟信号从VGA接口输入，经过集成在缩放器scalar中的ADC模数转换器，转换为数字的信号给后端的数字电路。数字信号HDMI（或者DVI）经过HDMI解码器，解码后给后端的数字电路。DISPLAYPORT也从自己的接口输入，经过解码器输出给后端的数字电路。转换或者解码后的数字信号经过测量模块，测量出输入的同步信号和数据内容等，再给缩放电路进行缩放动作，输出给显示屏正常显示。由于输入信号是可变的（可以改变分辨率，刷新率等），而输出信号因为显示屏的关系，只能固定输出屏所支持的某个信号源。所以需要缩放器（scalar）将输入的信号放大或者缩小输出给显示屏。例如如果使用1024×768的屏，输入是800×600的话，就需要在垂直和水平方向做放大，scalar利用内部算法，在某些线中插入水平和垂直线条，使画面输出仍然是1024×768这样的分辨率。
由于8051单片机内部的RAM断电之后并不能保存数据，就需要一颗EEPROM来作为存储器，用来存放系统的一些参数。例如用户调整的亮度，对比度，色温等讯息。当用户下次上电的时候，系统会从EEPROM读取这些信息载入到单片机的RAM中，供系统来使用。
FLASH作为程序的存储器，类似于标准8051的外部ROM，存放程序模块，当系统上电的时候，实际上是执行FLASH中存储的程序指令。另外，本系统用到的外部RAM空间（xdata）也是在FLASH中划拨出的一块存储空间。输入输出控制部分（I/O控制部分），随时侦测按键的响应，当有按键按下的时候，就进入相应的按键服务程序。本课题采用电压式侦测方式，合理利用IO口。只需要2个IO口，实现最多8个按键的侦测。显示屏采用LVDS（Low-Voltage Differential Signaling低压差分信号）接收格式，采用这种格式相较于之前的TTL，RSDS格式的优点是低电压，高抗干扰，传输可靠等。也是目前市面上主流的信号格式。针对模拟信号的声音输入，可以直接接入功放进行放大。而对与HDMI等数字信号，因为声音码流也是通过同一根线输入，因此需要解码器解码出声音信号再给功放进行放大输出。
3 系统采用的关键技术
3.1 单片机技术
本课题所用增强型单片机是专为显示系统所用的，具有更高的运行速度，和更灵活的调节范围。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3.2 显示接口技术
VGA使用模拟信号红，绿，蓝，还有水平同步和垂直同步信号，目前显示器主流仍然使用模拟信号，但是已经有更多新的接口逐渐走向市场。HDMI，英文全称是High Definition Multimedia Interface，可以满足目前最高画质1080p的分辨率，还能支持DVD Audio等最先进的数字音频格式，支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送，而且只用一条HDMI线连接，免除数字音频接线。同时HDMI标准所具备的额外空间可以应用在日后升级的音视频格式中。足以应付一个1080p的视频和一个8声道的音频信号。而因为一个1080p的视频和一个8声道的音频信号需求少于4Gbps，因此HDMI还有很大余量。这允许它可以用一个电缆分别连接DVD播放器，接收器和PRR。此外HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式。而Displayport的最大优势在于免版税，因为HDMI生产商需要每年支付一定量的会员费，另外具有更高的带宽同时可以直接驱动液晶面板，可以精简LVDS转换电路等优点。本文实现支持上述所有的接口，并可以自动侦测接口是否有信号，从而转换到有信号的接口去显示。
3.3 显示技术
到目前为止，市场上主流显示器所采用的显示技术大体上经历了球面CRT、纯平、液晶（LCD）三个阶段，每一时代都有不同的技术特点。早期的CRT由于体积大，功耗高等劣势已经被逐渐淘汰。目前主流显示以LCD液晶面板为主，朝着宽屏，高对比度方向发展。但是传统使用CCFL冷阴极萤光得面板功耗高，色彩表现力差等，未来会逐渐被LED背光源所取代。目前主流LCD作为显示介质，未来也可使用LED背光源的LCD直接替换。显示屏在这个系统的成本也达到50%以上，是关键元件之一。
参考文献：
[1]李华，MCS51系列单片机使用接口技术，北京航空航天大学出版社，1993.
[2]孙涵芳，MCS5196系列单片机原理与应用，北京航空航天大学出版社，1988.
作者简介：
李强（1974-），男，助教，济宁职业技术学院，研究方向：计算机系统结构。
关键词： 单片机；嵌入式；视频系统
中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310045－01
1 系统功能与组成
基于单片机的嵌入式视频系统，通过嵌入式单片机，实现视频和音频的还原。硬件分为电源模块，输入接口模块，存储空间模块，单片机模块，缩放模块，显示屏模块及外围设备模块等。电源部分提供各模块所需要直流电源；输入接口模块将输入的信号经过整形，修正，模数转换等给后级主芯片做处理；存储空间模块中Flash用来保存程序和一些常量，RAM用来存储在程序运算中需要的临时变量；单片机使用8051架构，基于8051内核又有增加特殊的一些功能，例如DDCCI等；缩放模块是处理将输入的信号源计算为输出的屏的模块；显示屏和外围设备作为外设，实现显示和播放声音等功能。
1.1 嵌入式视频系统的硬件组成
主要通过电源，输入接口，单片机，缩放器模块，存储空间，外围电路，显示屏等模块整合出整个系统，系统完成各自功能以实现显示的目的。
1.2 嵌入式视频系统的软件组成
主要有按键侦测模块，显示菜单处理模块，接口侦测模块，模式侦测模块，画面显示模块和中断模块等。
2 系统的工作原理
模拟信号从VGA接口输入，经过集成在缩放器scalar中的ADC模数转换器，转换为数字的信号给后端的数字电路。数字信号HDMI（或者DVI）经过HDMI解码器，解码后给后端的数字电路。DISPLAYPORT也从自己的接口输入，经过解码器输出给后端的数字电路。转换或者解码后的数字信号经过测量模块，测量出输入的同步信号和数据内容等，再给缩放电路进行缩放动作，输出给显示屏正常显示。由于输入信号是可变的（可以改变分辨率，刷新率等），而输出信号因为显示屏的关系，只能固定输出屏所支持的某个信号源。所以需要缩放器（scalar）将输入的信号放大或者缩小输出给显示屏。例如如果使用1024×768的屏，输入是800×600的话，就需要在垂直和水平方向做放大，scalar利用内部算法，在某些线中插入水平和垂直线条，使画面输出仍然是1024×768这样的分辨率。
由于8051单片机内部的RAM断电之后并不能保存数据，就需要一颗EEPROM来作为存储器，用来存放系统的一些参数。例如用户调整的亮度，对比度，色温等讯息。当用户下次上电的时候，系统会从EEPROM读取这些信息载入到单片机的RAM中，供系统来使用。
FLASH作为程序的存储器，类似于标准8051的外部ROM，存放程序模块，当系统上电的时候，实际上是执行FLASH中存储的程序指令。另外，本系统用到的外部RAM空间（xdata）也是在FLASH中划拨出的一块存储空间。输入输出控制部分（I/O控制部分），随时侦测按键的响应，当有按键按下的时候，就进入相应的按键服务程序。本课题采用电压式侦测方式，合理利用IO口。只需要2个IO口，实现最多8个按键的侦测。显示屏采用LVDS（Low-Voltage Differential Signaling低压差分信号）接收格式，采用这种格式相较于之前的TTL，RSDS格式的优点是低电压，高抗干扰，传输可靠等。也是目前市面上主流的信号格式。针对模拟信号的声音输入，可以直接接入功放进行放大。而对与HDMI等数字信号，因为声音码流也是通过同一根线输入，因此需要解码器解码出声音信号再给功放进行放大输出。
3 系统采用的关键技术
3.1 单片机技术
本课题所用增强型单片机是专为显示系统所用的，具有更高的运行速度，和更灵活的调节范围。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3.2 显示接口技术
VGA使用模拟信号红，绿，蓝，还有水平同步和垂直同步信号，目前显示器主流仍然使用模拟信号，但是已经有更多新的接口逐渐走向市场。HDMI，英文全称是High Definition Multimedia Interface，可以满足目前最高画质1080p的分辨率，还能支持DVD Audio等最先进的数字音频格式，支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送，而且只用一条HDMI线连接，免除数字音频接线。同时HDMI标准所具备的额外空间可以应用在日后升级的音视频格式中。足以应付一个1080p的视频和一个8声道的音频信号。而因为一个1080p的视频和一个8声道的音频信号需求少于4Gbps，因此HDMI还有很大余量。这允许它可以用一个电缆分别连接DVD播放器，接收器和PRR。此外HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式。而Displayport的最大优势在于免版税，因为HDMI生产商需要每年支付一定量的会员费，另外具有更高的带宽同时可以直接驱动液晶面板，可以精简LVDS转换电路等优点。本文实现支持上述所有的接口，并可以自动侦测接口是否有信号，从而转换到有信号的接口去显示。
3.3 显示技术
到目前为止，市场上主流显示器所采用的显示技术大体上经历了球面CRT、纯平、液晶（LCD）三个阶段，每一时代都有不同的技术特点。早期的CRT由于体积大，功耗高等劣势已经被逐渐淘汰。目前主流显示以LCD液晶面板为主，朝着宽屏，高对比度方向发展。但是传统使用CCFL冷阴极萤光得面板功耗高，色彩表现力差等，未来会逐渐被LED背光源所取代。目前主流LCD作为显示介质，未来也可使用LED背光源的LCD直接替换。显示屏在这个系统的成本也达到50%以上，是关键元件之一。
参考文献：
[1]李华，MCS51系列单片机使用接口技术，北京航空航天大学出版社，1993.
[2]孙涵芳，MCS5196系列单片机原理与应用，北京航空航天大学出版社，1988.
作者简介：
李强（1974-），男，助教，济宁职业技术学院，研究方向：计算机系统结构。