TW8811的車載DVD圖形化顯示界面設計

張宏財,張春芳,肖連軍

(1.華東電子工程研究所,合肥230088;2.安徽工商職業學院;3.合肥學院)

張宏財(碩士),主要從事于電子技術方面的研發工作;張春芳、肖連軍(碩士),主要從事電子方面的教學工作。

汽車影音娛樂系統必不可少TFT液晶顯示屏,相應的中小尺寸液晶屏驅動芯片有很多廠商提供?，F在市面上大多數液晶驅動芯片,僅支持字符型OSD的顯示,只有簡單的文字、符號和色彩單一的OSD功能,不能滿足人們對顯示界面的視覺要求。相較字符型OSD,位圖OSD通過對最終顯示內容上特定區域的每個像素點進行改變,直接將OSD信息疊加到最終的顯示畫面上,其按像素進行控制的方式可以保證具有多色及足夠的表現能力。

1 OSD類型及實現的方式

OSD有字符型和位圖型2種類型。

(1)字符型

早期及低成本的解決方案中使用字符型OSD發生器。其原理是將OSD中顯示內容按照特定的格式(12×18、12×16等)分割成塊,并把這些內容固化在ROM 或Flash中,在顯示緩存中僅存放對應的索引號,這樣的“字典”結構可以大幅減少顯示緩存的需求。

字符型OSD優點是可以使用較少的顯示緩存,并且MCU只需要指定顯示內容的索引即可顯示對應的OSD信息,可以在低速的MCU上實現此功能。但由于上述的顯示信息和顏色編碼方式不夠直觀,所以會給字符型OSD的固件開發帶來一些麻煩。通常液晶顯示器、低成本的平板電視和CRT傳統電視上均使用這一類OSD。

(2)位圖型

位圖OSD的處理原理比較直觀簡單:通過對最終顯示內容上特定區域的每個像素點進行改變,直接將OSD信息疊加到最終的顯示畫面上,其按像素進行控制的方式可以保證畫面具有多種顏色以及足夠的表現能力。一個OSD位圖塊就是一系列位置和大小可編程的矩形區域。

理論上,位圖OSD的顯示效果可以做到非常完美的程度,可以提供具有立體感的各種物件圖像。其要求具有足夠的OSD顯示緩存,并且要求MCU具有較快的速度,可以實時刷新OSD像素點的值。隨著技術的不斷發展和存儲器成本的不斷下降,未來的OSD應該都是位圖型的。

OSD的實現方式一般有兩種:外部疊加方式是疊加合成OSD發生器產生的視頻與圖像視頻;內部疊加方式則是由視頻處理器直接在視頻緩存內部疊加OSD信息后輸出合成的視頻?？紤]到車載系統對于系統可靠性及性能價格方面的較高要求,這里采用內部疊加方法實現位圖OSD,使用TW8811作為OSD視頻疊加控制器,實現圖形化用戶界面。

2 硬件設計

2.1 TW8811簡介

Techwell公司的TW8811芯片不但具有一般液晶驅動芯片的功能,還具有位圖OSD、3D梳妝濾波器、畫中畫、可接模擬屏、數字屏等功能。其內部的位圖OSD產生器,其色彩最高可達到256色顯示,支持抖動、透明、Alpha混合等功能。外部視頻信號和TW8811自身產生的位圖OSD信號在 TW8811內部疊加,輸出為LCD顯示屏需要的各種時序信號和疊加了位圖OSD的模擬RGB信號,在顯示屏上就可以顯示絢麗的位圖OSD界面或位圖OSD與視頻畫面疊加的界面。

對TW8811的操作主要是對控制器進行相應操作,TW8811的內部寄存器分為3頁,分別以前綴0x、1x、2x開頭,每頁寄存器頁內地址為00～FF,256個字節。

2.2 系統體系結構

本車載DVD系統的總體結構如圖1所示,由 DVD 機 芯、MCU控制器、視頻處理器 TW8811、LCD顯示器、收音機及音頻處理等電路組成。MCU通過各種總線控制DVD機芯等設備,位圖OSD數據事先經上位機串口燒入Flash存儲器中。

TW8811由單片機控制,采用并行方式接口,TW8811接收來自DVD機芯的模擬視頻信號,處理后由輸出端口輸出到LCD液晶屏中。由于TW8811沒有內部存儲器,所以,在單片機外圍電路中外接1塊Flash芯片專用于存儲待顯示的位圖OSD圖形數據,由上位機通過串口寫入;位圖OSD SDRAM緩存區是在系統上電時,MCU把Flash中的位圖OSD圖形數據,經TW8811轉存到和其相連的SDRAM中,經TW8811處理后,在LCD顯示器上顯示出位圖OSD畫面或視頻和位圖OSD疊加的畫面。

MCU對TW8811的片內寄存器的讀寫有串行與并行2種方式,串行方式使用I2C協議標準2線連接,傳輸速度可達到400 KB/s,而并行方式可達到更快的傳輸速度。本系統中由于系統在上電時,MCU需在極短的時間內,把Flash中的位圖OSD數據搬運到SDRAM中,隨后顯示出第一幅OSD界面,故系統MCU和TW8811采用的是并行連接方式,接口如圖2所示。

圖1 車載DVD系統總體結構圖

圖2 TW8811和MCU的并行接口

ADD/DATA[1～8]根并行線用來分時傳輸地址和數據,再加上片選地址鎖存寫使能、讀使能共4根控制線,總共14根線連接。在并行的接口方式下,TW8811也支持同寄存器頁內寄存器地址自動加1功能,可方便地執行同寄存器頁內寄存器的連續地址的讀操作或寫操作。

3 位圖OSD界面軟件設計

3.1 位圖OSD顯示機理

不管是外部疊加的位圖OSD還是內部疊加的位圖OSD,其實現的機理基本上一樣,圖形OSD界面都是由一個一個的像素點組成,位圖OSD控制器就是對一個一個像素進行控制。存儲在Flash中的位圖OSD的圖形數據,實際上是顏色查找表的索引,通常所說的4位色、8位色顯示,表示位圖OSD的數據是由4位、8位組成的,這4位、8位又表示顏色查找表有多少顏色可查找顯示。4位色表明顏色查找表有24=16種顏色可供查找顯示,同理8位色表明顏色查找表有28=256種顏色可供查找顯示。

顯示OSD界面時,OSD控制器通過OSD數據找到顏色查找表中相對應的顏色數據,然后把顏色查找表的數據疊加到視頻信號上,一起送出給液晶屏,其過程如圖3所示。

3.2 TW8811位圖OSD顯示過程

TW8811 OSD控制器支持2個OSD窗口:窗口0和窗口1。當2個窗口同時在同一區域顯示時,窗口0具有高優先級顯示,支持1位色/2位色/4位色/8位色顯示。

TW8811位圖OSD界面原理框圖如圖4所示。

本系統要顯示位圖OSD界面時:

①首先需初始化TW8811寄存器。

圖3 位圖OSD顯示機理

圖4 TW8811位圖OSD界面原理框圖

②劃分SDRAM中的區域,一部分作為位圖OSD數據從Flash搬運來的存儲區,即設置TW8811的0x10F～0x111寄存器值;一部分作為位圖OSD數據顯存區,即設置TW8811的0x115～0x117寄存器值。

③MCU從外部Flash存儲器中讀出存儲在其中的位圖OSD數據,再把位圖OSD數據寫入 TW8811的0x118寄存器中,TW8811會自動的把0x118寄存器中的數據寫入SDRAM中的數據存儲區,SDRAM實際上就相當于TW8811的一個緩存,其數據的搬運過程如圖5所示。

圖5 上電后OSD數據的搬運過程

④設置位圖OSD窗口信息,如顯示窗口在顯示屏上的位置、窗口的長度、寬度等。

⑤設置當前位圖OSD界面的顏色查找表。

⑥設置當前位圖OSD界面的顯示屬性,如透明色、Alpha混合等。

⑦把SDRAM中OSD數據存儲區的數據搬運到OSD界面顯存區。這樣位圖OSD就可以在液晶屏上顯示出來,如要顯示下一幅OSD界面時,則從第4步開始重新設置OSD窗口信息、顏色查找表、窗口屬性,把SDRAM 中OSD數據存儲區的數據搬運到OSD界面顯存區,這樣就可以一幅一幅顯示位圖OSD窗口界面了。

該設計方案采用2 MB的Flash器件作為圖形庫,存儲主畫面菜單、DVD界面按鈕、提示圖案等位圖圖形數據,滿足DVD圖形顯示界面要求。圖6是本方案的車載DVD圖形顯示界面。

圖6 車載DVD圖形顯示界面

結 語

以TW8811為核心的OSD系統,較好地解決了車載DVD系統圖形界面與系統復雜性間的矛盾。實際效果證明,使用TW8811組成的系統穩定可靠,滿足車載系統的機械、電氣性能要求,具有很高的性價比。

[1]宋傳明,陳寧,等.基于字符疊加技術的車載視頻系統[J].中國儀器儀表,2004(9):8-10.

[2]錢懷風.OSD芯片M B90092的原理及應用[J].國外電子元器件,2005(1):52-55.

[3]周海清.基于YGV629的車載DVD圖形化顯示界面實現[J].電子設計工程,2009(3):52-56.

[4]趙崇昆,陳德智.基于TW2824的視頻監視及OSD疊加[J].現代電子技術,2008(14):111-112.

[5]范慶輝,陽富民.基于TW2824的OSD技術研究與實現[J].計算機工程與設計,2007(5):2469-2474.

[6]朱鍵,張哲.基于I2C的顯示驅動設計與實現[J].現代電子技術,2008(21):160-162.