機載XGA視頻與RGB分量PAL制差分視頻的對比研究

朱鵬程　趙君　胡娜

摘? ?要： XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻屬于平衡信號，可以有效地降低共模電平和差模電平對信號帶來的干擾，提高電子產品的電磁兼容性，在機載視頻技術中得到廣泛應用。為避免設計人員混淆兩種視頻信號，造成設計錯誤，介紹了XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻的工作機制;列舉了兩種視頻在參數上的區別;從視頻信號轉換和視頻信號轉碼兩方面，分析了兩種視頻的接口電路設計，尤其是指出了視頻信號轉碼中設計細節的差異在于是否應用SCART模式。對兩種視頻進行了實際測量和驗證后表明：XGA視頻的同步信號耦合在R、G、B分量中，RGB分量PAL制差分視頻的同步信號僅耦合在G分量中，符合各自的視頻特性。為視頻處理同行提供借鑒和參考。

關鍵詞： XGA視頻;機載視頻;RGB分量PAL制差分視頻;接口電路設計;SCART模式

中圖分類號：V243.6? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 01-075-08

工業技術創新 URL： http： //www.china-iti.com? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.015

引言

隨著機載視頻技術的發展，機載視頻顯示在現代飛機的控制管理系統中占有越來越重要的位置。機載視頻可以實時監控飛機上各個設備、儀器的狀態，為飛機的安全高效飛行提供了有力的保障[1]。現代飛機設備之間多采用光纖、ARINC818等高速總線進行數據傳輸與交互，設備之間的響應時間短、速率快，另外，視頻顯示質量要求也在不斷地提高。因此，清晰、實時、穩定，是目前機載視頻顯示系統必不可少的三大特點[2-3]。

XGA視頻作為一種數字機載視頻技術，在現代飛機中得到了廣泛的應用[4]。隨著機載視頻技術應用的深化，高頻信號不斷增加，高頻和低頻混合信號大量出現，為了減少信號之間的干擾，RGB分量PAL制視頻轉換為差分信號進行傳輸[5]。與差分信號屬于平衡信號不同，單端信號屬于不平衡信號，相對而言，單端信號沒有與之平衡的信號對，一般會產生較高的諧波失真。而作為平衡信號的差分信號具有差分對，一般有共同的共模電平和幅值相同的差模電平，可以有效地降低共模電平和差模電平對信號帶來的干擾[6]。另外，對于機載電子產品，電磁兼容性（EMC）是重要的考核指標之一，而將單端信號轉換為差分信號進行傳輸，可以大大提高電子產品的EMC性能和抗干擾能力。因此，RGB分量PAL制差分視頻也大量應用于機載電子產品。

作者在項目研發過程中發現，很多設計人員在設計過程中混淆了XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻，導致視頻無法正常顯示。本文首先介紹了XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻的工作機制和區別，其次從視頻信號轉換和視頻信號轉碼兩方面，對XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻的接口電路設計進行了具體描述，最后對兩種視頻進行了實際測試和驗證，以期為后續視頻處理方向的設計人員提供思路上的啟發。

1? XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻

1.1? XGA視頻

XGA視頻屬于VGA視頻的一種，采用三線制形式進行傳輸，將行場同步信號通過特定的方式轉換成共模信號疊加到R、G、B差分分量上。行場同步信號在R、G、B分量上形成的共模電壓計算公式為

（1）

（2）

（3）

其中，MID_Supply為中線電壓，一般為0。當行場同步輸入為高電平時，、為1;當行場同步輸入為低電平時，、為-1。為放大系數，由具體電路設計決定。

視頻信號時序符合視頻信號標準（VESA）的時序標稱值 。以1024×768@60Hz為例，視頻信號特性時序各參數值如表1所示。

XGA視頻輸入阻抗差分之間為100 Ω，單端信號之間為50 Ω。差分信號傳輸應該控制傳輸線纜阻抗，其中PCB阻抗控制在100 Ω。設備之間傳輸采用航空特種超五類電纜，特性阻抗也應該控制在100 Ω。電路設計中應該考慮阻抗匹配，各差分分量對內和對間應該嚴格控制等長，否則可能會引起較為嚴重的時序不同步的問題，將導致視頻圖像顯示不清晰或者顯示不正常。

1.2? RGB分量PAL制差分視頻

RGB分量PAL制差分視頻本質上仍屬于PAL制模擬視頻，視頻格式、時序與PAL制模擬視頻相同。視頻行場同步信號復合在G分量上，R分量和B分量上沒有行場同步信號，只有視頻數據信號，整個視頻時序符合PAL-D制電視廣播技術規范[9]。掃描方式為隔行掃描，每幀行數為625行，場頻為50 Hz，幀頻為25 Hz。

另外，PAL制視頻輸入阻抗差分之間為150 Ω，單端信號之間為75 Ω。差分信號傳輸應該控制傳輸線纜阻抗，其中PCB阻抗控制在150 Ω。設備之間傳輸采用同軸電纜，特性阻抗也應該控制在150 Ω。電路設計中應該考慮所有的阻抗匹配。

1.3? XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻區別分析

XGA視頻以1024×768@60Hz為例，與RGB分量PAL制差分視頻進行區別分析，如表2所示。

2? 接口電路設計

XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻的處理，一般分為視頻信號轉換和視頻信號解碼兩部分。視頻信號轉換部分主要是視頻差分信號轉換為單端信號，在XGA視頻中，還要解調出行場同步信號;視頻信號解碼部分主要將模擬信號轉換為數字信號，再輸出給后端處理器進行處理。具體的流程圖如圖1所示。

2.1 XGA視頻接口電路設計

2.1.1 視頻信號轉換電路設計

視頻信號轉換電路主要由AD8145實現。AD8145是一款三路、低功耗的差分轉單端接收器，專為通過雙絞線電纜或差分印刷電路板跡線接收紅綠藍（RGB）視頻信號而設計，也可用于接收任何類型的模擬信號或進行高速數據傳輸，還內置兩個具有遲滯特性的輔助比較器，可以用來解碼在接收共模電壓下編碼的視頻同步信號[10]。按照章節1.1節所述的共模電壓計算公式，即式（1）～（3），通過AD8145將輸入的三組差分RGB模擬信號轉換為單端RGB信號，并解調出行場同步信號。具體的電路設計圖如圖2所示。

2.1.2 視頻信號解碼電路設計

視頻信號解碼電路主要由ADV7403實現。ADV7403是一款高質量、單芯片、多格式視頻解碼器，它支持將RGB/YPrPb分量的視頻信號解碼為數字RGB或者YCrCb像素流輸出，同時該器件也支持圖形數字化。本文所使用的功能即是對輸入的RGB分量視頻信號解碼為8：8：8的24位RGB像素流輸出，具體的電路設計圖如圖3所示。

2.2 RGB分量PAL制差分視頻接口電路設計

2.2.1 視頻信號轉換電路設計

對于RGB分量的PAL制差分視頻，視頻信號轉換電路主要由AD813實現。AD813內部集成了三路運放器，每一路電流反饋可以提供50 mA的輸出電流，可以優化驅動后端150 Ω的視頻負載。此外，每一路運放還包含一個高速禁止功能，可以分別對運放進行下電或者使其輸出高阻。具體的電路設計圖如圖4所示。

2.2.2 視頻信號解碼電路設計

視頻信號解碼電路同樣由ADV7403實現。ADV7403將RGB分量的視頻信號解碼為8：8：8的24位RGB像素流輸出，具體的電路設計圖如圖5所示。值得注意的是，在處理RGB分量的PAL制視頻時，ADV7403工作在SCART模式，輸入 RGB 信號需要配置為Ain5/Ain6/Ain4或者Ain8/Ain9/Ain7輸入。圖5將輸入腳配置為Ain5/Ain6/Ain4。

3 測試與驗證

為了進一步驗證兩種視頻的特性，本文利用示波器對兩種視頻進行了實際測量。

圖6a～6c分別是XGA視頻的R、G、B分量差分信號波形圖。從圖6a～圖6c的右圖中可以看出，同步信號耦合在R、G、B分量中，其中行同步周期約為20.7 μs，場同步信號周期約為16.6 ms。

圖7a～7c分別是RGB分量PAL制差分視頻的R、G、B分量差分信號波形圖。從圖7b的右圖可以看出，同步信號僅僅耦合在G分量中，而R和B分量沒有同步信號，只有視頻數據信號，其中行同步周期約為64 μs，場同步周期約為20 ms。

4 結束語

本文首先對XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻的工作機制進行了基本介紹，著重列舉了兩者之間的區別。在此基礎上，從視頻信號轉換和視頻信號轉碼兩方面，進一步對XGA視頻和RGB分量PAL制差分視頻的接口電路設計進行了詳細闡述，并對其中設計參數的差異進行了特別說明。最后，通過兩種視頻信號波形的實際測量進行了對比驗證。理論研究和實際測量結果一致，符合各自的視頻特性，為后續視頻處理方向的設計人員提供了思路上的啟發。

參考文獻

[1] 江娟娟. 基于DSP系統的機載液晶顯示器圖形反走樣研究[D]. 西安： 西安科技大學， 2007.

[2] 谷士鵬， 馬亞平， 陳新華， 等. 一種機載XGA視頻信息采集的設計與實現[J]. 硅谷， 2015（4）： 43， 38.

[3] 王金巖. 機載高分辨率視頻信號采集與壓縮技術[J]. 航空電子技術， 2007（2）： 1-4.

[4] 張廣通. 機載數字視頻記錄儀的設計與實現[D]. 上海： 上海交通大學， 2007.

[5] 差分信號與單端信號[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com/.

[6] ADI公司. 通信應用中差分電路設計的相關技術[J]. 世界電子元器件， 2011（1）： 45-48.

[7] 王彬， 嚴峻. 機載視頻系統信號參數測量[J]. 航空電子技術， 2010（3）： 27-31.

[8] 周梅. SOC技術在航電系統設計中的應用[J]. 航空電子技術， 2006（1）： 44-48.

[9] PAL-D制電視廣播技術規范： GB 3174-1995[S].

[10] 蔣偉平， 王曉年， 蔣平. 基于非均勻采樣的圖像射影畸變硬件校正系統[J]. 數據采集與處理， 2011， 26（2） ： 200-206.

作者簡介：

朱鵬程（1990—），通信作者，男，漢族，江蘇鹽城人，碩士研究生，工程師。研究方向：機載航電系統設計。

E-mail： zpc_nuaa@163.com

（收稿日期：2020-02-17）

Comparative Study of Airborne XGA Video and RGB Component PAL Differential Video

ZHU Peng-cheng， ZHAO jun， HU Na

（China National Aeronautical Radio Electronics Research Institute， Shanghai 200233， China）

Abstract： XGA video and RGB component PAL differential video are balanced signals， which can effectively reduce the interferences of common mode level and differential mode level to the signal and improve the electromagnetic compatibility of electronic products， so they are widely used in the airborne video technology. In order to avoid the designers confusing two kinds of video signals and causing design errors， introduced are the working mechanisms of XGA video and RGB pal differential video， and enumerated are the parametric differences between the two kinds of videos. From the two aspects， namely， video signal conversion and video signal transcoding， analyzed are the interface circuit designs of the two kinds of videos， especially pointed out is that the difference of design details in the video signal transcoding is whether to apply the SCART mode. The actual measurement and verification of the two kinds of videos show that the synchronous signal of XGA video is coupled in the R， G and B components， and the synchronous signal of RGB component PAL differential video is only coupled in the G component， which conforms to the respective video characteristics. Provided for the designers is the inspiration on the following video processing direction.

Key words： XGA Video; Airborne Video; RGB Component PAL Differential Video; Interface Circuit Design; SCART Mode