MAX9218視頻鏈路中的音頻數(shù)據(jù)傳輸

第第頁MAX9217/MAX9218視頻鏈路中的音頻數(shù)據(jù)傳輸引言MAX9217/MAX9218芯片組[1]是一個收發(fā)器對兒，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)。該芯片組設計用于通過一對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)療設備等視頻顯示的理想方案。

該芯片組不僅可以在兩點之間傳送視頻信號，有時，人們還希望其同時傳送音頻信號。在本應用筆記中，我們將討論如何利用視頻信號的消隱期，通過控制信號通道將音頻數(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，并給出了顯示面板端揚聲器驅(qū)動的系統(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。9位控制信號中的前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個控制位(C3至C8)用于其他控制信號。本例中，我們使用6個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鏈路對其進行傳輸。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(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MAX9218輸出并行數(shù)據(jù)時，根據(jù)串行LVDS鏈路的時序重新生成總線時鐘。圖1所示為MAX9217和MAX9218之間視頻、控制數(shù)據(jù)鏈路設置和連接的結(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)[2]和ATSC數(shù)字音頻壓縮標準(AC3)[3]。

PCM數(shù)字音頻是CDROM或DVD采用的數(shù)據(jù)格式。對左右聲道的音頻信號采樣得到PCM數(shù)字信號，采樣率為44.1kHz，精度為16位或32位。因此，精度為16位時，PCM音頻數(shù)據(jù)速率為1.41Mbps；32位時為2.42Mbps。一張700MBCD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PCM音頻數(shù)據(jù)進行壓縮編碼。立體聲MP3數(shù)據(jù)速率為112kbps至128kbps。對于這種數(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)字音頻編碼標準。立體聲AC3編碼后的數(shù)據(jù)速率為192kbps。

為了恢復音頻信號，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)字數(shù)據(jù)，傳送至音頻DAC，最終恢復成模擬音頻信號。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。(下面詳細說明這種類型的系統(tǒng)實現(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)[4]。圖3所示為I2S接口配置和時序圖。每個音頻字的邊界由信號WS標識。在我們的應用中采用配置模式1。在SCK信號的上升沿，數(shù)據(jù)被鎖存至接收器，但是當SCK保持低電平時，不接收數(shù)據(jù)。

圖3.I2S接口配置和時序

使用MAX9217和MAX9218之間的串行鏈路仿真I2S接口，可以將音頻數(shù)據(jù)從圖形控制器一端傳送至遠端。我們將控制位C3和C4分別分配給SD和WS信號。對于SCK時鐘，如果要發(fā)送PCM數(shù)字音頻，可以直接使用MAX9218恢復的像素時鐘PCLK_OUT。對于傳送MP3或AC3音頻，可采用控制位C5為SCK時鐘生成一半或較低速率的像素時鐘。圖4顯示了這兩種情況的時序波形。為防止接收器溢出，大部分I2S接口需要進行節(jié)流控制，連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以將SCK置低，直接實現(xiàn)節(jié)流控制。圖4中Case1，工作期間SCK信號無法置低，可以使用片選引腳/CS關閉接收器。在這種情況下，圖4中的Case1將C6分配給/CS信號。

圖4.I2S接口的控制數(shù)據(jù)位波形消隱比和音頻數(shù)據(jù)吞吐率由于音頻數(shù)據(jù)是通過視頻信號的消隱周期傳輸?shù)?，我們需要確定給定像素頻率fP下行消隱比和場消隱比。圖5所示為顯示面板上的行消隱和場消隱周期。

圖5.行消隱和場消隱

以RL表示行消隱比，RF表示場消隱比，由圖5所示，我們可以按以下各式計算這些比值：

RL=(I1+I2)/L

和

RF=(f1+f2)/F

由此得到音頻數(shù)據(jù)吞吐率RA，即：

RA=(RFδF+(1-RF)RLδL)fP

其中δF和δL是消隱周期中的音頻數(shù)據(jù)傳輸利用率。利用率是指整個消隱周期中，音頻數(shù)據(jù)傳輸所占的比例，是節(jié)流控制的結(jié)果。作為一個實例，表1所示參數(shù)為3種類型的音頻數(shù)據(jù)設置數(shù)據(jù)速率。

表1.不同類型音頻數(shù)據(jù)的消隱參數(shù)設置AudioDataTypefPRARBFLDataRate16-BitPCMAudioData350.020.0381%82%1.41MbpsMP317.50.010.0135%38.5%128Kbps*AC317.50.010.0150.3%60%192Kbps*

*注：MP3和AC3音頻數(shù)據(jù)都含有頭文件。考慮到這些信息后，實際的編碼數(shù)據(jù)速率會稍高一些[2,3]。系統(tǒng)實現(xiàn)要在面板端播放音頻信號，我們需要將PCM數(shù)據(jù)送至音頻DAC或解碼MP3和AC3數(shù)據(jù)，然后將其送至音頻DAC。由于沒有反向通道將握手信號回送給控制器，解碼器主機時鐘必須與像素時鐘同步，以防止數(shù)據(jù)上溢或下溢。圖6所示為編碼和未編碼數(shù)據(jù)音頻重放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖6.面板端音頻重放實現(xiàn)

在上述結(jié)構(gòu)圖中，采用了3次I2S接口。從左邊開始，第一和第二個I2S接口的數(shù)據(jù)速率相同，能夠達到35MHz。第三個接口—MAX9850DirectDrive耳機放大器[5]接口，速率固定為音頻采樣率的倍數(shù)。時鐘SCK2送入MAX9491多路時鐘發(fā)生器[6]，它產(chǎn)生解碼器、FIFO和MAX9850的同步時鐘。MAX9491提供包含OTP的兩個可編程PLL，是本應用的理想頻率合成器。Case1適用于提供解碼PCM音頻數(shù)據(jù)的圖形控制器，Case2用于面板端壓縮數(shù)據(jù)的解碼。Case1的節(jié)流控制由