MAX9217/MAX9218串行器和解串器芯片組通過一對兒雙絞線LVDS鏈路實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)傳輸,，廣泛用于汽車和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,。視頻信號的每一幀總是存在消隱周期,，可以利用這些周期“承載”音頻數(shù)據(jù),。在本應(yīng)用筆記中,，我們討論音頻數(shù)據(jù)的傳輸格式，視頻鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)的方法以及系統(tǒng)實現(xiàn)的具體實例,。
Introduction
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(shè)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(shè)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(yīng)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(dāng)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(shè)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(shè)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) 和ATSC數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(AC3),。
PCM數(shù)字音頻是CD ROM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700MB CD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(biāo)準(zhǔn)。立體聲AC3編碼后的數(shù)據(jù)速率為192kbps,。
為了恢復(fù)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(fù)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) ,。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(biāo)識。在我們的應(yīng)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(dāng)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(fù)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Case 1,，工作期間SCK信號無法置低，可以使用片選引腳/CS關(guān)閉接收器,。在這種情況下,，圖4中的Case 1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)模覀冃枰_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 = (RF
F + (1 - RF) RLL) fP
其中F和L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(shè)置數(shù)據(jù)速率。
注：MP3和AC3音頻數(shù)據(jù)都含有頭文件,?？紤]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——MAX9850 DirectDrive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(yīng)用的理想頻率合成器,。Case 1適用于提供解碼PCM音頻數(shù)據(jù)的圖形控制器,，Case 2用于面板端壓縮數(shù)據(jù)的解碼,。Case 1的節(jié)流控制由/CS引腳實現(xiàn)，Case 2中通過空閑SCK時鐘實現(xiàn)。對比這兩種實現(xiàn)方式,，我們看到PCM音頻數(shù)據(jù)的Case 1不需要占用太多的消隱時間(表1),，不需要使用音頻解碼器芯片，成本低于Case 2,。因此,，如果圖形控制器能夠從MP3或AC3等編碼音頻數(shù)據(jù)流中生成PCM數(shù)據(jù)，建議直接在鏈路上傳送這些數(shù)據(jù),。