基于MAX9217/MAX9218芯片组的视频数据传输实现

MAX9217/MAX9218串行器和解串器芯片组通过一对儿双绞线LVDS链路实现视频数据传输，广泛用于汽车和工业应用领域。视频信号的每一帧总是存在消隐周期，可以利用这些周期“承载”音频数据。在本应用笔记中，我们讨论音频数据的传输格式，视频链路发送数据的方法以及系统实现的具体实例。
Introduction

MAX9217/MAX9218芯片组[1]是一个收发器对儿，发送器(MAX9217)将并行数据转换成串行数据，发送给接收器(MAX9218)；接收器再将串行数据转换成并行数据。该芯片组设计用于通过一对儿低成本双绞线电缆(如，以太网中常用的UTP-CAT5电缆)，将视频和控制信号从图形控制器(处理器)传输到LCD或等离子平面显示器。传输距离可超过10米。

该芯片组链路结构简单，所使用的传输线为低成本电缆，是汽车、仪表、医疗设备等视频显示的理想方案。 该芯片组不仅可以在两点之间传送视频信号，有时，人们还希望其同时传送音频信号。在本应用笔记中，我们将讨论如何利用视频信号的消隐期，通过控制信号通道将音频数据传送到显示器。我们还将解释怎样把数字音频数据转换成模拟音频信号，并给出了显示面板端扬声器驱动的系统结构。

MAX9217/MAX9218链路功能和视频数据格式

MAX9217串行器具有27位并行输入，总线速率高达35Mbps。在这27位中，18位是视频RGB数据：3基色各占用6位，其余9位是控制信号。9位控制信号中的前3位指定为垂直、水平和RGB数据同步：VSYNC (C0)、HSYNC (C1)和ENAB (C2)。剩下的6个控制位(C3至C8)用于其他控制信号。本例中，我们使用6个控制位中的一部分传输音频数据。MAX9217可以将18位RGB数据或9位控制数据转换为串行数据，然后通过LVDS链路对其进行传输。在视频显示的消隐期内发送控制数据，由RGB数据使能信号(ENAB)指示。

MAX9218接收到串行数据后，将其转换成与MAX9217输入格式相同的并行数据。同样，当MAX9218输出并行数据时，根据串行LVDS链路的时序重新生成总线时钟。图1所示为MAX9217和MAX9218之间视频、控制数据链路设置和连接的结构图。图2所示为视频数据和控制数据的时序。根据视频格式、显示器分辩率和链路速率，RGB数据的控制占空比在1%至5%之间。

图1. MAX9217/MAX9218的视频链路设置

图2. 串行链路的视频数据和控制数据格式

数字音频数据类型和传输格式

数字音频数据有多种不同格式。我们讨论3种最常用的格式：采样数字音频(PCM)、MPEG层3音频(MP3) 和ATSC数字音频压缩标准(AC3)。

PCM数字音频是CD ROM或DVD采用的数据格式。对左右声道的音频信号采样得到PCM数字信号，采样率为44.1kHz，精度为16位或32位。因此，精度为16位时，PCM音频数据速率为1.41Mbps；32位时为2.42Mbps。一张700MB CD可保存大约60分钟的16位PCM数据格式的音乐。

MP3是MP3播放器采用的音频格式，对PCM音频数据进行压缩编码。立体声MP3数据速率为112kbps至128kbps。对于这种数据速率，解码后的MP3声音效果与CD数字音频的质量相同。AC3是数字TV、HDTV和电影数字音频编码标准。立体声AC3编码后的数据速率为192kbps。

为了恢复音频信号，可将编码后的音频数据送入音频解码器芯片，该芯片生成PCM数字数据，传送至音频DAC，最终恢复成模拟音频信号。相反，没有编码的数字音频数据可以直接送入音频DAC。(下面详细说明这种类型的系统实现。)

编码或解码音频数据的常用串行音频数字接口是Inter-IC音频总线(I2S) 。图3所示为I2S接口配置和时序图。每个音频字的边界由信号WS标识。在我们的应用中采用配置模式1。在SCK信号的上升沿，数据被锁存至接收器，但是当SCK保持低电平时，不接收数据。

图3. I2S接口配置和时序
使用MAX9217和MAX9218之间的串行链路仿真I2S接口，可以将音频数据从图形控制器一端传送至远端。我们将控制位C3和C4分别分配给SD和WS信号。对于SCK时钟，如果要发送PCM数字音频，可以直接使用MAX9218恢复的像素时钟PCLK_OUT。对于传送MP3或AC3音频，可采用控制位C5为SCK时钟生成一半或较低速率的像素时钟。图4显示了这两种情况的时序波形。

为防止接收器溢出，大部分I2S接口需要进行节流控制，连续发送数据时，可以将SCK置低，直接实现节流控制。图4中Case 1，工作期间SCK信号无法置低，可以使用片选引脚/CS关闭接收器。在这种情况下，图4中的Case 1将C6分配给/CS信号。

图4. I2S接口的控制数据位波形

消隐比和音频数据吞吐率

由于音频数据是通过视频信号的消隐周期传输的，我们需要确定给定像素频率fP下行消隐比和场消隐比。图5所示为显示面板上的行消隐和场消隐周期。

图5