朱鹏程　赵君　胡娜

摘   要： XGA视频和RGB分量PAL制差分视频属于平衡信号，可以有效地降低共模电平和差模电平对信号带来的干扰，提高电子产品的电磁兼容性，在机载视频技术中得到广泛应用。为避免设计人员混淆两种视频信号，造成设计错误，介绍了XGA视频和RGB分量PAL制差分视频的工作机制;列举了两种视频在参数上的区别;从视频信号转换和视频信号转码两方面，分析了两种视频的接口电路设计，尤其是指出了视频信号转码中设计细节的差异在于是否应用SCART模式。对两种视频进行了实际测量和验证后表明：XGA视频的同步信号耦合在R、G、B分量中，RGB分量PAL制差分视频的同步信号仅耦合在G分量中，符合各自的视频特性。为视频处理同行提供借鉴和参考。

关键词： XGA视频;机载视频;RGB分量PAL制差分视频;接口电路设计;SCART模式

中图分类号：V243.6    文献标识码：A    文章编号：2095-8412 （2020） 01-075-08

工业技术创新 URL： http： //www.china-iti.com    DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.015

引言

随着机载视频技术的发展，机载视频显示在现代飞机的控制管理系统中占有越来越重要的位置。机载视频可以实时监控飞机上各个设备、仪器的状态，为飞机的安全高效飞行提供了有力的保障[1]。现代飞机设备之间多采用光纤、ARINC818等高速总线进行数据传输与交互，设备之间的响应时间短、速率快，另外，视频显示质量要求也在不断地提高。因此，清晰、实时、稳定，是目前机载视频显示系统必不可少的三大特点[2-3]。

XGA视频作为一种数字机载视频技术，在现代飞机中得到了广泛的应用[4]。随着机载视频技术应用的深化，高频信号不断增加，高频和低频混合信号大量出现，为了减少信号之间的干扰，RGB分量PAL制视频转换为差分信号进行传输[5]。与差分信号属于平衡信号不同，单端信号属于不平衡信号，相对而言，单端信号没有与之平衡的信号对，一般会产生较高的谐波失真。而作为平衡信号的差分信号具有差分对，一般有共同的共模电平和幅值相同的差模电平，可以有效地降低共模电平和差模电平对信号带来的干扰[6]。另外，对于机载电子产品，电磁兼容性（EMC）是重要的考核指标之一，而将单端信号转换为差分信号进行传输，可以大大提高电子产品的EMC性能和抗干扰能力。因此，RGB分量PAL制差分视频也大量应用于机载电子产品。

作者在项目研发过程中发现，很多设计人员在设计过程中混淆了XGA视频和RGB分量PAL制差分视频，导致视频无法正常显示。本文首先介绍了XGA视频和RGB分量PAL制差分视频的工作机制和区别，其次从视频信号转换和视频信号转码两方面，对XGA视频和RGB分量PAL制差分视频的接口电路设计进行了具体描述，最后对两种视频进行了实际测试和验证，以期为后续视频处理方向的设计人员提供思路上的启发。

1  XGA视频和RGB分量PAL制差分视频

1.1  XGA视频

XGA视频属于VGA视频的一种，采用三线制形式进行传输，将行场同步信号通过特定的方式转换成共模信号叠加到R、G、B差分分量上。行场同步信号在R、G、B分量上形成的共模电压计算公式为

（1）

（2）

（3）

其中，MID_Supply为中线电压，一般为0。当行场同步输入为高电平时，、为1;当行场同步输入为低电平时，、为-1。为放大系数，由具体电路设计决定。

视频信号时序符合视频信号标准（VESA）的时序标称值 。以1024×768@60Hz为例，视频信号特性时序各参数值如表1所示。

XGA视频输入阻抗差分之间为100 Ω，单端信号之间为50 Ω。差分信号传输应该控制传输线缆阻抗，其中PCB阻抗控制在100 Ω。设备之间传输采用航空特种超五类电缆，特性阻抗也应该控制在100 Ω。电路设计中应该考虑阻抗匹配，各差分分量对内和对间应该严格控制等长，否则可能会引起较为严重的时序不同步的问题，将导致视频图像显示不清晰或者显示不正常。

1.2  RGB分量PAL制差分视频

RGB分量PAL制差分视频本质上仍属于PAL制模拟视频，视频格式、时序与PAL制模拟视频相同。视频行场同步信号复合在G分量上，R分量和B分量上没有行场同步信号，只有视频数据信号，整个视频时序符合PAL-D制电视广播技术规范[9]。扫描方式为隔行扫描，每帧行数为625行，场频为50 Hz，帧频为25 Hz。

另外，PAL制視频输入阻抗差分之间为150 Ω，单端信号之间为75 Ω。差分信号传输应该控制传输线缆阻抗，其中PCB阻抗控制在150 Ω。设备之间传输采用同轴电缆，特性阻抗也应该控制在150 Ω。电路设计中应该考虑所有的阻抗匹配。

1.3  XGA视频和RGB分量PAL制差分视频区别分析

XGA视频以1024×768@60Hz为例，与RGB分量PAL制差分视频进行区别分析，如表2所示。

2  接口电路设计

XGA视频和RGB分量PAL制差分视频的处理，一般分为视频信号转换和视频信号解码两部分。视频信号转换部分主要是视频差分信号转换为单端信号，在XGA视频中，还要解调出行场同步信号;视频信号解码部分主要将模拟信号转换为数字信号，再输出给后端处理器进行处理。具体的流程图如图1所示。

2.1 XGA视频接口电路设计

2.1.1 视频信号转换电路设计

视频信号转换电路主要由AD8145实现。AD8145是一款三路、低功耗的差分转单端接收器，专为通过双绞线电缆或差分印刷电路板迹线接收红绿蓝（RGB）视频信号而设计，也可用于接收任何类型的模拟信号或进行高速数据传输，还内置两个具有迟滞特性的辅助比较器，可以用来解码在接收共模电压下编码的视频同步信号[10]。按照章节1.1节所述的共模电压计算公式，即式（1）～（3），通过AD8145将输入的三组差分RGB模拟信号转换为单端RGB信号，并解调出行场同步信号。具体的电路设计图如图2所示。

2.1.2 视频信号解码电路设计

视频信号解码电路主要由ADV7403实现。ADV7403是一款高质量、单芯片、多格式视频解码器，它支持将RGB/YPrPb分量的视频信号解码为数字RGB或者YCrCb像素流输出，同时该器件也支持图形数字化。本文所使用的功能即是对输入的RGB分量视频信号解码为8：8：8的24位RGB像素流输出，具体的电路设计图如图3所示。

2.2 RGB分量PAL制差分视频接口电路设计

2.2.1 视频信号转换电路设计

对于RGB分量的PAL制差分视频，视频信号转换电路主要由AD813实现。AD813内部集成了三路运放器，每一路电流反馈可以提供50 mA的输出电流，可以优化驱动后端150 Ω的视频负载。此外，每一路运放还包含一个高速禁止功能，可以分别对运放进行下电或者使其输出高阻。具体的电路设计图如图4所示。

2.2.2 视频信号解码电路設计

视频信号解码电路同样由ADV7403实现。ADV7403将RGB分量的视频信号解码为8：8：8的24位RGB像素流输出，具体的电路设计图如图5所示。值得注意的是，在处理RGB分量的PAL制视频时，ADV7403工作在SCART模式，输入 RGB 信号需要配置为Ain5/Ain6/Ain4或者Ain8/Ain9/Ain7输入。图5将输入脚配置为Ain5/Ain6/Ain4。

3 测试与验证

为了进一步验证两种视频的特性，本文利用示波器对两种视频进行了实际测量。

图6a～6c分别是XGA视频的R、G、B分量差分信号波形图。从图6a～图6c的右图中可以看出，同步信号耦合在R、G、B分量中，其中行同步周期约为20.7 μs，场同步信号周期约为16.6 ms。

图7a～7c分别是RGB分量PAL制差分视频的R、G、B分量差分信号波形图。从图7b的右图可以看出，同步信号仅仅耦合在G分量中，而R和B分量没有同步信号，只有视频数据信号，其中行同步周期约为64 μs，场同步周期约为20 ms。

4 结束语

本文首先对XGA视频和RGB分量PAL制差分视频的工作机制进行了基本介绍，着重列举了两者之间的区别。在此基础上，从视频信号转换和视频信号转码两方面，进一步对XGA视频和RGB分量PAL制差分视频的接口电路设计进行了详细阐述，并对其中设计参数的差异进行了特别说明。最后，通过两种视频信号波形的实际测量进行了对比验证。理论研究和实际测量结果一致，符合各自的视频特性，为后续视频处理方向的设计人员提供了思路上的启发。

参考文献

[1] 江娟娟. 基于DSP系统的机载液晶显示器图形反走样研究[D]. 西安： 西安科技大学， 2007.

[2] 谷士鹏， 马亚平， 陈新华， 等. 一种机载XGA视频信息采集的设计与实现[J]. 硅谷， 2015（4）： 43， 38.

[3] 王金岩. 机载高分辨率视频信号采集与压缩技术[J]. 航空电子技术， 2007（2）： 1-4.

[4] 张广通. 机载数字视频记录仪的设计与实现[D]. 上海： 上海交通大学， 2007.

[5] 差分信号与单端信号[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com/.

[6] ADI公司. 通信应用中差分电路设计的相关技术[J]. 世界电子元器件， 2011（1）： 45-48.

[7] 王彬， 严峻. 机载视频系统信号参数测量[J]. 航空电子技术， 2010（3）： 27-31.

[8] 周梅. SOC技术在航电系统设计中的应用[J]. 航空电子技术， 2006（1）： 44-48.

[9] PAL-D制电视广播技术规范： GB 3174-1995[S].

[10] 蒋伟平， 王晓年， 蒋平. 基于非均匀采样的图像射影畸变硬件校正系统[J]. 数据采集与处理， 2011， 26（2） ： 200-206.

作者简介：

朱鹏程（1990—），通信作者，男，汉族，江苏盐城人，硕士研究生，工程师。研究方向：机载航电系统设计。

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