图1 系统框图

对于车载娱乐系统的信号源，一般地，DVD播放器输出信号为CVBS或S-VIDEO,摄像头为CVBS或CCIR656，TV为CVBS，GPS为Digital RGB。多路复合信号经过滤波、A/D转换及解码后，进入主画面及子画面处理。通过视频开关适时控制主画面及子画面信号的切换，子画面经过一定比例抽样，存入存储器，再以一定速度读出，实现缩放显示。如同在主画面的某个位置开了一个窗口，将子画面嵌入窗口内。视频开关脉冲与主画面的行场同步信号有严格的对应关系。 

图2为主、子画面均为8阶灰阶图的画中画显示原理。在场扫描过程中，在第A～B行间建立场窗口；行扫描过程中，第C～D列间建立行窗口，并在此区间插入子画面信号。从图2中可看出，子画面的行场同步与主画面的行场同步时序一致，但信号数据只在C～D列间送入，并且是一个经过了压缩的完整灰阶波形。子画面的缩放大小由抽样频率及读写速度控制，抽样频率越低，读取速度如果也快，那么压缩比例越大。子画面的位置以主画面的行场同步为基准，由时序严格控制。当主画面开始扫描，经过ΔTV的时间扫到第A行，再经过ΔTH扫到第C列。

图2 画中画原理

此时，输出信号源切换为子画面信号，开始从存储器中读出子画面数据，作为TFT屏的显示数据。经过THW,读到第D列后，显示数据源重新切换到主画面。如此往复，直到第B行的第D列，子画面显示信号全部扫描完毕。插入窗口可以在主画面的任何位置，但一般都放于四个角上。

本方案有如下特点：采用TW8811控制器，解码包含3D梳妆滤波器，提高了动态显示效果。通过画中画技术，可控制多信号源同时显示，并可灵活调整主子画面的大小和位置，满足了人们对汽车中多样化显示信息的需求，增加了娱乐性。可支持到1280×1024的分辨率；屏的接口支持TTL接口、TCONLESS接口、LVDS接口和模拟屏接口，足以满足目前车载娱乐系统的要求。屏的Gamma电压可编程控制，取代传统的电阻网络串，更精确方便。

硬件电路设计

1 DC/DC、Gamma缓冲    

 
通常，汽车环境中的电压在6～36V范围内，本系统需要的电压有：+5V、+3.3V、+1.8V、+8.4V及LCD BIAS。 先用DC/DC BUCK电路将输入稳定到+5V。可选用TI的TFT专用电源IC TPS65140主输出驱动LCD，同时利用电荷泵产生TFT屏所需的VGH、VGL、VCOM、Gamma等电平。值得一提的是，TPS65140的电源上电顺序与TFT所需时序严格一致，即先上主电源，然后是VGL，最后是VGH。该IC还具备欠压保护、断路保护、错误侦测等功能。主电源电路如图3所示。

图3 主电源电路

为了降低输出电压纹波，选取22μF、低ESR的陶瓷电容。

本设计可采用TI的BUF68120作为屏的Gamma缓冲。该器件可通过内部寄存器设置14路Gamma及Vcom值，并可在线实时修改。

2 图像处理电路  

图像处理是本系统的核心。TW8811可支持的信号源有CVBS、S-VIDEO、YCBCR、24位Digital RGB和Analog RGB。

经A/D转换后，通过3D comb filter对复合信号分离成Y、C分量，C包含U、V成分，两者相位相差90°，再经过色度解调，最终将复合信号解码为4:2:2的YUV信号。而对于数字RGB信号，直接通过色度空间转换为YUV信号，进入PIP处理单元。当PIP功能开启后，对子画面YUV信号流以一定频率取样，存入外部存储器，再通过寄存器控制重新读入数据。内部时序严格控制取样及读取的频率和时间点。最终处理后的数据和时序一起输出驱动TFT屏显示。TW8811内部框图如图4所示。

图4 TW8811内部框图

为了保证有较好的显示效果，需要对信号输入端作滤波处理，如图5所示。在输入端加一个Π型滤波网络，衰减3dB的截止频率为10MHz，而CVBS信号的频率带宽为0～6MHz，该滤波网络可以有效的滤除高频杂波。

图5 CVBS输入端滤波电路

3 MCU及SDRAM控制电路  

MCU是本系统的控制中心，主要用于初始化TW8811、侦测红外中断或按键扫描，并执行相应操作。SDRAM主要用于PIP数据的缓存和OSD画面的存储等。

软件设计

软件也是系统的核心，软件程序流程如图6所示。主程序主要完成MCU的初始化设置，并通过I2C口对TW8811的寄存器进行初始化配置，实现正常显示。主程序如下：
void main(void){
 InitCPU();  //mcu初始化 
 System_init();   // tw8811初始化
 while(1) {    
 main_loop();  //pip按键侦测循环
 PowerOff();
 WaitPowerOn();
 }}

图6 程序流程图

在main_loop()中，MCU的中断口侦测到PIP功能开启指令后，通过更改TW8811寄存器选择输入子画面的信号通道。并开启子画面窗口，即选择子画面数据为输出显示数据源。

以子画面水平和垂直均压缩1/2为例，设置子画面大小的过程为：以原频率的1/2的速度对4:2:2的子画面YUV数据进行隔行取样，缓存入外部SDRAM。在行场同步时序的控制下，再以原频率从SDRAM中读出，作为显示数据。

设置子画面位置的过程为：通过寄存器设置子画面在主画面中的行起始、行结束、场起始、场结束的值。并可通过修改这四个参数来调整子画面的位置。
                         
实验结果

根据车载娱乐系统的发展趋势，针对其多信号源的特点，设计了一种利用PIP功能实现多画面同时显示的方案。图7、图8为本方案的显示效果，屏的分辨率为800×480，接口为18位Digital RGB。实验结果表明，用户能够方便的控制两种信号的画中画显示，同时还可实现POP（Picture on picture）的显示。通过osd菜单可调整子画面的位置及大小，并可将主画面及子画面互换，达到良好的显示效果，非常适用于车载娱乐系统。

图7 POP显示效果

图8 PIP显示效果