ICS2008B：SMPTE時間碼接收器/生成器的技術解析

在多媒體技術飛速發展的今天，時間碼的精確控制對于音視頻同步至關重要。ICS2008B作為一款SMPTE時間碼接收器/生成器芯片，為多媒體視聽事件的時間協調提供了強大的支持。下面我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：ICS2008BY-10T.pdf

一、芯片概述

ICS2008B是采用低功耗CMOS工藝設計的VLSI器件，主要用于多媒體視聽事件的時間協調。它不僅適用于PC多媒體環境，還能輕松集成到需要SMPTE時間碼生成和/或接收的產品中，支持LTC（縱向時間碼）、VITC（垂直間隔時間碼）格式以及MTC（MIDI時間碼）轉換。

芯片可以從復合視頻、S - Video或音頻軌道獲取輸入，讀取VITC和LTC格式的SMPTE時間碼，輸出格式同樣支持LTC和VITC，且所有輸出可同時提供。此外，還配備了UART，方便用戶進行MTC或磁帶傳輸控制。其處理器接口與IBM PC和ISA總線兼容的計算機兼容，也能輕松與其他處理器和微控制器連接。

二、芯片特性

2.1 標準兼容性

ICS2008B滿足SMPTE VITC規范、SMPTE和EBU LTC規范，確保了在不同標準下的穩定運行。

2.2 時間碼燒錄窗口

具有可編程的位置、大小和字符屬性，方便用戶根據需求進行定制。

2.3 LTC邊緣速率控制

符合EBU (T{r})和(T{f})規范，可根據不同需求調整LTC輸出的邊緣速率。

2.4 同步源

支持內部和外部同步源，可與視頻或內部同步輸入進行鎖相，在VCR暫停和穿梭模式下能改善視頻定時鎖定，還能從振蕩器輸入內部生成定時，同時支持外部點擊輸入和內部定時器。

2.5 時間碼生成與接收

• 生成：LTC和VITC生成器支持實時SMPTE速率（30 Hz、29.97 Hz、25 Hz、24 Hz），具有多種時間碼模式，如丟幀和彩色幀模式，VITC可插入10 - 40行中的兩行（SMPTE規定為10 - 20行），具備Jam Sync、自由運行、錯誤旁路/校正和加一幀功能。
• 接收：LTC接收器可在(1 / 30^{th})標稱到80X標稱播放速度下同步比特率；VITC接收器可從任何或所有選定的掃描線讀取代碼，具備VITC搜索模式，會在VBI行中搜索直到找到VITC。

2.6 UART功能

新的UART頻率為38.4 K，可用于磁帶傳輸控制。

三、引腳說明

ICS2008B有44引腳的PLCC和TQFP兩種封裝形式，各引腳具有不同的功能，以下是部分重要引腳的說明：

• 視頻輸入引腳（Y1、Y2、C1、C2）：用于接收來自相機或其他源的視頻信號，在S - VHS和HI - 8系統中，Y為亮度輸入，C為色度輸入。
• LTC輸入引腳（LTCIN+、LTCIN - ）：差分模擬輸入，用于接收SMPTE LTC信號。
• LTC輸出引腳（LTCOUT）：可輸出模擬或數字LTC信號。
• VITC輸出引腳（VITCOUT）：將SMPTE VITC輸出到視頻混合電路。
• UART引腳（TxD、RxD、CTS、RTS）：用于UART通信，實現MIDI、視頻傳輸控制等功能。

四、功能描述

4.1 硬件環境

ICS2008B作為處理器（如PC或單芯片微處理器）的外設運行，通過雙緩沖處理輸入和輸出時間碼，滿足實時要求。

4.2 LTC輸入與輸出

• 輸入：LTCIN是差分模擬輸入，通過電容耦合到LTC源，經比較器處理后輸入到LTC接收器。接收器可在(1 / 30^{th})到80X標稱幀速率下接收LTC信號，接收到有效LTC SYNC模式后，將數據采樣并加載到接收緩沖區，接收完整幀后產生中斷。
• 輸出：LTC輸出可設置為模擬或數字輸出，能驅動高阻抗負載。LTC生成器按選定的幀速率（如24 Hz、25 Hz、29.97 Hz或30 Hz）輸出LTC幀，根據選定的LTC SYNC源確定幀的起始時間，輸出邊緣速率可編程。

4.3 視頻輸入與輸出

• 輸入：有兩組視頻輸入，在復合NTSC或PAL系統中，僅使用Y輸入；在S - Video系統中，Y和C需分別電容耦合到各自源。通過SMPTE控制寄存器中的VIDSEL位選擇視頻同步源，內部定時器與輸入視頻同步，提取用于接收和生成VITC的定時信息。
• 輸出：視頻輸出將選定的視頻輸入與VITC生成器和字符生成器的輸出相結合，可根據SMPTE控制寄存器中的SVID位選擇復合或S - Video輸出。VITC代碼根據VITC生成器緩沖區中的數據生成，在選定的行時間輸出，CRC和同步位由VITC生成器自動生成。

4.4 SMPTE同步源

時間碼生成器需要穩定的同步輸入，以將LTC代碼正確定位在音軌、視頻磁帶或膠片上。有視頻、點擊輸入和自由運行三種同步源可供選擇。對于視頻磁帶，LTC代碼必須在第5行開始的正負一行內開始，這需要與輸入視頻進行“鎖相”。

4.5 視頻定時生成器

視頻定時生成器與視頻輸入的同步分離器“鎖相”，從視頻輸入中提取NTSC或PAL定時信息，為VITC接收器、VITC生成器、LTC生成器和字符生成器生成行和像素速率定時。若沒有視頻輸入，則生成自由運行的定時。

4.6 疊加字符生成器

用于在視頻顯示上顯示時間碼，時間碼顯示窗口（燒錄窗口）可在屏幕上任意位置顯示，有兩種尺寸，字符和背景顏色可設置。

4.7 UART

提供通用UART，用于MIDI、視頻傳輸控制等。支持9600、31.25K和38.4K BAUD的波特率，接收器包含一個四字節FIFO，減少實時中斷服務要求，發送器采用雙緩沖，可在接收器數據可用和/或發送緩沖區為空時生成中斷。

4.8 中斷定時器

是一個通用的10位定時器，有三個時鐘源（100 kHz、LTC接收時鐘和LTC發送時鐘），主要用于定時生成MIDI時間碼消息。

4.9 處理器接口

支持標準微處理器接口和總線，如PC總線，可訪問六個控制/狀態和數據寄存器，這些寄存器分為兩組，分別用于SMPTE控制和直接UART端口控制。

五、寄存器說明

5.1 SMPTE寄存器

• SMPTE0：包含SMPTE中斷控制和狀態以及VITC讀取狀態，通過設置中斷位和使能位可控制中斷輸出，讀取該寄存器可清除中斷。
• SMPTE1：只讀寄存器，包含視頻和LTC狀態信息，如FRAMEIN、CLICK、LTCLOCK、CODEDIR、VLOCK、FRAME和FIELD等。
• SMPTE2：指向57個間接寄存器，通過設置ADDRESS指針和AUTOINC位可實現間接寄存器的訪問和自動遞增。
• SMPTE3：數據寄存器，通過它可訪問所有間接寄存器。

5.2 間接寄存器

包括LTC讀取寄存器（IR0 - IR7）、LTC寫入寄存器（IR8 - IRF）、VITC讀取寄存器（IR10 - IR1F）、VITC寫入寄存器（IR20 - IR27）、燒錄窗口寄存器（IR28 - IR29）、燒錄字符寄存器（IR2A - IR2D）、VITC寫入行選擇寄存器（IR2E - IR2F）、VITC讀取行選擇寄存器（IR30 - IR31）、視頻控制寄存器（IR32）、視頻中斷行寄存器（IR33）、LTC控制寄存器（IR34 - IR37）、定時器控制寄存器（IR3C - IR3D）、燒錄窗口屬性寄存器（IR3E）和LTC軟同步寄存器（IR3F）。

5.3 UART寄存器

UART模擬6850，有命令/狀態寄存器和數據寄存器。命令/狀態寄存器可設置波特率、傳輸控制和接收中斷使能等；數據寄存器包含發送緩沖區和接收緩沖區。

六、電氣特性

6.1 絕對最大額定值

• 工作溫度：0°C至 + 70°C
• 存儲溫度：– 65°C至 + 150°C
• 任何引腳到GND的電壓：– 0.5 V至(V_{DD}) + 0.5 V
• (V_{DD})到GND的電壓：– 0.5 V至 + 7.0 V
• 功耗：1.0瓦

6.2 DC電氣特性

包括數字輸入、數字輸出、模擬輸入和模擬輸出的電壓、電流、電容等參數。

6.3 AC電氣特性

規定了地址設置、保持時間、讀寫脈沖寬度、訪問時間等時序參數，以及UART端口的波特率。

七、應用注意事項

7.1 晶體振蕩器

可使用串聯或并聯諧振晶體，若對頻率精度要求較高，建議使用并聯諧振晶體。

7.2 閾值旁路引腳

提供對內部參考電平的訪問，一般情況下這些引腳保持開路，若用戶需要設置其他電平，可通過這些引腳進行驅動。

7.3 自偏置輸入

CLICK和FRAME輸入偏置到(1/3 V{DD})，若輸入源為模擬信號，需電容耦合到輸入引腳；若為數字信號，可直接連接，但要確保數字電平在比較器的(1/3 V{DD})閾值上下擺動。

7.4 視頻輸入與輸出

視頻輸入引腳（Y1、Y2、C1、C2）需電容耦合到終端視頻源，輸出引腳（YOUT、COUT）為模擬多路復用器的輸出，未進行緩沖，需注意負載電容和電阻，以減少信號失真。

八、編程要點

8.1 間接寄存器訪問

通過SMPTE2（地址）和SMPTE3（數據）寄存器訪問間接寄存器，可使用自動遞增功能減少訪問次數。

8.2 中斷處理

中斷可由LTC接收器、LTC生成器、視頻行數、定時器和UART五個源產生，不同中斷的狀態分別在SMPTE0和UART0寄存器中，處理中斷時需保存中斷狀態并處理所有活動中斷。

8.3 LTC讀寫

• 讀取：LTC數據接收后先放入臨時緩沖區，接收完最后一位數據后轉移到LTC讀取寄存器，LRI位在SMPTE0寄存器中置1，若LRIEN位也置1，則產生中斷，讀取SMPTE0寄存器可清除中斷。
• 生成：LTC生成器使能（LTCEN置1）時，將LTC寫入寄存器（IR8 - IRF）的數據轉移到輸出緩沖區，LXI中斷位在SMPTE0寄存器中置1。

8.4 VITC讀寫

• 讀取：需設置IR30 - IR33寄存器，選擇VITC讀取行，確保VLOCK位為1，VITC數據按字節接收并寫入VITC讀取寄存器，同時進行CRC檢查。
• 生成：設置IR2E、IR2F、IR32和IR33寄存器，選擇VITC寫入行，在選定視頻行開始時輸出VITC數據。

8.5 燒錄窗口

通過IR28和IR29寄存器設置窗口位置，IR3E寄存器控制窗口字符屬性，IR2A - IR2D寄存器控制顯示字符。

8.6 UART

UART通過命令/狀態寄存器和數據寄存器訪問，復位后需初始化命令寄存器才能正常工作，支持多種波特率，接收緩沖區有四字節FIFO，發送器有緩沖區。

ICS2008B芯片以其豐富的功能和靈活的編程特性，為多媒體時間碼處理提供了全面的解決方案。在實際應用中，工程師們需要根據具體需求合理配置寄存器，確保芯片的穩定運行。你在使用這款芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。