MAX9217/MAX9218 視頻鏈路中的音頻數據傳輸
MAX9217/MAX9218 串行器和解串器芯片組通過一對兒雙絞線LVDS 鏈路實現視頻數據傳
輸，廣泛用于汽車和工業應用領域。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”音頻數據。在本應用筆記中，我們討論音頻數據的傳輸格式，視頻鏈路發送數據的
方法以及系統實現的具體實例。
簡介
MAX9217/MAX9218 芯片組是一個收發器對兒，發送器(MAX9217)將并行數據轉換成串
行數據，發送給接收器(MAX9218)；接收器再將串行數據轉換成并行數據。該芯片組設計
用于通過一對兒低成本雙絞線電纜(如，以太網中常用的UTP-CAT5 電纜)，將視頻和控制
信號從圖形控制器(處理器)傳輸到LCD 或等離子平面顯示器。傳輸距離可超過10 米。該
芯片組鏈路結構簡單，所使用的傳輸線為低成本電纜，是汽車、儀表、醫療設備等視頻顯示
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據傳送到
顯示器。我們還將解釋怎樣把數字音頻數據轉換成模擬音頻信號，并給出了顯示面板端揚聲
器驅動的系統結構。
MAX9217/MAX9218 鏈路功能和視頻數據格式
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 數據：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 數據同步：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
頻數據。MAX9217可以將18位RGB數據或9位控制數據轉換為串行數據，然后通過LVDS
鏈路對其進行傳輸。在視頻顯示的消隱期內發送控制數據，由RGB 數據使能信號(ENAB)
指示。
MAX9218 接收到串行數據后，將其轉換成與MAX9217 輸入格式相同的并行數據。同樣，
當MAX9218 輸出并行數據時，根據串行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、控制數據鏈路設置和連接的結構圖。圖2 所示為視
頻數據和控制數據的時序。根據視頻格式、顯示器分辯率和鏈路速率，RGB 數據的控制占
空比在1%至5%之間。

圖1. MAX9217/MAX9218的視頻鏈路設置


圖2. 串行鏈路的視頻數據和控制數據格式

數字音頻數據類型和傳輸格式
數字音頻數據有多種不同格式。我們討論3種最常用的格式：采樣數字音頻(PCM)、MPEG層3音頻(MP3) [2]和ATSC數字音頻壓縮標準(AC3) [3]。

PCM數字音頻是CD ROM或DVD采用的數據格式。對左右聲道的音頻信號采樣得到PCM數字信號，采樣率為44.1kHz，精度為16位或32位。因此，精度為16位時，PCM音頻數據速率為1.41Mbps；32位時為2.42Mbps。一張700MB CD可保存大約60分鐘的16位PCM數據格式的音樂。

MP3是MP3播放器采用的音頻格式，對PCM音頻數據進行壓縮編碼。立體聲MP3數據速率為112kbps至128kbps。對于這種數據速率，解碼后的MP3聲音效果與CD數字音頻的質量相同。AC3是數字TV、HDTV和電影數字音頻編碼標準。立體聲AC3編碼后的數據速率為192kbps。

為了恢復音頻信號，可將編碼后的音頻數據送入音頻解碼器芯片，該芯片生成PCM數字數據，傳送至音頻DAC，最終恢復成模擬音頻信號。相反，沒有編碼的數字音頻數據可以直接送入音頻DAC。(下面詳細說明這種類型的系統實現。)

編碼或解碼音頻數據的常用串行音頻數字接口是Inter-IC音頻總線(I²S) [4]。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標識。在我們的應用中采用配置模式1。在SCK信號的上升沿，數據被鎖存至接收器，但是當SCK保持低電平時，不接收數據。

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，可以將音頻數據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，如果要發送PCM數字音頻，可以直接使用MAX9218恢復的像素時鐘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接口需要進行節流控制，連續發送數據時，可以將SCK置低，直接實現節流控制。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接口的控制數據位波形

消隱比和音頻數據吞吐率
由于音頻數據是通過視頻信號的消隱周期傳輸的，我們需要確定給定像素頻率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：

R_L = (I₁ + I₂) / L

和

R_F = (f₁ + f₂) / F

由此得到音頻數據吞吐率R_A，即：

R_A = (R_Fδ_F + (1 - R_F) R_Lδ_L) f_P

其中δF和δL是消隱周期中的音頻數據傳輸利用率。利用率是指整個消隱周期中，音頻數據傳輸所占的比例，是節流控制的結果。作為一個實例，表1所示參數為3種類型的音頻數據設置數據速率。

表1. 不同類型音頻數據的消隱參數設置

系統實現

要在面板端播放音頻信號，我們需要將PCM數據送至音頻DAC或解碼MP3和AC3數據，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，以防止數據上溢或下溢。圖6所示為編碼和未編碼數據音頻重放的系統結構圖。


圖6. 面板端音頻重放實現

在上述結構圖中，采用了3次I²S接口。從左邊開始，第一和第二個I²S接口的數據速率相同，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。時鐘SCK2送入MAX9491多路時鐘發生器[6]，它產生解碼器、FIFO和MAX9850的同步時鐘。MAX9491提供包含OTP的兩個可編程PLL，是本應用的理想頻率合成器。Case 1適用于提供解碼PCM音頻數據的圖形控制器，Case 2用于面板端壓縮數據的解碼。Case 1的節流控制由/CS引腳實現，Case 2中通過空閑SCK時鐘實現。對比這兩種實現方式，我們看到PCM音頻數據的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等編碼音頻數據流中生成PCM數據，建議直接在鏈路上傳送這些數據。