ICS2008B：SMPTE时间码接收器/生成器的技术解析

在多媒体技术飞速发展的今天，时间码的精确控制对于音视频同步至关重要。ICS2008B作为一款SMPTE时间码接收器/生成器芯片，为多媒体视听事件的时间协调提供了强大的支持。下面我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：ICS2008BY-10T.pdf

一、芯片概述

ICS2008B是采用低功耗CMOS工艺设计的VLSI器件，主要用于多媒体视听事件的时间协调。它不仅适用于PC多媒体环境，还能轻松集成到需要SMPTE时间码生成和/或接收的产品中，支持LTC（纵向时间码）、VITC（垂直间隔时间码）格式以及MTC（MIDI时间码）转换。

芯片可以从复合视频、S - Video或音频轨道获取输入，读取VITC和LTC格式的SMPTE时间码，输出格式同样支持LTC和VITC，且所有输出可同时提供。此外，还配备了UART，方便用户进行MTC或磁带传输控制。其处理器接口与IBM PC和ISA总线兼容的计算机兼容，也能轻松与其他处理器和微控制器连接。

二、芯片特性

2.1 标准兼容性

ICS2008B满足SMPTE VITC规范、SMPTE和EBU LTC规范，确保了在不同标准下的稳定运行。

2.2 时间码烧录窗口

具有可编程的位置、大小和字符属性，方便用户根据需求进行定制。

2.3 LTC边缘速率控制

符合EBU (T{r})和(T{f})规范，可根据不同需求调整LTC输出的边缘速率。

2.4 同步源

支持内部和外部同步源，可与视频或内部同步输入进行锁相，在VCR暂停和穿梭模式下能改善视频定时锁定，还能从振荡器输入内部生成定时，同时支持外部点击输入和内部定时器。

2.5 时间码生成与接收

• 生成：LTC和VITC生成器支持实时SMPTE速率（30 Hz、29.97 Hz、25 Hz、24 Hz），具有多种时间码模式，如丢帧和彩色帧模式，VITC可插入10 - 40行中的两行（SMPTE规定为10 - 20行），具备Jam Sync、自由运行、错误旁路/校正和加一帧功能。
• 接收：LTC接收器可在(1 / 30^{th})标称到80X标称播放速度下同步比特率；VITC接收器可从任何或所有选定的扫描线读取代码，具备VITC搜索模式，会在VBI行中搜索直到找到VITC。

2.6 UART功能

新的UART频率为38.4 K，可用于磁带传输控制。

三、引脚说明

ICS2008B有44引脚的PLCC和TQFP两种封装形式，各引脚具有不同的功能，以下是部分重要引脚的说明：

• 视频输入引脚（Y1、Y2、C1、C2）：用于接收来自相机或其他源的视频信号，在S - VHS和HI - 8系统中，Y为亮度输入，C为色度输入。
• LTC输入引脚（LTCIN+、LTCIN - ）：差分模拟输入，用于接收SMPTE LTC信号。
• LTC输出引脚（LTCOUT）：可输出模拟或数字LTC信号。
• VITC输出引脚（VITCOUT）：将SMPTE VITC输出到视频混合电路。
• UART引脚（TxD、RxD、CTS、RTS）：用于UART通信，实现MIDI、视频传输控制等功能。

四、功能描述

4.1 硬件环境

ICS2008B作为处理器（如PC或单芯片微处理器）的外设运行，通过双缓冲处理输入和输出时间码，满足实时要求。

4.2 LTC输入与输出

• 输入：LTCIN是差分模拟输入，通过电容耦合到LTC源，经比较器处理后输入到LTC接收器。接收器可在(1 / 30^{th})到80X标称帧速率下接收LTC信号，接收到有效LTC SYNC模式后，将数据采样并加载到接收缓冲区，接收完整帧后产生中断。
• 输出：LTC输出可设置为模拟或数字输出，能驱动高阻抗负载。LTC生成器按选定的帧速率（如24 Hz、25 Hz、29.97 Hz或30 Hz）输出LTC帧，根据选定的LTC SYNC源确定帧的起始时间，输出边缘速率可编程。

4.3 视频输入与输出

• 输入：有两组视频输入，在复合NTSC或PAL系统中，仅使用Y输入；在S - Video系统中，Y和C需分别电容耦合到各自源。通过SMPTE控制寄存器中的VIDSEL位选择视频同步源，内部定时器与输入视频同步，提取用于接收和生成VITC的定时信息。
• 输出：视频输出将选定的视频输入与VITC生成器和字符生成器的输出相结合，可根据SMPTE控制寄存器中的SVID位选择复合或S - Video输出。VITC代码根据VITC生成器缓冲区中的数据生成，在选定的行时间输出，CRC和同步位由VITC生成器自动生成。

4.4 SMPTE同步源

时间码生成器需要稳定的同步输入，以将LTC代码正确定位在音轨、视频磁带或胶片上。有视频、点击输入和自由运行三种同步源可供选择。对于视频磁带，LTC代码必须在第5行开始的正负一行内开始，这需要与输入视频进行“锁相”。

4.5 视频定时生成器

视频定时生成器与视频输入的同步分离器“锁相”，从视频输入中提取NTSC或PAL定时信息，为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时。若没有视频输入，则生成自由运行的定时。

4.6 叠加字符生成器

用于在视频显示上显示时间码，时间码显示窗口（烧录窗口）可在屏幕上任意位置显示，有两种尺寸，字符和背景颜色可设置。

4.7 UART

提供通用UART，用于MIDI、视频传输控制等。支持9600、31.25K和38.4K BAUD的波特率，接收器包含一个四字节FIFO，减少实时中断服务要求，发送器采用双缓冲，可在接收器数据可用和/或发送缓冲区为空时生成中断。

4.8 中断定时器

是一个通用的10位定时器，有三个时钟源（100 kHz、LTC接收时钟和LTC发送时钟），主要用于定时生成MIDI时间码消息。

4.9 处理器接口

支持标准微处理器接口和总线，如PC总线，可访问六个控制/状态和数据寄存器，这些寄存器分为两组，分别用于SMPTE控制和直接UART端口控制。

五、寄存器说明

5.1 SMPTE寄存器

• SMPTE0：包含SMPTE中断控制和状态以及VITC读取状态，通过设置中断位和使能位可控制中断输出，读取该寄存器可清除中断。
• SMPTE1：只读寄存器，包含视频和LTC状态信息，如FRAMEIN、CLICK、LTCLOCK、CODEDIR、VLOCK、FRAME和FIELD等。
• SMPTE2：指向57个间接寄存器，通过设置ADDRESS指针和AUTOINC位可实现间接寄存器的访问和自动递增。
• SMPTE3：数据寄存器，通过它可访问所有间接寄存器。

5.2 间接寄存器

包括LTC读取寄存器（IR0 - IR7）、LTC写入寄存器（IR8 - IRF）、VITC读取寄存器（IR10 - IR1F）、VITC写入寄存器（IR20 - IR27）、烧录窗口寄存器（IR28 - IR29）、烧录字符寄存器（IR2A - IR2D）、VITC写入行选择寄存器（IR2E - IR2F）、VITC读取行选择寄存器（IR30 - IR31）、视频控制寄存器（IR32）、视频中断行寄存器（IR33）、LTC控制寄存器（IR34 - IR37）、定时器控制寄存器（IR3C - IR3D）、烧录窗口属性寄存器（IR3E）和LTC软同步寄存器（IR3F）。

5.3 UART寄存器

UART模拟6850，有命令/状态寄存器和数据寄存器。命令/状态寄存器可设置波特率、传输控制和接收中断使能等；数据寄存器包含发送缓冲区和接收缓冲区。

六、电气特性

6.1 绝对最大额定值

• 工作温度：0°C至 + 70°C
• 存储温度：– 65°C至 + 150°C
• 任何引脚到GND的电压：– 0.5 V至(V_{DD}) + 0.5 V
• (V_{DD})到GND的电压：– 0.5 V至 + 7.0 V
• 功耗：1.0瓦

6.2 DC电气特性

包括数字输入、数字输出、模拟输入和模拟输出的电压、电流、电容等参数。

6.3 AC电气特性

规定了地址设置、保持时间、读写脉冲宽度、访问时间等时序参数，以及UART端口的波特率。

七、应用注意事项

7.1 晶体振荡器

可使用串联或并联谐振晶体，若对频率精度要求较高，建议使用并联谐振晶体。

7.2 阈值旁路引脚

提供对内部参考电平的访问，一般情况下这些引脚保持开路，若用户需要设置其他电平，可通过这些引脚进行驱动。

7.3 自偏置输入

CLICK和FRAME输入偏置到(1/3 V{DD})，若输入源为模拟信号，需电容耦合到输入引脚；若为数字信号，可直接连接，但要确保数字电平在比较器的(1/3 V{DD})阈值上下摆动。

7.4 视频输入与输出

视频输入引脚（Y1、Y2、C1、C2）需电容耦合到终端视频源，输出引脚（YOUT、COUT）为模拟多路复用器的输出，未进行缓冲，需注意负载电容和电阻，以减少信号失真。

八、编程要点

8.1 间接寄存器访问

通过SMPTE2（地址）和SMPTE3（数据）寄存器访问间接寄存器，可使用自动递增功能减少访问次数。

8.2 中断处理

中断可由LTC接收器、LTC生成器、视频行数、定时器和UART五个源产生，不同中断的状态分别在SMPTE0和UART0寄存器中，处理中断时需保存中断状态并处理所有活动中断。

8.3 LTC读写

• 读取：LTC数据接收后先放入临时缓冲区，接收完最后一位数据后转移到LTC读取寄存器，LRI位在SMPTE0寄存器中置1，若LRIEN位也置1，则产生中断，读取SMPTE0寄存器可清除中断。
• 生成：LTC生成器使能（LTCEN置1）时，将LTC写入寄存器（IR8 - IRF）的数据转移到输出缓冲区，LXI中断位在SMPTE0寄存器中置1。

8.4 VITC读写

• 读取：需设置IR30 - IR33寄存器，选择VITC读取行，确保VLOCK位为1，VITC数据按字节接收并写入VITC读取寄存器，同时进行CRC检查。
• 生成：设置IR2E、IR2F、IR32和IR33寄存器，选择VITC写入行，在选定视频行开始时输出VITC数据。

8.5 烧录窗口

通过IR28和IR29寄存器设置窗口位置，IR3E寄存器控制窗口字符属性，IR2A - IR2D寄存器控制显示字符。

8.6 UART

UART通过命令/状态寄存器和数据寄存器访问，复位后需初始化命令寄存器才能正常工作，支持多种波特率，接收缓冲区有四字节FIFO，发送器有缓冲区。

ICS2008B芯片以其丰富的功能和灵活的编程特性，为多媒体时间码处理提供了全面的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求合理配置寄存器，确保芯片的稳定运行。你在使用这款芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。