視頻解碼器SAA7111在圖像采集中的應(yīng)用

0 引言

SAA7111是philips公司生產(chǎn)的可編程視頻處理器。該芯片集A／D與解碼功能于一身，片內(nèi)附有鎖相、自動(dòng)鉗位、自動(dòng)增益控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、多制式解碼等電路，另外，SAA7111還可對(duì)亮度、對(duì)比度和飽和度進(jìn)行控制。它既能支持PAL電視制式，又可支持NTSC電視制式。SAA7111A內(nèi)部含有I2C接口，故可通過(guò)I2C總線對(duì)SAA7111A的工作方式進(jìn)行設(shè)定。SAA7111A的場(chǎng)同步信號(hào)VREF、行同步信號(hào)HREF、奇偶場(chǎng)信號(hào)RESO、象素時(shí)鐘信號(hào)LLC2都可由引腳直接引出，從而可省去時(shí)鐘同步電路，且其可靠性和方便性也有了很大的提高，故可廣泛地應(yīng)用于放映機(jī)、數(shù)字電視、DVD錄像機(jī)和游戲機(jī)等許多系統(tǒng)中。

1 SAA7111的結(jié)構(gòu)功能

SAA7111的內(nèi)部功能方框圖如圖1所示。圖中，從SAA7111的四個(gè)模擬輸入端AI11、AI12、AI21、AI22的某一引腳輸入的視頻圖像信號(hào)經(jīng)模擬處理后，一路可通過(guò)緩沖器輸出到AOUT端用于監(jiān)視，另一路經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器后則產(chǎn)生數(shù)字色度信號(hào)和亮度信號(hào)。在分別進(jìn)行亮度信號(hào)處理和色度信號(hào)處理后，其亮度信號(hào)處理結(jié)果的一路將送到色度信號(hào)處理器進(jìn)行綜合處理，產(chǎn)生的Y和UV信號(hào)經(jīng)格式化后從VPO(16位)輸出；另一路則進(jìn)入同步分離器，并經(jīng)數(shù)字PLL產(chǎn)生相應(yīng)的行和場(chǎng)同步信號(hào)HS和VS，同時(shí)，PLL將驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘發(fā)生器，以產(chǎn)生HS鎖定的時(shí)鐘信號(hào)LLC和LLC2。SAA7111的所有功能均是在I2C總線控制下完成的，其中SCL為串行時(shí)鐘，SDA為串行數(shù)據(jù)信號(hào)。

2 SAA7111在圖像采集中的應(yīng)用

圖2所示是一種基于無(wú)線數(shù)字家庭安防的圖像采集與控制系統(tǒng)的硬件原理圖。本系統(tǒng)可配備4路普通攝像頭，當(dāng)某一路接通時(shí)，視頻信號(hào)將進(jìn)入視頻解碼器SAA7111進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，以將模擬信息變成標(biāo)準(zhǔn)的YUV4：2：2數(shù)字圖像信息，供系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。SAA7111的哪一路被選通以及芯片的初始化均可由本系統(tǒng)的核心控制器AT91RM9200控制。

AT91RM9200通過(guò)I2C總線對(duì)芯片進(jìn)行初始化。SAA7111有32個(gè)內(nèi)部寄存器(Sub-address00H-1FH)，初始化就是對(duì)這些寄存器進(jìn)行配置。在這些寄存器中，00H是芯片版本信息寄存器；02H-05H是前端配置狀態(tài)寄存器，用于根據(jù)輸人模擬視頻信號(hào)的類型和格式來(lái)設(shè)置芯片前端模擬通道的工作狀態(tài)：06H-0DH、10H-12H是解碼工作方式配置寄存器，用于進(jìn)行同步信號(hào)控制和輸出數(shù)據(jù)控制；1AH-1CH是只讀測(cè)試信息寄存器；1FH是只讀解碼狀態(tài)寄存器，可用于報(bào)告解碼過(guò)程中的各種信號(hào)狀態(tài)。其余寄存器可保留備用。

亮度、色度、飽和度的控制以及噪聲、信號(hào)增益的處理，都可選用系統(tǒng)默認(rèn)值，也可在測(cè)試時(shí)通過(guò)比較得到最優(yōu)的配置。本系統(tǒng)選用系統(tǒng)默認(rèn)值。對(duì)SAA7111的初始化主要對(duì)模擬輸入控制與輸出控制進(jìn)行配置。通過(guò)設(shè)置可使SAA7111工作于某一路模擬PAL制式的全電視信號(hào)輸入，輸出為16bit的YUV4：2：2數(shù)字視頻信號(hào)，同時(shí)輸出HS、HREF、VREF、VS信號(hào)。本設(shè)計(jì)對(duì)SAA7111的內(nèi)部寄存器的具體設(shè)置如下：

(1)模擬輸入控制1(02H)、2(03H)、3(04H)、4(05H)

寄存器02H的低三位用于設(shè)置SAA7111的模擬信號(hào)輸入方式，共8種輸入方式可供選擇。這八種輸入方式分為兩大類：第一類是輸入一路視頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)A／D采樣后得到的數(shù)據(jù)同時(shí)再送入色度和亮度信號(hào)處理電路；第二類是輸入兩路視頻信號(hào)，一路經(jīng)A／D采樣后的數(shù)據(jù)送入色度信號(hào)處理電路，另一路A／D采樣后的數(shù)據(jù)送入亮度信號(hào)處理電路。寄存器02H的剩余位與03H、04H、05H一起可用于控制輸入信號(hào)的增益、振幅和噪聲(也可選用系統(tǒng)默認(rèn)值)。模擬輸入控制寄存器1的位格式如表1所列。其中MODE2、MODE1、MODE0是輸人格式設(shè)置位，可控制八種輸入模式。這8種模式的具體功能如表2所列。

本系統(tǒng)中的輸入信號(hào)格式為CVBS，輸入通道是AI11，因此，可選擇MODE0，圖3所示是MODE0的輸入通道示意圖。

(2)輸出格式／延時(shí)控制0(10H)

該寄存器中的最高兩位OFTS1、OFTS0為輸出格式選擇位，用于決定四種輸出格式，其四種輸出格式的設(shè)置方法如表3所列。

上電初始化時(shí)，該寄存器應(yīng)設(shè)置為40H，其輸出模式為YUV4：2：2(16 bits)。

(3)輸出控制1(11H)

將該寄存器的第三位置1時(shí)，VPO輸出有效；將第二位置1時(shí)，HS和VS輸出有效。

3 SAA7111的應(yīng)用電路

圖4所示是SAA7111的典型應(yīng)用電路。根據(jù)上述設(shè)置，該設(shè)計(jì)從SAA7111的四個(gè)模擬視頻輸入端中選擇AI11作為視頻輸入接口，輸出端的高八位輸出亮度信號(hào)，低八位輸出色度信號(hào)。在視頻輸入端需連接10 nF的電容和75 Ω的電阻。

SAA7111的時(shí)鐘可以是外部時(shí)鐘和內(nèi)部時(shí)鐘。本系統(tǒng)采用外部時(shí)鐘輸入，XTAL引腳和XTAL1引腳間接入的一個(gè)頻率為24.576 MHz的石英晶體振蕩器，可用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的工作時(shí)鐘。本設(shè)計(jì)由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生行鎖定時(shí)鐘LLC(27 MHz)、LLC2(13.5 MHz)和時(shí)鐘參考信號(hào)CREF(13.5 MHz，相對(duì)LLC2有一定的延時(shí))。需要說(shuō)明的是，時(shí)鐘的產(chǎn)生會(huì)受到片選信號(hào)CE的影響，只有當(dāng)CE為高電平時(shí)才有效，而在低電平時(shí)，SAA7111被復(fù)位，該引腳不產(chǎn)生周期信號(hào)。

為了降低電源紋波，每個(gè)電源輸入端都應(yīng)加100 nF的濾波電容。由于SAA7111是模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，模擬電源和數(shù)字電源、模擬地與數(shù)字地都不能簡(jiǎn)單共電。一般情況下，可使用電感單點(diǎn)一起接地。因?yàn)閿?shù)字電路的頻率較高，模擬電路的敏感度較強(qiáng)，數(shù)字和模擬部分不能有信號(hào)電流的交互，而這個(gè)地線理論上會(huì)提供電源回路，所以為避免干擾，應(yīng)該使用電感阻止干擾信號(hào)的流回。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于SAA7111將模數(shù)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)鉗位、自動(dòng)增益控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、多制式解碼等許多復(fù)雜功能集成到一塊芯片之內(nèi)，因而其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，便于調(diào)試，可靠性也得到了極大提高，可為需要圖像采集的各類應(yīng)用系統(tǒng)提供極大的方便。