基于ADV7403的機(jī)載PAL制視頻采集處理系統(tǒng)

隨著飛機(jī)座艙結(jié)構(gòu)的不斷變化，其內(nèi)部顯示器正經(jīng)歷著從CRT（陰極射線管）到LCD（液晶顯示器）的轉(zhuǎn)變，但還有很多顯示器接收的信號(hào)仍然是標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號(hào)。本文提出了一種改進(jìn)的基于高集成度單轉(zhuǎn)換芯片的視頻采集處理系統(tǒng)，解決了以往視頻采集過(guò)程中復(fù)雜電路造成視頻處理板過(guò)大的難題，以及輸入輸出數(shù)據(jù)格式不匹配的問(wèn)題，保證了LCD顯示器的正常工作。

【關(guān)鍵詞】ADV7403 視頻采集 視頻處理

視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)載設(shè)備的更新，然而很多機(jī)載液晶顯示器接收的仍然是模擬視頻信號(hào)（PAL、NTSC制等）。由于掃描方式、數(shù)據(jù)格式的差異，模擬視頻信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器，因此必須采用專用視頻處理系統(tǒng)使得模擬視頻信號(hào)可直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)可靠性和PCB小型化提出了更高的要求，視頻處理技術(shù)向著更高集成度、更加豐富的顯示效果的方向發(fā)展，小型化、高集成度的轉(zhuǎn)換芯片受到廣大設(shè)計(jì)者的青睞。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的視頻輸入信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)PAL制式單端RGB模擬視頻信號(hào)。視頻處理板將模擬PAL制視頻信號(hào)處理為像素時(shí)鐘為27MHz，幀頻為50Hz的數(shù)字信號(hào)送到液晶顯示器上顯示。

本文采用基于單芯片實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集的方法。設(shè)計(jì)中采用的視頻解碼芯片為ADV7403。視頻采集處理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)主要分為I2C總線控制模塊、隔行轉(zhuǎn)逐行模塊以及時(shí)序產(chǎn)生模塊。系統(tǒng)上電復(fù)位后，通過(guò)I2C總線對(duì)視頻解碼芯片ADV7403的控制寄存器進(jìn)行配置。配置完成后，ADV7403將采集到的模擬視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的PAL_LLC、PAL_HS、PAL_VS、PAL_DE和PAL_DATA信號(hào)，送入FPGA進(jìn)行隔行轉(zhuǎn)逐行處理，同時(shí)生成與逐行視頻數(shù)據(jù)相應(yīng)的時(shí)序信號(hào)（CLKO、HSO、VSO、DEO），經(jīng)DVI編碼芯片TFP410-EP編碼成DVI信號(hào)，驅(qū)動(dòng)液晶顯示器顯示。

2 視頻采集處理

視頻采集處理過(guò)程主要分為視頻采集和視頻處理兩個(gè)部分。

2.1 視頻采集

視頻采集部分主要是通過(guò)I2C控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻解碼芯片ADV7403寄存器的配置，使ADV7403解碼出相應(yīng)數(shù)據(jù)、時(shí)鐘信號(hào)、行場(chǎng)同步信號(hào)以及使能信號(hào)。

2.1.1 ADV7403視頻解碼電路設(shè)計(jì)

ADV7403是ADI公司的高集成度且提供高質(zhì)量影像輸出的高階影像解碼器。該器件支持圖像數(shù)字化，能夠?qū)GA至SXGA分辨率的視頻輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字RGB或YCbCr像素輸出流。同時(shí)能夠處理CVBS和標(biāo)清RGB信號(hào)。

ADV7403視頻解碼電路如圖2所示。

本系統(tǒng)中接收的模擬視頻信號(hào)為分量式RGB。對(duì)于電路硬件設(shè)計(jì)，ADV7403的引腳ALSB接為高電平，因此從設(shè)備的讀地址為0x40，寫(xiě)地址為0x42。

2.1.2 I2C控制器設(shè)計(jì)

I2C控制器的設(shè)計(jì)采用查找表的方式來(lái)配置ADV7403寄存器的初始值。I2C總線的讀寫(xiě)時(shí)序，如圖3所示。

首先通過(guò)FPGA提供一個(gè)滿足I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)I2C_SCLK，I2C控制器使用33個(gè)時(shí)鐘周期完成1次24位數(shù)據(jù)的傳輸。第一時(shí)鐘周期用于初始化控制器，第2、3個(gè)周期用于啟動(dòng)傳輸，第4到30個(gè)周期用于傳輸數(shù)據(jù)（其中包含24位數(shù)據(jù)和3個(gè)ACK），最后3個(gè)周期用于停止傳輸。I2C控制器中使用一個(gè)6位計(jì)數(shù)器對(duì)傳輸周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，一個(gè)24位寄存器來(lái)存儲(chǔ)每個(gè)周期需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。對(duì)于24位數(shù)據(jù)含義——前8位是從設(shè)備地址，接下來(lái)8位是從設(shè)備的寄存器地址，最后8位是數(shù)據(jù)。寄存器的配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在查找表LUT_DATA（16bit）中，包括寄存器的地址和數(shù)據(jù)，在配置過(guò)程中需要逐個(gè)寫(xiě)入寄存器值，共對(duì)24個(gè)寄存器進(jìn)行配置。每個(gè)寄存器的配置分為三步，第一步準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，將8位的從設(shè)備地址與LUT_DATA合并為24位數(shù)據(jù)mI2C_DATA，并將mI2C_GO置1，啟動(dòng)I2C傳輸；第二步檢測(cè)傳輸結(jié)束信號(hào)，如果檢測(cè)到傳輸結(jié)束（mI2C_END=1），但ACK信號(hào)不正常，則返回第二步，重新檢測(cè)傳輸結(jié)束信號(hào)；如果檢測(cè)到傳輸結(jié)束且ACK信號(hào)正常，則進(jìn)入第三步，將寄存器索引LUT_INDEX加1，準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸。

寄存器配置信息如表1所示。

2.2 視頻處理

ADV7403解碼出的視頻數(shù)據(jù)為隔行的數(shù)字信號(hào)（27MHz，625i，1440×576），因此需要進(jìn)行去隔行處理，將隔行視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為逐行視頻信號(hào)。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有采用傳統(tǒng)的去隔行處理，而是利用數(shù)字圖像相鄰像素間像素差別很小這一特性，采用一種較為簡(jiǎn)潔的處理方法——單場(chǎng)插值法，如圖4所示。

具體的實(shí)現(xiàn)方法為：將一行數(shù)據(jù)讀取兩次，作為兩行數(shù)據(jù)，這樣在原來(lái)所采集到的一場(chǎng)就變成了兩場(chǎng)，即如原來(lái)的奇場(chǎng)中只有1、3、5、7……奇數(shù)行數(shù)據(jù)，缺少2、4、6、8……偶數(shù)行數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)奇數(shù)行數(shù)據(jù)的復(fù)制操作，從而在奇場(chǎng)中將缺少的偶數(shù)行數(shù)據(jù)補(bǔ)齊，形成一幀完整的數(shù)字圖像，該方法在很大程度上利用了數(shù)字圖像相鄰像素間差別很小這一獨(dú)特的基本特性。同理，在偶場(chǎng)中也使用了相同的方法將缺少的奇數(shù)行數(shù)據(jù)補(bǔ)完整，從而實(shí)現(xiàn)了去隔行處理。要將一行數(shù)據(jù)變成兩行，在設(shè)計(jì)時(shí)將PAL_HS信號(hào)進(jìn)行倍頻，生成HSx2這一信號(hào)。系統(tǒng)倍頻的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在PAL_HS的起始和中間位插入兩個(gè)低脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。生成HSx2信號(hào)后，將隔行數(shù)據(jù)以13.5MHz的時(shí)鐘頻率寫(xiě)入一個(gè)深度為1K、數(shù)據(jù)位寬為24位的單端口RAM中，同時(shí)以27MHz的時(shí)鐘頻率讀取數(shù)據(jù)。這樣，就相當(dāng)于復(fù)制了一行數(shù)據(jù)，將一行數(shù)據(jù)變?yōu)榱藘尚袛?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)去隔行處理。設(shè)計(jì)中，調(diào)用兩個(gè)單端口RAM，采用乒乓操作的方式。以行信號(hào)PAL_HS的二分頻作為切換標(biāo)志信號(hào)，記為SET。當(dāng)SET=0時(shí)，以13.5MHz的時(shí)鐘對(duì)RAM1進(jìn)行寫(xiě)入操作，以27MHz的時(shí)鐘頻率對(duì)RAM2進(jìn)行讀出操作；當(dāng)SET=1時(shí)，以13.5MHz的時(shí)鐘頻率對(duì)RAM2進(jìn)行寫(xiě)入操作，以27MHz的時(shí)鐘對(duì)RAM1進(jìn)行讀出操作，從而提高了數(shù)據(jù)的吞吐率。

3 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)的視頻采集處理系統(tǒng)中視頻處理板電路過(guò)于復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的視頻采集處理設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)采用高集成度、單轉(zhuǎn)換芯片ADV7403，通過(guò)對(duì)PAL制式的視頻信號(hào)的采集以及采用單場(chǎng)插值法進(jìn)行去隔處理的過(guò)程，最終使得原始視頻在LCD上正確顯示。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

于小燕（1985-），女，江蘇省泰州市人。工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所工程師，主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

曹峰（1979-），男，江蘇省靖江市人。工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所所長(zhǎng)，主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

范威（1983-），男，安徽省宿州市人。工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所工程師，主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

王昱煜（1984-），男，江蘇省蘇州市人。工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所工程師，主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

作者單位

蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215151