摘 要： 利用title="MSP430">MSP430F169控制視頻解碼芯片ADV7183B處理復(fù)合視頻,、S-Video和色差分量的視頻輸入源，從而輸出8 bit/16 bit CCIR656的YCrCb型4:2:2的數(shù)字視頻數(shù)據(jù),，再將其進(jìn)一步進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,、濾波等處理，通過DVI接口顯示,。
關(guān)鍵詞： 數(shù)字視頻,；MSP430F169；ADV7183B,；視頻解碼；YCrCb
人的視覺信息占所有獲得信息總量的70%以上,，特別是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展,，人們所接觸的信息量也在不斷增加。所以,，顯示技術(shù)的重要性越來越大,。而視頻技術(shù)[1]也經(jīng)歷了由模擬視頻向數(shù)字視頻的發(fā)展，在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越廣泛,，例如電視電話會(huì)議,、高清數(shù)字電視(HDTV)、移動(dòng)視頻及3G可視通信等,。
當(dāng)前,，數(shù)字影像設(shè)備種類繁多，視音頻處理硬件與軟件技術(shù)高度發(fā)達(dá)[2],，為數(shù)字視頻的流行起到了推波助瀾的作用,。在很長的一段時(shí)間內(nèi)，圖像處理將成為信息技術(shù)的前沿領(lǐng)域和熱門課題,。圖像處理技術(shù)的應(yīng)用取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,，其原因主要在于計(jì)算機(jī)技術(shù)以及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展與成熟，使得利用嵌入式系統(tǒng)作為視頻圖像的輸入輸出處理正逐漸成為主流,，硬件解決方案也從專用處理芯片,、DSP發(fā)展至FPGA，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性,、小型化,。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
利用單片機(jī)MSP430F169與解碼芯片ADV7183B的配置，使得整個(gè)視頻解碼系統(tǒng)可以靈活地根據(jù)輸入視頻源進(jìn)行相應(yīng)的配置以輸出不同的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。MSP430F169的最高運(yùn)算速度達(dá)到8 MIPS,，具有易操作,、低功耗等特點(diǎn)[3-4]，特別是其可通過I2C接口與解碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同格式視頻輸入源的解碼,。而ADV7183B是一款綜合的視頻解碼芯片[5-6]，它能夠自動(dòng)將一種兼容國際標(biāo)準(zhǔn)NTSC或PAL的模擬視頻基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種兼容8 bit/16 bit CCIR656的YCrCb型4:2:2的數(shù)字視頻數(shù)據(jù),，其靈活的數(shù)字式輸出接口能夠在基于緩存器結(jié)構(gòu)和行鎖時(shí)鐘的系統(tǒng)中完成視頻解碼和轉(zhuǎn)換功能,。視頻解碼系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。MSP430F169是主控芯片,，針對(duì)不同的模擬視頻源,，利用C語言編程，對(duì)解碼芯片ADV7183B的寄存器進(jìn)行相應(yīng)的配置,，產(chǎn)生符合要求的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)及行,、場(chǎng)信號(hào)，以便于視頻后處理系統(tǒng)進(jìn)行濾波,、顯示,。
數(shù)字視頻數(shù)據(jù)是把模擬視頻信號(hào)解碼為Y、U,、V分量后,，將其分別進(jìn)行A/D量化采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻流,，時(shí)間上也按上面的順序依次輸出,。這里，采用的是成立于1927年的國際無線電咨詢委員會(huì)CCIR656(Consultative Committee of International Radio)標(biāo)準(zhǔn)[7-8],，也稱為ITU-R BT.656,。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：Y、U,、V 3個(gè)分量的抽樣頻率分別為13.5 MHz,、6.75 MHz、6.75 MHz,。采用線性量化,，每個(gè)樣點(diǎn)的量化比特用于演播室為10 bit，用于傳輸則為8 bit,。Y,、U、V 3個(gè)分量樣點(diǎn)之間比例為4:2:2,，數(shù)據(jù)格式如圖2所示,。
圖2中,，T為采樣時(shí)鐘37 ns(27 MHz)；SAV為有效視頻開始的定時(shí)基準(zhǔn)標(biāo)志碼,；EAV為有效視頻結(jié)束的定時(shí)基準(zhǔn)標(biāo)志碼,；每個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)由4個(gè)周期的數(shù)據(jù)組成，格式為FF,，00,，00，XY,，以16進(jìn)制表示,，前3個(gè)為固定的前綴，第4個(gè)字用來定義奇偶場(chǎng),、場(chǎng)消隱和行消隱信息,。在消隱期間，傳輸80 H,，10 H,，80 H，10 H,；在有效期間,，按Cb，Y,，Cr，Y,，Cb,，Y順序傳送。
2 ADV7183B的設(shè)置
根據(jù)實(shí)際需要,，這里采用了Analog Device公司的ADV7183B芯片作為系統(tǒng)的解碼芯片,。它是一款綜合的視頻解碼芯片，能夠處理NTSC或PAL制式下的CVBS,、S-Video,、YPrPb 3種格式的輸入視頻源，從而廣泛地應(yīng)用于放映機(jī),、數(shù)字電視,、DVD、游戲機(jī)等電子產(chǎn)品,。ADV7183B的主要特點(diǎn)[9]如下：
(1)內(nèi)部帶有行鎖定系統(tǒng)時(shí)鐘（LLC）和自適應(yīng)數(shù)字線長跟蹤（ADLLT）電路,，可以提供雙重視頻鎖定功能；
(2)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘,、信息輸出功能以及3行色度梳狀濾波器,；
(3)具有完整的AGC和箝位控制功能，可對(duì)色度、亮度,、飽和度和對(duì)比度進(jìn)行編程視頻調(diào)節(jié),；
(4)可自動(dòng)進(jìn)行NTSC或PAL檢測(cè)，且有12個(gè)模擬視頻輸入信道,；
(5)可設(shè)置為二線連續(xù)雙向端口模式,，并與I2C兼容；
(6)支持不同模式的視頻輸入和16 bit寬度總線數(shù)字輸出,；
(7)輸入峰峰值為0.5 V～2 V,。
通過不同的配置，ADV7183B的6個(gè)模擬視頻輸入信道可支持6個(gè)CVBS輸入信號(hào),、3個(gè)S-video輸入信號(hào)和2個(gè)YPrPb構(gòu)成的模擬視頻輸入信號(hào),，可由寄存器INSEL控制輸入源的類型和信道。此外,，ADV7183B支持3種輸出接口模式：兼容LLC的同步像素接口,、CAPI接口和SCAPI接口，默認(rèn)模式為兼容LLC的8 bit CCIR656數(shù)據(jù),。
在電路設(shè)計(jì)時(shí),，ADV7183B的工作晶振為27 MHz，ALSB為地址片選端口,，由于軟件程序的設(shè)計(jì)需要,，將其接地，置為低電平,。CVBS接入AIN5腳,，S-Video接入AIN1和AIN4腳，YPrPb則接入AIN2,、AIN3和AIN6腳,；P0~P15為數(shù)據(jù)輸出端；LLC1,、LLC2為時(shí)鐘輸出端口,，當(dāng)為8 bit數(shù)據(jù)輸出時(shí)，LLC1為27 MHz,，LLC2為13.5 MHz,。而當(dāng)為16 bit數(shù)據(jù)輸出時(shí)，LLC1和LLC2均為13.5 MHz,；HS為行同步信號(hào)輸出,，VS為場(chǎng)同步信號(hào)輸出，F(xiàn)IELD為奇偶場(chǎng)信號(hào)輸出,。當(dāng)系統(tǒng)通電后,，板上的2個(gè)LED燈會(huì)交替閃爍10次,，提示用戶可通過按鍵進(jìn)行輸入源信道的選擇操作：SW1鍵選擇S-Video視頻源輸入，SW2鍵選擇YPrPb視頻源輸入,，若不操作則默認(rèn)CVBS視頻源輸入,。
由于MSP430F169和ADV7183B均有自帶的I2C模塊，利用I2C總線協(xié)議,，系統(tǒng)通過中斷程序進(jìn)行解碼芯片的各種寄存器配置,，從而產(chǎn)生YCrCb型4:2:2的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，軟件流程圖如圖3所示,。
首先,，初始化時(shí)鐘和傳輸模式，使MSP430F169工作在所需的模式下,；其次,，初始化I2C功能，使其準(zhǔn)備將從機(jī)地址發(fā)送到I2C總線上,，等待總線上的從機(jī)應(yīng)答,，若無應(yīng)答則重復(fù)發(fā)送，若有應(yīng)答則通信初始化并開中斷,，發(fā)送所需配置的寄存器地址和數(shù)據(jù)[10-11],。需要注意的是，在每次發(fā)送數(shù)據(jù)前都要初始化主機(jī)模式和傳輸模式的設(shè)置,，因?yàn)槊看伟l(fā)送完數(shù)據(jù)后,，這兩個(gè)標(biāo)志位都會(huì)被自動(dòng)清零。
為了使ADV7183B正常工作,，幾個(gè)主要寄存器的配置內(nèi)容如下：
(1)輸入選擇寄存器INSEL,，地址為0x00。根據(jù)外部接口情況,，用戶可通過設(shè)置這個(gè)寄存器選擇模擬視頻源的輸入通道和輸入模式，即選擇通過CVBS,、S-Video或YPrPb輸入,。在該系統(tǒng)中，CVBS信號(hào)由AIN5輸入,，則寄存器內(nèi)容設(shè)置為0x04,；S-Video信號(hào)的Y接入AIN1，C接入AIN4,，則寄存器內(nèi)容設(shè)置為0x06,；YPrPb信號(hào)的Y接入AIN2，Pb接入AIN3,，Pr接入AIN6,，則寄存器內(nèi)容設(shè)置為0x0A,。同時(shí)，未連接的其他輸入通道管腳必須接地,。
(2)輸出模式選擇寄存器OF_SEL,，地址0x03。通過設(shè)置此寄存器,，用戶可控制輸出數(shù)據(jù)為8 bit或16 bit,。不過，此寄存器必須和像素時(shí)鐘寄存器（LLC_PAD_SEL,，地址0x8F)一起設(shè)置,。當(dāng)輸出16 bit數(shù)據(jù)時(shí)，像素時(shí)鐘為13.5 MHz,；而當(dāng)輸出8 bit數(shù)據(jù)時(shí),，像素時(shí)鐘則為27 MHz(默認(rèn)設(shè)置)。所以程序中,，8 bit輸出時(shí),，0x03設(shè)置為0x0C，0x8F設(shè)置為0x00,；16 bit輸出時(shí),，0x03設(shè)置為0x00，0x8F設(shè)置為0x50,。
(3)ADC低功耗控制寄存器,，地址0x3A。這個(gè)寄存器可以選擇ADC的工作個(gè)數(shù),。在CVBS模式下,，ADC1和ADC2低功耗，即不工作,；在S-Video模式下,，ADC2低功耗；而在YPbPr模式下,，3個(gè)ADC全部工作,。同時(shí)，還需要配置相應(yīng)的寄存器地址是0xC3和0xC4,，這2個(gè)寄存器設(shè)置了3個(gè)ADC所連接到的管腳,。根據(jù)外部的模擬輸入源，CVBS模式時(shí),，ADC0連接AIN5,，則0xC3設(shè)置為0x05，0xC4設(shè)置為0x80,；S-Video模式時(shí),，ADC0連接AIN1,，ADC1連接AIN4，則0xC3設(shè)置為0x41,，0xC4設(shè)置為0x80,；YPrPb模式時(shí)，ADC0連接AIN2,，ADC1連接AIN3,，ADC2連接AIN6，則0xC3設(shè)置為0x32,，0xC4設(shè)置為0x86,。
(4)行、場(chǎng)同步信號(hào)的相關(guān)寄存器,，一般采用默認(rèn)設(shè)置即可,。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，采用了一個(gè)彩色數(shù)字?jǐn)z像頭作為視頻輸入源,，即輸入CVBS格式的模擬視頻信號(hào),，通過邏輯分析儀捕獲輸出管腳的波形，觀測(cè)相應(yīng)的信號(hào)和輸出數(shù)據(jù),。通過不斷修改程序,，最終實(shí)現(xiàn)視頻圖像的采集、顯示,。圖4是通過MSP430F169設(shè)置ADV7183B的輸出模式選擇寄存器的波形,。可見,，時(shí)序滿足標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線協(xié)議的傳輸時(shí)序：起始—從器件地址(0x40)—應(yīng)答—從器件的寄存器地址（0x03）—應(yīng)答—寫數(shù)據(jù)（0x0C）—應(yīng)答—結(jié)束,。圖5和圖6是解碼后的視頻數(shù)據(jù)。在圖5中,，根據(jù)固定前綴FF 00 00 F1可知,，F(xiàn)1（1111 0001）所包含的信息是表示行由0跳變?yōu)?，場(chǎng)由0跳變?yōu)?,，傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)入的是行和場(chǎng)的消隱期,。而圖6中，由固定前綴FF 00 00 80可知,，80（1000 0000）所包含的信息是表示行由1跳變?yōu)?，場(chǎng)由1跳變?yōu)?,，傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)入的是行和場(chǎng)的有效期,。由此表明，視頻解碼系統(tǒng)輸出的視頻數(shù)據(jù)符合CCIR656標(biāo)準(zhǔn),，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,。
綜上所述,，本視頻解碼系統(tǒng)利用MSP430F169進(jìn)行解碼芯片ADV7183B的設(shè)置，具有低功耗,、小巧靈活等特點(diǎn),。同時(shí)，作為視頻輸入前端,，將彩色攝像頭的模擬視頻源轉(zhuǎn)換成16 bit的YCrCb型4:2:2數(shù)字視頻數(shù)據(jù),，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、濾波等處理后,，通過DVI接口在CRT上清晰顯示,，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠?yàn)橄鄳?yīng)的視頻后處理設(shè)備（如DSP,、FPGA等）提供良好的數(shù)字視頻數(shù)據(jù),。
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