基于ADV7183A視頻采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要 利用FPGA控制視頻解碼芯片ADV7183A，從而輸出8 bit的YCrCb型4：2：2的視頻數(shù)據(jù)，再將其進(jìn)行隔點(diǎn)采樣，得到320×256的灰度圖像數(shù)據(jù)，并傳輸給DSP，由DSP顯示的采樣數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為后來的濾波處理提供良好的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞 FPGA；ADV7183A；視頻采集；YCrCb

人的感覺器官中接受信息最多的是眼睛。為了存儲(chǔ)視覺信息，模擬視頻信號(hào)必須通過模擬／數(shù)字(A／D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字的“0”或“1”，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程就是所謂的視頻捕捉。
在數(shù)字圖像處理中，一般采用單片機(jī)控制芯片的I2C總線，而對(duì)數(shù)據(jù)的采集處理，則可以用專用的數(shù)字處理芯片DSP或FPGA進(jìn)行。隨著FPGA器件集成度的增長，完全有能力將ADV7183A的控制電路集成到FPGA內(nèi)部完成。這樣實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的小型化、低功耗，并利用FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程特征充分發(fā)揮了ADV7183A的功能。
傳統(tǒng)上是利用I2C總線控制HS，VS和FIELD，并根據(jù)這3個(gè)信號(hào)的有效電平采集有效視頻，然而在不用I2C總線配置寄存器的情況下也可提取出有效視頻，因?yàn)樵谀J(rèn)配置下ADV7183A輸出的是8位BT656的YCrCb型4：2：2視頻數(shù)據(jù)，可以根據(jù)BT656的標(biāo)準(zhǔn)提取有效視頻，這樣減少了編程工作，降低了FPGA與ADV7183A的連線，從而為FPGA控制其他芯片節(jié)約了引腳，提供了設(shè)計(jì)的靈活性。

1 設(shè)計(jì)方案
文中嵌入式數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。在此視頻采集系統(tǒng)中，采用Altera公司的Cyclone 3系列FPGA：EP3C80F484C6，AD公司的視頻解碼芯片ADV7183A，TI公司的TMS320C6416。模擬視頻信號(hào)PAL制輸入到ADV7183A中，由FPGA產(chǎn)生的I2C總線配置ADV7183A內(nèi)部的寄存器，控制ADV7183A輸出的像素時(shí)鐘頻率，行場(chǎng)復(fù)位起始位置、寬度以及數(shù)據(jù)寬度等。ADV7183A輸出的數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過FPGA的預(yù)處理傳送到DSP，由DSP顯示圖像來驗(yàn)證隔點(diǎn)采樣是否合理。

2 ADV7183A的設(shè)置
AD公司生產(chǎn)的ADV7183A是一款通用性強(qiáng)的視頻解碼芯片。芯片應(yīng)用的關(guān)鍵就是要設(shè)置ADV7183A內(nèi)部的一些寄存器，使ADV7183A能正常工作。而ADV7183A采用了I2C總線接口標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)該芯片的控制主要是通過I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸。
對(duì)于本系統(tǒng)而言，取默認(rèn)配置，無需再對(duì)I2C總線進(jìn)行配置，當(dāng)ADV7183A正常工作后輸出8位BT656的YCrCb型4：2：2視頻數(shù)據(jù)，只需320×256的灰度圖像，即取Y，而不要C，因此必須進(jìn)行隔點(diǎn)采樣。
(1)原理圖設(shè)計(jì)方案：給復(fù)位，使能和27 MHz的時(shí)鐘信號(hào)分別到引腳，引腳，XTAL引腳，復(fù)位引腳和使能引腳都是低電平有效，通過FPGA控制這3個(gè)引腳來控制ADV7183A的工作。選擇模擬輸入通道AIN1，在AIN1引腳上輸入模擬信號(hào)。完成這些設(shè)置后，接上電源，ADV71 83就可以在默認(rèn)配置下正常工作，默認(rèn)配置為：輸入是PAL制的圖像。輸出是P8～P15的8位ITU—BT656的YCrCb型4：2：2視頻數(shù)據(jù)，像素時(shí)鐘是LLCC1：27MHz。
(2)對(duì)于輸出的8位ITU—BT656，行數(shù)據(jù)由水平消隱，有效視頻開始定時(shí)信號(hào)，有效行數(shù)據(jù)以及有效視頻結(jié)束定時(shí)信號(hào)組成。幀數(shù)據(jù)由場(chǎng)消隱，第一場(chǎng)數(shù)據(jù)，場(chǎng)消隱和第二場(chǎng)數(shù)據(jù)組成。場(chǎng)消隱和場(chǎng)數(shù)據(jù)分別由若干行數(shù)據(jù)組成，消隱數(shù)據(jù)為0X8010，即在水平消隱和場(chǎng)消隱時(shí)一律用16進(jìn)制的0X8010作為流數(shù)據(jù)。
有效視頻開始(SAV)和有效視頻結(jié)束(EAV)為兩個(gè)定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)，每個(gè)定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)由FF 00 00 XY組成，前3個(gè)是固定前綴，第4個(gè)包含場(chǎng)標(biāo)識(shí)，場(chǎng)消隱和行消隱狀態(tài)的信息，其定義為：F為場(chǎng)同步信號(hào)，0其他情況，1表示場(chǎng)消隱；H為水平同步信號(hào)，0表示有效視頻開始，1表示有效視頻的結(jié)束，P0—P3稱為保護(hù)比特，它們的狀態(tài)取決于F，V，H的狀態(tài)，如表1所示。