SAA7115視頻解碼芯片寄存器的配置與應(yīng)用

段建宏，梁海波，張 廣

（西安電子科技大學(xué) 技術(shù)物理學(xué)院，陜西 西安 710071）

SAA7115[1]是飛利浦半導(dǎo)體公司推出的9位視頻解碼芯片?？商峁╇p9位低噪音、2x過(guò)抽樣模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，其信噪比僅為10～15 dB，是同類產(chǎn)品中解碼性能最高的解碼芯片，主要特點(diǎn)有:1）6通道模擬信號(hào)的輸入，內(nèi)有源選擇器；2）2個(gè)改進(jìn)的 9-bit COMS 模數(shù)轉(zhuǎn)換器；3）可實(shí)現(xiàn)對(duì) CVBS、Y、C、信號(hào)的自動(dòng)控制；4）加強(qiáng)型行、場(chǎng)同步檢測(cè)，自動(dòng)延遲矯正PAL制式相位誤差；5）TV/VCR信號(hào)源自動(dòng)檢尋。

1 引腳說(shuō)明

SAA7115內(nèi)部框圖如圖1所示。其主要管腳及其功能如下：45 腳（ICLK）:圖像主時(shí)鐘輸出；46 腳（IDQ）:圖像數(shù)據(jù)限制；47 腳（ITRI）:圖像端口控制信號(hào)；52 腳（IGPV）:多目標(biāo)場(chǎng)基準(zhǔn)信號(hào)； 53 腳（IGPH）:多目標(biāo)行基準(zhǔn)信號(hào)；54～57，59～62 腳（IPD0-IPD7） 圖像數(shù)據(jù)輸出端口；64～67，69～62 腳 （HPD0-HPD7）：主端口數(shù)據(jù)輸入/輸出；81～82，84～87，89～90（XPD7-XPD0）：擴(kuò)展端口視頻輸出數(shù)據(jù)。

其中模擬輸入管腳由 20（AI11）、18（AI12）、16（AI21）、14（AI22）、12（AI23）、10（AI24） 6 個(gè)視頻輸入管腳的不同組合來(lái)控制，具體由SA02寄存器的位（D0～D4）來(lái)進(jìn)行控制，信號(hào)由 14管腳（AI22）輸入，亮度信號(hào)由 18管腳（AI12）輸入，其余4個(gè)管腳用電阻電容接地以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖1 SAA7115的部分引腳排列Fig.1 Part of the pin arrangement of SAA7115

2 具體應(yīng)用及寄存器配置

2.1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一個(gè)簡(jiǎn)單的視頻采集系統(tǒng)框架機(jī)[2-3]圖如圖2所示。

圖2 視頻采集框架Fig.2 Frame work of video collection

該系統(tǒng)中模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)CCD采集進(jìn)入SAA7115解碼芯片進(jìn)行A/D信號(hào)處理再由FPGA存儲(chǔ)到SDRAM陣列中，然后通過(guò)單片機(jī)CY7C68013控制進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。SAA7115解碼芯片的寄存器是在CY7C68013單片機(jī)的下位機(jī)程序里進(jìn)行配置。

2.2 SAA7115的時(shí)序

系統(tǒng)中SAA7115的芯片時(shí)序如圖3所示。

2.3 SAA7115解碼芯片寄存器的配置

在解碼過(guò)程中需要對(duì)芯片里256個(gè)寄存器逐一進(jìn)行配置機(jī)[4-5]才能達(dá)到正確的視頻解碼數(shù)據(jù)，由于只需要得到視頻信號(hào)輸出，本次實(shí)驗(yàn)不需要音頻寄存器（SA30～SA3A）、字幕寄存器（SA6B～SA71）及事件 B 寄存器（SAF8-SAF9）進(jìn)行配置，根據(jù)SAA7115的datasheet及所需要的輸出視頻格式來(lái)配置，本實(shí)驗(yàn)采用PAL制式輸出配置。在所有寄存器中，一些寄存器如 SA1C（水平差增益）、SA1D（垂直差增益）、SA59（水平補(bǔ)償）、SA5A（垂直補(bǔ)償）等按芯片資料的默認(rèn)配置便可，視為不關(guān)鍵寄存器，而像SA96H-SA9BH、SA88H（ADC_PORT）等寄存器的配置結(jié)果會(huì)直接影響視頻圖像的正確輸出，因此需要精心配置與重復(fù)配置，可視為關(guān)鍵寄存器，配置如下:

圖3 8位數(shù)據(jù)輸出的時(shí)序圖Fig.3 8 bits of data output timing diagram

SA02:模擬輸入控制寄存器，輸入從 AI2輸入（D0～D3），放大反向?yàn)V波器有效（D4～D7），故配置為0xc1H；

SA09:亮度控制寄存器，采集過(guò)程在4.1 MHz時(shí)鐘頻率下，低通濾波器在 2 dB通道有效 （D0～D3），小調(diào)制帶寬（D4），延時(shí)采用內(nèi)部通道延時(shí) （D5），亮度梳狀濾波器有效（D6），色度陷阱梳狀濾波器旁路（D7），故配置為0x48H；

SA0E:色度控制寄存器，在4.4 MHz時(shí)鐘頻率下采用PAL 制顏色標(biāo)準(zhǔn)（D4～D6），色度梳狀濾波器有效（D0），自動(dòng)色度標(biāo)準(zhǔn)控制（D1）與標(biāo)準(zhǔn)色度時(shí)間常數(shù)（D2）在視頻行有效情況下采用垂直濾波器進(jìn)行PAL制誤差糾正（D3），故配置為0x81H；

SA83:X-port輸出時(shí)鐘相位及I/O端使能控制寄存器，X-CLK引腳用于輸出， 使用默認(rèn)配置 （D4～D5），X-port在XTR1 為“1”時(shí)輸出有效（D2～D0），故配置為 0x33；

SA84:I-port輸出信號(hào)定義寄存器，輸出為4種信號(hào)IGPH、IGPV、IGP0、IGP1。輸出模式中 IGPH 是行門（h-gate）信號(hào)（D1～D0），IGPV 是場(chǎng)門（v-gate）信號(hào)（D3～D2），IGP0 在默認(rèn)極性時(shí)輸出為 0（D5～D4），IGP1 為輸出場(chǎng) ID（D6～D7），故配置為0x30H；

SA86:I-port信號(hào)定義寄存器，串口空標(biāo)志與滿標(biāo)志采用雙字節(jié)16位（D3～D0），視頻數(shù)據(jù)包通過(guò)ITRDY引腳控制輸入（D7），對(duì) I-port輸出視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸（D6），故配置為0x40；

SA93：I-Port輸出格式設(shè)置寄存器，輸出數(shù)據(jù)為4:2:2字節(jié)格式（D0～D2）的 YUV（D3～D4）視頻格式，需要跳過(guò)只含有Y信號(hào)的數(shù)據(jù)行（D5），在行消隱間的無(wú)效數(shù)據(jù)用0x00填充（D6），輸出的數(shù)據(jù)流中應(yīng)含有 SAV，EAV 標(biāo)準(zhǔn)（D7），故配置為0xC0；

SA96～SA9B:輸出窗口大小寄存器，SA96、SA97為水平輸出窗口定義，SA97為高8位，SA96為低8位，當(dāng)輸出行為720，其二進(jìn)制為：10 1101 0000，故配置為 SA97=0x02，SA96=0xd0；SA9A，SA9B為垂直輸出窗口定義，由于視頻掃描時(shí)采用隔行掃描，因此一場(chǎng)圖像垂直輸出為配置長(zhǎng)度的2倍，當(dāng)輸出為576時(shí)只需配置成288，其二進(jìn)制為：1 0010 0000，故配置為 SA9B=0x01，SA9A=0x20；

SAA8～SAA9：水平亮度比例增量，選擇比例為1（即1024/1024），故增量為 1 024 即（100 0000 0000），SAA9 為高位，SAA8 為低位，故配置為 SAA9=0x04，SAA8=0x00；

SAAC～SAAD：水平色度比例增量，水平色度增量為亮度增量的一半（水平掃描有奇偶場(chǎng)），故增量為1 024/2=512即（10 0000 0000），SAAD 為 高 位 ，SAAC 為 低 位 ， 故 配 置 為SAAD=0x02，SAAC=0x00；

SAB0～SAB1：垂直亮度比例增量，配置方法同水平亮度增量相同故SAB1=0x04，SAB0=0x00；

SAB2～SAB3：垂直色度比例增量等于水平亮度增量（1024），故 SAB3=0x04，SAB2=0x00。

寄存器中有些寄存器需要重復(fù)多次配置具體為：

SA88：ADC_PORT輸出控制、起始控制與低功耗省電控制，最初時(shí)對(duì)其進(jìn)行輸出控制配置為0xf8使其達(dá)到正常的運(yùn)行模式；最后需要配置3次0x00，使得其復(fù)位時(shí)計(jì)數(shù)器、輸出通道重置，考慮到音頻時(shí)鐘產(chǎn)生的輸出情況還需配置1次0xf0。故總共5次重復(fù)配置。

SA85：I-Port基準(zhǔn)信號(hào)極性與信號(hào)定義，4個(gè)輸出信號(hào)端口 IDQ（默認(rèn)高有效），IGPH（默認(rèn)高有效），IGPV（默認(rèn)高有效），IGP0（反轉(zhuǎn)），IGP1（默認(rèn)高有效）的極性， D4-D0 缺省配置值0000，高三位為視頻數(shù)據(jù)標(biāo)志位選擇可以選擇4種數(shù)據(jù)標(biāo)志位因此有000、010、100、1104種選擇；故SA85H有四種配置選擇 0x00、0x40、0x80、0Xc0，當(dāng) IGP0 輸出為高電平時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行反轉(zhuǎn)，因此D4-D0也可以01000對(duì)SA85H配置還有0x08，總共5次重復(fù)配置；

SA0E：色度控制寄存器，在選擇梳狀濾波器、PAL制式、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間常數(shù)、相位進(jìn)行校正、清除位有效的模式下其配置為0x81；當(dāng)選擇梳狀濾波器無(wú)效時(shí)，則清除位也無(wú)效故該模式下的配置為0x00，總共2次重復(fù)配置。

傳輸數(shù)據(jù)程序與配置好的代碼加載到keil軟件，在EZUSB-F2X（及CYYC68013）界面的運(yùn)行下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集機(jī)[6]，配置完成后實(shí)時(shí)采集圖像數(shù)據(jù)的界面如圖4所示。

圖4 采集數(shù)據(jù)界面Fig.4 Interface chart of acquisition data

在單片機(jī)數(shù)據(jù)上傳輸過(guò)程中采用的是批量傳輸（bulk）方式，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳顯示的圖像窗口如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

文中對(duì)SAA7115在圖像采集系統(tǒng)中的寄存器應(yīng)用進(jìn)行了研究，關(guān)鍵寄存器進(jìn)行了配置，最后采集到了圖像的正確數(shù)據(jù)并得到了很好的顯示，在以后的情況下將對(duì)視頻窗口的控制，輸出制式的控制，亮度的控制，音頻，字幕的顯示進(jìn)行更深一步的研究。

圖5 圖像窗口顯示界面Fig.5 Interface of image window

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