基于FPGA的TVP5150控制實(shí)現(xiàn)

鄭培秋 董慧穎 張啟東

[摘 要]介紹了視頻輸入處理芯片TVP5150的功能與特點(diǎn),著重分析了基于EP1C20控制TVP5150的硬件接口及對具有ITU-R BT.656格式的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)讀取與處理。

[關(guān)鍵詞]EP1C20 TVP5150 數(shù)字圖像 ITU-R BT656

[中圖分類號]TN911[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)11-0006-02

引言

在圖像處理系統(tǒng)的前端,多采用高度集成的視頻解碼芯片實(shí)現(xiàn)圖像的采集功能。TI公司的視頻解碼芯片TVP5150以其卓越的性能和高性價(jià)比廣泛地得到應(yīng)用,它能將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成為符合ITU-R BT.656標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號,可以很方便的利用FPGA來進(jìn)行信號處理。本文就是利用EP1C20配置成控制器通過IIC總線控制,設(shè)置TVP5150的工作狀態(tài),讀取與存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

1 TVP5150的基本功能與特點(diǎn)

TVP5150是TI公司的一種可編程視頻輸入處理芯片,采用CMOS工藝。內(nèi)部包含兩路模擬處理通道,能實(shí)現(xiàn)抗混疊濾波、9位A/D轉(zhuǎn)換、自動(dòng)箝位、自動(dòng)增益控制(AGC)、時(shí)鐘發(fā)生(CGC)、多制式解碼、亮度,對比度,飽和度控制(BCS)和多標(biāo)準(zhǔn)VBI數(shù)據(jù)解碼等功能。

TVP5150是超低功耗、支持NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能視頻解碼器,在正常工作時(shí),它的功耗僅115 mw,并且具有超小封裝(32腳的TQFP),因此非常適用于便攜、批量大、高質(zhì)量和高性能的視頻產(chǎn)品。它可以接收2路復(fù)合視頻信號(CVBS)或1路S-Video信號。通過FPGA配置成的IIC總線控制器設(shè)置內(nèi)部寄存器,可以輸出8位4:2:2的ITU-R BT.656信號(同步信號內(nèi)嵌),以及8位4:2:2的ITU-R BT.601信號(同步信號分離,單獨(dú)引腳輸出)。

2 IIC總線簡介

2.1 IIC總線的基本原理

IIC串行傳輸總線提供了比較完善的總線協(xié)議,以二根信號線(雙向數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時(shí)鐘線(SCL))實(shí)現(xiàn)了完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳輸,并且接口電路簡單,可以極方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng),因而得到了廣泛地應(yīng)用。

IIC總線備用時(shí)SCL和SDL都必須保持高電平狀態(tài),只有關(guān)閉IIC總線才使SCL鉗位在低電平。數(shù)據(jù)傳輸時(shí),在SCL高電平期間SDL必須保持有穩(wěn)定的邏輯電平狀態(tài),只有在時(shí)鐘線SCL為低電平時(shí),才允許數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)變化。總線上每一幀數(shù)據(jù)均為一個(gè)字節(jié),但啟動(dòng)IIC總線后,傳送的字節(jié)數(shù)沒有限制,只要求每傳送一個(gè)字節(jié)后,對方回應(yīng)一個(gè)應(yīng)答位。在發(fā)送時(shí),首先發(fā)送的是數(shù)據(jù)的最高位,每次傳送開始有起始信號,結(jié)束時(shí)有停止信號。

2.2 I2C總線信號時(shí)序

IIC總線是同步傳輸總線,總線信號完全與時(shí)鐘同步。為了保證總線數(shù)據(jù)的可靠傳輸,對總線上的信號時(shí)序做了嚴(yán)格的規(guī)定,傳輸數(shù)據(jù)時(shí)有起始位(S),終止位(P),發(fā)送零及應(yīng)答位(A),發(fā)送1及非應(yīng)答位(A)。總線信號時(shí)序要求如圖1所示。

(1)起始信號(s):在時(shí)鐘SCL為高電平時(shí),數(shù)據(jù)線SDA出現(xiàn)由高電平向低電平變化時(shí),啟動(dòng)IIC總線。

(2)終止信號(P):在時(shí)鐘SCL為高電平時(shí),數(shù)據(jù)線出現(xiàn)由低到高的電平變化時(shí),將停止IIC總線數(shù)據(jù)傳送。

(3)應(yīng)答位信號(A):IIC總線上第9個(gè)時(shí)鐘脈沖對應(yīng)于應(yīng)答位。相應(yīng)數(shù)據(jù)線上低電平時(shí)為“應(yīng)答”信號(A),高電平時(shí)為“非應(yīng)答”信號(A)。

(4)數(shù)據(jù)位傳送在IIC總線啟動(dòng)后或應(yīng)答信號后的第1—8個(gè)時(shí)鐘脈沖對應(yīng)于一個(gè)字節(jié)的8位數(shù)據(jù)傳送。脈沖高電平期間,數(shù)據(jù)串行轉(zhuǎn)送,低電平期間為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,允許總線上數(shù)據(jù)電平變換。

3 FPGA控制TVP5150的硬件接口實(shí)現(xiàn)

FPGA具有體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點(diǎn)。因此利用

FPGA的可編程實(shí)現(xiàn)視頻解碼器的控制是非常方便的,能根據(jù)所選解碼器的不同編程實(shí)現(xiàn)各種功能。FPGA控制解碼器的一般硬件接口如圖2所示。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)的BT.656并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

BT.656并行接口除了傳輸4∶2∶2的YCbCr視頻數(shù)據(jù)流外,還有行、列同步所用的控制信號。一幀圖像數(shù)據(jù)由一個(gè)625行、每行1728字節(jié)的數(shù)據(jù)塊組成。其中, 23 ～311行是偶數(shù)場視頻數(shù)據(jù), 336～624行是奇數(shù)場視頻數(shù)據(jù),其余為垂直控制信號。

SAV和EAV信號有3字節(jié)的前導(dǎo): FF、FF、00;最后1字節(jié)XY表示該行位于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的位置及如何區(qū)分SAV、EAV。XY字節(jié)各比特位的含義為最高位為固定數(shù)據(jù)1;第六位F=0表示偶數(shù)場, F=1表示奇數(shù)場;第五位V=0表示該行為有效視頻數(shù)據(jù),V = 1表示該行沒有有效視頻數(shù)據(jù); 第四位H=0表示為SAV信號,H = 1表示為EAV信號;第三位到最低位 P3～P0為保護(hù)信號,由F、V、H信號計(jì)算生成; P3 =V異或H; P2 = F異或H; P1 = F異或V; P0 = F異或V異或H。

3.2 TVP5150控制器在FPGA中的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)BT.656的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用內(nèi)嵌信號EAV、SAV產(chǎn)生控制信號剔除完整幀中的無效的消隱信號。首先判斷輸入的數(shù)據(jù)是否含有三個(gè)前導(dǎo)字節(jié)FF、FF、00,因?yàn)楹羞@三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)可能是有效數(shù)據(jù)的開始或者結(jié)束,當(dāng)判斷到這個(gè)信號后,就可以開始接收有效數(shù)據(jù)。接收有效數(shù)據(jù)時(shí)必須嚴(yán)格按照從偶數(shù)場第一行開始,直到接收完完整一幀的數(shù)據(jù),只有按照這個(gè)順序接收數(shù)據(jù)才不會(huì)發(fā)生丟失數(shù)據(jù)等異常現(xiàn)象,這樣做能夠簡化控制器的編程實(shí)現(xiàn),詳細(xì)的接收過程如圖3所示。當(dāng)接收滿一幀后就存入FIFO中進(jìn)行緩存,等待處理器進(jìn)行處理。

4 結(jié)語

本文介紹了視頻解碼器TVP5150的特點(diǎn),給出了FPGA控制該芯片進(jìn)行BT.656格式數(shù)據(jù)的接收方法,該方法已經(jīng)在FPGA某圖像處理系統(tǒng)中驗(yàn)證過,這種接口的控制方便而簡單,系統(tǒng)在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸中穩(wěn)定可靠。IIC是一種簡單的通訊協(xié)議,IIC總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線可發(fā)送和接收數(shù)據(jù),這在FPG中較容易模擬實(shí)現(xiàn).

[參考文獻(xiàn)]

[1] TVP5150PBS Ultralow-Power NTSC/PAL Video Decoder.Data Sheet.TI.2006

[2] 何立民.I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社.1999.

[3] ITU2R BT.656-4.Interfaces for Digital Component VideoSignals in 5252line and 6252line Television Systems Operatingat the 4∶2∶2 Level [S].1998.