基于ADV7403的機載PAL制視頻采集處理系統

隨著飛機座艙結構的不斷變化，其內部顯示器正經歷著從CRT（陰極射線管）到LCD（液晶顯示器）的轉變，但還有很多顯示器接收的信號仍然是標準的模擬視頻信號。本文提出了一種改進的基于高集成度單轉換芯片的視頻采集處理系統，解決了以往視頻采集過程中復雜電路造成視頻處理板過大的難題，以及輸入輸出數據格式不匹配的問題，保證了LCD顯示器的正常工作。

【關鍵詞】ADV7403 視頻采集 視頻處理

視頻技術的不斷發展，促進了機載設備的更新，然而很多機載液晶顯示器接收的仍然是模擬視頻信號（PAL、NTSC制等）。由于掃描方式、數據格式的差異，模擬視頻信號不能直接驅動液晶顯示器，因此必須采用專用視頻處理系統使得模擬視頻信號可直接驅動液晶顯示器。隨著系統設計對可靠性和PCB小型化提出了更高的要求，視頻處理技術向著更高集成度、更加豐富的顯示效果的方向發展，小型化、高集成度的轉換芯片受到廣大設計者的青睞。

1 系統方案設計

本系統設計的視頻輸入信號為標準PAL制式單端RGB模擬視頻信號。視頻處理板將模擬PAL制視頻信號處理為像素時鐘為27MHz，幀頻為50Hz的數字信號送到液晶顯示器上顯示。

本文采用基于單芯片實現視頻數據采集的方法。設計中采用的視頻解碼芯片為ADV7403。視頻采集處理系統整體結構框圖如圖1所示。

系統主要分為I2C總線控制模塊、隔行轉逐行模塊以及時序產生模塊。系統上電復位后，通過I2C總線對視頻解碼芯片ADV7403的控制寄存器進行配置。配置完成后，ADV7403將采集到的模擬視頻數據轉換為相應的PAL_LLC、PAL_HS、PAL_VS、PAL_DE和PAL_DATA信號，送入FPGA進行隔行轉逐行處理，同時生成與逐行視頻數據相應的時序信號（CLKO、HSO、VSO、DEO），經DVI編碼芯片TFP410-EP編碼成DVI信號，驅動液晶顯示器顯示。

2 視頻采集處理

視頻采集處理過程主要分為視頻采集和視頻處理兩個部分。

2.1 視頻采集

視頻采集部分主要是通過I2C控制器實現對視頻解碼芯片ADV7403寄存器的配置，使ADV7403解碼出相應數據、時鐘信號、行場同步信號以及使能信號。

2.1.1 ADV7403視頻解碼電路設計

ADV7403是ADI公司的高集成度且提供高質量影像輸出的高階影像解碼器。該器件支持圖像數字化，能夠對VGA至SXGA分辨率的視頻輸入信號進行數字化處理，將其轉換為數字RGB或YCbCr像素輸出流。同時能夠處理CVBS和標清RGB信號。

ADV7403視頻解碼電路如圖2所示。

本系統中接收的模擬視頻信號為分量式RGB。對于電路硬件設計，ADV7403的引腳ALSB接為高電平，因此從設備的讀地址為0x40，寫地址為0x42。

2.1.2 I2C控制器設計

I2C控制器的設計采用查找表的方式來配置ADV7403寄存器的初始值。I2C總線的讀寫時序，如圖3所示。

首先通過FPGA提供一個滿足I2C總線標準的時鐘信號I2C_SCLK，I2C控制器使用33個時鐘周期完成1次24位數據的傳輸。第一時鐘周期用于初始化控制器，第2、3個周期用于啟動傳輸，第4到30個周期用于傳輸數據（其中包含24位數據和3個ACK），最后3個周期用于停止傳輸。I2C控制器中使用一個6位計數器對傳輸周期進行計數，一個24位寄存器來存儲每個周期需要傳輸的數據。對于24位數據含義——前8位是從設備地址，接下來8位是從設備的寄存器地址，最后8位是數據。寄存器的配置數據存儲在查找表LUT_DATA（16bit）中，包括寄存器的地址和數據，在配置過程中需要逐個寫入寄存器值，共對24個寄存器進行配置。每個寄存器的配置分為三步，第一步準備數據，將8位的從設備地址與LUT_DATA合并為24位數據mI2C_DATA，并將mI2C_GO置1，啟動I2C傳輸；第二步檢測傳輸結束信號，如果檢測到傳輸結束（mI2C_END=1），但ACK信號不正常，則返回第二步，重新檢測傳輸結束信號；如果檢測到傳輸結束且ACK信號正常，則進入第三步，將寄存器索引LUT_INDEX加1，準備下一個數據的傳輸。

寄存器配置信息如表1所示。

2.2 視頻處理

ADV7403解碼出的視頻數據為隔行的數字信號（27MHz，625i，1440×576），因此需要進行去隔行處理，將隔行視頻信號轉換為逐行視頻信號。該系統在設計時，沒有采用傳統的去隔行處理，而是利用數字圖像相鄰像素間像素差別很小這一特性，采用一種較為簡潔的處理方法——單場插值法，如圖4所示。

具體的實現方法為：將一行數據讀取兩次，作為兩行數據，這樣在原來所采集到的一場就變成了兩場，即如原來的奇場中只有1、3、5、7……奇數行數據，缺少2、4、6、8……偶數行數據，通過對奇數行數據的復制操作，從而在奇場中將缺少的偶數行數據補齊，形成一幀完整的數字圖像，該方法在很大程度上利用了數字圖像相鄰像素間差別很小這一獨特的基本特性。同理，在偶場中也使用了相同的方法將缺少的奇數行數據補完整，從而實現了去隔行處理。要將一行數據變成兩行，在設計時將PAL_HS信號進行倍頻，生成HSx2這一信號。系統倍頻的實現是通過在PAL_HS的起始和中間位插入兩個低脈沖來實現的。生成HSx2信號后，將隔行數據以13.5MHz的時鐘頻率寫入一個深度為1K、數據位寬為24位的單端口RAM中，同時以27MHz的時鐘頻率讀取數據。這樣，就相當于復制了一行數據，將一行數據變為了兩行數據，實現去隔行處理。設計中，調用兩個單端口RAM，采用乒乓操作的方式。以行信號PAL_HS的二分頻作為切換標志信號，記為SET。當SET=0時，以13.5MHz的時鐘對RAM1進行寫入操作，以27MHz的時鐘頻率對RAM2進行讀出操作；當SET=1時，以13.5MHz的時鐘頻率對RAM2進行寫入操作，以27MHz的時鐘對RAM1進行讀出操作，從而提高了數據的吞吐率。

3 結論

本文針對傳統的視頻采集處理系統中視頻處理板電路過于復雜的缺點，提出了一種改進的視頻采集處理設計方案，該系統采用高集成度、單轉換芯片ADV7403，通過對PAL制式的視頻信號的采集以及采用單場插值法進行去隔處理的過程，最終使得原始視頻在LCD上正確顯示。

參考文獻

[1]立早.飛機座艙顯示系統的發展現狀和趨勢[J].航空電子技術，2004，35（3）：53-54.

[2]錢敏，李富華，黃秋萍，李文石，劉蓓.基于HDL的PAL制數字視頻圖像采集控制器設計[J].微電子學與計算機，2007，24（12）：191-194.

[3]Analog Devices：12-Bit，Integrated， Multiformat SDTV/HDTV Video Decoder and RGB Graphics Gigitizer，2005.

[4]High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.3，2006.

[5]Analog Devices：12-Bit，Integrated， Multiformat SDTV/HDTV Video Decoder and RGB Graphics Gigitizer，Datasheet Manual，2007.

作者簡介

于小燕（1985-），女，江蘇省泰州市人。工學碩士學位?，F為蘇州長風航空電子有限公司軍品研究所工程師，主要從事機載座艙顯示技術方面的研究。

曹峰（1979-），男，江蘇省靖江市人。工學碩士學位?，F為蘇州長風航空電子有限公司軍品研究所所長，主要從事機載座艙顯示技術方面的研究。

范威（1983-），男，安徽省宿州市人。工學碩士學位。現為蘇州長風航空電子有限公司軍品研究所工程師，主要從事機載座艙顯示技術方面的研究。

王昱煜（1984-），男，江蘇省蘇州市人。工學碩士學位?，F為蘇州長風航空電子有限公司軍品研究所工程師，主要從事機載座艙顯示技術方面的研究。

作者單位

蘇州長風航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215151