摘? 要: 概述了多媒體處理芯片" title="處理芯片">處理芯片SAA7146A的主要特點(diǎn),描述了其內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵功能,介紹了其在視頻音頻處理領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用,并給出了在視頻圖像多媒體中的相應(yīng)實(shí)例,。
關(guān)鍵詞: 多媒體? PCI總線? 信號處理? 圖像采集
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現(xiàn)在,，基于PC機(jī)的多媒體應(yīng)用越來越廣泛,各種視頻、音頻信號處理技術(shù)日新月異,。其中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是計(jì)算機(jī)與各種外圍多媒體器件的接口問題,。PC機(jī)可供選擇的總線接口基本上有ISA,、PCI、USB三種,。其中,ISA總線傳輸率" title="傳輸率">傳輸率很低,只有8MB/s,基本上已被淘汰;USB接口雖然對用戶來說使用很方便,但它的數(shù)據(jù)傳輸率也不夠高,USB1.1版的數(shù)據(jù)傳輸率只有12MB/s,。由于多媒體信號中的視頻信號的實(shí)時處理對數(shù)據(jù)傳輸率要求很高,較高質(zhì)量的彩色圖像一般要求在30MB/s以上。因此,具有33.3MHz主頻的32位的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)132MB/s,而64位的數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)264MB/s的PCI總線便在多媒體尤其是視頻圖像領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,。在眾多的PCI接口控制芯片中,Philips公司的SAA7146A不僅具有符合PCI協(xié)議的控制電路,還集成了功能強(qiáng)大的高性能視頻和音頻等多媒體處理電路,能夠與眾多的視頻編碼器及解碼器,、壓縮及解壓縮等視頻芯片和音頻采樣與處理芯片以及其它數(shù)字信號處理芯片進(jìn)行無縫連接" title="無縫連接">無縫連接,完成它們與計(jì)算機(jī)機(jī)PCI總線的數(shù)據(jù)通信,為視頻桌面系統(tǒng),、圖像、聲音等多媒體的應(yīng)用帶來極大方便,。
1 SAA7146A的主要特點(diǎn)
1.1 視頻處理
(1)支持幀緩沖器與系統(tǒng)虛擬內(nèi)存之間全尺寸,、全速度的視頻傳送,可為任何一款相應(yīng)的PCI外圍器件提供多種處理方式;(2)支持全帶寬的PCI讀寫操作(最高可達(dá)132MB/s);(3)支持虛擬內(nèi)存(每個DMA通道有4MB);(4)每幀最大" title="最大">最大可處理4095行,每行最大可處理4095個采樣點(diǎn);(5)具有針對視頻電話和視頻會議應(yīng)用的圖像鏡像功能;(6)具有視頻圖像翻轉(zhuǎn)功能;(7)內(nèi)置亮度、對比度,、飽和度控制電路;(8)設(shè)置了寄存器編程序列器(RPS),能夠?qū)?nèi)部寄存器進(jìn)行編程控制,可以同時處理兩路異步數(shù)據(jù)流;(9)內(nèi)置存儲器管理單元電路(MMU),可支持Windows,、Unix等系統(tǒng)的虛擬頁模式存儲器管理功能;(10)具有針對幀緩沖器的矩形裁剪功能,以減少PCI總線負(fù)載;
1.2 音頻處理
(1)具有時間片序列處理功能,能夠同時在兩個異步雙向數(shù)字音頻接口上實(shí)現(xiàn)最大256bit的音頻幀的復(fù)雜控制;(2)多種同步模式支持I2S和其它音頻及DSP數(shù)據(jù)格式;(3)具有音頻輸入級監(jiān)控功能,可通過軟件實(shí)現(xiàn)峰值控制;(4)具有可編程的位時鐘產(chǎn)生電路,從而可支持主動式和從動式兩種應(yīng)用。
1.3 縮放處理
(1)可對視頻圖像進(jìn)行隨機(jī)縮放,垂直方向可達(dá)1:1024,水平方向可達(dá)1:256;(2)內(nèi)置高性能定標(biāo)器單元(HPS),可提供兩維的數(shù)據(jù)處理功能,具有相位糾正功能,可改善縮放視頻數(shù)據(jù)的信號質(zhì)量,特別適用于圖像壓縮方面的應(yīng)用;(3)內(nèi)置的二進(jìn)制比率定標(biāo)器單元(BRS)支持CIF和QCIF格式,特別適用于視頻電話和視頻會議,。
2 SAA7146A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能
圖1所示為SAA7146A的內(nèi)部原理框圖,包含了眾多接口,可為視頻,、音頻等多媒體數(shù)據(jù)的傳輸和處理提供廣泛的應(yīng)用。
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2.1 視頻傳輸及處理
雙D1(8位,CCIR-656)視頻I/O端口可以連接諸如SAA7110和SAA7111A等數(shù)字視頻解碼器芯片,、SAA7185B等數(shù)字視頻編碼器芯片,還能連接視頻壓縮芯片或者是兼容D1(CCIR656)的外部數(shù)字相機(jī)等,。
雙D1視頻I/O端口也可以結(jié)合起來并行使用,變成兼容DMSD2的并行16位YUV視頻總線端口,可直接與SAA7110和SAA7111A無縫連接,非常方便。
對視頻信號,SAA7146A設(shè)置了兩個處理功能單元,。一個是高性能定標(biāo)器(HPS),可以對視頻信號進(jìn)行定標(biāo),、縮放處理,還集成了亮度、對比度,、飽和度控制,。HPS提供了多種RGB和YUV的數(shù)據(jù)輸出格式,用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。另一個是二進(jìn)制比率定標(biāo)器(BRS),它可以將HPS旁路,在實(shí)時視頻接口和PCI接口之間提供第二條通道;可以將全尺寸的視頻信號變換成CIF,、QCIF或者QQCIF格式信號,反之亦然,。
2.2 音頻傳輸及處理
SAA7146A提供了5個數(shù)字音頻I/O端口,可以與SAA7360、SAA7366(ADC),、SAA7350和SAA7351(DAC)等音頻采樣處理芯片進(jìn)行無縫連接,內(nèi)部設(shè)置兩個獨(dú)立的接口控制電路,最大可處理2×128bit幀的音頻數(shù)據(jù)流,。
2.3 擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線接口及I2C總線接口
擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線接口(DEBI)為外圍多媒體設(shè)備提供了8位或者16位的數(shù)據(jù)傳輸和編程控制功能,可以將外部提供的壓縮MPEG或JPEG數(shù)據(jù)的集成電路芯片連接到PCI總線,支持立即傳輸和最大可達(dá)23MB/s的塊傳輸方式(DMA);
I2C總線接口可以方便地對具有I2C接口的外圍芯片如視頻解碼器SAA7110和SAA7111A、編碼器SAA7185B和SAA7187或者音頻芯片進(jìn)行通訊和控制,。
2.4 PCI總線接口及其控制
符合2.1版的PCI接口電路具有主從功能,。對視頻信號的處理提供了三個DMA通道,每個通道設(shè)置了128個雙字的FIFO,視頻通道支持典型的如象素、行,、場、幀等視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);對音頻信號的控制設(shè)置了4個DMA通道,每個有24個雙字的FIFO;對擴(kuò)展數(shù)據(jù)接口,既能進(jìn)行單個指令的直接存取(立即模式),也可以通過一個具有32個雙字的FIFO的數(shù)據(jù)DAM通道進(jìn)行塊模式的數(shù)據(jù)流傳輸,。
SAA7146A內(nèi)部還集成了存儲器管理單元(MMU),通過一個用軟件驅(qū)動程序設(shè)置的存儲在系統(tǒng)內(nèi)存中的頁表可以將線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址,對每個DAM通道,MMU支持最大4MB的虛擬地址空間,。
3 SAA7146A的開發(fā)
SAA7146A是基于PCI總線的多媒體接口和控制芯片,眾多的接口能夠連接處理多種多媒體信號。在這些信號中,實(shí)時視頻信號的傳輸處理對數(shù)據(jù)傳輸率的要求最高,。而基于PCI總線的SAA7146A除了能處理音頻及其它數(shù)據(jù)外,還在視頻功能上提供了符合PCI協(xié)議的高速傳輸和多種處理能力,使得它在多媒體尤其是在視頻處理領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,。下面就SAA7146A在視頻處理的應(yīng)用上給出一個圖像采集處理的開發(fā)實(shí)例。
??? 圖2所示為一視頻圖像采集處理系統(tǒng)的原理圖,信號來自CCD攝像機(jī),。視頻前端解碼器芯片采用SAA7111,它與SAA7146A一樣,都屬于Philips公司開發(fā)的視頻處理系列芯片,便于相互通訊和實(shí)現(xiàn)無縫連接,。傳統(tǒng)的視頻圖像采集處理系統(tǒng)大都要設(shè)置視頻存儲器,還要考慮復(fù)雜的同步,、存儲器讀寫等控制信號的產(chǎn)生和相關(guān)邏輯。由于SAA7146A有符合PCI協(xié)議的高速數(shù)據(jù)傳輸率,有和SAA7111兼容的視頻接口和高效的內(nèi)部處理電路,可以不采用存儲器,只需將解碼器芯片和接口芯片簡單地進(jìn)行無縫連接就能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時視頻信號的高速采集和處理,大大簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì),。
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SAA7111是功能強(qiáng)大的可編程視頻輸入處理芯片,它可將攝像機(jī)輸出的PAL,、NTSC等不同制式的模擬復(fù)合全電視信號解碼成亮度、色度信號,。輸出的數(shù)字視頻信號格式有411YUV(16位),、422YUV(12位)、422YUV或CCIR-656(8位),、565RGB(16位),、888RGB(24位)等可供選擇。此外還提供了象素,、時鐘信號,、行場等多種同步信號。其所有的可編程功能是通過I2C總線對內(nèi)部的32個寄存器相應(yīng)的控制位置相應(yīng)的數(shù)值來完成的,而SAA7146A的I2C接口可以很方便地對其進(jìn)行編程和控制,。由于SAA7146A的實(shí)時視頻端口既能當(dāng)作兩個獨(dú)立的D1(8位 CCIR-656)視頻I/O口使用,也能并行地當(dāng)作一個16位的YUV視頻總線接口使用,每個端口都有自己相應(yīng)的象素,、時鐘、水平和垂直同步信號,因此它支持SAA7111的所有輸出格式,用戶可以通過對SAA7146A內(nèi)部的視頻端口控制寄存器" title="控制寄存器">控制寄存器和HPS控制寄存器的相應(yīng)控制位編程進(jìn)行選擇,。只要設(shè)置為并行的422的16位YUV信號,就可以將SAA7111的16位VPO總線與SAA7146A的雙D1口直接相連,。Y、C信號究竟連接雙端口的哪一個可以通過HPS控制寄存器來進(jìn)行設(shè)置,這里將SAA7111輸出的8位Y信號連接到SAA7146A的D1-A端口,。8位C信號連接到D1-B端口,將SAA7111產(chǎn)生的象素信號CREF,、時鐘信號LLC2、水平同步信號HS,、垂直同步信號VS等控制信息分別連接到SAA7146A用作色度信號端口(這里即為D1-B)的PXQ-B,、LLC-B、HS-B,、VS-B管腳上以輸入處理422 YUV 16位數(shù)字視頻信號所必需的同步,、時鐘等控制信號。由于SAA7111的工作模式,、控制功能是通過I2C 總線對其內(nèi)部的寄存器進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)的,因此必須將SAA7111的I2C總線的SDA和SCL信號線與SAA7146A同名的管腳進(jìn)行連接,然后通過軟件層次對SAA7146A內(nèi)部的I2C總線控制寄存器進(jìn)行編程,從而達(dá)到通過SAA7146A對SAA7111進(jìn)行控制的目的,。
這樣,通過簡單的無縫連接就完成了一個視頻圖像采集處理系統(tǒng)。余下的工作就是通過軟件完成相關(guān)的功能控制和利用SAA7146A內(nèi)部的兩個視頻處理單元HPS和BRS完成視頻圖像的裁剪,、翻轉(zhuǎn),、捕獲、回放等處理功能,這也只需通過軟件對HPS和BRS控制寄存器進(jìn)行編程即可實(shí)現(xiàn),。
4 SAA7146A的綜合應(yīng)用
除了在視頻應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用以外,SAA7146A也能夠結(jié)合音頻實(shí)現(xiàn)多媒體綜合應(yīng)用,。圖3所示為一應(yīng)用簡例的原理框圖。
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圖中,SAA7360/66將模擬音頻信號進(jìn)行采樣、A/D變換,、編碼后交給SAA7146A,通過PCI局部總線送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理;反過來,SAA7146A也可以將計(jì)算機(jī)存儲的數(shù)字音頻信號通過PCI總線交給SAA7350/7351進(jìn)行反變換,、D/A轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成模擬信號后送給揚(yáng)聲器播放,完成音頻信號的傳輸和處理功能。SAA7111可將PAL,、NTSC等不同制式的模擬視頻信號進(jìn)行采樣,解碼成YUV或其它格式的數(shù)字信號,然后交給SAA7146A進(jìn)行處理,通過PCI總線送給計(jì)算機(jī);反過來,SAA7146A也可將計(jì)算機(jī)的數(shù)字視頻信號通過PCI總線交給SAA7185B編碼器進(jìn)行視頻編碼,變換成模擬視頻信號送給監(jiān)視器播放,完成視頻信號的傳輸和處理功能;此外,MPEG,、JPEG等壓縮/解壓縮芯片可以將原始視頻和音頻信號壓縮后通過SAA7146A送入計(jì)算機(jī),將計(jì)算機(jī)的壓縮信號解壓后送出進(jìn)行變換和播放。同時,通過I2C 總線,SAA7146A可以方便地通過軟件編程對這些視頻和音頻處理芯片進(jìn)行控制以完成用戶特定的工作要求,。由于SAA7146A有多個獨(dú)立的DMA通道分別進(jìn)行音頻和視頻的處理,內(nèi)部的工作機(jī)制和基于PCI總線的高速數(shù)據(jù)傳輸率使得它能夠同時完成對音頻和視頻的處理,從而構(gòu)成一個完善高效的多媒體應(yīng)用系統(tǒng),。
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參考文獻(xiàn)
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