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數(shù)字視頻解碼器SAA7110
摘要：SAA7110是Philips公司生產(chǎn)的可編程前端視頻解碼器，它可將輸入的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為YUV數(shù)字信號(hào)。文章介紹了SAA7110的主要特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)原理和引腳功能，比較了SAA7110與SAA7110的不同之處，給出了應(yīng)用中應(yīng)注意的重點(diǎn)引腳，最后介紹了它的應(yīng)用連接和一個(gè)圖像采集系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：SAA7110；視頻解碼；圖像處理
視頻解碼器ＳＡＡ７１１０是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生產(chǎn)的可編程前端視頻解碼器。與ＳＡＡ７１１１相比，兩者盡管有些管腳信號(hào)相似，但仍有較大的差別，需要在實(shí)際應(yīng)用中給予足夠的重視。國(guó)內(nèi)做視頻采集或圖像采集的大多用ＳＡＡ７１１１，而提到較多的ＳＡＡ７１１０則未見多少資料對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)論述。在產(chǎn)品生產(chǎn)上，只有個(gè)別國(guó)內(nèi)公司（如北京嘉恒中自圖像技術(shù)有限公司）使用該芯片�；诳蒲泻蛯�(shí)踐需要，本文對(duì)ＳＡＡ７１１０的主要特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)功能、引腳應(yīng)用等作一詳盡論述。
１ 主要特點(diǎn)
ＳＡＡ７１１０的主要特點(diǎn)如下：
●具有６路模擬輸入（４×ＣＶＢＳ、３×Ｙ／Ｃ或二者相結(jié)合）；
●帶有３路模擬處理通道；
●內(nèi)置３路抗混疊濾波器；
●可將２路通道模擬信號(hào)相加；
●內(nèi)含２路８位ＣＭＯＳ視頻Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器；
●對(duì)所選擇的ＣＶＢＳ／Ｙ通道可編程為靜態(tài)增益控制或自動(dòng)增益控制；
●可進(jìn)行白峰控制；
●可對(duì)ＰＡＬ Ｂ／Ｇ、ＮＴＳＣ Ｍ、ＳＥＣＡＭ制式進(jìn)行亮度和色度處理；
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●可全程ＨＵＥ控制；
●可自動(dòng)進(jìn)行５０／６０Ｈｚ場(chǎng)頻檢測(cè)以及標(biāo)準(zhǔn)ＰＡＬ和ＮＴＳＣ、強(qiáng)制ＳＥＣＡＭ之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；
●對(duì)所有制式可實(shí)現(xiàn)行、場(chǎng)同步檢測(cè)；
●對(duì)于ＰＡＬ制式可用ＵＶ信號(hào)延遲線來校正色度信號(hào)的相差；
●ＹＵＶ總線支持以下數(shù)據(jù)率：
—７８０×ｆｈ＝１２．２７２７ＭＨｚ,６０Ｈｚ(ＮＴＳＣ)；
—９４４×ｆｈ＝１４．７５ＭＨｚ,５０Ｈｚ(ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ)；
●數(shù)據(jù)輸出格式有ＹＵＶ ４:１:１(８ｂｉｔ)和ＹＵＶ ４:２:２(８ｂｉｔ)兩種；
●用戶可編程進(jìn)行亮度峰值孔徑修正；
●所有制式可用同一頻率電路晶振（２６．８ＭＨｚ）；
●具有實(shí)時(shí)狀態(tài)信息輸出（ＲＴＣＯ）；
圖2
●可對(duì)ＹＵＶ總線進(jìn)行亮度、對(duì)比度、飽和度（ＢＣＳ）控制；
●輸出引腳有一個(gè)用戶可編程通用轉(zhuǎn)換開關(guān)；
●在片可進(jìn)行時(shí)鐘產(chǎn)生電路（ＣＧＣ）和外部ＣＧＣ（ＳＡＡ７１９７）之間的轉(zhuǎn)換；
●具有上電控制功能；
●帶有可控制的Ｉ２Ｃ總線；
●與ＣＣＩＲ６０１標(biāo)準(zhǔn)兼容。
２ 結(jié)構(gòu)原理及引腳功能
２．１ 結(jié)構(gòu)原理
ＳＡＡ７１１０的功能框圖如圖１所示。下面對(duì)方框圖中的主要部分進(jìn)行功能說明。
（１）模擬輸入處理
ＳＡＡ７１１０有６路模擬信號(hào)輸入，２個(gè)模擬主通道有箝位電路、模擬放大器、抗混疊濾波器、視頻ＣＭＯＳ Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器組成。另一路模擬通道也含有箝位電路、模擬放大器、抗混疊濾波器，且能被加到或在Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換前直接轉(zhuǎn)換到兩個(gè)主通道上。
（２）模擬控制電路
箝位控制電路控制著模擬輸入信號(hào)的正確箝位。高頻耦合電容器用于存儲(chǔ)和過濾箝位電壓。對(duì)于亮度或ＣＶＢＳ信號(hào)，通常的數(shù)字箝位標(biāo)準(zhǔn)是６４，而色度信號(hào)則是１２８。增益控制電路通過總線產(chǎn)生３路模擬放大器的靜態(tài)增益標(biāo)準(zhǔn)，也可以通過內(nèi)置的自動(dòng)增益控制（ＡＧＣ）電路控制其中的一路。ＡＧＣ的作用是將ＣＶＢＳ或Ｙ信號(hào)放大到所需的信號(hào)幅值，以使之與ＡＤＣ輸入電壓范圍相同�？够殳B濾波器要適合于時(shí)鐘頻率。垂直消隱控制電路用于產(chǎn)生總線可編程垂直消隱脈沖。在垂直消隱期間，增益和箝位控制無效。
（３）色度電路
８位數(shù)字色度信號(hào)經(jīng)過輸入接口后可通過色度帶通濾波器來減少直流分量，然后送到正交解調(diào)器的乘法輸入端。在來自局部振蕩器ＤＴＯ１（離散時(shí)間振蕩器）的２個(gè)副載波信號(hào)中，副載波信號(hào)的相位偏移為９０°，頻率則由當(dāng)前所輸入視頻信號(hào)的色彩制式所決定。對(duì)于所有ＰＡＬ和ＮＴＳＣ信號(hào)，乘法器可作為正交解調(diào)器來使用；而對(duì)于ＳＥＣＡＭ信號(hào)，乘法器則作為降頻混頻器來使用。兩個(gè)乘法輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的ＵＶ?jǐn)?shù)據(jù)流后，可用于２個(gè)低通濾波器級(jí)，然后再加到增益可控放大器。最后的一個(gè)多路復(fù)用低通濾波器將與前級(jí)一起用來設(shè)置所需的帶寬。ＰＡＬ和ＮＴＳＣ原始信號(hào)流入梳狀濾波器。ＳＥＣＡＭ原始信號(hào)則通過鐘形濾波器（中心頻率為０Ｈｚ）、相位解調(diào)器和微分器來饋送以獲得頻率解調(diào)的色差信號(hào)。將ＳＥＣＡＭ信號(hào)去加重后饋送到交叉轉(zhuǎn)換中，可產(chǎn)生連續(xù)傳輸?shù)纳钚盘?hào)。這些信號(hào)送到ＢＣＳ（亮度、對(duì)比度、飽和度）處理后，它們將最終到達(dá)輸出格式級(jí)和輸出接口。圖２所示是色度電路的工作過程圖。
（４）亮度電路
８位亮度信號(hào)（數(shù)字ＣＶＢＳ格式或亮度格式（Ｓ－ＶＨＳ、ＨＩ８））通過可變換的前置濾波器來饋送。高頻分量的增強(qiáng)可以彌補(bǔ)損耗。色度陷波器（ｆｃ＝４．４３ ＭＨｚ或３．５８ＭＨｚ，中心頻率可選）可消除大多數(shù)色彩載波信號(hào)，因此，Ｓ－Ｖｉｄｅｏ（Ｓ－ＶＨＳ，ＨＩ８）信號(hào)必須正常通過。亮度信號(hào)的高頻分量能夠在兩個(gè)具有可選傳輸性質(zhì)的帶通濾波器中得到增強(qiáng)（通過Ｉ２Ｃ總線控制銳度增加）。并能在可選的核心電路中再一次增強(qiáng)信號(hào)，然后將該信號(hào)加入原始（未提升）信號(hào)中。增強(qiáng)的亮度信號(hào)通過可變延遲饋送到ＢＣＳ控制和輸出接口。
（５）數(shù)字ＹＵＶ總線
通過１６ｂｉｔＹＵＶ總線可從輸出接口將數(shù)字信息傳送到場(chǎng)存儲(chǔ)體、數(shù)字彩色空間轉(zhuǎn)換器（ＳＡＡ７１９２ ＤＣＳＣ）或者視頻增強(qiáng)模數(shù)處理器（ＳＡＡ７１６５ ＶＥＤＡ２）。這些輸出可由ＦＥＩＮ來控制。ＹＵＶ?jǐn)?shù)據(jù)率與ＬＬＣ２相等。輸出信號(hào)Ｙ７～Ｙ０是數(shù)字亮度信號(hào)的ｂｉｔ位。輸出信號(hào)ＵＶ７～ＵＶ０是多路復(fù)用色差信號(hào)（Ｂ～Ｙ）和（Ｒ～Ｙ）的ｂｉｔ位。格式表中的時(shí)間幀是傳輸一幅完整取樣所需的時(shí)間。通過ＨＲＥＦ信號(hào)可控制該時(shí)間幀。通過將ＦＥＩＮ置低可獲取快速使能。該信號(hào)同時(shí)可用來控制數(shù)字ＹＵＶ總線的快速切換。而ＦＥＩＮ引腳為高電平時(shí)，則會(huì)強(qiáng)制將Ｙ和ＵＶ輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)。
（６）同步處理
當(dāng)前置濾波后的亮度信號(hào)被送到同步級(jí)后。同步脈沖經(jīng)過切分將送到相位檢測(cè)器，在這里它們與細(xì)分的時(shí)鐘頻率相比較，并將其結(jié)果輸出到環(huán)路濾波器，來儲(chǔ)存所有的相差信息�？烧{(diào)節(jié)的輸出信號(hào)ＨＣＬ和ＨＳＹ則由模擬前端的要求來產(chǎn)生。輸出信號(hào)ＨＳ、ＶＳ、ＰＬＩＮ被鎖至?xí)r間基準(zhǔn)標(biāo)記可確保其位于輸入信號(hào)和ＨＲＥＦ信號(hào)之間，這是因?yàn)殡娐返母M(jìn)一步改進(jìn)可能會(huì)改變整個(gè)處理延遲，因而并不推薦將它用在對(duì)輸入信號(hào)的定時(shí)要求絕對(duì)準(zhǔn)確的場(chǎng)合。用環(huán)路濾波器驅(qū)動(dòng)一個(gè)振蕩器可產(chǎn)生行頻率控制信號(hào)ＬＦＣＯ。
２．２ 引腳功能
圖３所示是ＳＡＡ７１１０的引腳排列圖。各主要引腳的功能如下：
ＳＰ：測(cè)試輸入腳，(轉(zhuǎn)換腳)正常操作時(shí)，該腳應(yīng)當(dāng)接地。
ＡＰ：測(cè)試輸入腳，(動(dòng)作腳)正常操作時(shí)，該腳亦應(yīng)接地。
ＲＴＣＯ：實(shí)時(shí)控制輸出。該腳用于配合ＨＰＬＬ、ＦＳＣ－ＰＬＬ的遞增和ＰＡＬ或ＳＥＣＡＭ序列信息。
圖4
ＳＡ：Ｉ２Ｃ總線從地址選擇輸入。在低電平時(shí)，若從地址為９ＣＨ，則寫入；從地址為９ＤＨ，則讀入。而在高電平時(shí)， 從地址為９ＤＨ時(shí)寫入，９ＦＨ時(shí)讀入。
ＳＤＡ：Ｉ２Ｃ總線串行數(shù)據(jù)輸入／輸出。
ＳＣＬ：Ｉ２Ｃ總線串行時(shí)鐘輸入。
ＶＤＤ，ＶＳＳ：分別為＋５Ｖ電源和接地端。
ＡＩＸＸ：模擬輸入腳。
ＡＯＵＴ：模擬輸出腳。
ＬＦＣＯ：行頻控制輸出腳；該模擬時(shí)鐘信號(hào)可用于驅(qū)動(dòng)外部ＣＧＣ；其頻率是實(shí)際行頻（７．３７５／６．１３６３６ＭＨｚ）的倍數(shù)。
ＬＬＣ：行鎖定時(shí)鐘輸入／輸出腳，當(dāng)ＣＧＣＥ為１，該腳為輸出；ＣＧＣＥ為０時(shí)，該腳為輸入）。
ＬＬＣ２：行鎖定時(shí)鐘的２分頻輸入輸出；ＦＬＬＣ２＝０．５ｆＬＬＣ。ＣＧＣＥ為１時(shí)，該腳為輸出；ＣＧＣＥ為０時(shí)該腳為高阻態(tài)）。
ＣＲＥＦ：參考時(shí)鐘輸入／輸出腳（ＣＧＣＥ＝１時(shí)輸出；ＣＧＣＥ＝０時(shí)輸入）。
ＲＥＳＥ
Ｔ:復(fù)位信號(hào),低電平有效。
ＣＧＣＥ：ＣＧＣ使能輸入腳，ＣＧＣＥ為１時(shí)，在片ＣＧＣ有效；ＣＧＣＥ為０時(shí)，使用外部ＣＧＣ模式，可使用ＳＡＡ７１９７。
ＨＣＬ：水平箝位輸入／輸出脈沖，可通過Ｉ２Ｃ總線ＰＵＬＩＯ位來編程：ＰＵＬＩＯ為１時(shí)輸出；ＰＵＬＩＯ為０時(shí)輸入。該信號(hào)可用于給模擬輸入接口指示高電平箝位時(shí)間。通過對(duì)Ｉ２Ｃ 總線寄存器編程可控制高電平的開始和結(jié)束（只在輸出模式）。
ＨＳＹ：水平同步輸入／輸出，可通過Ｉ２Ｃ總線的ＰＵＬＩＯ位來編程：ＰＵＬＩＯ為１時(shí)輸出；ＰＵＬＩＯ為０時(shí)輸入。該信號(hào)可送到模擬接口。通過對(duì)Ｉ２Ｃ總線寄存器進(jìn)行編程可控制高電平的開始和結(jié)束（只在輸出模式）。
ＨＳ：水平同步輸出。其正斜率位置可編程控制。
ＰＬＩＮ（ＨＬ）：ＰＡＬ不輸出標(biāo)識(shí)腳，解調(diào)ＰＡＬ信號(hào)可發(fā)送換行信號(hào) （ＰＬＩＮ＝０）或非換行信號(hào)（ＰＬＩＮ＝１），而在解調(diào)ＳＥＣＡＭ后，則可發(fā)ＤＲ行信號(hào)（ＰＬＩＮ＝０）或ＤＢ行信號(hào)（ＰＬＩＮ＝１）。通過使Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為０可選擇ＰＬＩＮ功能（Ｈ－ＰＬＬ輸出鎖定；高電平表示內(nèi)部ＰＬＬ已被鎖定）；而通過使Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為１可選擇ＨＬ功能。
ＯＤＤ（ＶＬ）：奇偶場(chǎng)輸出標(biāo)識(shí)，高電平表示奇場(chǎng)。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為０可選擇ＯＤＤ功能（垂直輸出鎖定；高電平表示內(nèi)部ＶＮＬ（垂直噪聲限制器）處于鎖定狀態(tài)）；通過使Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為１可選ＶＬ功能。
ＶＳ：垂直同步輸入／輸出（可通過Ｉ２Ｃ總線的ＯＥＨＶ位來編程實(shí)現(xiàn)：ＯＥＨＶ為１時(shí)輸出；ＯＥＨＶ為０時(shí)輸入）。該信號(hào)可用于表示與ＹＵＶ輸出垂直同步。ＶＮＬ時(shí)，其高電平周期接近６行。正斜率包括偏轉(zhuǎn)控制器（如ＴＤＡ９１５０）的相位信息。在輸入模式，該信號(hào)用來同步垂直增益和箝位消隱，高電平有效。
ＨＲＥＦ：水平參考輸出，該信號(hào)表示數(shù)字ＹＵＶ總線上有數(shù)據(jù)。正斜率表示新的一行掃描線的開始。ＨＲＥＦ的高電平是７６８?jìng)�(gè)Ｙ取樣點(diǎn)還是６４０個(gè)Ｙ取樣點(diǎn)取決于場(chǎng)頻（５０／６０Ｈｚ）。此外，ＨＲＥＦ還可用來同步數(shù)據(jù)多路復(fù)用器或分解器。在垂直消隱信號(hào)期間，ＨＲＥＦ也存在。
Ｙ７～Ｙ０：８位亮度（Ｙ）數(shù)字輸出。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＳＱＰＢ為１可選數(shù)字ＹＵＶ總線的一部分（數(shù)據(jù)率ＬＬＣ／２），或者Ａ／Ｄ２（３）輸出（數(shù)據(jù)率ＬＬＣ／２）。
ＵＶ７～ＵＶ０：８位數(shù)字ＵＶ（色差）輸出，用于輸出ＣＶＢＳ信號(hào)或色度信號(hào)解調(diào)后ＵＶ分量的多路復(fù)用色差信號(hào)，格式和多路復(fù)用模式可通過Ｉ２Ｃ總線進(jìn)行選擇控制。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＳＱＰＢ為１可選擇這些信號(hào)作為數(shù)字ＹＵＶ總線的一部分（數(shù)據(jù)率ＬＬＣ／２），或者Ａ／Ｄ２（３）輸出（數(shù)據(jù)率ＬＬＣ／２）。
ＦＥＩＮ（ＭＵＸＣ）：快速輸入使能信號(hào)（低有效），可用來控制數(shù)字ＹＵＶ總線的快速切換。輸入高電平可使片子的Ｙ和ＵＶ輸出變?yōu)楦咦琛Ｊ褂帽竟δ苄枰獙⒖偩�的ＭＳ２４、ＭＳ３４、ＭＵＹＣ置低（分別為多路復(fù)用分量輸入；快速切換鎖定Ｙ／Ｃ信號(hào)和鎖定ＣＶＢＳ信號(hào)的模擬多路復(fù)用器的控制信號(hào)）。如果ＭＳ２４、ＭＳ３４、ＭＵＹＣ其中之一為高電平，則ＦＥＩＮ將自動(dòng)置低（數(shù)字ＹＵＶ總線有效）。
ＧＰＳＷ（ＶＢＬＫ）：通用開關(guān)輸出，該信號(hào)可通過Ｉ２Ｃ總線的０ＤＨ的ｂｉｔ １來編程實(shí)現(xiàn)。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＶＢＬＫＡ為０可選擇ＧＰＳＷ功能（垂直消隱測(cè)試輸出）。
ＸＴＡＬ０：晶振輸出（到２６．８ＭＨｚ晶振）；使用ＴＴＬ時(shí)鐘時(shí)可不用。
ＸＴＡＬ１：晶振輸入（２６．８ＭＨｚ晶振）或連接與ＴＴＬ方波時(shí)鐘信號(hào)兼容的外部時(shí)鐘。
３ 應(yīng)用
３．１ 典型應(yīng)用
圖４是ＳＡＡ７１１０的典型應(yīng)用連接電路。只要在該電路中ＳＡＡ７１１０的輸入端輸入一個(gè)視頻信號(hào)，就可在輸出端得到不同格式的數(shù)字信號(hào)。該電路在視頻處理的模數(shù)轉(zhuǎn)換中具有重要應(yīng)用。
３．２ ＰＣＩ總線高速視頻圖像采集卡
ＰＣＩ總線是一種高性能局部總線，它支持３２位／６４位數(shù)據(jù)傳送和線性突發(fā)方式，傳輸速率可達(dá)１３３Ｍｂｐｓ，同時(shí)支持即插即用，非常適合圖像采集卡的設(shè)計(jì)需要。此外，利用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生產(chǎn)的ＳＡＡ７１４６桌面多媒體應(yīng)用芯片所提供的ＰＣＩ總線端口，還可支持ＰＣ視頻應(yīng)用（參見有關(guān)資料）。圖５為基于ＰＣＩ總線的高速視頻圖像采集系統(tǒng)的原理框圖。ＳＡＡ７１１０、ＳＡＡ７１４６是該圖像采集卡的主干部分，可通過ＰＣＩ局部總線來實(shí)現(xiàn)與ＰＣ機(jī)的高速數(shù)據(jù)傳輸。這里，ＳＡＡ７１１０主要完成對(duì)模擬視頻信號(hào)的采樣、量化和解碼處理。
本采集卡硬件設(shè)計(jì)中所用到的ＳＡＡ７１４６的主要引腳有ＶＳ－Ａ、ＶＳ－Ｂ、ＨＳ－Ａ、ＨＳ－Ｂ、ＰＸＱ－Ａ、ＰＸＱ－Ｂ、ＬＬＣ－Ａ、ＬＬＣ－Ｂ、ＧＰＩＯ３∽０等。同時(shí)在ＰＣＢ布線中，ＳＡＡ７１４６應(yīng)盡可能接近ＰＣＩ插口，以保證正常工作。軟件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中主要涉及的問題是：利用ＰＣＩ ＢＩＯＳ來獲取采集卡的ＰＣＩ配置參數(shù)、申請(qǐng)ＲＰＳ物理空間和圖像物理空間、ＳＡＡ７１４６和ＳＡＡ７１１０初始化的寄存器賦值、寫ＳＡＡ７１４６采集圖像ＲＰＳ程序中斷服務(wù)程序、驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序的接口等。筆者已在ＷＩＮ９８下采用ＤＤＫ開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序來采集圖像，實(shí)際
使用證明：所采集到的圖像具有較高的分辨率，圖像十分清晰，可滿足實(shí)際需要。
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