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)。

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(jiàn)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；

    ●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(lái)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(kāi)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(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)效。

（３）色度電路

８位數(shù)字色度信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入接口后可通過(guò)色度帶通濾波器來(lái)減少直流分量，然后送到正交解調(diào)器的乘法輸入端。在來(lái)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(lái)使用；而對(duì)于ＳＥＣＡＭ信號(hào)，乘法器則作為降頻混頻器來(lái)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(lái)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(guò)鐘形濾波器（中心頻率為０Ｈｚ）、相位解調(diào)器和微分器來(lái)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(guò)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(guò)可變換的前置濾波器來(lái)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(guò)。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(guò)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(guò)可變延遲饋送到ＢＣＳ控制和輸出接口。

（５）數(shù)字ＹＵＶ總線

通過(guò)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(lái)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(guò)ＨＲＥＦ信號(hào)可控制該時(shí)間幀。通過(guò)將ＦＥＩＮ置低可獲取快速使能。該信號(hào)同時(shí)可用來(lái)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(guò)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(lái)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(lái)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）。

ＲＥＳＥＴ: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(guò)Ｉ２Ｃ總線ＰＵＬＩＯ位來(lái)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(guò)對(duì)Ｉ２Ｃ 總線寄存器編程可控制高電平的開(kāi)始和結(jié)束（只在輸出模式）。

ＨＳＹ：水平同步輸入／輸出，可通過(guò)Ｉ２Ｃ總線的ＰＵＬＩＯ位來(lái)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(guò)對(duì)Ｉ２Ｃ總線寄存器進(jìn)行編程可控制高電平的開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)Ｉ２Ｃ總線的ＯＥＨＶ位來(lái)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(lái)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(kāi)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(lái)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(guò)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(guò)Ｉ２Ｃ總線進(jìn)行選擇控制。通過(guò)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(lái)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?。使用本功能需要將總線的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(kāi)關(guān)輸出，該信號(hào)可通過(guò)Ｉ２Ｃ總線的０ＤＨ的ｂｉｔ １來(lái)編程實(shí)現(xiàn)。通過(guò)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(jiàn)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(guò)ＰＣＩ局部總線來(lái)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(wèn)題是：利用ＰＣＩ ＢＩＯＳ來(lái)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(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)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。