SAA7115视频解码芯片寄存器的配置与应用

摘要：为确保视频传输过程中传输数据的正确性，设计了一个简单的视频信号传输系统。在该系统中，对视频解码芯片的配置很关键。与其它普通视频解码芯片相比，SAA7115解码芯片内有自适应的NTSC／PAL／SECAM制式的梳状滤波器，具有高性能图像缩放及I2C总线Read back技术、适用范围广，因此视频解码芯片选用SAA7115。并对SAA7115视频解码芯片中的一些关键寄存器进行了特殊配置，对采集的数据进行了实时显示。结果表明，在该配置下保证了解码数据的正确性，并实现了实时传输。
关键词：视频传输；SAA7115；寄存器配置；实时传输

    SAA7115是飞利浦半导体公司推出的9位视频解码芯片。可提供双9位低噪音、2x过抽样模拟到数字转换，其信噪比仅为10～15 dB，是同类产品中解码性能最高的解码芯片，主要特点有：1)6通道模拟信号的输入，内有源选择器；2)2个改进的9-bit COMS模数转换器；3)可实现对CVBS、Y、C、信号的自动控制；4)加强型行、场同步检测，自动延迟矫正PAL制式相位误差；5)TV／VCR信号源自动检寻。

1 引脚说明
    SAA7115内部框图如图1所示。其主要管脚及其功能如下：45脚(ICLK)：图像主时钟输出；46脚(IDQ)：图像数据限制；47脚(ITRI)：图像端口控制信号；52脚(IGPV)：多目标场基准信号；53脚(IGPH)：多目标行基准信号；54～57，59～62脚(IPD0一IPD7)图像数据输出端口；64～67，69～62脚(HPD0-HPD7)：主端口数据输入／输出；81～82，84～87，89～90(XPD7-XPD0)：扩展端口视频输出数据。

    其中模拟输入管脚由20(AI11)、18(AI12)、16(AI21)、14(AI22)、12(AI23)、10(AI24)6个视频输入管脚的不同组合来控制，具体由SA02寄存器的位(D0～D4)来进行控制，信号由14管脚(AI22)输入，亮度信号由18管脚(AI12)输入，其余4个管脚用电阻电容接地以保证系统的稳定性。

2 具体应用及寄存器配置
2．1 总体系统设计
    一个简单的视频采集系统框架机图如图2所示。

    该系统中模拟视频信号经过CCD采集进入SAA7115解码芯片进行A／D信号处理再由FPGA存储到SDRAM阵列中，然后通过单片机CY7C68013控制进行数据上传。SAA7115解码芯片的寄存器是在CY7C68013单片机的下位机程序里进行配置。
2．2 SAA7115的时序
    系统中SAA7115的芯片时序如图3所示。

2．3 SAA7115解码芯片寄存器的配置
    在解码过程中需要对芯片里256个寄存器逐一进行配置机才能达到正确的视频解码数据，由于只需要得到视频信号输出，本次实验不需要音频寄存器(SA30～SA3A)、字幕寄存器(SA6B～SA71)及事件B寄存器(SAF8～SAF9)进行配置，根据SAA7115的datasheet及所需要的输出视频格式来配置，本实验采用PAL制式输出配置。在所有寄存器中，一些寄存器如SA1C(水平差增益)、SA1D(垂直差增益)、SA59(水平补偿)、SA5A(垂直补偿)等按芯片资料的默认配置便可，视为不关键寄存器，而像SA96H-SA9BH、SA88H(ADC_PORT)等寄存器的配置结果会直接影响视频图像的正确输出，因此需要精心配置与重复配置，可视为关键寄存器，配置如下：
    SA02：模拟输入控制寄存器，输入从AI2输入(D0～D3)，放大反向滤波器有效(D4～D7)，故配置为0xc1H；
    SA09：亮度控制寄存器，采集过程在4．1 MHz时钟频率下，低通滤波器在2 dB通道有效(D0～D3)，小调制带宽(D4)，延时采用内部通道延时(D5)，亮度梳状滤波器有效(D6)，色度陷阱梳状滤波器旁路(D7)，故配置为0x48H；
    SAOE：色度控制寄存器，在4．4 MHz时钟频率下采用PAL制颜色标准(D4～D6)，色度梳状滤波器有效(D0)，自动色度标准控制(D1)与标准色度时间常数(D2)在视频行有效情况下采用垂直滤波器进行PAL制误差纠正(D3)，故配置为0x81H；
    SA83：X-port输出时钟相位及I／O端使能控制寄存器，X-CLK引脚用于输出，使用默认配置(D4～D5)，X-port在XTR1为“1”时输出有效(D2～D0)，故配置为0x33；
    SA84：I-port输出信号定义寄存器，输出为4种信号IGPH、IGPV、IGPO、IGP1。输出模式中IGPH是行门(h-gate)信号(D1～D0)，IGPV是场门(v-gate)信号(D3～D2)，IGP0在默认极性时输出为0(D5～D4)，IGP1为输出场ID(D6～D7)，故配置为0x30H；
    SA86：I-port信号定义寄存器，串口空标志与满标志采用双字节16位(D3～D0)，视频数据包通过ITRDY引脚控制输入(D7)，对I-port输出视频数据进行传输(D6)，故配置为0x40；
    SA93：I-Port输出格式设置寄存器，输出数据为4：2：2字节格式(D0～D2)的YUV(D3～D4)视频格式，需要跳过只含有Y信号的数据行(D5)，在行消隐间的无效数据用0x00填充(D6)，输出的数据流中应含有SAV，EAV标准(D7)，故配置为0xC0；
    SA96～SA9B：输出窗口大小寄存器，SA96、SA97为水平输出窗口定义，SA97为高8位，SA96为低8位，当输出行为720，其二进制为：10 1101 0000，故配置为SA97=0x02，SA96=0xd0；SA9A，SA9B为垂直输出窗口定义，由于视频扫描时采用隔行扫描，因此一场图像垂直输出为配置长度的2倍，当输出为576时只需配置成288，其二进制为：1 0010 0000，故配置为SA9B=0x01，SA9A=0x20；
    SAA8～SAA9：水平亮度比例增量，选择比例为1(即1024／1024)，故增量为1 024即(100 0000 0000)，SAA9为高位，SAA8为低位，故配置为SAA9=0x04，SAA8=0x00；
    SAAC～SAAD：水平色度比例增量，水平色度增量为亮度增量的一半(水平扫描有奇偶场)，故增量为1 024／2=512即(10 0000 0000)，SAAD为高位，SAAC为低位，故配置为SAAD=0x02，SAAC=0x00；
    SAB0～SAB1：垂直亮度比例增量，配置方法同水平亮度增量相同故SAB1=0x04，SAB0=0x00；
    SAB2～SAB3：垂直色度比例增量等于水平亮度增量(1024)，故SAB3=0x04，SAB2=0x000。
    寄存器中有些寄存器需要重复多次配置具体为：
    SA88：ADC_PORT输出控制、起始控制与低功耗省电控制，最初时对其进行输出控制配置为0xf8使其达到正常的运行模式：最后需要配置3次0x00，使得其复位时计数器、输出通道重置，考虑到音频时钟产生的输出情况还需配置1次0xf0。故总共5次重复配置。
    SA85：I-Port基准信号极性与信号定义，4个输出信号端口IDQ(默认高有效)，IGPH(默认高有效)，IGPV(默认高有效)，IGP0(反转)，IGP1(默认高有效)的极性，D4-D0缺省配置值0000，高三位为视频数据标志位选择可以选择4种数据标志位因此有000、010、100、1104种选择；故SA85H有四种配置选择0x00、0x40、0x80、0Xc0，当IGP0输出为高电平时需要对其进行反转，因此D4-D0也可以01000对SA85H配置还有0x08，总共5次重复配置；
    SAOE：色度控制寄存器，在选择梳状滤波器、PAL制式、标准时间常数、相位进行校正、清除位有效的模式下其配置为0x81；当选择梳状滤波器无效时，则清除位也无效故该模式下的配置为0x00，总共2次重复配置。
    传输数据程序与配置好的代码加载到keil软件，在EZUSB-F2X(及CYYC68013)界面的运行下进行数据采集机，配置完成后实时采集图像数据的界面如图4所示。

    在单片机数据上传输过程中采用的是批量传输(bulk)方式，对采集的数据进行数据上传显示的图像窗口如图5所示。

3 结束语
    文中对SAA7115在图像采集系统中的寄存器应用进行了研究，关键寄存器进行了配置，最后采集到了图像的正确数据并得到了很好的显示，在以后的情况下将对视频窗口的控制，输出制式的控制，亮度的控制，音频，字幕的显示进行更深一步的研究。