视频解码器SAA7111在图像采集中的应用

0 引言

SAA7111是philips公司生产的可编程视频处理器。该芯片集A／D与解码功能于一身，片内附有锁相、自动钳位、自动增益控制、时钟产生、多制式解码等电路，另外，SAA7111还可对亮度、对比度和饱和度进行控制。它既能支持PAL电视制式，又可支持NTSC电视制式。SAA7111A内部含有I2C接口，故可通过I2C总线对SAA7111A的工作方式进行设定。SAA7111A的场同步信号VREF、行同步信号HREF、奇偶场信号RESO、象素时钟信号LLC2都可由引脚直接引出，从而可省去时钟同步电路，且其可靠性和方便性也有了很大的提高，故可广泛地应用于放映机、数字电视、DVD录像机和游戏机等许多系统中。

1 SAA7111的结构功能

SAA7111的内部功能方框图如图1所示。图中，从SAA7111的四个模拟输入端AI11、AI12、AI21、AI22的某一引脚输入的视频图像信号经模拟处理后，一路可通过缓冲器输出到AOUT端用于监视，另一路经A／D转换器后则产生数字色度信号和亮度信号。在分别进行亮度信号处理和色度信号处理后，其亮度信号处理结果的一路将送到色度信号处理器进行综合处理，产生的Y和UV信号经格式化后从VPO(16位)输出；另一路则进入同步分离器，并经数字PLL产生相应的行和场同步信号HS和VS，同时，PLL将驱动时钟发生器，以产生HS锁定的时钟信号LLC和LLC2。SAA7111的所有功能均是在I2C总线控制下完成的，其中SCL为串行时钟，SDA为串行数据信号。

2 SAA7111在图像采集中的应用

图2所示是一种基于无线数字家庭安防的图像采集与控制系统的硬件原理图。本系统可配备4路普通摄像头，当某一路接通时，视频信号将进入视频解码器SAA7111进行A／D转换，以将模拟信息变成标准的YUV4：2：2数字图像信息，供系统进行进一步的处理。SAA7111的哪一路被选通以及芯片的初始化均可由本系统的核心控制器AT91RM9200控制。

AT91RM9200通过I2C总线对芯片进行初始化。SAA7111有32个内部寄存器(Sub-address00H-1FH)，初始化就是对这些寄存器进行配置。在这些寄存器中，00H是芯片版本信息寄存器；02H-05H是前端配置状态寄存器，用于根据输人模拟视频信号的类型和格式来设置芯片前端模拟通道的工作状态：06H-0DH、10H-12H是解码工作方式配置寄存器，用于进行同步信号控制和输出数据控制；1AH-1CH是只读测试信息寄存器；1FH是只读解码状态寄存器，可用于报告解码过程中的各种信号状态。其余寄存器可保留备用。

亮度、色度、饱和度的控制以及噪声、信号增益的处理，都可选用系统默认值，也可在测试时通过比较得到最优的配置。本系统选用系统默认值。对SAA7111的初始化主要对模拟输入控制与输出控制进行配置。通过设置可使SAA7111工作于某一路模拟PAL制式的全电视信号输入，输出为16bit的YUV4：2：2数字视频信号，同时输出HS、HREF、VREF、VS信号。本设计对SAA7111的内部寄存器的具体设置如下：

(1)模拟输入控制1(02H)、2(03H)、3(04H)、4(05H)

寄存器02H的低三位用于设置SAA7111的模拟信号输入方式，共8种输入方式可供选择。这八种输入方式分为两大类：第一类是输入一路视频信号，该信号经A／D采样后得到的数据同时再送入色度和亮度信号处理电路；第二类是输入两路视频信号，一路经A／D采样后的数据送入色度信号处理电路，另一路A／D采样后的数据送入亮度信号处理电路。寄存器02H的剩余位与03H、04H、05H一起可用于控制输入信号的增益、振幅和噪声(也可选用系统默认值)。模拟输入控制寄存器1的位格式如表1所列。其中MODE2、MODE1、MODE0是输人格式设置位，可控制八种输入模式。这8种模式的具体功能如表2所列。

本系统中的输入信号格式为CVBS，输入通道是AI11，因此，可选择MODE0，图3所示是MODE0的输入通道示意图。

(2)输出格式／延时控制0(10H)

该寄存器中的最高两位OFTS1、OFTS0为输出格式选择位，用于决定四种输出格式，其四种输出格式的设置方法如表3所列。

上电初始化时，该寄存器应设置为40H，其输出模式为YUV4：2：2(16 bits)。

(3)输出控制1(11H)

将该寄存器的第三位置1时，VPO输出有效；将第二位置1时，HS和VS输出有效。

3 SAA7111的应用电路

图4所示是SAA7111的典型应用电路。根据上述设置，该设计从SAA7111的四个模拟视频输入端中选择AI11作为视频输入接口，输出端的高八位输出亮度信号，低八位输出色度信号。在视频输入端需连接10 nF的电容和75 Ω的电阻。

SAA7111的时钟可以是外部时钟和内部时钟。本系统采用外部时钟输入，XTAL引脚和XTAL1引脚间接入的一个频率为24.576 MHz的石英晶体振荡器，可用于产生系统所需要的工作时钟。本设计由外部时钟驱动来产生行锁定时钟LLC(27 MHz)、LLC2(13.5 MHz)和时钟参考信号CREF(13.5 MHz，相对LLC2有一定的延时)。需要说明的是，时钟的产生会受到片选信号CE的影响，只有当CE为高电平时才有效，而在低电平时，SAA7111被复位，该引脚不产生周期信号。

为了降低电源纹波，每个电源输入端都应加100 nF的滤波电容。由于SAA7111是模数转换器件，模拟电源和数字电源、模拟地与数字地都不能简单共电。一般情况下，可使用电感单点一起接地。因为数字电路的频率较高，模拟电路的敏感度较强，数字和模拟部分不能有信号电流的交互，而这个地线理论上会提供电源回路，所以为避免干扰，应该使用电感阻止干扰信号的流回。

4 结束语

由于SAA7111将模数转换、自动钳位、自动增益控制、时钟产生、多制式解码等许多复杂功能集成到一块芯片之内，因而其结构比较简单，便于调试，可靠性也得到了极大提高，可为需要图像采集的各类应用系统提供极大的方便。