基于A(yíng)M-209M芯片的視頻16畫(huà)面分割器
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關(guān)鍵詞：AM-209M 16畫(huà)面分割器 AT89C55
目前，在電視臺、銀行、商場(chǎng)、倉庫等場(chǎng)所常常需要對多路視頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、處理。而視頻畫(huà)面分割器正好可將多路視頻信號合成顯示在一個(gè)畫(huà)面上，是視頻監測系統的核心部分。
本文介紹的基于AM-209M芯片的視頻多畫(huà)面分割器具有以下特點(diǎn)：
可同時(shí)監測16路視頻信號；
具有多畫(huà)面和畫(huà)中畫(huà)、畫(huà)外畫(huà)顯示功能；
具有畫(huà)面盲檢測功能；
具有時(shí)間、位圖及字幕顯示功能；
可以通過(guò)按鍵現場(chǎng)控制，也可以通過(guò)遠程RS-485接口來(lái)進(jìn)行控制；
可以隨時(shí)更新和保存系統配置，可改變系統功能和技術(shù)參數；
系統穩定可靠，實(shí)時(shí)處理，對掉電、死機等異?，F象具有復位功能。
整個(gè)系統包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括編碼、數字視頻處理、解碼和單片機控制等。
1 系統組成
16畫(huà)面分割器由16路視頻解碼、多畫(huà)面處理、視頻編碼以及AT89C55系統控制、人機接口等部分組成。圖1所示是一個(gè)16畫(huà)面分割器的組成框圖。圖中，視頻輸入1～16是系統的復合視頻輸入信號（CVBS）或分離視頻S-VIDEO信號，這些信號通過(guò)視頻解碼器SAA7113（A/D）可轉換成標準的CCIR656 YUV 4：2：2格式數據。視頻多畫(huà)面處理器AM-209M主要用來(lái)對視頻解碼器SAA7113的輸出信號進(jìn)行混合處理，并將處理后的信號送入視頻編碼器SAA7121（D/A），以將其還原成視頻模擬信號CVBS送顯示器輸出。
2 視頻信號處理
2．1 視頻編碼
SAA7113數字視頻解碼器用來(lái)把復合視頻輸入信號CVBS或分離視頻信號S-VIDEO解碼成標準ITU 656 YUV 4：2：2格式的8位數據，SAA7113支持NTSC、PAL制式，可自動(dòng)監測50Hz、60Hz場(chǎng)頻信號，并可在PAL制式和NTSC制式下自動(dòng)轉換。芯片內部有亮度、色調、色飽和度控制電路，并提供有I2C總線(xiàn)接口，本系統通過(guò)I2C總線(xiàn)配置SAA7113。
系統由16片SAA7113組成16路視頻輸入通道。并將AT89C55單片機的P1[0：7]分別連接到16片SAA7113的SDA引腳，每個(gè)IO線(xiàn)連接兩個(gè)SAA7113（SAA7113芯片有兩個(gè)I2C總器件地址，當26腳懸空時(shí)，地址為0x48；當26腳通過(guò)一個(gè)3.3kΩ電阻上拉到3.3V時(shí)，器件地址為0x4A）。解碼數據輸出端VPO[7：0]接在視頻畫(huà)面分割芯片AM-209M的Camera_n_vdin [7:0]數據線(xiàn)上，n∈(1,2...,8)，同時(shí)將通道1～8解調數據輸出接在主片（master）上，通道9～16解碼數據輸出接在從片（slave）上。
2．2 多畫(huà)面處理芯片AM-209M
AM-209M是一種帶有記錄、運動(dòng)檢測和回放等功能的多畫(huà)面實(shí)時(shí)處理芯片，其主要特點(diǎn)如下：
支持CCIR 656YUV 4：2：2編解碼數據格式；
支持多畫(huà)面、畫(huà)中畫(huà)、畫(huà)外畫(huà)處理模式；
字符、位圖可編程顯示；
支持NTSC、PAL、SECAM視頻信號；
單芯片可進(jìn)行9通道畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示（30楨/秒），兩芯片可連接16通道畫(huà)面并實(shí)現實(shí)時(shí)顯示（30楨/秒）；
有畫(huà)面物體移動(dòng)檢測功能；
外部字體可通過(guò)嵌入式字體RAM（64字符）進(jìn)行編程；
監視輸入盲檢測功能；
通道信息的存取和控制通過(guò)8位并行數據接口來(lái)實(shí)現。
AT89C55單片機通過(guò)并口向AM-209M發(fā)送控制命令，以改變當前的輸出狀態(tài)。AM-209M芯片有2個(gè)16Mbit SDRAM芯片接口，一個(gè)用做顯示數據緩存，一個(gè)用做記錄緩存。同時(shí)芯片內部還有SDRAM讀寫(xiě)操作控制邏輯，因而無(wú)需外部控制。有兩個(gè)編碼芯片接口，每個(gè)芯片接口都包含8個(gè)數據線(xiàn)和1位clock信號線(xiàn)，輸出則是多個(gè)視頻輸入混合處理后的CCIR 656格式數據。其內部結構框圖如圖2所示。
b.基于兩片AM-209M的主從式結構
當用AM-209M實(shí)現16畫(huà)面分割器時(shí)，可用兩芯片組成16個(gè)輸入通道以構成主從式結構，主片的slave管腳接地，從片的slave管腳接VCC，主片的記錄通道信號線(xiàn)rec_vdout[7:0]連接到從片監視信號線(xiàn)mon_vdout[7：0]，主片1的監視輸出通道mon_vdout[7:0]作為視頻畫(huà)面分割器的監視輸出，從片的記錄輸出通道rec_vdout[7:0]作為分割器的記錄輸出。主從芯片的運動(dòng)檢測信號motion_intr可以共同連接到AT89C55單片機的P3.2腳以作為外部中斷INT0輸入。場(chǎng)同步中斷信號mpout則可共同連接到P3.3以作為外部中斷INT1輸入。其它信號線(xiàn)的連接方法見(jiàn)圖3所示。兩片AM-208M最多可組成16個(gè)畫(huà)面。速度為30幀/秒，基本能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)播放要求。
SAA7121是視頻編碼芯片，主要功能是把標準YCbCr(CCIR 656)或者M(jìn)PEG格式數據編碼成復合視頻輸入信號（CVBS）或分離視頻信號S-VIDEO。SAA7121支持NTSC-M、PAL B/G和子標準，并具有Y、C和CVBS三個(gè)信號的數模轉換器?；揪幋a函數由副載波生成、彩色調制和同步信號內插組成。SAA7121提供有I2C總線(xiàn)接口，可按主動(dòng)方式或從動(dòng)方式工作。本系統通道I2C接口來(lái)對SAA7121進(jìn)行配置。
3 單片機控制電路
基于單片機的控制電路如圖4所示。該電路主要完成以下功能：與PC機串行通信 以完成命令和數據傳輸；通過(guò)8位并行接口讀寫(xiě)AM-209M；通過(guò)I2C總線(xiàn)讀寫(xiě)SAA7113和SAA7121；保存、更新系統配置數據；通過(guò)鍵控功能及鍵盤(pán)命令切換系統的當前狀態(tài)。
本系統所選用的AT89C55是Atmel公司的8位CMOS單片機，該芯片與MCS-51系列單片機兼容，并帶20K字節的片內Flash程序存儲器和256字節的內部數據存儲器及三個(gè)16位定時(shí)器。
系統接口電路主要由MAX488（RS-485收發(fā)器）構成。因此RS-485標準不僅與RS-232兼容，而且適合遠距離數據傳輸。
系統鍵盤(pán)有8個(gè)按鍵，通過(guò)串行移位74LS164芯片與AT89C55單片機相連。P2.4是按鍵LED指示信號，P2.5是74LS164串行移位時(shí)鐘信號，P2.6是鍵盤(pán)輸出信號，P2.7是鍵盤(pán)輸入判斷信號。系統初始化時(shí)，P2.4為1，LED處于熄滅狀態(tài)，P2.5、P2.6都為0，QA-QH為0狀態(tài)，此時(shí)P2.7的輸入狀態(tài)為1。系統鍵控原理圖如圖5所示。
圖5
4 軟件設計
根據單片機控制功能的要求，該系統軟件由主程序和串口中斷子程序兩部分組成，主程序流程圖如圖6所示。該軟件的編程重點(diǎn)是：視頻編解碼及畫(huà)面分割處理初始化；鍵控及菜單顯示程序；PC命令的判斷和執行；更新系統配置及對數據的保存等。
4．1 訪(fǎng)問(wèn)AM-209M
單片機AT89C55和AM-209M芯片的信號連接關(guān)系是：?jiǎn)纹瑱C的P0.0～P0.7和AM-209M的8位并行數據接口mdata[0:7]相連；P2.0和AM-209M片選信號相連；P2.1則連到寫(xiě)使能信號線(xiàn)wren;P2.2連至地址使能信號線(xiàn)adem；P2.3和讀使能信號線(xiàn)rden相連；INT1和場(chǎng)同步中斷信號mpout相連。圖4給出了這些信號線(xiàn)的連接方法，下面給出的是對AM-209M的字節寫(xiě)程序（并口控制的C程序）：
#define AM209_NOP()； _nop_();_nop_();
#define MDATA_BUS P0 //AM-209M數據總線(xiàn)
sbit MCSB_AM209=P2^0; //AM-209M片選
sbit WREN_AM209=P2^1; //寫(xiě)使能
sbit ADEN_AM209=P2^2; //地址鎖存使能
sbit RDEN_AM209=P2^3; //讀使能
void Byte_wr_am209(unsigned char am209_addr,unsigned char am209_data)
{
EA=0;
MDATA_BUS=0xff;
ADEN_AM209=0;
WREN_AM209=1;
AM209_NOP();
MCSB_AM209=0; //AM209M芯片使能
MDATA_BUS=am209 addr; //發(fā)送地址
AM209_NOP();
ADEN_AM209=1;
AM209_NOP();
ADEN_AM209=0;
AM209_NOP();
MDTA_BUS=am209 data; //寫(xiě)入數據
AM209_NOP();
WREN_AM209=0;
AM209_NOP();
WREN_AM209=1;
AM209_NOP();
MCSB_AM209=1;
AM209_NOP();
EA=1;
}
4.2 與PC的串行通信
PC機與單片機通信的數據格式有視頻畫(huà)面命令格式和時(shí)間調整命令格式兩種。視頻畫(huà)面命令格式為：楨頭+命令字+命令地址+校驗和；時(shí)間調整命令數據格式為：楨頭+命令字+秒+分+時(shí)+日+星期+月+年+校驗和。所有數據均為十六進(jìn)制，其中時(shí)間顯示為24小時(shí)制，采用兩字節BCD碼。SUM為SUM字節之前所有字節的累加和，為單字節，不計溢出。
在單片機串口中斷子程序中，可根據接收到的命令長(cháng)度來(lái)判斷是否接收到一個(gè)完整的命令格式。接收到一個(gè)完整命令格式則設置串口接收標志為1。并根據這個(gè)標志位進(jìn)入主程序中的PC命令處理程序，同時(shí)由接收到的命令號來(lái)識別PC發(fā)送的各種命令。如：視頻畫(huà)面命令格式中命令字如果是0X16，則在監視器上顯示輸出16畫(huà)面。此外，依據接收到的校驗和可以判斷接收PC數據的正確性，防止對分割器的誤操作。該系統的波特率為9600bps，單片機的定時(shí)器2設定在自動(dòng)重裝方式2。
4．3 鍵控程序
有鍵按下時(shí)，P2.7變?yōu)?。P2.6發(fā)送串行數據0XFE到74LS164，若此時(shí)P2.7輸入仍為0，則表示SW1鍵已按下（見(jiàn)圖5）；否則0XFE左移1位（即0xFD），若P2.7輸入仍為0，則表示SW2鍵已按下；依此類(lèi)推…，否則0XFE左移7位（即0X7F），若此時(shí)P2.7輸入為0，則表示SW8鍵按下。左讀取鍵值并釋放按鍵后，系統會(huì )點(diǎn)亮LED以指示鍵按下。例如，當SW1按下再釋放后，P2.6發(fā)送數據0XFE，此時(shí)P2.4置為0，將點(diǎn)亮D501以指示SW1按下。鍵盤(pán)掃描子程序如下：
//鍵盤(pán)掃描子程序，鍵值保存在key_value中
sbit led_on=P2^4; //LED點(diǎn)亮使能，低有效
sbit key_clk=P2^5; //串行移位時(shí)鐘
sbit shift_data=P2^6; //移位數據輸入
sbit scan_data=P2^7; //鍵掃描數據輸入
void Key_read_service()
{
uchar temp,temp1,temp2;
uchar i,j;
Key_flag=0; //鍵標志清零
scandata=1;
led_on=1; //關(guān)閉LED
for(i=0;i8;i++) //74LS164并行輸出置為0
{
shift_data=0;
_nop_();
key_clk=0;
_nop_();
key_clk=1;
}
if(scandata= =0)
{ //有鍵按下
temp=0xfe;
for(j=0;j8;j++) //發(fā)送8個(gè)數據字節
{
temp1=temp;
temp2=～temp;
for=(i=0;i8;i++)//串行移位1個(gè)字節
{
if(temp1 0x80==0x80)
shift_data=1;
else
shift_data=0;
_nop_();
key_clk=0;
_nop_();
key_clk=1;
}
delay_10ms();//延時(shí)10ms去抖
if(scandata==0)//再次判斷是否按鍵？
{ //鍵有效
key_value=temp2;//存儲值
key_flag=1;//置鍵有效標志位
break;
}
temp2=temp21;//不是當前鍵按下
temp=～temp2; 按下，左移一位判斷下一個(gè)鍵
}
}
}
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