TVP5150的低功耗視頻解碼模塊

　　0 引言

　　隨著(zhù)便攜式多媒體終端需求量迅速增加，在視頻解碼等方面對芯片低功耗的要求也越來(lái)越高。因此，只有將模擬視頻信號轉換成為符合ITU-R BT.656標準的數字信號，才可方便地利用FPGA或者DSP甚至PC機來(lái)進(jìn)行信號處理。本模塊就是利用TI公司的超低功耗TVP5150芯片對視頻信號A／D解碼，由單片機通過(guò)I2C總線(xiàn)控制，預留地址數據等接口，作為模塊驗證以及后續數字信號處理之用。

　　1模塊硬件構成

　　1.1系統基本構成

　　系統總體構成框圖如圖1所示。

　　TVP5150是超低功耗、支持NTSC／PAL／SECAM等格式的高性能視頻解碼器，在正常工作時(shí)，它的功耗僅115 mW，并且具有超小封裝(32腳的TQFP)，因此非常適用于便攜、批量大、高質(zhì)量和高性能的視頻產(chǎn)品。它可以接收2路復合視頻信號(CVBS)或1路S-Video信號。通過(guò)單片機I2C總線(xiàn)設置內部寄存器，可以輸出8位4：2：2的ITU-R BT.656信號(同步信號內嵌)，以及8位4：2：2的ITU-R BT.601信號(同步信號分離，單獨引腳輸出)。

　　單片機選用TI公司的MSP430F2013，超低功耗，有2 kB+256 B Flash存儲器和128 B RAM，14腳超小封裝(TSSOP)。其功耗是一般單片機的1／5，特別適合于手持設備，在1.8 V～3.6 V電壓、1 MHz的時(shí)鐘條件下，耗電電流在0.1 μA～400 μA之間(因工作模式不同而不同)。單片機通過(guò)MAX3232與串口連接，由PC機通過(guò)串口對單片機在線(xiàn)編程，方便對單片機程序及時(shí)修改。由PC設置并且隨時(shí)調整TVP5150的內部寄存器，控制其工作狀態(tài)，輸出信號等。單片機預留控制口，以增加本模塊的可擴展性。

　　74HC16245總線(xiàn)控制器用來(lái)提高本模塊輸出信號的負載驅動(dòng)能力，它是可選部分，視需要可將信號直通以降低模塊功耗。如果有多個(gè)模塊組合工作，由單片機對74HC16245使能控制，協(xié)調各模塊信號輸出。

　　驗證模塊主要由SAA7121視頻編碼芯片構成，可將8位4：2：2的ITU-R BT.656或者ITU-R BT.601輸入信號編碼成CVBS信號或S-Video信號輸出。如果TVP5150解碼模塊工作正常，利用此驗證模塊可以得到模擬視頻信號，接人顯示設備可得到輸入圖像。

　　1.2系統硬件設計

　　TVP5150芯片應用原理圖如圖2所示。芯片采用14.318 18 MHz晶振，數字和模擬輸入電壓為1.8 V，IO口電壓為3.3 V；信號輸入有CH1和CH2兩路，并且都進(jìn)行阻抗匹配設計，防止對輸入信號的反射；YOUT[0：7]輸出8路YCbCr信號，消隱信號可選擇單獨引腳HSYNC和VSYNC輸出，或者內嵌于這8路信號中。PCLK／SCLK腳時(shí)鐘信號可輸出13.5 MHz和27 MHz兩種頻率。

　　2模塊程序構成

　　本模塊主要由PC機與單片機串口通信程序和單片機與TVP5150的I2C控制程序兩部分軟件組成。

　　2.1 PC機與單片機串口通信程序

　　PC機與單片機通信協(xié)議見(jiàn)表1。

　　注：帶引號部分為傳輸數據頭，供單片機識別處理；Addr為地址；Data為數據。

　　本程序在dephi7.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成設計，配置文件為txt格式，能讀取和保存配置文件，在配置表格中能對配置文件進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，能選取配置文件中的寄存器信息通過(guò)串口發(fā)送給單片機，并且能讀取單片機發(fā)送來(lái)的寄存器信息。

　　程序分為前臺的界面處理與后臺數據和功能處理兩層。前臺只負責界面的設置與動(dòng)作，對表格中一切數據的處理都在后臺。通過(guò)SPcomm串口通信控件進(jìn)行串口通信操作。定義Sendlist和Revlist兩個(gè)類(lèi)，將所有允許發(fā)送項存入Sendlist，然后通過(guò)串口發(fā)送，而接收到的單片機發(fā)送來(lái)的數據存入Revlist。然后，將Sendlist和Revlist兩者進(jìn)行對比。如果相同，則存儲，并在表格中顯示；否則，報錯處理。每發(fā)送一個(gè)寄存器項有一定的延時(shí)用于單片機處理。軟件有超時(shí)設置，如果發(fā)送5 s后無(wú)法接收到單片機回復數據，則判斷為超時(shí)出錯。

　　本程序流程如圖3所示。

　　2.2 單片機程序

　　單片機程序完成串口通信和I2C總線(xiàn)控制兩個(gè)功能。

　　圖4為I2C時(shí)序圖。I2C總線(xiàn)是由數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL構成的串行總線(xiàn)，可發(fā)送和接收數據。I2C總線(xiàn)在傳送數據過(guò)程中有以下3種類(lèi)型信號：

　　a)開(kāi)始信號(Start)。SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數據。
　　b)結束信號(Stop)。SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。
　　c)應答信號(AcK)。接收數據的IC在接收到8 bit數據后，向發(fā)送數據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。

　　I2C總線(xiàn)在傳送數據時(shí)，必須保證在SCL高電平時(shí)SDA上數據穩定，否則就判斷為開(kāi)始或結束信號。

　　單片機內程序按照通信協(xié)議與PC機進(jìn)行數據傳輸，然后識別數據頭，按協(xié)議分別處理，經(jīng)由I2C總線(xiàn)，對TVP5150內部寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。單片機通信收發(fā)主程序由C語(yǔ)言編寫(xiě)，通過(guò)串口中斷接收PC機數據，判斷接收的是數據頭還是有效數據。當接收數據頭R時(shí)，回發(fā)PC機r，然后將后面的1個(gè)字節地址，由I2C總線(xiàn)操作讀出TVP5150該地址寄存器中的數據，并通過(guò)串口回發(fā)給PC機。如果幀頭是W，回發(fā)PC機w，并且緩存它后面2個(gè)字節的數據，第1個(gè)字節為T(mén)VP5150寄存器地址，第2個(gè)為寫(xiě)入該寄存器的數據。通過(guò)I2C總線(xiàn)完成此寫(xiě)操作，并讀出寫(xiě)入數據后寄存器中數據，通過(guò)串口回發(fā)給PC機，以備PC機端軟件校驗。

　　3主要視頻信號

　　3.1輸出信號

　　模塊將模擬視頻信號解碼成符合ITU-R BT.656標準的數字視頻信號，輸出8位Y：Cb：Cr=4：2：2的數字信號。同步信號內嵌于數據流中串行輸出，也可以單獨引腳與數據流并行輸出。 圖5所示為完整一幀數據，分奇偶兩場(chǎng)，23～311行是偶數場(chǎng)數據，366～624行是奇數場(chǎng)數據，其余為場(chǎng)控制信號或者無(wú)效數據。FID為奇偶場(chǎng)指示信號，在場(chǎng)同步信號(VSYNC)下降沿跳變。VBLK為場(chǎng)消隱信號，高電平有效，可以通過(guò)設置TVP5150寄存器來(lái)改變其長(cháng)短，控制有效圖像數據輸出，因為在VBLK信號低電平期間對應輸出視頻有效數據。

　　每一行的數據結構如圖6所示。每行開(kāi)始的288字節為行控制信號，開(kāi)始的4字節為EAV(有效視頻結束)信號，緊接著(zhù)280個(gè)固定填充數據，最后4個(gè)字節是SAV(有效視頻起始)信號。SAV信號和EAV信號有3字節的前導：FF、FF、00；最后1字節XY表示該行位于整個(gè)數據幀的位置以及如何區分SAV、EAV信號。

　　XY各位的含義如圖7所示。圖中最高位是固定數據1，F=0表示偶數場(chǎng)，F=1表示奇數場(chǎng)；V=0表示該行為有效視頻數據，V=1表示該行沒(méi)有有效視頻數據；H=0表示為SAV信號，H=1表示為EAV信號；P3～P0為保護信號，由F、V、H信號計算生成。

　　3.2 AVID截取

　　AVID信號是TVP5150產(chǎn)生的專(zhuān)有信號，是有效視頻數據指示信號，AVID低電平時(shí)輸出數據無(wú)效，高電平有效。這樣就提供了一種控制TVP5150輸出視頻數據帶寬的方法。通過(guò)寄存器設置，控制AVID的開(kāi)始和結束時(shí)機，同時(shí)對VBLK信號起始時(shí)機進(jìn)行控制，那么就能從一幀圖像中截取某些部分輸出，如圖8所示。

　　4結束語(yǔ)

　　本模塊的調試結合了SAA7121視頻編碼模塊。由視頻信號發(fā)生器輸出模擬視頻信號經(jīng)過(guò)本模塊解碼，轉換為數字視頻信號，再由SAA7121模塊轉換成模擬視頻信號接入顯示設備，如果模塊運行正常，就可以看到顯示設備上對應的輸入畫(huà)面。第1步將RGB各單色視頻信號輸入，通過(guò)示波器觀(guān)察輸出視頻及各同步信號，時(shí)序正常后，經(jīng)SAAT121模塊接入顯示設備。得到正確圖像后，模塊由DVD機輸入CVBS信號，顯示設備得到正常影像則調試基本完成。調試的主要工作在于TVP5150的內部寄存器正確設置及其改變對輸出各信號的影響。如果開(kāi)啟74HC16245，那么本實(shí)驗模塊總功耗在200 mW左右；關(guān)閉則功耗可控制在130 mW左右?？梢?jiàn)，本視頻解碼模塊的功耗參數非常低，如果優(yōu)化單片機程序，還可進(jìn)一步降低功耗。本模塊將模擬復合視頻信號解碼成符合ITU-RBT.656標準的數字視頻信號輸出。方便利用FPGA、DSP等進(jìn)行數字視頻信號輸出，方便利用FPGA、DSP等進(jìn)行數字視頻圖像去隔行，方便利用FPGA等進(jìn)行數字視頻力圖像去隔行，分辨率轉換甚至MPEG編碼等處理。