《電子技術(shù)應(yīng)用》
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嵌入式機(jī)載視頻輸出接口設(shè)計(jì)
現(xiàn)代電子技術(shù)
摘要: 嵌入式機(jī)載視頻輸出接口設(shè)計(jì),摘要:針對(duì)視頻接口接收視頻格式單一的問題,設(shè)計(jì)了一種多格式視頻輸入接口的視頻編碼模塊。由于采用CH7024視頻編碼芯片,所以在接口即可接收RGB565和RGB666格式的視頻信號(hào)。在Linux環(huán)境下,對(duì)芯片寄存器和視頻格式進(jìn)
Abstract:
Key words :

摘要:針對(duì)視頻接口接收視頻格式單一的問題,設(shè)計(jì)了一種多格式視頻輸入接口的視頻編碼模塊。由于采用CH7024視頻編碼芯片,所以在接口即可接收RGB565和RGB666格式的視頻信號(hào)。在Linux環(huán)境下,對(duì)芯片寄存器和視頻格式進(jìn)行配置,編譯芯片驅(qū)動(dòng)程序,通過超級(jí)終端下栽到芯片中,通過CH7024編碼芯片將不同格式的輸入信號(hào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成CVBS視頻的信號(hào)輸出,這樣可減少電路的硬件設(shè)計(jì),并通過對(duì)軟件的修改來接收不同視頻格式的信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的模塊能夠適應(yīng)多種視頻格式的信號(hào),且編碼后的CVBS視頻信號(hào)輸出距離遠(yuǎn),抗干擾性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞:嵌入式Linux;視頻編碼;視頻輸出;驅(qū)動(dòng)程序

0 引言
    在無人機(jī)視頻采集系統(tǒng)中,對(duì)于視頻信號(hào)的要求比較高,采集到的模擬視頻信號(hào)在ARM9處理器中經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換,視頻壓縮編碼后通過無線傳輸?shù)降孛婊?,通過視頻編碼芯片將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),輸出到顯示設(shè)備上。由于目前數(shù)字視頻具有多種格式,然而,普通的視頻編碼模塊的輸入接口比較單一,不能很好地兼容多格式的視頻輸入信號(hào),故輸出的模擬信號(hào)抗干擾性和傳輸距離都不是太好。
    針對(duì)上述問題,本文提出了一種基于Freescale的MX27處理器,以Linux 2.6.19為內(nèi)核操作系統(tǒng)的多格式視頻輸入編碼模塊設(shè)計(jì)方案。硬件方面,以CH7024為主芯片進(jìn)行電路板設(shè)計(jì);軟件方面,在Linux環(huán)境下,根據(jù)芯片的特點(diǎn),編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和寄存器配置。通過加載驅(qū)動(dòng)程序,將不同格式的數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為CVBS復(fù)合視頻信號(hào),相比其他的模擬視頻輸出信號(hào),CVBS復(fù)合視頻信號(hào)將亮度、色度、同步和色彩脈沖信息整合到一根電纜內(nèi),具有傳輸距離遠(yuǎn),抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)方案
1. 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
    硬件連接如圖1所示,將MX27中LCD控制器輸出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻信號(hào)(包括像素?cái)?shù)據(jù)LD[17:0]、像素時(shí)鐘LSCLK,行同步信號(hào)LP/HSYNC、場(chǎng)同步信號(hào)pLM/VSYNC,數(shù)據(jù)使能信號(hào)ACD/OE)接入CH7024的數(shù)字輸入接口。此外,將MX27中I2C控制器的SPC,SPD線直接與CH7024相應(yīng)的信號(hào)線連接。

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1.2 視頻輸出接口設(shè)計(jì)
    由于以前的芯片輸入數(shù)據(jù)只有16位,接口兼容性不好,而選擇的CH7024有24位視頻數(shù)據(jù)信號(hào)線,可接收不同的數(shù)據(jù)格式,包括RGB和YC-rCb(如RGB565,RGB666,RGB888,像ITU656的YCrCb),可接收24b/18b/15b/12b/8b等多路復(fù)用數(shù)字輸入。為了能在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)方便地進(jìn)行復(fù)位,設(shè)計(jì)中添加了人工復(fù)位電路,這也是以前芯片所沒有的。應(yīng)用CH7024芯片設(shè)計(jì)的編碼器,具有很好的兼容性和通用性,所以選擇用CH7024主芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。
    CH7024視頻編碼芯片的輸入接口最多能接收到的視頻信號(hào)位數(shù)為24位,輸入格式為RGB888。這樣RGB每個(gè)通道用8 b來表示,但是對(duì)于RGB 666和RGB565等格式的視頻信號(hào)就涉及到每個(gè)通道用幾位來表示某個(gè)顏色的問題。對(duì)于RGB666來說,每個(gè)通道用6b來表示;對(duì)于RGB565來說,R和B每通道用5 b表示,G通道用6 b表示。對(duì)于RGB666和RGB565格式的視頻信號(hào),在設(shè)計(jì)中芯片上的24位數(shù)據(jù)線分配情況如圖2所示。通過對(duì)相關(guān)寄存器的配置,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同格式視頻信號(hào)的接收,使其具有較好的兼容性。該方案是以MX27處理器為平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,MX27輸出的視頻信號(hào)為18位數(shù)據(jù),這樣MX27處理器發(fā)出的RGB666和RGB565格式的視頻,都能通過該方案設(shè)計(jì)的編碼器進(jìn)行編碼。

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2 視頻編碼器軟件設(shè)計(jì)
2.1 I2C總線
    I2C總線是一種兩線式串行總線,用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。由于接口直接在組件之上,因此I2C總線占用的空間非常小,減少了電路板的空間和器件引腳的數(shù)量,降低了互聯(lián)成本。I2C總線可支持多主機(jī)控制,其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主控端。
    I2C總線的串行總線由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成,可用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù),并可在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送。在數(shù)據(jù)傳送過程中共有3種信號(hào),分別是開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。其中,開始信號(hào)是在SCL為高電平時(shí),SDA由高電平向低電平跳變,開始傳送數(shù)據(jù);結(jié)束信號(hào)是在SCL為低電平時(shí),SDA由低電平向高電平跳變,結(jié)束傳送數(shù)據(jù);應(yīng)答信號(hào)是接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8 b數(shù)據(jù)后,向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖,表示己收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后,等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào),CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后,根據(jù)實(shí)際情況判斷是否繼續(xù)傳輸信號(hào)。若未收到應(yīng)答信號(hào),則認(rèn)為受控單元出現(xiàn)故障,如圖3所示。

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2.2 視頻數(shù)據(jù)的傳輸
    在該設(shè)計(jì)中,視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過MX27處理器后轉(zhuǎn)換為RGB輸送到LCDC中,通過CH7024輸入接口接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞饺鐖D4所示。當(dāng)場(chǎng)同步信號(hào)(VSYNC)產(chǎn)生低電平時(shí),說明新的一幀數(shù)據(jù)需要采集,這時(shí)采集到的是有效視頻信號(hào);當(dāng)場(chǎng)同步信號(hào)再次產(chǎn)生低電平時(shí),一幀數(shù)據(jù)采集完成,等待進(jìn)入下一幀數(shù)據(jù)的采集。在場(chǎng)同步信號(hào)之間有n行數(shù)據(jù),現(xiàn)以其中一行數(shù)據(jù)來分析,只要開始采集和采集完一行數(shù)據(jù)就會(huì)產(chǎn)生行同步信號(hào)(HSYNC),當(dāng)行同步信號(hào)產(chǎn)生低電平時(shí),說明要采集的一行為有效數(shù)據(jù),在等待中斷采集;即當(dāng)OE為下降沿時(shí),開始采集一行數(shù)據(jù);當(dāng)OE變?yōu)樯仙貢r(shí),一行數(shù)據(jù)采集完畢。圖中給出的LINE[1:n]是說一幀圖像有n行,每行有m個(gè)像素,也就說一幀圖像的大小為n×m。

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2.3 寄存器配置
    在完成對(duì)CH7024的硬件電路設(shè)計(jì)后,需要在軟件上對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行配置,在CH7024.C驅(qū)動(dòng)程序中將相應(yīng)寄存器地址后面的值進(jìn)行配置,如視頻輸入格式、輸出格式、分辨率大小等。CH7024寄存器的初始化相關(guān)程序代碼如下:
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2.4 驅(qū)動(dòng)程序編譯加載
    由于應(yīng)用環(huán)境是在Linux操作系統(tǒng)下,開發(fā)板中用的是Linux 2.6.19內(nèi)核,在內(nèi)核中并沒有CH7024相關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊,這就需要把編寫好的驅(qū)動(dòng)程序加載到內(nèi)核中,生成需要的模塊形式,重新編譯內(nèi)核,下載到開發(fā)板上。
    向內(nèi)核中添加TVOUT CH7024驅(qū)動(dòng)的流程如下:
    (1)選擇一個(gè)放置驅(qū)動(dòng)代碼的位置:drivers/video/mxc/把代碼放到這個(gè)目錄中。
    (2)在drivers/video/mxc/添加Kconfig文件,內(nèi)容如下:
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    (3)編寫makefile,內(nèi)容為:
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    (4)修改上一級(jí)Makefile和Kconfig,即video目錄下的Makefile和Kconfig,在Makefile中添加:
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    (5)在arch/arm的Kconfig中添加:
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    至此,修改完畢。此時(shí)可以使用make menuconfig。出現(xiàn)內(nèi)核配置的窗口如圖5所示。

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    選擇device drivers→graphics support可以看到,出現(xiàn)了TVOUT CH7024 driver support→選項(xiàng),進(jìn)入選擇“M”,即將驅(qū)動(dòng)程序編譯成動(dòng)態(tài)加載模塊,然后通過“make modules”命令生成了CH7024.ko文件。將CH7024編碼器的輸入端連接到PC機(jī),輸出端連接到監(jiān)視器上,上電后,將生成的模塊文件由超級(jí)終端下載到開發(fā)板上,在終端中用insmod CH7024.ko加載驅(qū)動(dòng)。CH7024.ko驅(qū)動(dòng)加載時(shí),會(huì)通過I2C讀CH7024的寄存器信息,并打印它的ID號(hào)“Chip version ID(0x22)=0x22”,如果等式右邊的值與左邊括號(hào)里的值不等,則說明I2C有問題,或者沒有加載其驅(qū)動(dòng),TVOUT則不能正常工作。在I2C正確的情況下,加載相關(guān)視頻采集驅(qū)動(dòng)程序,通過CCD攝像頭采集到的視頻就能在監(jiān)視器上看到。

3 結(jié)果分析
    在實(shí)驗(yàn)中該方案能夠通過攝像頭采集視頻數(shù)據(jù),并能在監(jiān)視器上實(shí)時(shí)看到采集的視頻圖像。由于輸入接口設(shè)計(jì)成了接收不同格式的視頻信號(hào),使其能夠接收多種格式的視頻信號(hào),編碼器不用更改硬件,只需要在軟件方面做相應(yīng)的修改就能實(shí)現(xiàn)不同格式視頻的接收。

4 結(jié)語
    通過對(duì)視頻編碼芯片的軟硬件設(shè)計(jì),使CH7024芯片能夠接收多種格式的視頻信號(hào),由于CVBS信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn),抗干擾性強(qiáng),將不同格式的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成CVBS復(fù)合視頻信號(hào)。隨著技術(shù)的發(fā)展,處理器芯片的輸出視頻數(shù)據(jù)為24位,該設(shè)計(jì)的編碼器也能應(yīng)用,節(jié)省設(shè)計(jì)成本,縮短開發(fā)周期,具有一定的實(shí)用性。

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