基于視頻切換芯片AD8112的視頻矩陣切換裝置

摘要：采用NXP公司基于ARM7的微控制器LPC2378與ADI公司的視頻矩陣切換芯片AD8112，設(shè)計(jì)了一種視頻矩陣切換裝置；在μC／OS-II嵌入式操作系統(tǒng)的支持下，實(shí)現(xiàn)了具有以太網(wǎng)接口的64路視頻輸入、8路視頻輸出的視頻矩陣。
關(guān)鍵詞：LPC22378；AD8112；視頻矩陣；以太網(wǎng)

引言
視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展了短短二十幾年的時間，從最早的模擬監(jiān)控到前些年火熱的數(shù)字監(jiān)控，再到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，發(fā)生了翻天覆地的變化。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在港口、工廠、銀行、機(jī)場、交通等方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在大型監(jiān)控系統(tǒng)中，由于監(jiān)控點(diǎn)眾多，需要監(jiān)控的視頻圖像也很多，因此需要使用大量的攝像機(jī)。監(jiān)控中心的監(jiān)視器與現(xiàn)場攝像機(jī)的數(shù)量比一般為1：5～1：10，故視頻矩陣切換設(shè)備在整個監(jiān)控系統(tǒng)中具有十分重要的作用。
目前，國內(nèi)使用的視頻矩陣切換系統(tǒng)一般規(guī)模較小，并且大多數(shù)通過RS232串口連接的鍵盤來控制視頻矩陣的切換，實(shí)施遠(yuǎn)程操控很繁瑣。本文采用NXP公司基于ARM7的微控制器LPC2378與ADI公司的視頻矩陣切換芯片AD8112構(gòu)成了視頻矩陣切換裝置，實(shí)現(xiàn)了具有以太網(wǎng)接口的64路視頻輸入、8路視頻輸出的視頻矩陣。
監(jiān)控中心可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞綄⒁曨l切換控制命令和云臺操作控制命令發(fā)送給LPC2378，再由LPC2378根據(jù)協(xié)議處理上位機(jī)發(fā)來的命令數(shù)據(jù)，控制視頻矩陣和攝像機(jī)云臺。這樣，操作人員可以使用可視化的上位機(jī)，通過以太網(wǎng)對視頻進(jìn)行切換。在上位應(yīng)用軟件的支持下，該系統(tǒng)具有自動、循環(huán)切換視頻的功能，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式，在遠(yuǎn)端對各攝像機(jī)的云臺實(shí)施操作。

1 LPC2378的特性
LPC2378包含了10／10OM Ethernet MAC、USB 2．0全速接口、4個UART、2路CAN通道、1個SPI接口、2個同步串行端口(SSP)、3個I2C接口、1個I2S接口、MiniBus、4個通用定時器、10位A／D轉(zhuǎn)換器、RTC、看門狗和104個通用I／0引腳。LPC32378的特性如下：
①ARM7TDMI-S處理器，可在高達(dá)72 MHz的工作頻率下運(yùn)行。
②高達(dá)512 KB的片內(nèi)Flash程序存儲器，具有在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)功能。單個Flash扇區(qū)或整個芯片擦除的時間為400 ms，256字節(jié)編程的時間為1 ms。Flash程序存儲器在ARM局部總線上，可以進(jìn)行高性能的CPU訪問。
③ARM局部總線上有高達(dá)32 KB的SRAM，可以進(jìn)行高性能的CPU訪問。
④以太網(wǎng)接口的16 KB靜態(tài)RAM，也可用作通用SRAM。
⑤USB接口的8 KB靜態(tài)RAM，也可用作通用SRAM。
⑥2個AHB系統(tǒng)，可以同步進(jìn)行Ethernet DMA、USB DMA以及從片內(nèi)Flash執(zhí)行程序的操作，這些功能不會產(chǎn)生競爭。總線橋允許Ethernet DMA訪問其他AHB子系統(tǒng)。
⑦外部存儲控制器支持諸如Flash和SRAM的靜態(tài)設(shè)備，8位數(shù)據(jù)／16位地址并行的總線僅可在LPC2378中使用。
⑧先進(jìn)的向量中斷控制器，支持多達(dá)32個向量中斷。
⑨通用AHB DMA控制器(GPDMA)能夠與SSP串行接口、I2S端口和SD／MMC卡端口共用，也可用于存儲器到存儲器的傳輸。
LPC2378內(nèi)部集成的Ethernet控制器使用RMII接口與外圍電路PHY芯片(例如DM9161A)進(jìn)行通信，從而易于實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能。

2 AD8112的功能特點(diǎn)
AD8112是ADI公司的16路輸入、8路輸出的視頻矩陣切換芯片，所有的輸入和輸出都具有緩存。AD8112具有由128個獨(dú)立的電子開關(guān)構(gòu)成的開關(guān)矩陣，可以實(shí)現(xiàn)16路視頻輸入、8路視頻輸出。該矩陣切換是100％非阻塞的，通過串行或并行編程方式寫入控制系列字，可以使能任意一路輸入和任意一路輸出連接，每一個輸出可以和16擬輸入信號中的任意一路連接。AD8112功能結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

AD8112的輸出端設(shè)有高速放大器，放大器的補(bǔ)償是自動地優(yōu)化到每一個增益選擇的最大帶寬。每一個輸出可以由控制系列字的第5位控制使能。當(dāng)被禁止時，輸出引腳可以視為一個4 kΩ的電阻，并且允許將多個禁用的輸出引腳連接在一起。當(dāng)上電或者異步復(fù)位時，所有的輸出引腳將被初始化成禁止?fàn)顟B(tài)，避免在大規(guī)模視頻矩陣中的輸出發(fā)生沖突。