基于AM-209M芯片的視頻16畫面分割器
加入技術交流群
目前，在電視臺、銀行、商場、倉庫等場所常常需要對多路視頻信號進行實時監測、處理。而視頻畫面分割器正好可將多路視頻信號合成顯示在一個畫面上，是視頻監測系統的核心部分。
本文介紹的基于AM-209M芯片的視頻多畫面分割器具有以下特點：
可同時監測16路視頻信號；
具有多畫面和畫中畫、畫外畫顯示功能；
具有畫面盲檢測功能；
具有時間、位圖及字幕顯示功能；
可以通過按鍵現場控制，也可以通過遠程RS-485接口來進行控制；
可以隨時更新和保存系統配置，可改變系統功能和技術參數；
系統穩定可靠，實時處理，對掉電、死機等異常現象具有復位功能。
整個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畫面分割器由16路視頻解碼、多畫面處理、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16畫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。視頻多畫面處理器AM-209M主要用來對視頻解碼器SAA7113的輸出信號進行混合處理，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，可自動監測50Hz、60Hz場頻信號，并可在PAL制式和NTSC制式下自動轉換。芯片內部有亮度、色調、色飽和度控制電路，并提供有I2C總線接口，本系統通過I2C總線配置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IO線連接兩個SAA7113（SAA7113芯片有兩個I2C總器件地址，當26腳懸空時，地址為0x48；當26腳通過一個3.3kΩ電阻上拉到3.3V時，器件地址為0x4A）。解碼數據輸出端VPO[7：0]接在視頻畫面分割芯片AM-209M的Camera_n_vdin [7:0]數據線上，n∈(1,2...,8)，同時將通道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 多畫面處理芯片AM-209M
AM-209M是一種帶有記錄、運動檢測和回放等功能的多畫面實時處理芯片，其主要特點如下：
支持CCIR 656YUV 4：2：2編解碼數據格式；
支持多畫面、畫中畫、畫外畫處理模式；
字符、位圖可編程顯示；
支持NTSC、PAL、SECAM視頻信號；
單芯片可進行9通道畫面實時顯示（30楨/秒），兩芯片可連接16通道畫面并實現實時顯示（30楨/秒）；
有畫面物體移動檢測功能；
外部字體可通過嵌入式字體RAM（64字符）進行編程；
監視輸入盲檢測功能；
通道信息的存取和控制通過8位并行數據接口來實現。
AT89C55單片機通過并口向AM-209M發送控制命令，以改變當前的輸出狀態。AM-209M芯片有2個16Mbit SDRAM芯片接口，一個用做顯示數據緩存，一個用做記錄緩存。同時芯片內部還有SDRAM讀寫操作控制邏輯，因而無需外部控制。有兩個編碼芯片接口，每個芯片接口都包含8個數據線和1位clock信號線，輸出則是多個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實現16畫面分割器時，可用兩芯片組成16個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rec_vdout[7:0]連接到從片監視信號線mon_vdout[7：0]，主片1的監視輸出通道mon_vdout[7:0]作為視頻畫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。其它信號線的連接方法見圖3所示。兩片AM-208M最多可組成16個畫面。速度為30幀/秒，基本能滿足實時播放要求。
SAA7121是視頻編碼芯片，主要功能是把標準YCbCr(CCIR 656)或者MPEG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三個信號的數模轉換器。基本編碼函數由副載波生成、彩色調制和同步信號內插組成。SAA7121提供有I2C總線接口，可按主動方式或從動方式工作。本系統通道I2C接口來對SAA7121進行配置。
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8位并行接口讀寫AM-209M；通過I2C總線讀寫SAA7113和SAA7121；保存、更新系統配置數據；通過鍵控功能及鍵盤命令切換系統的當前狀態。
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16位定時器。
系統接口電路主要由MAX488（RS-485收發器）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。
系統鍵盤有8個按鍵，通過串行移位74LS164芯片與AT89C55單片機相連。P2.4是按鍵LED指示信號，P2.5是74LS164串行移位時鐘信號，P2.6是鍵盤輸出信號，P2.7是鍵盤輸入判斷信號。系統初始化時，P2.4為1，LED處于熄滅狀態，P2.5、P2.6都為0，QA-QH為0狀態，此時P2.7的輸入狀態為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。該軟件的編程重點是：視頻編解碼及畫面分割處理初始化；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 訪問AM-209M
單片機AT89C55和AM-209M芯片的信號連接關系是：單片機的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則連到寫使能信號線wren;P2.2連至地址使能信號線adem；P2.3和讀使能信號線rden相連；INT1和場同步中斷信號mpout相連。圖4給出了這些信號線的連接方法，下面給出的是對AM-209M的字節寫程序（并口控制的C程序）：
#define AM209_NOP()； _nop_();_nop_();
#define MDATA_BUS P0 //AM-209M數據總線
sbit MCSB_AM209=P2^0; //AM-209M片選
sbit WREN_AM209=P2^1; //寫使能
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; //發送地址
AM209_NOP();
ADEN_AM209=1;
AM209_NOP();
ADEN_AM209=0;
AM209_NOP();
MDTA_BUS=am209 data; //寫入數據
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面命令格式和時間調整命令格式兩種。視頻畫面命令格式為：楨頭+命令字+命令地址+校驗和；時間調整命令數據格式為：楨頭+命令字+秒+分+時+日+星期+月+年+校驗和。所有數據均為十六進制，其中時間顯示為24小時制，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度來判斷是否接收到一個完整的命令格式。接收到一個完整命令格式則設置串口接收標志為1。并根據這個標志位進入主程序中的PC命令處理程序，同時由接收到的命令號來識別PC發送的各種命令。如：視頻畫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，單片機的定時器2設定在自動重裝方式2。
4．3 鍵控程序
有鍵按下時，P2.7變為0。P2.6發送串行數據0XFE到74LS164，若此時P2.7輸入仍為0，則表示SW1鍵已按下（見圖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；依此類推…，否則0XFE左移7位（即0X7F），若此時P2.7輸入為0，則表示SW8鍵按下。左讀取鍵值并釋放按鍵后，系統會點亮LED以指示鍵按下。例如，當SW1按下再釋放后，P2.6發送數據0XFE，此時P2.4置為0，將點亮D501以指示SW1按下。鍵盤掃描子程序如下：
//鍵盤掃描子程序，鍵值保存在key_value中
sbit led_on=P2^4; //LED點亮使能，低有效
sbit key_clk=P2^5; //串行移位時鐘
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++) //發送8個數據字節
{
temp1=temp;
temp2=～temp;
for=(i=0;i8;i++)//串行移位1個字節
{
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鍵
}
}
}
評論