基于AM-209M芯片的視頻16畫面分割器
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關(guān)鍵詞：AM-209M 16畫面分割器 AT89C55
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(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)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(xiàn)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(tǒng)配置，可改變系統(tǒng)功能和技術(shù)參數(shù)；
系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實時處理，對掉電、死機等異?，F(xiàn)象具有復(fù)位功能。
整個系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括編碼、數(shù)字視頻處理、解碼和單片機控制等。
1 系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的復(fù)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(zhuǎn)換成標準的CCIR656 YUV 4：2：2格式數(shù)據(jù)。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(shù)字視頻解碼器用來把復(fù)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(shù)據(jù)，SAA7113支持NTSC、PAL制式，可自動監(jiān)測50Hz、60Hz場頻信號，并可在PAL制式和NTSC制式下自動轉(zhuǎn)換。芯片內(nèi)部有亮度、色調(diào)、色飽和度控制電路，并提供有I2C總線接口，本系統(tǒng)通過I2C總線配置SAA7113。
系統(tǒng)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(dāng)26腳懸空時，地址為0x48；當(dāng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線上，n∈(1,2...,8)，同時將通道1～8解調(diào)數(shù)據(jù)輸出接在主片（master）上，通道9～16解碼數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(jiān)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(shù)據(jù)接口來實現(xiàn)。
AT89C55單片機通過并口向AM-209M發(fā)送控制命令，以改變當(dāng)前的輸出狀態(tài)。AM-209M芯片有2個16Mbit SDRAM芯片接口，一個用做顯示數(shù)據(jù)緩存，一個用做記錄緩存。同時芯片內(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
b.基于兩片AM-209M的主從式結(jié)構(gòu)
當(dāng)用AM-209M實現(xiàn)16畫面分割器時，可用兩芯片組成16個輸入通道以構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)，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(jiān)視信號線mon_vdout[7：0]，主片1的監(jiān)視輸出通道m(xù)on_vdout[7:0]作為視頻畫面分割器的監(jiān)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(shù)據(jù)編碼成復(fù)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(shù)模轉(zhuǎn)換器。基本編碼函數(shù)由副載波生成、彩色調(diào)制和同步信號內(nèi)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)配置數(shù)據(jù)；通過鍵控功能及鍵盤命令切換系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。
本系統(tǒng)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(jié)的片內(nèi)Flash程序存儲器和256字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器及三個16位定時器。
系統(tǒng)接口電路主要由MAX488（RS-485收發(fā)器）構(gòu)成。因此RS-485標準不僅與RS-232兼容，而且適合遠距離數(shù)據(jù)傳輸。
系統(tǒng)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(tǒng)初始化時，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P2.7的輸入狀態(tài)為1。系統(tǒng)鍵控原理圖如圖5所示。
圖5
4 軟件設(shè)計
根據(jù)單片機控制功能的要求，該系統(tǒng)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(zhí)行；更新系統(tǒng)配置及對數(shù)據(jù)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(guān)系是：單片機的P0.0～P0.7和AM-209M的8位并行數(shù)據(jù)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(jié)寫程序（并口控制的C程序）：
#define AM209_NOP()； _nop_();_nop_();
#define MDATA_BUS P0 //AM-209M數(shù)據(jù)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(fā)送地址
AM209_NOP();
ADEN_AM209=1;
AM209_NOP();
ADEN_AM209=0;
AM209_NOP();
MDTA_BUS=am209 data; //寫入數(shù)據(jù)
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(shù)據(jù)格式有視頻畫面命令格式和時間調(diào)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(diào)整命令數(shù)據(jù)格式為：楨頭+命令字+秒+分+時+日+星期+月+年+校驗和。所有數(shù)據(jù)均為十六進制，其中時間顯示為24小時制，采用兩字節(jié)BCD碼。SUM為SUM字節(jié)之前所有字節(jié)的累加和，為單字節(jié)，不計溢出。
在單片機串口中斷子程序中，可根據(jù)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(shè)置串口接收標志為1。并根據(jù)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(fā)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(jiān)視器上顯示輸出16畫面。此外，依據(jù)接收到的校驗和可以判斷接收PC數(shù)據(jù)的正確性，防止對分割器的誤操作。該系統(tǒng)的波特率為9600bps，單片機的定時器2設(shè)定在自動重裝方式2。
4．3 鍵控程序
有鍵按下時，P2.7變?yōu)?。P2.6發(fā)送串行數(shù)據(jù)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(tǒng)會點亮LED以指示鍵按下。例如，當(dāng)SW1按下再釋放后，P2.6發(fā)送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸入
sbit scan_data=P2^7; //鍵掃描數(shù)據(jù)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個數(shù)據(jù)字節(jié)
{
temp1=temp;
temp2=～temp;
for=(i=0;i8;i++)//串行移位1個字節(jié)
{
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(dāng)前鍵按下
temp=～temp2; 按下，左移一位判斷下一個鍵
}
}
}
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