基于ADV7403的机载PAL制视频采集处理系统

随着飞机座舱结构的不断变化，其内部显示器正经历着从CRT（阴极射线管）到LCD（液晶显示器）的转变，但还有很多显示器接收的信号仍然是标准的模拟视频信号。本文提出了一种改进的基于高集成度单转换芯片的视频采集处理系统，解决了以往视频采集过程中复杂电路造成视频处理板过大的难题，以及输入输出数据格式不匹配的问题，保证了LCD显示器的正常工作。

【关键词】ADV7403 视频采集 视频处理

视频技术的不断发展，促进了机载设备的更新，然而很多机载液晶显示器接收的仍然是模拟视频信号（PAL、NTSC制等）。由于扫描方式、数据格式的差异，模拟视频信号不能直接驱动液晶显示器，因此必须采用专用视频处理系统使得模拟视频信号可直接驱动液晶显示器。随着系统设计对可靠性和PCB小型化提出了更高的要求，视频处理技术向着更高集成度、更加丰富的显示效果的方向发展，小型化、高集成度的转换芯片受到广大设计者的青睐。

1 系统方案设计

本系统设计的视频输入信号为标准PAL制式单端RGB模拟视频信号。视频处理板将模拟PAL制视频信号处理为像素时钟为27MHz，帧频为50Hz的数字信号送到液晶显示器上显示。

本文采用基于单芯片实现视频数据采集的方法。设计中采用的视频解码芯片为ADV7403。视频采集处理系统整体结构框图如图1所示。

系统主要分为I2C总线控制模块、隔行转逐行模块以及时序产生模块。系统上电复位后，通过I2C总线对视频解码芯片ADV7403的控制寄存器进行配置。配置完成后，ADV7403将采集到的模拟视频数据转换为相应的PAL_LLC、PAL_HS、PAL_VS、PAL_DE和PAL_DATA信号，送入FPGA进行隔行转逐行处理，同时生成与逐行视频数据相应的时序信号（CLKO、HSO、VSO、DEO），经DVI编码芯片TFP410-EP编码成DVI信号，驱动液晶显示器显示。

2 视频采集处理

视频采集处理过程主要分为视频采集和视频处理两个部分。

2.1 视频采集

视频采集部分主要是通过I2C控制器实现对视频解码芯片ADV7403寄存器的配置，使ADV7403解码出相应数据、时钟信号、行场同步信号以及使能信号。

2.1.1 ADV7403视频解码电路设计

ADV7403是ADI公司的高集成度且提供高质量影像输出的高阶影像解码器。该器件支持图像数字化，能够对VGA至SXGA分辨率的视频输入信号进行数字化处理，将其转换为数字RGB或YCbCr像素输出流。同时能够处理CVBS和标清RGB信号。

ADV7403视频解码电路如图2所示。

本系统中接收的模拟视频信号为分量式RGB。对于电路硬件设计，ADV7403的引脚ALSB接为高电平，因此从设备的读地址为0x40，写地址为0x42。

2.1.2 I2C控制器设计

I2C控制器的设计采用查找表的方式来配置ADV7403寄存器的初始值。I2C总线的读写时序，如图3所示。

首先通过FPGA提供一个满足I2C总线标准的时钟信号I2C_SCLK，I2C控制器使用33个时钟周期完成1次24位数据的传输。第一时钟周期用于初始化控制器，第2、3个周期用于启动传输，第4到30个周期用于传输数据（其中包含24位数据和3个ACK），最后3个周期用于停止传输。I2C控制器中使用一个6位计数器对传输周期进行计数，一个24位寄存器来存储每个周期需要传输的数据。对于24位数据含义——前8位是从设备地址，接下来8位是从设备的寄存器地址，最后8位是数据。寄存器的配置数据存储在查找表LUT_DATA（16bit）中，包括寄存器的地址和数据，在配置过程中需要逐个写入寄存器值，共对24个寄存器进行配置。每个寄存器的配置分为三步，第一步准备数据，将8位的从设备地址与LUT_DATA合并为24位数据mI2C_DATA，并将mI2C_GO置1，启动I2C传输；第二步检测传输结束信号，如果检测到传输结束（mI2C_END=1），但ACK信号不正常，则返回第二步，重新检测传输结束信号；如果检测到传输结束且ACK信号正常，则进入第三步，将寄存器索引LUT_INDEX加1，准备下一个数据的传输。

寄存器配置信息如表1所示。

2.2 视频处理

ADV7403解码出的视频数据为隔行的数字信号（27MHz，625i，1440×576），因此需要进行去隔行处理，将隔行视频信号转换为逐行视频信号。该系统在设计时，没有采用传统的去隔行处理，而是利用数字图像相邻像素间像素差别很小这一特性，采用一种较为简洁的处理方法——单场插值法，如图4所示。

具体的实现方法为：将一行数据读取两次，作为两行数据，这样在原来所采集到的一场就变成了两场，即如原来的奇场中只有1、3、5、7……奇数行数据，缺少2、4、6、8……偶数行数据，通过对奇数行数据的复制操作，从而在奇场中将缺少的偶数行数据补齐，形成一帧完整的数字图像，该方法在很大程度上利用了数字图像相邻像素间差别很小这一独特的基本特性。同理，在偶场中也使用了相同的方法将缺少的奇数行数据补完整，从而实现了去隔行处理。要将一行数据变成两行，在设计时将PAL_HS信号进行倍频，生成HSx2这一信号。系统倍频的实现是通过在PAL_HS的起始和中间位插入两个低脉冲来实现的。生成HSx2信号后，将隔行数据以13.5MHz的时钟频率写入一个深度为1K、数据位宽为24位的单端口RAM中，同时以27MHz的时钟频率读取数据。这样，就相当于复制了一行数据，将一行数据变为了两行数据，实现去隔行处理。设计中，调用两个单端口RAM，采用乒乓操作的方式。以行信号PAL_HS的二分频作为切换标志信号，记为SET。当SET=0时，以13.5MHz的时钟对RAM1进行写入操作，以27MHz的时钟频率对RAM2进行读出操作；当SET=1时，以13.5MHz的时钟频率对RAM2进行写入操作，以27MHz的时钟对RAM1进行读出操作，从而提高了数据的吞吐率。

3 结论

本文针对传统的视频采集处理系统中视频处理板电路过于复杂的缺点，提出了一种改进的视频采集处理设计方案，该系统采用高集成度、单转换芯片ADV7403，通过对PAL制式的视频信号的采集以及采用单场插值法进行去隔处理的过程，最终使得原始视频在LCD上正确显示。

参考文献

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[3]Analog Devices：12-Bit，Integrated， Multiformat SDTV/HDTV Video Decoder and RGB Graphics Gigitizer，2005.

[4]High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.3，2006.

[5]Analog Devices：12-Bit，Integrated， Multiformat SDTV/HDTV Video Decoder and RGB Graphics Gigitizer，Datasheet Manual，2007.

作者简介

于小燕（1985-），女，江苏省泰州市人。工学硕士学位。现为苏州长风航空电子有限公司军品研究所工程师，主要从事机载座舱显示技术方面的研究。

曹峰（1979-），男，江苏省靖江市人。工学硕士学位。现为苏州长风航空电子有限公司军品研究所所长，主要从事机载座舱显示技术方面的研究。

范威（1983-），男，安徽省宿州市人。工学硕士学位。现为苏州长风航空电子有限公司军品研究所工程师，主要从事机载座舱显示技术方面的研究。

王昱煜（1984-），男，江苏省苏州市人。工学硕士学位。现为苏州长风航空电子有限公司军品研究所工程师，主要从事机载座舱显示技术方面的研究。

作者单位

苏州长风航空电子有限公司 江苏省苏州市 215151