基于视频切换芯片AD8112的视频矩阵切换装置

摘要：采用NXP公司基于ARM7的微控制器LPC2378与ADI公司的视频矩阵切换芯片AD8112，设计了一种视频矩阵切换装置；在μC／OS-II嵌入式操作系统的支持下，实现了具有以太网接口的64路视频输入、8路视频输出的视频矩阵。
关键词：LPC22378；AD8112；视频矩阵；以太网

引言
视频监控系统发展了短短二十几年的时间，从最早的模拟监控到前些年火热的数字监控，再到现在的网络视频监控，发生了翻天覆地的变化。视频监控系统在港口、工厂、银行、机场、交通等方面得到了越来越广泛的应用。在大型监控系统中，由于监控点众多，需要监控的视频图像也很多，因此需要使用大量的摄像机。监控中心的监视器与现场摄像机的数量比一般为1：5～1：10，故视频矩阵切换设备在整个监控系统中具有十分重要的作用。
目前，国内使用的视频矩阵切换系统一般规模较小，并且大多数通过RS232串口连接的键盘来控制视频矩阵的切换，实施远程操控很繁琐。本文采用NXP公司基于ARM7的微控制器LPC2378与ADI公司的视频矩阵切换芯片AD8112构成了视频矩阵切换装置，实现了具有以太网接口的64路视频输入、8路视频输出的视频矩阵。
监控中心可以通过网络传输的方式将视频切换控制命令和云台操作控制命令发送给LPC2378，再由LPC2378根据协议处理上位机发来的命令数据，控制视频矩阵和摄像机云台。这样，操作人员可以使用可视化的上位机，通过以太网对视频进行切换。在上位应用软件的支持下，该系统具有自动、循环切换视频的功能，并且可以通过网络通信的方式，在远端对各摄像机的云台实施操作。

1 LPC2378的特性
LPC2378包含了10／10OM Ethernet MAC、USB 2．0全速接口、4个UART、2路CAN通道、1个SPI接口、2个同步串行端口(SSP)、3个I2C接口、1个I2S接口、MiniBus、4个通用定时器、10位A／D转换器、RTC、看门狗和104个通用I／0引脚。LPC32378的特性如下：
①ARM7TDMI-S处理器，可在高达72 MHz的工作频率下运行。
②高达512 KB的片内Flash程序存储器，具有在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)功能。单个Flash扇区或整个芯片擦除的时间为400 ms，256字节编程的时间为1 ms。Flash程序存储器在ARM局部总线上，可以进行高性能的CPU访问。
③ARM局部总线上有高达32 KB的SRAM，可以进行高性能的CPU访问。
④以太网接口的16 KB静态RAM，也可用作通用SRAM。
⑤USB接口的8 KB静态RAM，也可用作通用SRAM。
⑥2个AHB系统，可以同步进行Ethernet DMA、USB DMA以及从片内Flash执行程序的操作，这些功能不会产生竞争。总线桥允许Ethernet DMA访问其他AHB子系统。
⑦外部存储控制器支持诸如Flash和SRAM的静态设备，8位数据／16位地址并行的总线仅可在LPC2378中使用。
⑧先进的向量中断控制器，支持多达32个向量中断。
⑨通用AHB DMA控制器(GPDMA)能够与SSP串行接口、I2S端口和SD／MMC卡端口共用，也可用于存储器到存储器的传输。
LPC2378内部集成的Ethernet控制器使用RMII接口与外围电路PHY芯片(例如DM9161A)进行通信，从而易于实现以太网通信功能。

2 AD8112的功能特点
AD8112是ADI公司的16路输入、8路输出的视频矩阵切换芯片，所有的输入和输出都具有缓存。AD8112具有由128个独立的电子开关构成的开关矩阵，可以实现16路视频输入、8路视频输出。该矩阵切换是100％非阻塞的，通过串行或并行编程方式写入控制系列字，可以使能任意一路输入和任意一路输出连接，每一个输出可以和16拟输入信号中的任意一路连接。AD8112功能结构框图如图1所示。

AD8112的输出端设有高速放大器，放大器的补偿是自动地优化到每一个增益选择的最大带宽。每一个输出可以由控制系列字的第5位控制使能。当被禁止时，输出引脚可以视为一个4 kΩ的电阻，并且允许将多个禁用的输出引脚连接在一起。当上电或者异步复位时，所有的输出引脚将被初始化成禁止状态，避免在大规模视频矩阵中的输出发生冲突。