基于ADV7183A视频采集系统的设计

摘要 利用FPGA控制视频解码芯片ADV7183A，从而输出8 bit的YCrCb型4：2：2的视频数据，再将其进行隔点采样，得到320×256的灰度图像数据，并传输给DSP，由DSP显示的采样数据达到设计要求，为后来的滤波处理提供良好的数字视频数据。
关键词 FPGA；ADV7183A；视频采集；YCrCb

人的感觉器官中接受信息最多的是眼睛。为了存储视觉信息，模拟视频信号必须通过模拟／数字(A／D)转换器转变为数字的“0”或“1”，这个转变过程就是所谓的视频捕捉。
在数字图像处理中，一般采用单片机控制芯片的I2C总线，而对数据的采集处理，则可以用专用的数字处理芯片DSP或FPGA进行。随着FPGA器件集成度的增长，完全有能力将ADV7183A的控制电路集成到FPGA内部完成。这样实现了设计的小型化、低功耗，并利用FPGA现场可编程特征充分发挥了ADV7183A的功能。
传统上是利用I2C总线控制HS，VS和FIELD，并根据这3个信号的有效电平采集有效视频，然而在不用I2C总线配置寄存器的情况下也可提取出有效视频，因为在默认配置下ADV7183A输出的是8位BT656的YCrCb型4：2：2视频数据，可以根据BT656的标准提取有效视频，这样减少了编程工作，降低了FPGA与ADV7183A的连线，从而为FPGA控制其他芯片节约了引脚，提供了设计的灵活性。

1 设计方案
文中嵌入式数字图像采集系统的硬件结构如图1所示。在此视频采集系统中，采用Altera公司的Cyclone 3系列FPGA：EP3C80F484C6，AD公司的视频解码芯片ADV7183A，TI公司的TMS320C6416。模拟视频信号PAL制输入到ADV7183A中，由FPGA产生的I2C总线配置ADV7183A内部的寄存器，控制ADV7183A输出的像素时钟频率，行场复位起始位置、宽度以及数据宽度等。ADV7183A输出的数字视频信号经过FPGA的预处理传送到DSP，由DSP显示图像来验证隔点采样是否合理。

2 ADV7183A的设置
AD公司生产的ADV7183A是一款通用性强的视频解码芯片。芯片应用的关键就是要设置ADV7183A内部的一些寄存器，使ADV7183A能正常工作。而ADV7183A采用了I2C总线接口标准，所以对该芯片的控制主要是通过I2C总线的数据传输。
对于本系统而言，取默认配置，无需再对I2C总线进行配置，当ADV7183A正常工作后输出8位BT656的YCrCb型4：2：2视频数据，只需320×256的灰度图像，即取Y，而不要C，因此必须进行隔点采样。
(1)原理图设计方案：给复位，使能和27 MHz的时钟信号分别到引脚，引脚，XTAL引脚，复位引脚和使能引脚都是低电平有效，通过FPGA控制这3个引脚来控制ADV7183A的工作。选择模拟输入通道AIN1，在AIN1引脚上输入模拟信号。完成这些设置后，接上电源，ADV71 83就可以在默认配置下正常工作，默认配置为：输入是PAL制的图像。输出是P8～P15的8位ITU—BT656的YCrCb型4：2：2视频数据，像素时钟是LLCC1：27MHz。
(2)对于输出的8位ITU—BT656，行数据由水平消隐，有效视频开始定时信号，有效行数据以及有效视频结束定时信号组成。帧数据由场消隐，第一场数据，场消隐和第二场数据组成。场消隐和场数据分别由若干行数据组成，消隐数据为0X8010，即在水平消隐和场消隐时一律用16进制的0X8010作为流数据。
有效视频开始(SAV)和有效视频结束(EAV)为两个定时基准信号，每个定时基准信号由FF 00 00 XY组成，前3个是固定前缀，第4个包含场标识，场消隐和行消隐状态的信息，其定义为：F为场同步信号，0其他情况，1表示场消隐；H为水平同步信号，0表示有效视频开始，1表示有效视频的结束，P0—P3称为保护比特，它们的状态取决于F，V，H的状态，如表1所示。