EPM570在视频采集中的设计与应用

文章摘要：1 引言 经济的发展促使着人们不断地提高安防意识，当传统的本地模拟监控方式逐渐不能满足某些行业大范围、远距离监控的需求，如银行跨地区联网监控时，通过网络将图像进行远程传输的集中监控方式应运而生。 基于网络的嵌入视频监控系统按照功能可划分为视频采集、视频压缩、视频传输三个模块。随着嵌入式处理器性能的不断提高，基于软件的压缩技术逐渐取代了基于专用视频压缩芯片的硬件压缩技术，成为了嵌入式视频监控系统的发展主流。由于基于软压缩的系统中视频数据的采集工作应尽可能少地占用处理器时间，使得处理器能将更多时间投入视频压缩算法，提高系统性能，因此视频数据采集模块效率高低、采集到的图像分辨率大小将直接关

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1 引言

   经济的发展促使着人们不断地提高安防意识，当传统的本地模拟监控方式逐渐不能满足某些行业大范围、远距离监控的需求，如银行跨地区联网监控时，通过网络将图像进行远程传输的集中监控方式应运而生。

   基于网络的嵌入视频监控系统按照功能可划分为视频采集、视频压缩、视频传输三个模块。随着嵌入式处理器性能的不断提高，基于软件的压缩技术逐渐取代了基于专用视频压缩芯片的硬件压缩技术，成为了嵌入式视频监控系统的发展主流。由于基于软压缩的系统中视频数据的采集工作应尽可能少地占用处理器时间，使得处理器能将更多时间投入视频压缩算法，提高系统性能，因此视频数据采集模块效率高低、采集到的图像分辨率大小将直接关系到整个视频监控系统的效果与性能。

2 视频采集结构

2.1 模数转换

  为了获得更好的通用性，本系统选取CVBS(复合电视广播信号)或者S-Video(亮色分离信号)作为视频源输入，采用性价比较高的Philips SAA7113作为视频ADC。SAA7113具有4路模拟信号输入，输出8位数字信号VP0～VP7；输出两路参考信号RTS0～RTS1，通过FC总线设置内部寄存器可分别配置成水平参考信号(HREF)、垂直参考信号(VREF)或者奇偶场同步信号，需要指出的是SAA7113输出的数字信号是以27 MHz的LLC时钟为同步信号，即每个LLC周期内有1个字节输出(下降沿有效)。我国采用的是50 Hz PAL电视信号，每秒25帧图像，每帧625行，其中576行有效(当VREF为高电平时)，每行864个像素，其中720个像素有效(当HREF为高电平时)，即每帧图像的实际分辨率为720×576。SAA7113按奇偶场输出，每场288有效行，每行720有效像素，视频格式按照YUV4：2：2,即每行1 440 Byte，每场405 KB，每帧810 KB。

2.2 视频缓存

  由于视频数据不断地输出，如果让处理器不间断地读取数据是不现实的，必须要有适当的缓存使得处理器经过一段时间后读取缓存内的数据。SAA7113是以场为单位输出视频数据的，因此最合适的缓存大小为1场即405 KB。参考乒乓切换的思想，给出详细的缓存设计结构。

   如图1所示，整个缓存结构由切换控制电路和两块8 bit 512 KB SRAM组成。奇数场时，切换控制电路将SAA7113输出的视频数据写入奇场SRAM，同时处理器将取出缓存在偶场SARM中的偶场数据；偶数场时，将SAA7113输出的视频数据写入偶场SRAM，同时处理器将取出缓存在奇场SRAM数据。切换控制电路可由标准逻辑构成，也可由CPLD或者FPGA编程实现，考虑到时序控制及成本问题，使用CPLD实现切换电路为最佳方案。

3 MAX II系列器件

  Altera推出的MAX II器件系列基于突破性的新型CPLD架构，是目前业界成本最低的CPLD。MAX II器件还将成本和功耗优势引入了高密度领域，使设计者可以采用MAX II器件替代高成本或高功耗的ASSP和标准逻辑器件。

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4.1 SRAM地址线控制

写缓存的地址由LLC计数生成，但不是每个LLC都包含有效数据需要和HREF及VREF相与形成，在Quartus II中采用原理图编辑方式对SRAM地址进行控制，具体如图2所示。

图2中主要包括2个19位计数器及4个19位三态缓冲门，其中HREF／VREF由SAA7113中的RTS0／RTS1配置形成，ODD(奇场指示信号)由VREF计数2分频形成，EVEN(偶场指示信号)由ODD取反得到，这样可免去对HREF计数，然后丢弃消隐行的过程，同时得到了HREF、VREF及ODD三个参考同步信号。图中ODD_CS及EVEN_CS是由ODD及EVEN和CPU片选信号CS构成。奇数场时，偶场计数器清零，奇场计数器工作形成的地址通过缓冲门连接至奇场SRAM，同时若有CPU片选信号将会选通偶场SRAM，CPU的19位地址线将连接至偶场SRAM，偶数场时则反之。

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