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數字視頻解碼器SAA7110
摘要：SAA7110是Philips公司生產的可編程前端視頻解碼器，它可將輸入的視頻信號轉換為YUV數字信號。文章介紹了SAA7110的主要特點、結構原理和引腳功能，比較了SAA7110與SAA7110的不同之處，給出了應用中應注意的重點引腳，最后介紹了它的應用連接和一個圖像采集系統的應用結構。關鍵詞：SAA7110；視頻解碼；圖像處理
視頻解碼器ＳＡＡ７１１０是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生產的可編程前端視頻解碼器。與ＳＡＡ７１１１相比，兩者盡管有些管腳信號相似，但仍有較大的差別，需要在實際應用中給予足夠的重視。國內做視頻采集或圖像采集的大多用ＳＡＡ７１１１，而提到較多的ＳＡＡ７１１０則未見多少資料對其進行詳細論述。在產品生產上，只有個別國內公司（如北京嘉恒中自圖像技術有限公司）使用該芯片。基于科研和實踐需要，本文對ＳＡＡ７１１０的主要特點、結構功能、引腳應用等作一詳盡論述。
１ 主要特點
ＳＡＡ７１１０的主要特點如下：
●具有６路模擬輸入（４×ＣＶＢＳ、３×Ｙ／Ｃ或二者相結合）；
●帶有３路模擬處理通道；
●內置３路抗混疊濾波器；
●可將２路通道模擬信號相加；
●內含２路８位ＣＭＯＳ視頻Ａ／Ｄ轉換器；
●對所選擇的ＣＶＢＳ／Ｙ通道可編程為靜態增益控制或自動增益控制；
●可進行白峰控制；
●可對ＰＡＬ Ｂ／Ｇ、ＮＴＳＣ Ｍ、ＳＥＣＡＭ制式進行亮度和色度處理；
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●可全程ＨＵＥ控制；
●可自動進行５０／６０Ｈｚ場頻檢測以及標準ＰＡＬ和ＮＴＳＣ、強制ＳＥＣＡＭ之間的自動轉換；
●對所有制式可實現行、場同步檢測；
●對于ＰＡＬ制式可用ＵＶ信號延遲線來校正色度信號的相差；
●ＹＵＶ總線支持以下數據率：
—７８０×ｆｈ＝１２．２７２７ＭＨｚ,６０Ｈｚ(ＮＴＳＣ)；
—９４４×ｆｈ＝１４．７５ＭＨｚ,５０Ｈｚ(ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ)；
●數據輸出格式有ＹＵＶ ４:１:１(８ｂｉｔ)和ＹＵＶ ４:２:２(８ｂｉｔ)兩種；
●用戶可編程進行亮度峰值孔徑修正；
●所有制式可用同一頻率電路晶振（２６．８ＭＨｚ）；
●具有實時狀態信息輸出（ＲＴＣＯ）；
圖2
●可對ＹＵＶ總線進行亮度、對比度、飽和度（ＢＣＳ）控制；
●輸出引腳有一個用戶可編程通用轉換開關；
●在片可進行時鐘產生電路（ＣＧＣ）和外部ＣＧＣ（ＳＡＡ７１９７）之間的轉換；
●具有上電控制功能；
●帶有可控制的Ｉ２Ｃ總線；
●與ＣＣＩＲ６０１標準兼容。
２ 結構原理及引腳功能
２．１ 結構原理
ＳＡＡ７１１０的功能框圖如圖１所示。下面對方框圖中的主要部分進行功能說明。
（１）模擬輸入處理
ＳＡＡ７１１０有６路模擬信號輸入，２個模擬主通道有箝位電路、模擬放大器、抗混疊濾波器、視頻ＣＭＯＳ Ａ／Ｄ轉換器組成。另一路模擬通道也含有箝位電路、模擬放大器、抗混疊濾波器，且能被加到或在Ａ／Ｄ轉換前直接轉換到兩個主通道上。
（２）模擬控制電路
箝位控制電路控制著模擬輸入信號的正確箝位。高頻耦合電容器用于存儲和過濾箝位電壓。對于亮度或ＣＶＢＳ信號，通常的數字箝位標準是６４，而色度信號則是１２８。增益控制電路通過總線產生３路模擬放大器的靜態增益標準，也可以通過內置的自動增益控制（ＡＧＣ）電路控制其中的一路。ＡＧＣ的作用是將ＣＶＢＳ或Ｙ信號放大到所需的信號幅值，以使之與ＡＤＣ輸入電壓范圍相同。抗混疊濾波器要適合于時鐘頻率。垂直消隱控制電路用于產生總線可編程垂直消隱脈沖。在垂直消隱期間，增益和箝位控制無效。
（３）色度電路
８位數字色度信號經過輸入接口后可通過色度帶通濾波器來減少直流分量，然后送到正交解調器的乘法輸入端。在來自局部振蕩器ＤＴＯ１（離散時間振蕩器）的２個副載波信號中，副載波信號的相位偏移為９０°，頻率則由當前所輸入視頻信號的色彩制式所決定。對于所有ＰＡＬ和ＮＴＳＣ信號，乘法器可作為正交解調器來使用；而對于ＳＥＣＡＭ信號，乘法器則作為降頻混頻器來使用。兩個乘法輸出信號轉換為連續的ＵＶ數據流后，可用于２個低通濾波器級，然后再加到增益可控放大器。最后的一個多路復用低通濾波器將與前級一起用來設置所需的帶寬。ＰＡＬ和ＮＴＳＣ原始信號流入梳狀濾波器。ＳＥＣＡＭ原始信號則通過鐘形濾波器（中心頻率為０Ｈｚ）、相位解調器和微分器來饋送以獲得頻率解調的色差信號。將ＳＥＣＡＭ信號去加重后饋送到交叉轉換中，可產生連續傳輸的色差信號。這些信號送到ＢＣＳ（亮度、對比度、飽和度）處理后，它們將最終到達輸出格式級和輸出接口。圖２所示是色度電路的工作過程圖。
（４）亮度電路
８位亮度信號（數字ＣＶＢＳ格式或亮度格式（Ｓ－ＶＨＳ、ＨＩ８））通過可變換的前置濾波器來饋送。高頻分量的增強可以彌補損耗。色度陷波器（ｆｃ＝４．４３ ＭＨｚ或３．５８ＭＨｚ，中心頻率可選）可消除大多數色彩載波信號，因此，Ｓ－Ｖｉｄｅｏ（Ｓ－ＶＨＳ，ＨＩ８）信號必須正常通過。亮度信號的高頻分量能夠在兩個具有可選傳輸性質的帶通濾波器中得到增強（通過Ｉ２Ｃ總線控制銳度增加）。并能在可選的核心電路中再一次增強信號，然后將該信號加入原始（未提升）信號中。增強的亮度信號通過可變延遲饋送到ＢＣＳ控制和輸出接口。
（５）數字ＹＵＶ總線
通過１６ｂｉｔＹＵＶ總線可從輸出接口將數字信息傳送到場存儲體、數字彩色空間轉換器（ＳＡＡ７１９２ ＤＣＳＣ）或者視頻增強模數處理器（ＳＡＡ７１６５ ＶＥＤＡ２）。這些輸出可由ＦＥＩＮ來控制。ＹＵＶ數據率與ＬＬＣ２相等。輸出信號Ｙ７～Ｙ０是數字亮度信號的ｂｉｔ位。輸出信號ＵＶ７～ＵＶ０是多路復用色差信號（Ｂ～Ｙ）和（Ｒ～Ｙ）的ｂｉｔ位。格式表中的時間幀是傳輸一幅完整取樣所需的時間。通過ＨＲＥＦ信號可控制該時間幀。通過將ＦＥＩＮ置低可獲取快速使能。該信號同時可用來控制數字ＹＵＶ總線的快速切換。而ＦＥＩＮ引腳為高電平時，則會強制將Ｙ和ＵＶ輸出變為高阻態。
（６）同步處理
當前置濾波后的亮度信號被送到同步級后。同步脈沖經過切分將送到相位檢測器，在這里它們與細分的時鐘頻率相比較，并將其結果輸出到環路濾波器，來儲存所有的相差信息。可調節的輸出信號ＨＣＬ和ＨＳＹ則由模擬前端的要求來產生。輸出信號ＨＳ、ＶＳ、ＰＬＩＮ被鎖至時間基準標記可確保其位于輸入信號和ＨＲＥＦ信號之間，這是因為電路的更進一步改進可能會改變整個處理延遲，因而并不推薦將它用在對輸入信號的定時要求絕對準確的場合。用環路濾波器驅動一個振蕩器可產生行頻率控制信號ＬＦＣＯ。
２．２ 引腳功能
圖３所示是ＳＡＡ７１１０的引腳排列圖。各主要引腳的功能如下：
ＳＰ：測試輸入腳，(轉換腳)正常操作時，該腳應當接地。
ＡＰ：測試輸入腳，(動作腳)正常操作時，該腳亦應接地。
ＲＴＣＯ：實時控制輸出。該腳用于配合ＨＰＬＬ、ＦＳＣ－ＰＬＬ的遞增和ＰＡＬ或ＳＥＣＡＭ序列信息。
圖4
ＳＡ：Ｉ２Ｃ總線從地址選擇輸入。在低電平時，若從地址為９ＣＨ，則寫入；從地址為９ＤＨ，則讀入。而在高電平時， 從地址為９ＤＨ時寫入，９ＦＨ時讀入。
ＳＤＡ：Ｉ２Ｃ總線串行數據輸入／輸出。
ＳＣＬ：Ｉ２Ｃ總線串行時鐘輸入。
ＶＤＤ，ＶＳＳ：分別為＋５Ｖ電源和接地端。
ＡＩＸＸ：模擬輸入腳。
ＡＯＵＴ：模擬輸出腳。
ＬＦＣＯ：行頻控制輸出腳；該模擬時鐘信號可用于驅動外部ＣＧＣ；其頻率是實際行頻（７．３７５／６．１３６３６ＭＨｚ）的倍數。
ＬＬＣ：行鎖定時鐘輸入／輸出腳，當ＣＧＣＥ為１，該腳為輸出；ＣＧＣＥ為０時，該腳為輸入）。
ＬＬＣ２：行鎖定時鐘的２分頻輸入輸出；ＦＬＬＣ２＝０．５ｆＬＬＣ。ＣＧＣＥ為１時，該腳為輸出；ＣＧＣＥ為０時該腳為高阻態）。
ＣＲＥＦ：參考時鐘輸入／輸出腳（ＣＧＣＥ＝１時輸出；ＣＧＣＥ＝０時輸入）。
ＲＥＳＥ
Ｔ:復位信號,低電平有效。
ＣＧＣＥ：ＣＧＣ使能輸入腳，ＣＧＣＥ為１時，在片ＣＧＣ有效；ＣＧＣＥ為０時，使用外部ＣＧＣ模式，可使用ＳＡＡ７１９７。
ＨＣＬ：水平箝位輸入／輸出脈沖，可通過Ｉ２Ｃ總線ＰＵＬＩＯ位來編程：ＰＵＬＩＯ為１時輸出；ＰＵＬＩＯ為０時輸入。該信號可用于給模擬輸入接口指示高電平箝位時間。通過對Ｉ２Ｃ 總線寄存器編程可控制高電平的開始和結束（只在輸出模式）。
ＨＳＹ：水平同步輸入／輸出，可通過Ｉ２Ｃ總線的ＰＵＬＩＯ位來編程：ＰＵＬＩＯ為１時輸出；ＰＵＬＩＯ為０時輸入。該信號可送到模擬接口。通過對Ｉ２Ｃ總線寄存器進行編程可控制高電平的開始和結束（只在輸出模式）。
ＨＳ：水平同步輸出。其正斜率位置可編程控制。
ＰＬＩＮ（ＨＬ）：ＰＡＬ不輸出標識腳，解調ＰＡＬ信號可發送換行信號 （ＰＬＩＮ＝０）或非換行信號（ＰＬＩＮ＝１），而在解調ＳＥＣＡＭ后，則可發ＤＲ行信號（ＰＬＩＮ＝０）或ＤＢ行信號（ＰＬＩＮ＝１）。通過使Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為０可選擇ＰＬＩＮ功能（Ｈ－ＰＬＬ輸出鎖定；高電平表示內部ＰＬＬ已被鎖定）；而通過使Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為１可選擇ＨＬ功能。
ＯＤＤ（ＶＬ）：奇偶場輸出標識，高電平表示奇場。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為０可選擇ＯＤＤ功能（垂直輸出鎖定；高電平表示內部ＶＮＬ（垂直噪聲限制器）處于鎖定狀態）；通過使Ｉ２Ｃ總線的ＲＴＳＥ為１可選ＶＬ功能。
ＶＳ：垂直同步輸入／輸出（可通過Ｉ２Ｃ總線的ＯＥＨＶ位來編程實現：ＯＥＨＶ為１時輸出；ＯＥＨＶ為０時輸入）。該信號可用于表示與ＹＵＶ輸出垂直同步。ＶＮＬ時，其高電平周期接近６行。正斜率包括偏轉控制器（如ＴＤＡ９１５０）的相位信息。在輸入模式，該信號用來同步垂直增益和箝位消隱，高電平有效。
ＨＲＥＦ：水平參考輸出，該信號表示數字ＹＵＶ總線上有數據。正斜率表示新的一行掃描線的開始。ＨＲＥＦ的高電平是７６８個Ｙ取樣點還是６４０個Ｙ取樣點取決于場頻（５０／６０Ｈｚ）。此外，ＨＲＥＦ還可用來同步數據多路復用器或分解器。在垂直消隱信號期間，ＨＲＥＦ也存在。
Ｙ７～Ｙ０：８位亮度（Ｙ）數字輸出。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＳＱＰＢ為１可選數字ＹＵＶ總線的一部分（數據率ＬＬＣ／２），或者Ａ／Ｄ２（３）輸出（數據率ＬＬＣ／２）。
ＵＶ７～ＵＶ０：８位數字ＵＶ（色差）輸出，用于輸出ＣＶＢＳ信號或色度信號解調后ＵＶ分量的多路復用色差信號，格式和多路復用模式可通過Ｉ２Ｃ總線進行選擇控制。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＳＱＰＢ為１可選擇這些信號作為數字ＹＵＶ總線的一部分（數據率ＬＬＣ／２），或者Ａ／Ｄ２（３）輸出（數據率ＬＬＣ／２）。
ＦＥＩＮ（ＭＵＸＣ）：快速輸入使能信號（低有效），可用來控制數字ＹＵＶ總線的快速切換。輸入高電平可使片子的Ｙ和ＵＶ輸出變為高阻。使用本功能需要將總線的ＭＳ２４、ＭＳ３４、ＭＵＹＣ置低（分別為多路復用分量輸入；快速切換鎖定Ｙ／Ｃ信號和鎖定ＣＶＢＳ信號的模擬多路復用器的控制信號）。如果ＭＳ２４、ＭＳ３４、ＭＵＹＣ其中之一為高電平，則ＦＥＩＮ將自動置低（數字ＹＵＶ總線有效）。
ＧＰＳＷ（ＶＢＬＫ）：通用開關輸出，該信號可通過Ｉ２Ｃ總線的０ＤＨ的ｂｉｔ １來編程實現。通過置Ｉ２Ｃ總線的ＶＢＬＫＡ為０可選擇ＧＰＳＷ功能（垂直消隱測試輸出）。
ＸＴＡＬ０：晶振輸出（到２６．８ＭＨｚ晶振）；使用ＴＴＬ時鐘時可不用。
ＸＴＡＬ１：晶振輸入（２６．８ＭＨｚ晶振）或連接與ＴＴＬ方波時鐘信號兼容的外部時鐘。
３ 應用
３．１ 典型應用
圖４是ＳＡＡ７１１０的典型應用連接電路。只要在該電路中ＳＡＡ７１１０的輸入端輸入一個視頻信號，就可在輸出端得到不同格式的數字信號。該電路在視頻處理的模數轉換中具有重要應用。
３．２ ＰＣＩ總線高速視頻圖像采集卡
ＰＣＩ總線是一種高性能局部總線，它支持３２位／６４位數據傳送和線性突發方式，傳輸速率可達１３３Ｍｂｐｓ，同時支持即插即用，非常適合圖像采集卡的設計需要。此外，利用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生產的ＳＡＡ７１４６桌面多媒體應用芯片所提供的ＰＣＩ總線端口，還可支持ＰＣ視頻應用（參見有關資料）。圖５為基于ＰＣＩ總線的高速視頻圖像采集系統的原理框圖。ＳＡＡ７１１０、ＳＡＡ７１４６是該圖像采集卡的主干部分，可通過ＰＣＩ局部總線來實現與ＰＣ機的高速數據傳輸。這里，ＳＡＡ７１１０主要完成對模擬視頻信號的采樣、量化和解碼處理。
本采集卡硬件設計中所用到的ＳＡＡ７１４６的主要引腳有ＶＳ－Ａ、ＶＳ－Ｂ、ＨＳ－Ａ、ＨＳ－Ｂ、ＰＸＱ－Ａ、ＰＸＱ－Ｂ、ＬＬＣ－Ａ、ＬＬＣ－Ｂ、ＧＰＩＯ３∽０等。同時在ＰＣＢ布線中，ＳＡＡ７１４６應盡可能接近ＰＣＩ插口，以保證正常工作。軟件驅動程序設計中主要涉及的問題是：利用ＰＣＩ ＢＩＯＳ來獲取采集卡的ＰＣＩ配置參數、申請ＲＰＳ物理空間和圖像物理空間、ＳＡＡ７１４６和ＳＡＡ７１１０初始化的寄存器賦值、寫ＳＡＡ７１４６采集圖像ＲＰＳ程序中斷服務程序、驅動程序與應用程序的接口等。筆者已在ＷＩＮ９８下采用ＤＤＫ開發驅動程序來采集圖像，實際
使用證明：所采集到的圖像具有較高的分辨率，圖像十分清晰，可滿足實際需要。
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