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多媒體PCI控制器ZR36067及其在MJPEG系統中的應用
摘要：ZR36067是ZORAN公司推出的一款多媒體PCI總線控制器。文中詳細介紹了ZR36076的特點、內部結構及引腳功能。給出了ZR36067在運動JPEG系統中的一個應用實例，詳細介紹了該系統的工作原理，最后給出了ZR36067與ZR36060的視頻接口連接方法。關鍵詞：多媒體控制器 PCI總線 運動JPEG ZR36067
1 概述
作為PCI適配器，ZR36067是專為PCI系統上的多媒體應用而設計的。它支持系統內存與JPEG、MPEG處理器之間的高速率代碼（壓縮數據流）傳輸。同時，ZR36067還可捕捉數字視頻（如解壓縮的MJPEG、MPEG或視頻解碼器輸出），并可在圖形顯示內存中產生縮放視頻窗口。因此，利用ZR36067可通過軟件控制眾多的非PCI多媒體設備。具體如下：
（1）Motion JPEG編碼/解碼器 - ZR36050+ ZR36016，ZR36060；
（2）音頻編碼/解碼器；
（3）MPEG和DVD解碼器ZR36110以及ZR36700；
（4）I2C設備，如視頻解碼器、視頻編碼器等；
作為總線主控器件，通過ZR36067可將數據（如JPEG壓縮數據）寫入系統內存或從內存讀出數據，并將數字視頻像素寫入圖形顯示內存中。而作為總線目標，ZR36067可將主機存取映射到微控制器的8bit輔助總線（Guest Bus）。
ZR36067有一個特殊的“靜態傳輸”口，主程序可通過它在系統內存和視頻總線之間讀寫數字化視頻信息（RGB像素）。該通道使得高速傳輸的靜態圖像能夠通過JPEG芯片組壓縮或解壓縮。
ZR36067多媒體控制器主要用于高質量視/音頻捕捉/回放和PCI系統編輯板、使用輔助PCI總線的多媒體/圖形子系統、帶多媒體功能的PCI主板以及PowerPC和Macintosh PCI系統的JPEG/MPEG1解決方案等。
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ZR36067的主要功能特點如下：
●具有與PCI總線的無縫接口（兼容PCI2.1）；
●具有與JPEG解碼器（ZR36060，ZR36050+ ZR36016）、MPEG1和DVD解碼器（ZR36110，ZR36700）、視頻解碼器、視頻編碼之間的最小接口；
●可實現壓縮數據的雙向DMA傳輸，速率接近11Mbytes/s；
●可進行視頻和掩碼信息的DMA傳輸；
●支持快速靜態圖像的壓縮和解壓縮；
●具有在片像素精確掩碼功能；
●YUV-RGB轉換器，可通過錯誤擴散降低量化噪聲；
●具有15/16bit、24 bit（壓縮和非壓縮）RGB像素格式和YUV-4：2：2視頻輸出；
●硬件支持非連續JPEG代碼緩沖器；
●在視頻和代碼傳輸中，具有最大總線執行時間的故障恢復功能；
●可選擇仿真隔行掃描視頻顯示方式和單場顯示方式；
●可用硬件支持簡單、高效的幀抓取；
●帶有I2C總線接口；
●支持即插即用；
●采用208腳PQFP封裝；
●支持子系統ID和子系統銷售商ID。
●可將YUV4：2：2數字視頻輸入轉化為YUV4：2：2、RGB5-6-5、RGB5-5-5或RGB8-8-8（壓縮或非壓縮）等像素格式；
另外，ZR36067也支持CCIR601數字視頻或方像素格式（符合NTSC或符合NTSC或PAL視頻標準）以及其它的非標準輸入。
2 內部結構
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ZR36067內部包括兩路主數據通道（視頻通道和代碼通道）。通過PCI DMA突發方式輸入的視頻信息通常沿視頻通道進行處理并傳輸到圖形顯示內存之中。其內部結構框圖如圖1所示。
ZR36067的視頻前端在一個可編程有效場窗口中采樣視頻總線，該窗口由視頻同步信號來定義。可選的垂直、水平平滑縮放使其能夠支持可變圖像尺寸和可變PCI視頻數據率。縮放后的視頻流可被轉換為不同的RGB格式。轉換后的像素在壓縮后可存儲在256字節視頻FIFO（64個32位雙字）中。存儲的視頻像素可從視頻FIFO中讀出并傳送到圖形顯示內存。
雙向代碼通道的數據流向取決于操作模式。代碼流（MPEG或JPEG）利用PCI DMA突發方式在系統內存和ZR36067的內部代碼FIFO中傳輸。ZR36067控制著這兩個方向上的傳輸和尋址。代碼FIFO的大小為640字節（160個雙字）。
在JPEG壓縮模式下，ZR36067通過編碼/解碼器前端填充代碼FIFO，并將代碼從FIFO中逐場傳送到系統內存中；在JPEG解壓縮模式，代碼流流向相反的方向，即從系統內存到ZR36067的代碼FIFO，此時編碼/解碼器前端可將代碼FIFO內容逐字節讀到代碼總線上；在MPEG回放模式，代碼流將從系統內存傳輸到ZR36067的代碼FIFO。代碼字節從代碼FIFO讀出到輔助總線上；當ZR36067仲裁PCI總線上每一個進程的請求時，ZR36067的視頻和代碼通道可同時操作。
除了管理視頻和代碼通道，ZR36067還可在主CPU和周邊設備（作為輔助設備）之間建立連接。實際上，采用專用的握手機制（“郵局”機制），也可將ZR36067內部寄存器的主通路的主通路映射到輔助總線上，以獲得對輔助設備的間接讀寫操作。
通過ZR36067的專用“靜態傳輸”口可實現數據在PCI接口和視頻前端之間的傳輸。主程序也可應用特殊握手協議將數字化視頻（RGB像素）從系統內存傳輸到視頻總線，反之亦然。此外，通過JPEG編碼/解碼器，該通道還可以對高速靜態視頻圖像進行壓縮和解壓縮。
3 引腳說明
ZR36067采用208腳PQFP封裝，這208個引腳可分為以下幾類：
（1）PCI接口（48腳）；
AD[31：0]：輸入/輸出，地址/數據復用引腳；
C/BE[3:0]：輸入/輸出，總線命令/字節允許；
PAR：輸入/輸出，AD[31：0]和C/BE[3:0]的奇偶校驗位：
FRAME：輸入/輸出，PCI周期幀；
TRDY：輸入/輸出，PCI目標準備好信號；
IRDY：輸入/輸出，PCI主控準備好信號；
STOP：輸入/輸出，停止信號，用于表明目標要求當前總線主控停止當前傳送；
DEVSEL：輸入/輸出，PCI設備選擇信號，表明目標已對其地址進行了解碼；
IDSEL：輸入，PCI初始化設備選擇信號，在ZR36067配置空間中用于片選；
REQ：輸出，PCI申請信號；
GNT：輸入，PCI允許信號；
PCICLK：輸入，PCI時鐘信號；
PCIRST：輸入，PCI復位信號。低電平有效時，所有ZR36067的輸出引腳均為三態。ZR36067一般在PCI時鐘的上升沿進入上電復位狀態，其最低有效低持續時間為3個PCI時鐘。
INTA：輸出，PCI中斷信號。
（2）數字視頻總線接口（32腳）
Y[7：0]/R[7:0]：輸入/輸出，亮度/紅色視頻線。也用于對子系統銷售商ID的低字節編程。
UV[7：0]/G[7:0]：輸入/輸出，色度/綠色視頻線。也用于對子系統ID的低字節編程。
B[7：0]：輸入/輸出，藍色視頻線；
VCLKx2：輸入，二倍頻視頻總線時鐘；
VCLK：輸入，數字視頻總線時鐘。用作VCLKx2的量化器時，必須與VCLKx2同步；
HSYNC：輸入/輸出，數字視頻總線水平同步；
VSYNC：輸入/輸出，數字視頻總線垂直同步；
FI：輸入，數字視頻場計數器（頂/底）；
PXEN：輸出，ZR36016的像素使能輸出，低有效；
RTBSY：輸入，ZR36016的帶狀內存溢出/下溢信號，低有效；
START：輸出，ZR36016的開始處理輸出，高有效。
（3）輔助總線接口（25腳）
GCS[7:0]：輸出，輔助總線設備的片選輸出，低有效；
GADR[2:0]：輸出，輔助總線設備的地址輸出；
GDAT[7:0]：輸出，輔助數據總線，也可用于子系統銷售商ID的高字節編程；
GRD：輸出，輔助總線設備的讀輸出，低有效；
GWR：輸出，輔助總線設備的寫輸出，低有效；
GRDY：輸入，輔助設備準備好信號，高有效；
GWS：輸入，輔助設備等待狀態信號；
GIRQ[1:0]：輸入，正上升沿中斷請求輸入，通常來自一到兩個輔助設備總線。
（4）編碼/解碼器總線接口（11腳）
CODE[7:0]：輸入/輸出，連接ZR36050的代碼總線；
CEND：輸入，來自ZR36050的場處理結束信號，低有效；
CBUSY：輸出，ZR36050的FIFO代碼忙信號。
（5）I2C總線接口(2腳)
SDA：輸入/輸出，I2C總線數據端口；
SCL：I2C總線時鐘線。
（6）通用可編程輸入/輸出(8腳)
GPIO[7:0]：通用輸入/輸出引腳。
（7）測試引腳（2腳）
ENID：輸入，用于IDD測試。正常操作時必須接地；
TEST：輸入，測試引腳，僅用于測試模式。正常操作時必須接地。
（8）電源和地
GND：接地；
VDD：正電源（5V）
4 正Motion JPEG系統中的應用
圖2是Motion JPEG附加設備板的一個應用實例，該系統使用ZR36067和ZR36060進行接口。其中ZR36067支持4個基本的JPEG操作模式，即：運動視頻壓縮、運動視頻解壓縮、靜止圖像壓縮、靜止圖像解壓縮。現就這四種操作模式的實際處理過程進行分析。
4.1 運動視頻壓縮
當YUV4：2：2視頻信號和視頻同步信號輸入到ZR36060的視頻輸入口時，它同時也將這些信號傳輸到了ZR36067視頻前端和視頻解碼器（用于TV監視器上顯示輸出），此后，ZR36067將有選擇地進行視頻壓縮，并將視頻信號轉換為RGB信號，然后利用DMA方式傳送給主PC顯存。與此同時，ZR36060也在執行JPEG壓縮，并將JPEG代碼流傳輸給ZR36067編碼/解碼器前端，然后再由ZR36067通過DMA方式將壓縮視頻場信號傳輸給主機所分配的系統內存緩沖區。
4.2 運動視頻解壓縮
在運動視頻解壓縮中，ZR36067利用DMA方式并通過ZR36067編碼/解碼器前端將代碼流從系統內存傳送到ZR36060中。ZR36060對JPEG代碼進行解壓并將視頻信號傳送給視頻編碼器以在TV監視器上顯示。同壓縮模式一樣，ZR36060將視頻信息輸出到ZR36067視頻前端進行處理時，該信息也同時利用DMA方式傳送到PC顯存中。
4.3 靜止圖像壓縮
在靜止圖像壓縮模式中，主機將通過PCI總線向ZR36067逐像素寫入圖像位圖信息。然后由ZR36067把這些像素通過自己的視頻總線口傳到ZR36060的視頻輸入口。該模式中，ZR36067可產生并驅動ZR36060所需的視頻同步信號。當8條視頻線全滿后，ZR36060開始執行光柵-網格操作并壓縮數據，同時將代碼流傳送到ZR36067。同運動視頻壓縮一樣，利用DMA方式也可將代碼流傳送到主機內存中。
4.4 靜止圖像解壓縮
靜止圖像解壓縮模式下的操作同運動視頻解壓縮一樣，也是由ZR36067利用DMA方式從系統內存中取出代碼流，并用ZR36060從ZR36067中讀取壓縮數據，同時在解碼后將解壓縮視頻信息送到ZR36067的視頻口。最后由程序從這里逐像素讀出視頻信息送給系統內存。
應用中需要注意的是，靜止圖像解壓縮也可通過下面方式來實現：即在運動視頻解壓縮模式下配置ZR36067，然后將解壓縮視頻信息傳送到系統內存中一連續的緩沖區。由于該方法較靜止圖像解壓縮模式有更快的速度，所以常被采用。
5 與ZR36060的視頻接口連接
圖3給出了ZR36067與ZR36060的視頻接口連接圖。對于該電路的四種JPEG操作模式，設計時應注意以下問題：在運動視頻壓縮中，輸入ZR36067和ZR36060的YUV視頻和同步信號均來自外部視頻源，如SAA7110/7111；在運動解壓縮中，同步信號可由ZR36067（在同步主控模式下）或與視頻源相連的同步器來產生。此時，壓縮的視頻信息從ZR36060視頻總線傳輸的ZR36067的視頻口，其外部視頻源的視頻總線和同步信號也必須浮空；在靜止圖像壓縮模式中，由于視頻信號和同步信號來自ZR36067，因而圖2中視頻解碼器的視頻總線和同步信號也必須強制浮空；而在靜止圖像解壓縮中，同步信號來自ZR36067，因此，壓縮的視頻信息可從ZR36060傳送到ZR36067視頻口。在該操作模式下，外部視頻源的視頻總線和同步信號也必須浮空。
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