摘要 介绍基于LCD控制器AL310的视频处理平台在车载嵌入式系统中的硬件设计。该平台采用芯片SAA7113H进行视频采集，运用AL310高性能的缩放引擎和先进OSD、PIP（画中画）功能，实现两路视频信号的缩放与叠加显示。该平台可以进行高速连续的视频采集、处理，而且接口简单、易于控制。

关键词 视频转换 视频处理 OSD PIP

随着计算机、微电子和通信技术的迅猛发展，车载嵌入式系统的应用日益普遍;同时，用户对车载嵌入式系统提出了更高的要求。最新一代的车载嵌入式系统将导航与通信、娱乐、移动办公等融合为一体，更加突出应用与服务功能。视频播放作为娱乐与服务的一个重要的组成部分，成为用户的迫切需求，同时也成为车载嵌入式系统急需解决的问题。基于AL310的视频处理平台可以采集、处理、显示TV/VTR、VCD/DVD/VCR等视频信号。运用AL310高性能的缩放引擎和先进OSD、PIP（画中画）功能，可以进行电子地图等系统信息和娱乐视频信号的缩放与叠加显示，为用户提供丰富的娱乐与服务内容。
1系统工作原理
该视频处理平台主要采用集成电路设计，外围器件少。特别是AL310采用BGA封装，体积小、功耗低，十分适合嵌入式系统的设计和应用。系统的总体框图如图1所示。
图1总体框图系统主要包括四部分：
① 视频解码器SAA7113H。Philips公司的SAA7113H支持多种格式和制式的模拟视频信号，如PAL N、PAL M、NTSC N、NTSC M和SECAM等，实现SVideo/CVBS等模拟视频信号的解码。
② 嵌入式处理器Intel XScale PXA255。PXA255处理器的LCD控制器输出数据格式为16位数字RGB。通过I2C总线，嵌入式处理器PXA255实现对SAA7113H和AL310寄存器的读写与控制。
③ SDRAM和ROM存储器。SDRAM用于缓冲数据帧，实现视频信号帧率的转换。ROM是用于存储OSD数据的。
④ LCD控制器AL310。AL310进行视频信号的缩放和叠加显示。AL310的输入一路来自SAA7113H，另一路来自PXA255处理器的LCD控制器。AL310提供两种格式的输出：数字RGB输出（用来驱动LCD显示器）与模拟RGB输出（用来驱动PC显示器）。
2AL310功能及应用
Averlogic公司的AL310是高性能的LCD控制器，支持多种图形/视频格式的输入。应用Averlogic独特的缩放算法，AL310的缩放引擎可以实现数据流高效的缩放，并可以自动维持全屏输出显示。下面介绍AL310五个模块单元的功能，以及OSD、PIP功能的应用。
AL310原理如图2所示。
① 视频输入单元VIU（Video Input Unit）。AL310支持三路输入，多路选择器从三路输入信号中选出两路。一路作为主数据流PS（Primary Stream），另一路作为从数据流SS（Second Stream）。其中主数据流PS支持RGB/YUV 24/16/8位输入，从数据流SS支持ITUR656/601标准的16/8位YUV视频数据流。
② 内存接口单元MIU（Memory Interface Unit）。SDRAM控制器提供48/32位的SDRAM接口，支持2或3片1M×16位SDRAM。SDRAM最高频率为125 MHz。
③ 视频处理单元VPU（Video Processing Unit）AL310图2AL310原理内置影片模式探测/还原(FilmMode Detection & Recovery)和动作自适应解交错扫描(Motion Adaptive Deinterlacing)。
④ 视频输出单元VOU（Video Out Unit）。AL310提供数字输出接口，可以直接驱动24位TFT LCD显示器，或经过DVI/LVDS变换后远距离传输。AL310还可以提供模拟RGB的输出，支持SXGA的分辨率。
⑤ 总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）。AL310提供标准的I2C总线和8位并行接口。通过设置I2C_EN输入引脚，实现I2C总线和并行接口的选择。如果I2C_EN=HIGH，则选中I2C总线模式。否则，选中并口模式。除了I2C总线，ARM处理器还可以通过8位并口，进行AL310寄存器的读写与控制。
AL310的OSD功能包含两个独立的OSD窗口，可以叠加显示控制文本或标题。OSD有两种工作模式：① RAM模式。外部没有扩展ROM，OSD数据被存储在AL310内部的2KB的RAM中。② ROM模式。外部扩展ROM，用来存储字母表或位图，内部RAM用来存储字母编码或某个特定符号的索引。
PIP画中画功能，可以实现主从输入信号的叠加显示。两者重叠的区域，从数据流SS覆盖于主数据流PS之上。如果PS和SS没有全屏显示，LCD显示器的其它区域显示桌面背景色。图3描述了PS图像或PS背景色、SS图像或SS背景色及桌面背景色的显示方式。
PIP功能有两种典型的应用方式：① 主数据流PS输入为24位RGB/YUV信图3PIP功能号，从数据流SS输入为16/8位YUV信号。② 主从数据流输入都为16/8位YUV。我们应用第一种方式。设置寄存器PSSrcSel<1∶0>=00，SSSrcSel<1∶0>=10，将嵌入式处理器PXA255的输出作为主数据流PS，用来显示数字地图、操作系统界面等。 SAA7113H的输出，作为从数据流SS，显示、播放VCD和DVD等视频。从而，在车载嵌入式导航系统中，实现电子地图等系统信息和娱乐视频信号的叠加显示。
目前，许多汽车前后都安装了摄像头。本视频处理平台可以采集、处理、显示摄像头的视频信号，方便用户查看车外的状况。另外，本视频处理平台预留了GPRS模块的接口。如果系统配备了GPRS模块，摄像头的视频信号或其中的关键帧可以发送到车辆管理中心，实现车辆的监控、调度和管理。
3硬件接口设计
AL310可以识别每秒24/25帧的影片和场频50/60Hz的隔行扫描视频信号。AL310接受三种输入数据格式：24位RGB、24位YUV和8位ITU 656 YUV。AL310的输入引脚有56个，表1给出了不同格式的输入信号所对应的引脚。其中三路输入分别用VIDEO0、VIDEO1和VIDEO2表示。
表1
VIN NO.〖〗55∶48〖〗47∶40〖〗39∶32〖〗31∶24〖〗23∶16〖〗15∶8〖〗7∶0VIDEO0VIDEO1〖〗————〖〗——V—〖〗——Y—〖〗——UYUV〖〗R/V———〖〗G/Y———〖〗B/UYUV——VIDEO2〖〗YUV〖〗—〖〗—〖〗—〖〗—〖〗—〖〗—
SAA7113H输出隔行视频信号，1帧图像分为奇场图像和偶场图像。SAA7113H输出的同步信号包括LLC、RTS0、RTS1。LLC是行锁定系统时钟输出，是像素时钟频率的两倍，即27MHz，用来同步数据采集。通过设置SAA7113H的寄存器，设置RTS0为水平输出参考信号，RTS1为垂直输出参考信号和奇偶场信号。 SAA7113H的输出VPO7∶0设置为标准的ITU 656 YUV4∶2∶2格式，连接到AL310的输入引脚VIN55∶48。PXA255的LCD控制器的输出为16位数字RGB，将之接到AL310的输入引脚VIN23∶0。较低比特位而言，数字RGB的高比特位包含丰富的色彩分量，所以将PXA255 LCD控制器的输出接到AL310输入的高比特位，同时将AL310输入的低比特位（VIN0∶2、VIN8∶9、VIN16：18）接地。
硬件接口确定之后，还需设置相关寄存器PCinFormat<1∶0>、V1inFormat<3∶2>、V2inFormat<5∶4>。对于寄存器PCinFormat<1∶0>，若PCinFormat<1∶0>=00，则VIDEO0输入数据格式为24位RGB;若PCinFormat<1∶0>=10，则VIDEO0输入数据格式为8位YUV。寄存器V1inFormat<3∶2>、V2inFormat<5∶4>的设置值与输入数据格式的对应关系与PCinFormat<1∶0>相同。由于VIDEO0输入数据格式为24位RGB，VIDEO2输入数据格式为8位YUV，所以寄存器设置如下：PCinFormat<1∶0>=00，V2inFormat<5∶4>=10。
AL310支持单/双像素（24位/48位）RGB和YPbPr格式的输出。选择合适的输出引脚并配置相应的寄存器，就可以获得所期望的输出数据格式。根据LCD显示屏的性能参数，选择AL310的输出数据格式。我们选用的LCD显示屏为Sharp公司的LQ64D341。 LQ64D341的接
图4硬件接口原理口为18位数字RGB，所以设置AL310的输出为24位RGB（VOUT47∶24作为输出引脚）。将AL310 24位RGB输出的低位（VOUT24∶25、 VOUT32∶33、 VOUT40∶41）接地，仅将其高位接入LQ64D341。
图4给出了系统硬件接口原理。其中HS、VS、CLK、EN是AL310输入视频信号PS的行场同步、采样时钟和显示控制。V2HS、V2VS、V2CLK是AL310输入视频信号SS的行场同步和采样时钟。HS_O、VS_O、CLK_O、DE是AL310数字RGB输出的行场同步、采样时钟和LCD屏的显示使能信号。AL310模拟RGB输出的行场同步信号共用HS_O、VS_O引脚。
结语
本文采用AL310、SAA7113H和嵌入式处理器PXA255设计，实现了视频处理平台。该平台已经用于车载嵌入式系统，实现了视频信号的连续采集、转换、处理，以及数字地图、操作系统界面与VCD、DVD等娱乐视频信号的叠加显示。该平台接口简单、容易控制，易于推广应用。
参考文献
1马忠梅,马广云.ARM嵌入式处理器结构和应用基础\[M\].北京:北京航空航天大学出版社,2002
2陈章龙，唐志强. 嵌入式技术与系统——Intel XScale结构与开发. 北京:北京航空航天大学出版社,2004
3Philips Semiconductors. SAA7113H Data Sheet.2003
4Averlogic Co. AL310 Data Sheet. 2003
5Intel Co. PXA255 Data Sheet. 2003
6Intel Co. PXA255 Design Guide. 2003
潘向峰：硕士研究生，研究方向为嵌入式系统软硬件设计与开发。