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基于SAA7130HL的视频采集卡设计

2008-10-16 15:34

基于SAA7130HL 的视频采集卡设计
宗靖国,向健勇,王新怀
(西安电子科技大学 技术物理学院光电图像处理研究室,陕西 西安 710071)
摘 要 介绍了PHILIPS 公司的第五代“精显芯片”SAA7130 HL 的主要功能及性能特点,提出了一种基于
SAA7130 的视频采集卡设计方案,并详细说明了该采集卡的硬件框图和软件程序设计。实际的测试和使用证明了
该采集卡的稳定性和可靠性。
关键词 SAA7130HL;视频采集卡;I2C 总线;WDM 驱动程序
中图分类号 TN919.8
在实时图像采集系统中,由于图像数据量庞
大,在使用计算机采集数据时,传统的方法,像使
用串口、并口或ISA 卡等方式传送数据不能适应高
速大容量数据吞吐的需要,而需要一种高速率传输
的总线以适应系统设计的需要。PCI 总线因其众多
的功能、强大的兼容性、传输的高速率很好地解决
了计算机系统的总线传输问题。
近年来,图像处理技术迅猛发展,对图像采集
设备要求也越来越高。当前有关图像采集的设备,
主要包括两大类:一类是视频采集卡,主要用于监
控系统。常用的接口芯片有AMCC S5933 ,
PLX9054,常用的一体化芯片有BT878 和PHILIPS
的 SAA7130/7134。BT878 是早期的视频芯片,
PHILIPS SAA7130/7134 属于最新一代的视频芯片,
最高分辨率可以达到768×576,图像质量较高。另
一类是数码摄像产品,内带存储设备,可随身携带。
1 SAA7130HL 的主要特点
SAA7130 是一款将视频采集功能集成于一体
的芯片。它在单片上集成了视频数字化、解码、PCI
接口电路。还提供了通用I/O(GPIO)接口组,支
持各种扩展应用。
SAA7130HL 是符合PCI 标准协议高度集成化、
低功耗的一款芯片,专门针对模拟电视信号和数字
视频信号。支持多种数字视频格式,以总线主方式
写的形式通过PCI 总线传输进计算机。它通过9 位
的ADC 采样后进入标准译码器,通过梳状滤波器
和高性能计数器进行二维的色度/亮度分离,包括可
变化的水平和垂直上下扫描范围和亮度,对比度和
饱和度控制电路。支持包括YUV,RGB 在内的多
种视频输出格式,可自动进行GAMMA 校正、黑电
平延伸。
SAA7130HL 的GPIO 接口,支持多种扩展功
能,可接MPEG压缩芯片或高速信号处理器(DSP)。
传输数据流通过GPIO 接口输入进计算机定义好的
内存,各种内部事件或是GPIO 的状态信息都可引
发PCI 总线上中断。
2 基于SAA7130HL 的视频采集卡
2.1 系统框图
因为SAA7130内部集成了视频AD,PCI接口等
功能,并且价格也比较便宜,制作模拟视频的PCI
采集卡结构简单,图像质量也有保证。图1给出了
基于SAA7130HL的视频采集卡的方框图。
该采集卡主要分为视频输入部分、逻辑控制
芯片部分、I2C串行EEPROM加载芯片AT24c08
部分、各种接口,包括视频输出口、TV高频头
接口。
2.1.1 视频输入部分
视频输入部分提供5 个模拟输入,内部模拟源
选择器,如:5 CVBS 或(Y/C 和1CVBS)或(1Y/C
和3 CVBS)。
2.1.2 逻辑控制芯片部分
逻辑控制芯片在此主要有两个功能:一方面是
完成对信号的锁存;另一方面完成采集卡的硬件加
密。CPLD 有加密位,可以方便的加密,并且加密
后不容易破解。从而保护了该卡不被盗版。
电子科技 2005 年第10 期(总第193 期)
收稿日期:2005-04-28
基于SAA7130HL 的视频采集卡设计
电子科技/2005 年10 月15 日 53






Philips
SAA7130
CPLD
EEPROM
输出
控制
触发
输入
PCI总线
I2C
TV高频接口音频输出口数据输出口
图1 基于SAA7130HL 的视频采集卡的方框图
SCL
SDA
图2 I2C 总线的操作时序
2.1.3 I2C 串行EEPROM 加载芯片AT24c08 部分
AT24c08 完成PCI 卡的上电配置,I2C 总线的
操作时序如图2 所示。
2.2 软件设计
2.2.1 驱动程序的开发
一个完整的驱动程序要完成以下工作:初始
化;创建与删除设备;处理应用层程序的打开和
关闭句柄的请求;处理应用层程序的输入/输出请
求;串行化对设备的访问;访问硬件;调用其他
驱动程序;取消I/O 请求;超时I/O 请求;处理
热插拔设备的加入和删除事件;电源管理
WMI。
Windows 驱动程序模型分两个方面,除了核心
模型描述设备驱动程序的标准结构外,WDM 还为
常见类型的设备实现了一个模块化的、分层次类型
的总线驱动程序和类驱动程序。
在WDM 驱动程序中,即插即用(PnP)管理
器告知何时向系统添加一个设备,或者从系统删除
设备。PnP 管理器使用安装的INF 文件查找新设备
的正确驱动程序;而其他模式驱动程序必须发现它
自己的设备,使用专门的安装程序安装。
SAA7130视频采集卡的驱动程序采用WDM方
式。它实现了一个内核流过滤器,具有音频、视频
采集、视频预览、VBI输出引脚,还有一个输入源
选择器。另外,还附加了传输流输入脚,为了扩展
板上的其他设备。其filter的结构如图3所示。
TV
Tuner
Crossbar
SAA7130
Capture
TV Filter
audio
OtherVideo&
Audio Input
Audio
Video
Audio
Video Capture
Video Preview
VBI
图3 SAA7130 视频采集卡驱动的filter 结构框图
基于SAA7130HL 的视频采集卡设计
IT 54 Age/ Oct. 15, 2005
图3中,filter中连接采集filter向上流的是模拟连
接。他们对数据流没有意义(调谐频道通知选择除
外)。这些选择的目的是允许通过crossbar选择一个
输入源,确保正确的组件在graph中,用于应用程序
控制以及作出停止、暂停、状态切换等正确响应。
2.2.2 客户端软件的开发
这里所做的视频采集卡不仅要完成视频的处
理,还要利用GPIO 口来检测外部触发和对外部输
出,所以在软件编程方面将重点介绍GPIO 接口。
与GPIO 口相关的寄存器如图4。
SYMBOL BITS
FUNCtiON ADDRESS D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Static GPIO and bootstrapping
1B0H GP-MODE[7:0]
1B1H GP-MODE[15:8]
1B2H GP-MODE[23:16]
Static GPIO
port register
read/write
mode selectors
1B3H GP-RES
CAN 0 0 0 GP-MODE[27:25] 0
1B4H GP-STAT[7:0]
1B5H GP-STAT[15:8]
1B6H GP-STAT[23:16]
Static GPIO
Portstatus read
and write
register
1B7H 0 0 0 0 GP-STAT[27:25] 0
Reserved 1B8H to
1BFH 0 0 0 0 0 0 0
图4 与GPIO 口相关的寄存器
通过GPIO 口的外触发和外输出的实现过程
如下。
外触发:两路外触发输入中一路产生了外触发
信号,触发信号送入CPLD,CPLD 对输入的信号锁
定,其后由CPLD 将对应的TTL 电平(5V)转化成
3.3V 送到SAA7130 的通用数据输入端口(GPIO),
计算机接受数据后,抓取一幅图像(可根据实际的
需要设置触发后完成的功能),同时由GPIO 向CPLD
提供复位信号。此后处于等待新的触发状态中。
外控制:本卡设置有两路外输出与CPLD 相连,
由计算机提供输出控制信号。当计算机要控制外部
设备时,向GPIO 寄存器写控制字,SAA7130HL
会向对应的GPIO 口输出高电平,CPLD 接受此高
电平后,通过内部逻辑,可向外控制端口输出对应
的高电平、低电平,或是上升沿、下降沿。提供的
电平为标准的TTL 电平。
控制软件应实现以下的GPIO 接口函数:
void ReadPin( long address,long lValue)
该函数主要实现对给定寄存器一个字节的读
取,address 确定需要访问的寄存器, value 为返回
寄存器值。
Void WritePin(long address, long lValue)
该函数主要实现对给定寄存器一个字节的写
入,address 确定需要访问的寄存器,value 为要写
入寄存器值。
3 小 结
这款视频采集卡在设计过程中,采用了两套独
电源系统以及模拟、数字分离等抗干扰技术。在
保证图像高质量的同时,视频采集卡设计非常简
单,易于实现。该采集卡没有沿用传统的“视频
A/D+PCI 桥+外部逻辑控制芯片”的结构,转而采
用一体化芯片,受外界干扰小,图像质量、稳定性
较高。无需用户具有较多的视频卡开发经验或投入
过多的设计成本,缩短了设计周期。采用了用户端
软件进行图像数据的压缩处理,这块视频采集卡可
(下转第57 页)
太阳能充电器
电子科技/2005 年10 月15 日 57
之间的转化,也就是在没有220V 交流电的情况下
就不能对电池进行充电。同时由于镍镉电池具有记
忆性,若经常充电不足,电池容量会自动减小,若
充电量容量过大,则过充电量会损坏电池内部结构
和电池电极,影响电池的寿命,因此需要对电池进
行定量充电,在电池电量达到要求之后,充电器要
能够自动断电。这篇论文里提出来的方法,正好弥
补了目前市场镍镉电池充电器的不足,既可以在电
池充满电之后,自动断电,保护电池避免过量充电,
损坏电池,同时也可以随时随地的利用太阳能进行
充电,可以方便外出使用。经过初步试验,此太阳
能电池充电器完全可以到达上述要求。
参考文献
1 张伯文. 简易镍镉电池定时恒流充电器. 电池, 1997, (6):
285.
2 TSL250 Light-to-Voltage Optical Sensors. Texas instruments
incorporated, 1995.
3 康华光. 电子技术基础 (模拟部分). 北京: 高等教育出版
社, 2000.
作者简介
吴慧峰(1979—),女,武汉理工大学自动化学院2003
级硕士研究生。研究方向:检测仪表与自动化装置。
Solar Energy Chargers
Wu Huifeng
(School of Automation, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)
Abstract The nickel cadmium charger now commercially available has the disadvantages that it must utilize electric energy to charge,
and the charge time is randomly decided by people. The photoelectric device, which can achieve transformation between the
photoelectric energy and electric energy, can be used in the design of a charger which can be charged at any time by utilizing either
alternating current of 220V or light energy. Besides, on the basis of the characteristics of the nickel cadmium battery, a discharge circuit
and a circuit which can be cut when charging is finished are designed.
Keywords Spectrum range; operation amplifier; the photoelectric transforming; light energy
(上接第54 页)
以作为一个很好的实时监控设备,以降低硬件成
本。为了适应实际的应用,此款采集卡还增加了视
频实时镜像、字符叠加以及画中画等附加功能。
因此,用SAA7130HL设计低成本高品质的视频
采集卡,可以被广泛应用于新的视频产品中。
参考文献
1 Philios Semiconductor. SAA713X_usermanual_nobookmarks.
2002.
2 MAX7000 Programmable Logic Family Data Sheet. 1998.
3 Tom Shanlay著, 刘晖译. PCI 系统结构(第四版). 北京: 电
子工业出版社, 2000.
4 曾繁泰, 冯保初. PCI总线与多媒体计算机. 北京: 电子工
业出版社, 1998.
5 李贵山, 戚德虎. PCI 局部总线开发者指南. 西安: 西安电
子科技大学出版社, 1997.
6 陆其明. DirectShow 实务精选. 北京: 科学出版社, 2004.
作者简介
宗靖国(1979—),男,西安电子科技大学技术物理学院
硕士研究生。研究方向:视频采集、存储、传输与显示,
光电图像处理等。
向健勇(1964—),男,西安电子科技大学技术物理学院
副教授,硕士生导师。研究方向:实时图像处理,红外
图像增强,图像采集、存储、传输与显示等。
王新怀(1982—),男,西安电子科技大学技术物理学院
硕士研究生。研究方向:实时图像处理,视频采集、传
输与显示等。
Design of Video Capture Cards Based on SAA7130HL
Zong Jingguo, Xiang Jianyong,Wang Xinhuai
(Institute of Technology Physics, Xidian University, Xi′ an 710071, China)
Abstract The design of video capture cards is discussed in this paper. First, some typical characters of the Saa7130hl are reviewed.
Then a method for designing a video capture card is proposed for the chip. Finally the hardware frame and software of this card are
described in detail. Testing and application show that this method is stable and reliable.
Keywords Saa7130hl; videos capture card; I2C Bus; WDM Driver Program

QyEx5sn5.pdf (259.25 KB)
(下载次数: 21, 2008-10-16 15:33 上传)

回帖(4)

spwlm

2008-11-28 16:33:11

RICHNEX

RICHNEX的 RN6150/RN6240/RN6241/RN6242都是视频采集用的IC,有要资料的可以QQ:79251955联系我.电话13631601710。
[此贴子已经被作者于2008-11-28 16:34:29编辑过]

apple2008

2008-12-5 16:43:42
楼主,谢谢了哦!
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fankaka

2009-5-25 18:41:15

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