PAL-D制式一行可视像素有720个,因为采用ITU-RBT.656标准,每2个DATACLK时钟才输出一个像素,所以,一行可视像素需要1 440个DATACLK时钟。一行像素输出完毕后紧接4个行结束标志,然后进入行消隐阶段,行消隐阶段结束后,4个字符的开始标志表明一行的开始,从4个结束标志到4个开始标志,共有288个DATACLK时钟。这288个DATACLK期间的数据不用于显示,用于同步和消隐,所以对于PAL-D制式,采用ITU-RBT.656标准传输一行视频需要1 728个DATACLK时钟[7]。
EAV和SAV分别表示一行有效视频的结束和开始,EAV/SAV序列由FF-00-00-XX表示,其中XX是状态字,表1为EAV/SAV序列字段位表。
F场标志:F=0是偶场,F=1是奇场;V视频有无效标志:V=0为有效视频数据,V=1为无效视频数据;H有效视频结束起始标志:H=0是SAV,H=1是EAV。
从624行~22行和311行~335行为无效视频行,此时V=1;从23行~310行和336行~623行为有效视频行,此时V=0。从1行~312行为偶场,此时F=0;从313行~625行为奇场,此时F=1。
配置TVP5146使其正确初始化。设置正常工作模式,视频选择输入口,色度和亮度AGC自动增益,视频输入为PAL-D制式625行,解码输出格式为10 bit 4:2:2(2倍像素时钟速率)内嵌同步字符,实际10 bit输出时最低2 bit可丢弃。设置亮度信号范围为16~235,色度信号范围为16~240。配置NiosII软核,设置CPU类型为经济型32 bit,CPU时钟频率为100 MHz,复位向量起始地址为Flash,异常向量起始地址为On-chip-ram,设置PIO线模拟I2C协议,用于配置TVP5146,配置Avalon-MM三态桥用于挂接Flash,配置On-chip-ram为32 KB[8],添加一个Avalon从设备。该从设备为用户自定义接口,NiosII软核可以通过该从设备口实时访问转换后的RGB像素,进行图像处理。
3 视频图像数据采集
视频解码芯片输出内嵌同步字符8 bit视频数据,参照解码芯片输出DATACLK时钟,FPGA采集视频解码数据。FPGA采集之前先要进行图像裁剪、交织处理。裁剪处理是为了产生640×480的像素面,交织处理即变隔行视频数据为逐行视频输出,即两场图像交叉嵌入一个存储体中,形成一帧。当一帧存储完毕后,切换存储体,而先前的存储体内容参照系统时钟,依次像素处理送DVI编码芯片进行显示。
3.1 视频信号采集控制
视频输出信号为内嵌同步字符8 bit Y:Cb:Cr=4:2:2输出,本设计中视频信号采集采用状态机控制法。视频信号采集控制状态机表示如图3所示。
Idel:默认空闲状态。如果视频采集标志capture置位,则进入Wait State状态;如果capture不置位,则停留在Idel状态。
Wait State:此时如果收到数据0xff,则进入State1,其他情况仍然循环停留。
State1:如果此时收到数据0x00,则进入State2;收到其他数据则进入Error。
State2:如果此时收到数据0x00,则进入New page状态,否则状态返回到Wait State。
New page:此时视频处于消隐状态,如果收到的视频数据vpo[6:5]=01,则正在消隐,转入第一行数据接收状态First Line,否则跳回Wait State状态。
First Line:如果收到vpo[6:4]=000,表明下一个数据即视频图像数据,否则返回到Wait State。
Chroma blue:正确有效的数据,如果此时接收到vpo=0xff,则表明数据转入End Line,如果收到vpo=0x00,则转入Error状态。
Luma blue:亮度蓝色数据,接收完转入Chroma red状态。
Chroma red:色度红色数据,接收完转入Luma red状态。
Luma red:亮度红色数据,接收完转入Chroma blue状态。
End Line:如果vpo[6:4]=011,表示奇数场结束,偶数场将要开始,转入New line状态;如果vpo[6:4]=111,表示一帧数据结束,转入Idle状态;如果vpo[5:4]=01,表示一行结束,下一行将要开始,转入New line状态;否则进入Error状态。
New Line:如果接收到的vpo[5:4]=00,表示有效数据接收,转入Chroma blue状态;否则转到End Line状态。