處理高速數(shù)據(jù)流的通用視頻接口

為多媒體應(yīng)用選擇一款合適的處理器是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作。其原因之一就是從視頻源到顯示器之間需要多個(gè)高速連接，而且通常很難找到能處理高速數(shù)據(jù)流接口的完美組合。

一種解決方法是尋找一種通用的高速外圍設(shè)備，以便在幾種不同的配置中足夠靈活地連接。美國(guó)模擬器件公司（analog devices inc.，簡(jiǎn)稱(chēng)adi）的blackfin處理器系列中的并行外圍接口（ppi）為這種靈活連接提供了一個(gè)很好的范例。

ppi是一種能在8～16 bit之間進(jìn)行配置的多功能并行接口。它支持雙向數(shù)據(jù)傳輸且包含三條同步線和一個(gè)用于連接外部時(shí)鐘的引腳。ppi可以無(wú)縫地解碼itu-r bt.656視頻數(shù)據(jù)，也可以連接itu-r bt.601視頻流。
ppi不僅僅可用作照相機(jī)接口，而且可用作連接高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac）的一個(gè)管道，具有很高的靈活性和足夠快的速度。它還可以對(duì)外部處理器進(jìn)行主機(jī)接口仿真，甚至還可以用作無(wú)縫連接液晶顯示器（lcd）控制器。

視頻輸入輸出接口

不久前，連接視頻源就是指連接基于bt.601的視頻流和外部幀同步信號(hào)。這些幀同步信號(hào)區(qū)分開(kāi)視頻信號(hào)和消隱區(qū)域以及幀邊界，采用bt.656建議，所有這些同步信號(hào)都可以當(dāng)做包含在一個(gè)完整的數(shù)字流中的控制信息，這樣信號(hào)線僅僅就需要一條8~10bit的數(shù)據(jù)總線和一條時(shí)鐘線。

ppi不僅可以按照bt.601視頻流的“硬件同步”模式工作，還能自動(dòng)解碼bt.656前同步碼，從而允許無(wú)縫連接到多種視頻源和圖像傳感器。
這種靈活性還帶來(lái)其它的好處。與直接存儲(chǔ)器存?。╠ma）控制器配合使用，ppi可以在完整的視頻幀信息中只讀入有效的視頻信息，或只有消隱區(qū)域。這樣當(dāng)不需要完整的視頻幀時(shí)顯著節(jié)省了帶寬。另外，ppi可以忽略隔行的bt.656視頻流的所有第二場(chǎng)圖像信息，從而提供了一種很有效的方法用于快速抽取輸入信號(hào)。最后，因?yàn)閜pi本身就可以解碼bt.656視頻流，所以它可以直接連接到流行的類(lèi)似adv7183a視頻解碼器。

在發(fā)送方向上，ppi可以發(fā)送數(shù)據(jù)給支持bt.601/656的視頻編碼器，例如adv7179等。在這種情況下，利用軟件在外部存儲(chǔ)中建立完整的發(fā)送緩沖器（包括所有必需的前同步碼），而ppi控制必要的信令（最多包括多達(dá)3個(gè)幀同步信號(hào)）以便發(fā)送數(shù)據(jù)到編碼器。

adc和dac接口

隨著支持要求嚴(yán)格的實(shí)時(shí)應(yīng)用高速電路不斷發(fā)展的趨勢(shì)，adc和dac性能也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從而允許采用數(shù)字信號(hào)處理器（dsp）取代成本很高的模擬電路。blackfin處理器通過(guò)ppi可以直接連接這些高速混合信號(hào)轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)了一種低功耗而且低成本的總體解決方案。
當(dāng)今大多數(shù)的處理器都采用串行接口連接dac和adc。通常都將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率限制到1 mhz以下，這樣的頻率雖然對(duì)語(yǔ)音和音頻處理來(lái)說(shuō)是足夠高了，但是無(wú)法滿足高速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的需求。例如，許多的電信應(yīng)用在發(fā)送和接收路徑上都需要高速（10～60 mhz）的dac和adc。在過(guò)去，這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通常都先連接到現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（fpga）或者專(zhuān)用集成電路（asic），然后再連接到dsp。

現(xiàn)在，因?yàn)閎lackfin處理器的工作時(shí)鐘頻率高達(dá)600 mhz甚至更高，所以在需要極高采樣速率的混合信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用中，它們成為代替fpga和asic的可行解決方案。

在普通的tdma和半雙工應(yīng)用中，基于blackfin處理器的收發(fā)器可能要在來(lái)自adc的接收數(shù)據(jù)到通過(guò)dac的發(fā)送數(shù)據(jù)之間頻繁地切換。該ppi只需要幾個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期便能完成發(fā)送和接收方向之間的切換，其中系統(tǒng)時(shí)鐘速率可高達(dá)133 mhz。

ppi和高速轉(zhuǎn)換器之間的物理連接是非常簡(jiǎn)單的：一個(gè)時(shí)鐘、一個(gè)可選的幀同步以及16個(gè)數(shù)據(jù)引腳。許多混合信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器都提供一個(gè)額外的輸出時(shí)鐘，它可以直接驅(qū)動(dòng)ppi的時(shí)鐘輸入。另外，一個(gè)“接收允許”信號(hào)（利用通用的i/o引腳實(shí)現(xiàn)的）能夠?qū)崿F(xiàn)adc和dac之間的接口共享。

主機(jī)接口仿真

在多媒體應(yīng)用中，外部處理器常常需要與媒體處理器通信，甚至達(dá)到訪問(wèn)其全部存儲(chǔ)器空間的程度。通常，這種外部主機(jī)可以作為連接網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)接口或者其它數(shù)據(jù)流的管道，但是它不具備允許實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的性能特性。因此，就產(chǎn)生了對(duì)媒體處理器應(yīng)具備相當(dāng)寬的帶寬的“主機(jī)接口”的要求。

lcd控制器

薄膜晶體管lcd（tft-lcd）平板顯示器處在當(dāng)今許多支持視頻嵌入式應(yīng)用的核心部分。雖然某些tft-lcd平板顯示器具有模擬前端，但是大多數(shù)都只有一個(gè)數(shù)字rgb接口，所以通常需要每個(gè)r、g和b都采用6 bit數(shù)據(jù)線，以及時(shí)鐘和同步線。因?yàn)?8引腳（6＋6＋6）的數(shù)據(jù)線不能很好地符合16 bit處理器的數(shù)據(jù)線，所以業(yè)界一種流行的折衷方法是r和b通道都采用5 bit，而g通道采用6 bit（5+6+5＝16 bit數(shù)據(jù)總線）。這種方案工作得很好，因?yàn)榫G色是三種顏色中對(duì)視覺(jué)最靈敏的顏色。在平板顯示器的數(shù)據(jù)線上，將紅色和藍(lán)色的最低有效位（lsb）分別與其各自的最高有效位（msb）連接在一起（即將r0和r5連接到ppi4上，將b0和b5連接到ppi15上）。這樣保證了每個(gè)顏色通道具有全動(dòng)態(tài)范圍（從全飽和降到全黑）。

ppi作為一種16 bit接口，它能很好地處理這種5-6-5的排列格式。結(jié)合blackfin處理器的預(yù)處理能力，ppi可以仿真一個(gè)適度復(fù)雜的lcd控制器。例如，雙內(nèi)核的adsp-bf561處理器可以完成ntsc視頻流的實(shí)時(shí)色度格式轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為5-6-5 rgb格式，并且將它在vga tft-lcd平板顯示器上顯示--上述任務(wù)都在一個(gè)單內(nèi)核上實(shí)現(xiàn)。這樣就使另外一個(gè)內(nèi)核處于空閑，可以用于完成圖形疊加生成、操作系統(tǒng)以及其它的用戶接口任務(wù)。

另外，有些tft-lcd平板顯示器需要外部的定時(shí)asic來(lái)產(chǎn)生行和列的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。并且adsp-bf561可提供許多脈沖寬度調(diào)制（pwm）定時(shí)器輸出信號(hào)，完全無(wú)需上述的asic，因此顯著節(jié)省了產(chǎn)品材料清單（bom）成本。

總之，ppi提供了一種簡(jiǎn)單而功能強(qiáng)大的方法用于直接連接高速并行數(shù)據(jù)流。這種通用的并行接口能支持市場(chǎng)上各種各樣的應(yīng)用。