摘要：針對視頻接口接收視頻格式單一的問題，設計了一種多格式視頻輸入接口的視頻編碼模塊。由于采用CH7024視頻編碼芯片，所以在接口即可接收RGB565和RGB666格式的視頻信號。在Linux環境下，對芯片寄存器和視頻格式進行配置，編譯芯片驅動程序，通過超級終端下栽到芯片中，通過CH7024編碼芯片將不同格式的輸入信號統一轉換成CVBS視頻的信號輸出，這樣可減少電路的硬件設計，并通過對軟件的修改來接收不同視頻格式的信號。實驗結果表明，設計的模塊能夠適應多種視頻格式的信號，且編碼后的CVBS視頻信號輸出距離遠，抗干擾性強。
關鍵詞：嵌入式Linux；視頻編碼；視頻輸出；驅動程序
0 引言
在無人機視頻采集系統中，對于視頻信號的要求比較高，采集到的模擬視頻信號在ARM9處理器中經過A／D轉換，視頻壓縮編碼后通過無線傳輸到地面基站，通過視頻編碼芯片將數字信號轉換為模擬信號，輸出到顯示設備上。由于目前數字視頻具有多種格式，然而，普通的視頻編碼模塊的輸入接口比較單一，不能很好地兼容多格式的視頻輸入信號，故輸出的模擬信號抗干擾性和傳輸距離都不是太好。
針對上述問題，本文提出了一種基于Freescale的MX27處理器，以Linux 2．6．19為內核操作系統的多格式視頻輸入編碼模塊設計方案。硬件方面，以CH7024為主芯片進行電路板設計；軟件方面，在Linux環境下，根據芯片的特點，編寫相應的驅動程序和寄存器配置。通過加載驅動程序，將不同格式的數字視頻信號轉換為CVBS復合視頻信號，相比其他的模擬視頻輸出信號，CVBS復合視頻信號將亮度、色度、同步和色彩脈沖信息整合到一根電纜內，具有傳輸距離遠，抗干擾能力強等優點。
1 設計方案
1. 1 系統硬件結構
硬件連接如圖1所示，將MX27中LCD控制器輸出的標準數字視頻信號(包括像素數據LD[17：0]、像素時鐘LSCLK，行同步信號LP／HSYNC、場同步信號pLM／VSYNC，數據使能信號ACD／OE)接入CH7024的數字輸入接口。此外，將MX27中I2C控制器的SPC，SPD線直接與CH7024相應的信號線連接。
1．2 視頻輸出接口設計
由于以前的芯片輸入數據只有16位，接口兼容性不好，而選擇的CH7024有24位視頻數據信號線，可接收不同的數據格式，包括RGB和YC-rCb(如RGB565，RGB666，RGB888，像ITU656的YCrCb)，可接收24b／18b／15b／12b／8b等多路復用數字輸入。為了能在系統運行出現故障時方便地進行復位，設計中添加了人工復位電路，這也是以前芯片所沒有的。應用CH7024芯片設計的編碼器，具有很好的兼容性和通用性，所以選擇用CH7024主芯片進行設計。
CH7024視頻編碼芯片的輸入接口最多能接收到的視頻信號位數為24位，輸入格式為RGB888。這樣RGB每個通道用8 b來表示，但是對于RGB 666和RGB565等格式的視頻信號就涉及到每個通道用幾位來表示某個顏色的問題。對于RGB666來說，每個通道用6b來表示；對于RGB565來說，R和B每通道用5 b表示，G通道用6 b表示。對于RGB666和RGB565格式的視頻信號，在設計中芯片上的24位數據線分配情況如圖2所示。通過對相關寄存器的配置，實現對不同格式視頻信號的接收，使其具有較好的兼容性。該方案是以MX27處理器為平臺進行設計的，MX27輸出的視頻信號為18位數據，這樣MX27處理器發出的RGB666和RGB565格式的視頻，都能通過該方案設計的編碼器進行編碼。
2 視頻編碼器軟件設計
2．1 I2C總線
I2C總線是一種兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和器件引腳的數量，降低了互聯成本。I2C總線可支持多主機控制，其中任何能夠進行發送和接收的設備都可以成為主控端。
I2C總線的串行總線由數據線SDA和時鐘SCL構成，可用于發送和接收數據，并可在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送。在數據傳送過程中共有3種信號，分別是開始信號、結束信號和應答信號。其中，開始信號是在SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據；結束信號是在SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據；應答信號是接收數據的IC在接收到8 b數據后，向發送數據的IC發出特定的低電平脈沖，表示己收到數據。CPU向受控單元發出一個信號后，等待受控單元發出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實際情況判斷是否繼續傳輸信號。若未收到應答信號，則認為受控單元出現故障，如圖3所示。
2．2 視頻數據的傳輸
在該設計中，視頻數據經過MX27處理器后轉換為RGB輸送到LCDC中，通過CH7024輸入接口接收數據，數據傳輸的方式如圖4所示。當場同步信號(VSYNC)產生低電平時，說明新的一幀數據需要采集，這時采集到的是有效視頻信號；當場同步信號再次產生低電平時，一幀數據采集完成，等待進入下一幀數據的采集。在場同步信號之間有n行數據，現以其中一行數據來分析，只要開始采集和采集完一行數據就會產生行同步信號(HSYNC)，當行同步信號產生低電平時，說明要采集的一行為有效數據，在等待中斷采集；即當OE為下降沿時，開始采集一行數據；當OE變為上升沿時，一行數據采集完畢。圖中給出的LINE[1：n]是說一幀圖像有n行，每行有m個像素，也就說一幀圖像的大小為n×m。
2．3 寄存器配置
在完成對CH7024的硬件電路設計后，需要在軟件上對相應的寄存器進行配置，在CH7024．C驅動程序中將相應寄存器地址后面的值進行配置，如視頻輸入格式、輸出格式、分辨率大小等。CH7024寄存器的初始化相關程序代碼如下：
2．4 驅動程序編譯加載
由于應用環境是在Linux操作系統下，開發板中用的是Linux 2．6．19內核，在內核中并沒有CH7024相關的驅動模塊，這就需要把編寫好的驅動程序加載到內核中，生成需要的模塊形式，重新編譯內核，下載到開發板上。
向內核中添加TVOUT CH7024驅動的流程如下：
(1)選擇一個放置驅動代碼的位置：drivers／video／mxc／把代碼放到這個目錄中。
(2)在drivers／video／mxc／添加Kconfig文件，內容如下：
(3)編寫makefile，內容為：
(4)修改上一級Makefile和Kconfig，即video目錄下的Makefile和Kconfig，在Makefile中添加：
(5)在arch/arm的Kconfig中添加：
至此，修改完畢。此時可以使用make menuconfig。出現內核配置的窗口如圖5所示。
選擇device drivers→graphics support可以看到，出現了TVOUT CH7024 driver support→選項，進入選擇“M”，即將驅動程序編譯成動態加載模塊，然后通過“make modules”命令生成了CH7024．ko文件。將CH7024編碼器的輸入端連接到PC機，輸出端連接到監視器上，上電后，將生成的模塊文件由超級終端下載到開發板上，在終端中用insmod CH7024．ko加載驅動。CH7024．ko驅動加載時，會通過I2C讀CH7024的寄存器信息，并打印它的ID號“Chip version ID(0x22)=0x22”，如果等式右邊的值與左邊括號里的值不等，則說明I2C有問題，或者沒有加載其驅動，TVOUT則不能正常工作。在I2C正確的情況下，加載相關視頻采集驅動程序，通過CCD攝像頭采集到的視頻就能在監視器上看到。
3 結果分析
在實驗中該方案能夠通過攝像頭采集視頻數據，并能在監視器上實時看到采集的視頻圖像。由于輸入接口設計成了接收不同格式的視頻信號，使其能夠接收多種格式的視頻信號，編碼器不用更改硬件，只需要在軟件方面做相應的修改就能實現不同格式視頻的接收。
4 結語
通過對視頻編碼芯片的軟硬件設計，使CH7024芯片能夠接收多種格式的視頻信號，由于CVBS信號傳輸距離遠，抗干擾性強，將不同格式的視頻信號轉換成CVBS復合視頻信號。隨著技術的發展，處理器芯片的輸出視頻數據為24位，該設計的編碼器也能應用，節省設計成本，縮短開發周期，具有一定的實用性。