HDMI接口在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

時(shí)間：2009-08-18 21:12:29

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[導(dǎo)讀]HDMI接口在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言
傳統(tǒng)的模擬視頻接口有復(fù)合視頻信號(CVBS、A/V)，S端子（Y/C、S-Video），模擬分量視頻信號(Y、U、V或Y、R-Y、B-Y)和通用 D-SUB( 9芯)端口等。隨著人們對圖像顯示質(zhì)量要求的不斷提升，在視頻監(jiān)控方面用模擬接口來傳輸和顯示監(jiān)控的視頻已經(jīng)不能滿足人們的要求。以高清數(shù)字電視為代表的數(shù)字視頻設(shè)備的應(yīng)用越來越普遍，模擬視頻接口標(biāo)準(zhǔn)更加無法適應(yīng)在帶寬、內(nèi)容保護(hù)、音頻支持等方面的發(fā)展需求，這就使得數(shù)字視頻接口標(biāo)準(zhǔn)更能適應(yīng)市場的需求。HDMI（High－Definition Multimedia Interface）是數(shù)字視頻接口中的一種接口標(biāo)準(zhǔn)，由于其具有單一線纜上能同時(shí)傳輸音視頻、帶寬高和 HDCP加密等優(yōu)點(diǎn)，所以此接口在多媒體數(shù)字產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加入 HDMI接口，可在帶 HDMI接收端的監(jiān)控終端清楚地看到監(jiān)控場景，進(jìn)而擴(kuò)展了視頻監(jiān)控的應(yīng)用場所。
1. HDMI技術(shù)及其基本傳輸原理
1.1 HDMI技術(shù)簡介 HDMI是首個(gè)支持在單線纜上傳輸，不經(jīng)過壓縮的全數(shù)字高清晰度、多聲道音頻和智能格式與控制命令數(shù)據(jù)的數(shù)字接口，由 Silicon Image倡導(dǎo)，聯(lián)合索尼、東芝等八家著名的消費(fèi)類電子制造商聯(lián)合成立的工作組共同開發(fā)的。HDMI最早的接口規(guī)范是 2002年 12月公布的HDMI 1.0，目前的最高版本是2006年6月發(fā)布的HDMI 1.3。HDMI通過一條HDMI纜線可以提供所有的音視頻源與音視頻終端之間的連接，實(shí)現(xiàn)視頻源和顯示終端的雙向通信，在保持高品質(zhì)的情況下能夠以數(shù)碼形式傳輸未經(jīng)壓縮的高分辨力視頻和多聲道音頻數(shù)據(jù)，還可搭配寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(hù)HDCP（High-band with Digital Content Protection）。新發(fā)布的HDMI
1.3[2]支持的帶寬更高，還增加了 Deep Color技術(shù)，支持 xvYCC色彩標(biāo)準(zhǔn)、唇型同步、新型無損音頻格式 Dolby TrueHD和 DTS-HD Master Audio等。
1.2 HDMI基本傳輸原理

HDMI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由 HDMI源(發(fā)送端)和 HDMI宿(接收端)組成，其傳輸結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示，HDMI傳輸線包括三個(gè)不同的 TMDS數(shù)據(jù)信息通道和一個(gè)時(shí)鐘通道，這些通道用來傳輸音視頻數(shù)據(jù)及附加信息，音視頻數(shù)據(jù)和附加信息通過三個(gè)不同的 TMDS通道傳送到接收端上，而視頻的像素時(shí)鐘則通過 TMDS時(shí)鐘通道傳送，接收端接受這個(gè)頻率參數(shù)之后，再還原另外三個(gè)數(shù)據(jù)信息通道傳遞過來的信息。DDC通道用來在發(fā)送端和接收端之間進(jìn)行配置以及狀態(tài)信息交換?？蛇x的CEC通道用來提供用戶環(huán)境中各種不同的音視頻產(chǎn)品之間的高層控制功能，例如自動設(shè)定的細(xì)節(jié)、單鍵播放或是遙控。

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圖2 ANX9030 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖
ANX9030基于 Wide Eye信號恢復(fù)技術(shù)，能夠提供高性能的傳輸能力，其功能模塊主要有音視頻數(shù)據(jù)捕獲、I2C從接口、像素格式處理和 TMDS發(fā)送等。其中視頻處理模塊最高可支持 24位，整個(gè)處理頻寬接近4Gb/s；音頻數(shù)據(jù)捕獲模塊支持 8通道共 24位高精度數(shù)字音頻輸出，提供 I2S和 S/PDIF標(biāo)準(zhǔn)輸出接口;像素格式處理模塊支持 RGB數(shù)字色度分量 4:4:4格式與多種模式 YCbCr數(shù)字色差分量 4:2:2之間的轉(zhuǎn)換，支持 HDTV和 PC(最高支持

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利用 EP9302的外圍集成接口可大大簡化接口電路的設(shè)計(jì)。EP9302與 ANX9030的連接包括控制部分、視頻部分和音頻部分等?？刂撇糠钟糜?EP9302對 ANX9030進(jìn)行訪問控制，如寄存器設(shè)置，ANX9030向 EP9302發(fā)送中斷控制信號，其訪問方式可通過 I2C控制線進(jìn)行;視頻部分用于 EP9302將采集處理后的視頻數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的同步、時(shí)鐘等信號發(fā)送給ANX9030，本文采用 16位的 YCBCr 4:2:2方式進(jìn)行連接;音頻部分用于 EP9302將音頻數(shù)據(jù)發(fā)送給ANX9030,其連接方式采用I2S。
3.驅(qū)動軟件實(shí)現(xiàn)
軟件設(shè)計(jì)包括音視頻源的軟件設(shè)計(jì)和 HDMI發(fā)送控制器 ANX9030的驅(qū)動設(shè)計(jì)。由于在EP9302微處理器的開發(fā)板上已完成了音視頻的采集和輸出設(shè)計(jì)，所以本文的軟件設(shè)計(jì)主要是 HDMI控制器的驅(qū)動設(shè)計(jì)。利用開源的 ANX9030固件程序可簡化驅(qū)動程序的開發(fā)，主要包括 ANX9030的初始化處理、狀態(tài)機(jī)變化、音視頻模式的設(shè)置及異常處理等。主循環(huán)程序如下：

void main(void){
Init_ANX9030();
while(1){ANX9030_Interrupt_Process();
ANX9030_Timer_Process ();

}}
ANX9030的工作模式及初始化流程如圖4所示：

500)this.style.width=500;" border="0" />[!--empirenews.page--]
ANX9030的初始化。在 ANX9030復(fù)位電路的上升沿，DEV_ADDR_SEL引腳的狀態(tài)決定ANX9030的 I2C地址。假定此引腳為低，I2C地址為 0x72和 0x7A被選擇。首先確認(rèn) ANX9030存在且能正常工作，部分代碼如下：

while (1) {
ANX9030_Resetn_Pin = 0;
delay_ms(2);
ANX9030_Resetn_Pin = 1;
delay_ms(2);
c = ANX9030_i2c_read_p0_reg(ANX9030_DEV_IDL_REG, &c1);
if ((c == 0) && (c1 == 0x30)) {
c = ANX9030_i2c_read_p0_reg(ANX9030_DEV_IDH_REG, &c1);
if((c == 0) && (c1 == 0x90))
break;
}}

    ANX9030在上電復(fù)位后，設(shè)置 DE_GEN和 BT_656同步信號檢測，然后進(jìn)行像素格式和時(shí)鐘路徑的設(shè)置來配置視頻信息。由于 HDMI兼容DVI，所以發(fā)送端可工作在 HDMI模式或 DVI模式，在此只需對 ANX9030的 HDMI_MODE位設(shè)置為 1(HDMI)或0(DVI)即可。檢測到 HDMI模式后，設(shè)置 HDMI的音頻格式及數(shù)據(jù)包，沒有異常中斷時(shí)，使能數(shù)據(jù)包發(fā)送即可把音視頻數(shù)據(jù)包等信息發(fā)送出去，發(fā)送成功后返回。
    除了像素時(shí)鐘檢測(CKDT)和熱插拔檢測(HPDT)功能外，ANX9030的大部分功能都處于待機(jī)狀態(tài)，軟件需要正確的配置其他寄存器,這些寄存器的詳細(xì)配置可參考 ANX9030的芯片資料。
    ANX9030的異常處理。由于 ANX9030提供了 16個(gè)中斷觸發(fā)源，包括軟件觸發(fā)中斷、檢測到顯示器中斷、接收端上電/斷電檢測中斷、S/PDIF輸入丟包中斷及 CTS變化中斷等，所以源端主控制器需要一個(gè)中斷來管理 ANX9030所發(fā)出的中斷。一般只需要熱拔插檢測、RI_128連接完整性檢測及音頻 FIFO溢出、CTS變化等中斷即可。本設(shè)計(jì)利用 EP9302的中斷引腳 INT0來捕獲 ANX9030引發(fā)的中斷，然后進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理。
4.結(jié)束語
HDMI是針對下一代多媒體影音設(shè)備所開發(fā)的傳輸接口，適用于數(shù)字電視、DVD播放機(jī)、DVD錄放機(jī)、PVR、機(jī)頂盒及其他數(shù)字視聽產(chǎn)品，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于 PC機(jī)及平板顯示器等消費(fèi)類電子產(chǎn)品上。本文詳細(xì)說明了 HDMI接口原理、源接口芯片特點(diǎn)、接口電路設(shè)計(jì)及在 ARM9嵌入式平臺上系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)可用于安防監(jiān)控和高清晰視頻會議等領(lǐng)域。
本文作者創(chuàng)新觀念：把高清多媒體接口 HDMI應(yīng)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，和一般監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有監(jiān)控場景更加清晰和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。