作者：天津大學(xué)教育部光電信息技術(shù)科學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室（300072） 王金剛 江潔 李偉 郁道銀來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

視頻窗口控制器設(shè)計(jì)

摘 要： 在描述了多媒體窗口控制器的基礎(chǔ)上，介紹了用fpga實(shí)現(xiàn)的電子內(nèi)窺鏡中窗口控制器的設(shè)計(jì)原理及電路。該方法可靈活改變?cè)O(shè)置，廣泛用于多媒體硬件電路的設(shè)計(jì)之中。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字視頻 多媒體 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（fpga） 窗口控制器 電力內(nèi)窺鏡控制

在多媒體技術(shù)中，數(shù)字視頻處理器的核心部件是視頻窗口控制器。由它來實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻信號(hào)的采集、存儲(chǔ)及顯示模式的管理，并且可與計(jì)算機(jī)接口相聯(lián)接，可以由計(jì)算機(jī)靈活設(shè)置其采集方式、存儲(chǔ)方式、顯示模式等實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的顯示，與計(jì)算機(jī)文本及圖形的疊加等。

本文設(shè)計(jì)的窗口控制器是在深入剖析了當(dāng)前較高性能的窗口控制器性能的基礎(chǔ)上，采用fpga硬件來實(shí)現(xiàn)電子內(nèi)窺鏡中的窗口控制器設(shè)計(jì)原理及電路。采用該項(xiàng)技術(shù)，可以大大克服原來硬件規(guī)模大、調(diào)試復(fù)雜的缺點(diǎn)，而獲得了實(shí)現(xiàn)周期短、更改設(shè)計(jì)靈活、調(diào)試方便、可靠性高的特點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)也可以移植到其它多媒體領(lǐng)域。為了更清楚說明其工作原理，本文首先介紹硬件實(shí)現(xiàn)視頻窗口控制器的工作原理，其次介紹電子內(nèi)窺鏡中的窗口控制器原理及電路。

１ 窗口控制器原理

在現(xiàn)代多媒體設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)圖像及文本信號(hào)都是以數(shù)字信號(hào)的方式傳送及處理的，因此數(shù)字視頻信號(hào)處理電路占有十分重要的位置。當(dāng)前較流行的多媒體卡中的視頻處理的典型產(chǎn)品是82c9001a (pc視窗控制器)其工作原理簡要介紹如下。

采用視頻窗口控制器的pc視頻系統(tǒng)由視頻數(shù)字量化、視頻存儲(chǔ)器、視頻d/a轉(zhuǎn)換、模擬混合電路及pc視頻窗口控制器構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖１所示。從框圖中可以清楚看出，窗口控制器是pc視頻系統(tǒng)的核心部分。它是由82c9001a大規(guī)模集成電路單片實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)工作時(shí)，是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線接口向窗口控制器中設(shè)置其工作方式，如開機(jī)不重新設(shè)置，則以以前設(shè)置狀態(tài)運(yùn)行。視頻源信號(hào)是ntsc，pal及secam等多種形式中的一種，彩色電視信號(hào)輸入，經(jīng)視頻量化器量化后進(jìn)入窗口控制器，窗口控制器將數(shù)字視頻信號(hào)以4:1:1和4:2:2及16bits rgb數(shù)字模式存儲(chǔ)，也可以2:1:1 yuv模式存儲(chǔ)。輸入信號(hào)可以是隔行或是逐行的視頻信號(hào)，輸出信號(hào)也可以是隔行或是逐行的模式。輸出信號(hào)可以2、4和8倍放大。

計(jì)算機(jī)顯示卡上的vga的特征接頭和窗口控制器相連，提供vga的特征信號(hào)（包括垂直同步、水平同步的時(shí)鐘及數(shù)據(jù)等）。計(jì)算機(jī)顯示接頭和模擬混合器連接，實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)與計(jì)算機(jī)信號(hào)的疊加。窗口控制器的工作是由窗口控制器內(nèi)的50個(gè)控制寄存器的內(nèi)容，提供這些寄存器的主要三大類任務(wù)：計(jì)算機(jī)接口控制，視頻捕獲控制，顯示窗控制等。

窗口控制器捕獲的數(shù)字信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)后讀出，該組存儲(chǔ)器采用vram（雙端口視頻存儲(chǔ)器）可以同時(shí)在兩個(gè)口上分別做讀寫操作，互不影響。存儲(chǔ)器讀出的信號(hào)經(jīng)d/a電路轉(zhuǎn)換后輸入給模擬混合電路和計(jì)算機(jī)vga信號(hào)疊加。

２ 電子內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)

我們?cè)谡J(rèn)真研究了pc視頻系統(tǒng)的原理和功能后，采用fpga實(shí)現(xiàn)了電子內(nèi)窺鏡的控制系統(tǒng)，其基本性能與pc視頻系統(tǒng)有相似之處，現(xiàn)介紹如下。

2.1 電子內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)原理

電子內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)如圖２所示。

該系統(tǒng)由面陣ccd光電傳感器、a/d轉(zhuǎn)換、fifo（先進(jìn)先出緩存）、vram（視頻雙端口存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器組、視頻d/a轉(zhuǎn)換、彩色編碼、時(shí)鐘及窗口控制器組成。

該系統(tǒng)工作原理如下：ccd輸出信號(hào)經(jīng)a/d量化為數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)fifo（先入先出緩存）緩存，輸入到窗口控制器中，窗口控制器根據(jù)輸入的信號(hào)經(jīng)過處理后，依次存儲(chǔ)到vram組成的r、g、b三頁存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器中的視頻信號(hào)同時(shí)輸出經(jīng)三路d/a轉(zhuǎn)換后，經(jīng)編碼器實(shí)現(xiàn)pal制彩色視頻信號(hào)。

系統(tǒng)時(shí)鐘部分提供給系統(tǒng)形成pal制信號(hào)所需的點(diǎn)象素時(shí)鐘、所有同步信號(hào)（包括垂直同步、水平同步、提供給彩色編碼電路的色同步信