關鍵詞： AL440B , 視頻回放 , 幀存儲器

AL440B是由AVERLOGIC推出的一款性價比較高的視頻幀存儲芯片，目前市場上FIFO的存儲容量均比較小，包括該公司前幾年推出的具有3M位容量的AL422系列FIFO芯片，也逐漸無法適應目前高分辨率視頻技術的發(fā)展。AL440B沿襲了AL422B的設計思想，從功能、容量、速度上比AL422均有顯著提高。例如：AL440B具有4M位存儲容量，存儲速度可達80MHz，具有用戶可控的讀寫使能，輸入輸出使能及讀寫復位輸入端口，可以通過I2C讀寫其內(nèi)部寄存器控制讀寫初始地址，可以方便進行總線擴展。文章首先介紹AL440B的功能與操作，然后給出一個應用實例。  

芯片簡介☆ 芯片特點

⑴ AL440B的存儲體容量為4M位（512 8bits）。
⑵ 具有8位獨立讀寫端口，可擴展總線。
⑶ 獨立且極性可控的讀寫有效、輸入輸出使能控制端口。
⑷ 異步讀寫時鐘，最高讀寫時鐘80MHz。
⑸ 內(nèi)部DRAM自刷新。
⑹ 支持窗口讀寫操作，I2C讀寫內(nèi)部寄存器。
⑺ 3.3V電源，兼容5V輸入信號。  

☆ 主要管腳功能及操作

IO[7:0]，DO[7:0]：8位數(shù)據(jù)輸入輸出。
RCLK， WCLK：讀寫數(shù)據(jù)時鐘。
WE：寫FIFO使能信號。WE有效，則在WCLK上升沿輸出數(shù)據(jù)，同時內(nèi)部指針自動加1。
IE：輸入使能信號。IE有效時，允許數(shù)據(jù)輸入；IE處于無效態(tài)時，數(shù)據(jù)
輸出端為高阻，此時若WE有效，內(nèi)部指針仍然自動加1。
WRST：寫FIFO復位，寫地址指針指向0。
RE：讀FIFO使能信號。RE有效，則在RCLK上升沿輸出數(shù)據(jù)，同時內(nèi)部指針自動加1。
OE：輸出使能信號。OE有效時，允許數(shù)據(jù)輸出；OE處于無效態(tài)時，數(shù)據(jù)輸出端為高阻，此時若RE有效，內(nèi)部指針仍然自動加1。
RRST：讀FIFO復位，讀地址指針指向0。
ORDY：FIFO輸出準備好標志位，說明FIFO是否已讀空。
IRDY：FIFO輸入準備好標志位，說明FIFO是否已寫滿。
/PLRTY：PLRTY決定了以上8個控制信號的有效極性。/PLRTY置高，以上八個控制信號低有效；/PLRTY置低，以上八個控制信號高有效。
/RESET：復位管腳；復位操作至少要提供200 s負脈沖，系統(tǒng)復位后，各寄存器全部置零。
SDA，SCL：串行總線的數(shù)據(jù)線與時鐘線。
/SDAEN：串行總線使能控制信號。當/SDAEN置低時，SDA與SCL使能，可以讀寫內(nèi)部寄存器；反之SDA處于高阻態(tài)。  
令/PLRTY=VDD，AL440B的讀寫時序如表1、表2所示（/PLRTY=GND的時序略）。
表1：/PLRTY＝VDD時，F(xiàn)IFO的寫時序(略)
表2：/PLRTY＝VDD時，F(xiàn)IFO的讀時序(略)  
注意：寫地址必須先于讀地址192個周期，否則讀到的為上一幀的數(shù)據(jù)。  

☆ 寄存器操作與窗口編程

AL440B內(nèi)部18個可讀寫寄存器主要提供窗口讀寫功能操作，通過串行總線配置。讀寫命令格式如下：
寫：開始－>寫從地址－>應答－>寄存器地址－>應答－>數(shù)據(jù)－>應答－>結束；
讀：開始－>讀從地址－>應答－>寄存器地址－>應答－>開始－>讀從地址－>應答－>數(shù)據(jù)－>非應答－>結束；

寄存器定義與配置如下：
WSTART_L（H）：窗口寫起始地址低位（高位），范圍在0－8191存儲區(qū)。
WXSIZE_L（H）：定義窗口寫水平方向寬度，范圍在0－1023存儲區(qū)。
WSTRIDE_L（H）：定義窗口寫水平方向最大寬度；范圍在 4096－+4096存儲區(qū)，當為負值時表示FIFO工作在Y-MIRROR模式，WSTRIDE應大于等于WXSIZE。
WYSIZE_L（H）：定義窗口寫垂直方向高度，保留且為0。
RSTART_L（H）：窗口讀起始地址低位（高位），范圍在0 8191存儲區(qū)。
RXSIZE_L（H）：范圍在0－1023存儲區(qū)。
RSTRIDE_L（H）：范圍在0－+4096存儲區(qū)。
RYSIZE_L（H）：定義窗口讀垂直方向高度，范圍在0－65535。
WWCTRL：寫窗口功能模式選擇，其中No X-mirror No Y-mirror表示按照存儲區(qū)由左至右、由上到下寫入，X-mirror模式表示由右至左、由上到下寫入，X-mirror Y-mirror模式表示由右至左、由下到上寫入。
RWCTRL：讀窗口功能選擇。

AL440B的窗口操作將存儲空間分為XY兩個方向，讀寫方向、讀寫數(shù)據(jù)量都可以不同，這使得例如畫中畫、工控領域窗口顯示、圖像截取等應用設計變得十分簡單。  

AL440B的典型應用

視頻幀存儲器可以用在掃描轉換、NTSC/PAL、SVGA、XGA視頻捕獲系統(tǒng)、時基校正、畫中畫視頻顯示、幀同步器、通信緩沖等。此外，AL440B還可應用于視頻采集系統(tǒng)，視頻分割系統(tǒng)等等應用中。  

應用實例

在高分辨（或低分辨率）率高幀頻（或低幀頻）數(shù)字視頻到標準PAL制轉換的回放顯示系統(tǒng)中，AL440B可以做高速視頻緩沖器或視頻格式轉換器使用。  

前端輸入為16位并行YUV格式數(shù)字圖像，分辨率為800 600，幀頻80幀/s，數(shù)據(jù)時鐘為54Hz。數(shù)字圖像到標準PAL制模擬視頻的轉換用專用視頻編碼器（CX25871）實現(xiàn)。

專用編碼芯片對輸入數(shù)據(jù)的時序與格式有一定的要求，例如輸入幀頻要固定為50幀/s，分辨率有最高最低限度，數(shù)據(jù)時鐘根據(jù)不同的輸出要求也各異，對于幀頻較高的輸入要進行抽幀，反之要進行插幀或幀重復讀??；分辨率高于最高限度的要進行行抽取與象素抽取，反之要進行行插入與象素插入；輸入輸出時鐘頻率也要進行相應的匹配。

整個邏輯可以由CPLD配合兩組AL440B實現(xiàn)。其中AL440B用做掃描轉換器與數(shù)據(jù)緩沖器，CPLD提供對FIFO單元的相關控制邏輯與時序邏輯。其基本設計思想為：

當輸入幀頻高于50幀/s時，抽取50幀，當輸入幀頻低于50幀/s時，采取對某些幀重復讀取的辦法；設計時要考慮所抽取的幀（或重讀的幀）要在時間軸上均勻散開，保證恢復圖像的連續(xù)性；保證讀FIFO單元1（以下簡稱F1）時才允許寫FIFO單元2(以下簡稱F2)，如果寫FIFO2先于讀F1結束，那么讀完F1后直接讀取F2，如果F1讀完F2還沒有寫完則多次重復讀取FIFO1，直到寫F2結束為止，注意，在連續(xù)讀取F1的過程中只允許寫一遍F2；F2寫完則允許開始讀取F2，讀F2的過程中寫F1，過程與上類似。每次讀寫FIFO之前都要給出FIFO的復位信號，將讀寫起始地址置零，以保證每次FIFO中存放的為完整的一幀圖像。
  
其中WRST1、WRST2、RRST1、RRST2分別為兩個FIFO單元的幀讀寫復位信號，WRITE1、WRITE2、READ1、READ2分別為兩個FIFO單元的輸入輸出使能信號。輸入輸出使能信號必須與輸入數(shù)據(jù)行有效信號H_ACTIVE、消隱信號BLANK相與后的輸出才可作為FIFO的讀寫使能信號。

該邏輯可以實現(xiàn)從幾幀/s到上千幀/s圖像到50幀/s圖像的格式轉換，同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)輸出輸入兩端低速到高速或高速到低速數(shù)據(jù)時鐘的匹配。

由于輸入為16位YUV4:2:2格式圖像，每一組FIFO由兩片AL440B并連。其中FIFO1接收Y7-Y0，F(xiàn)IFO2高四位接收U3-U0，低四位接收V4-V0。

結語

文章介紹了視頻幀存儲器AL440B的特點及功能，并給出一個已經(jīng)實現(xiàn)的應用實例。AL440B與AL422相比具有更大的容量，更高的讀寫速率，可以支持DTV（HDTV）視頻緩沖，可以支持1024 768分辨率75幀/s（XGA模式）非標視頻信號的掃描轉換（AL422僅能支持VGA模式）。隨著視頻顯示技術、視頻存儲技術不斷向著高分辨率、高幀頻、高速度的方向發(fā)展，高速大容量視頻幀存儲器將具有更為廣泛的應用前景。