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多媒體PCI控制器ZR36067及其在MJPEG系統(tǒng)中的應用
摘要：ZR36067是ZORAN公司推出的一款多媒體PCI總線控制器。文中詳細介紹了ZR36076的特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能。給出了ZR36067在運動JPEG系統(tǒng)中的一個應用實例，詳細介紹了該系統(tǒng)的工作原理，最后給出了ZR36067與ZR36060的視頻接口連接方法。關鍵詞：多媒體控制器 PCI總線 運動JPEG ZR36067
1 概述
作為PCI適配器，ZR36067是專為PCI系統(tǒng)上的多媒體應用而設計的。它支持系統(tǒng)內(nèi)存與JPEG、MPEG處理器之間的高速率代碼（壓縮數(shù)據(jù)流）傳輸。同時，ZR36067還可捕捉數(shù)字視頻（如解壓縮的MJPEG、MPEG或視頻解碼器輸出），并可在圖形顯示內(nèi)存中產(chǎn)生縮放視頻窗口。因此，利用ZR36067可通過軟件控制眾多的非PCI多媒體設備。具體如下：
（1）Motion JPEG編碼/解碼器 - ZR36050+ ZR36016，ZR36060；
（2）音頻編碼/解碼器；
（3）MPEG和DVD解碼器ZR36110以及ZR36700；
（4）I2C設備，如視頻解碼器、視頻編碼器等；
作為總線主控器件，通過ZR36067可將數(shù)據(jù)（如JPEG壓縮數(shù)據(jù)）寫入系統(tǒng)內(nèi)存或從內(nèi)存讀出數(shù)據(jù)，并將數(shù)字視頻像素寫入圖形顯示內(nèi)存中。而作為總線目標，ZR36067可將主機存取映射到微控制器的8bit輔助總線（Guest Bus）。
ZR36067有一個特殊的“靜態(tài)傳輸”口，主程序可通過它在系統(tǒng)內(nèi)存和視頻總線之間讀寫數(shù)字化視頻信息（RGB像素）。該通道使得高速傳輸?shù)撵o態(tài)圖像能夠通過JPEG芯片組壓縮或解壓縮。
ZR36067多媒體控制器主要用于高質(zhì)量視/音頻捕捉/回放和PCI系統(tǒng)編輯板、使用輔助PCI總線的多媒體/圖形子系統(tǒng)、帶多媒體功能的PCI主板以及PowerPC和Macintosh PCI系統(tǒng)的JPEG/MPEG1解決方案等。
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ZR36067的主要功能特點如下：
●具有與PCI總線的無縫接口（兼容PCI2.1）；
●具有與JPEG解碼器（ZR36060，ZR36050+ ZR36016）、MPEG1和DVD解碼器（ZR36110，ZR36700）、視頻解碼器、視頻編碼之間的最小接口；
●可實現(xiàn)壓縮數(shù)據(jù)的雙向DMA傳輸，速率接近11Mbytes/s；
●可進行視頻和掩碼信息的DMA傳輸；
●支持快速靜態(tài)圖像的壓縮和解壓縮；
●具有在片像素精確掩碼功能；
●YUV-RGB轉(zhuǎn)換器，可通過錯誤擴散降低量化噪聲；
●具有15/16bit、24 bit（壓縮和非壓縮）RGB像素格式和YUV-4：2：2視頻輸出；
●硬件支持非連續(xù)JPEG代碼緩沖器；
●在視頻和代碼傳輸中，具有最大總線執(zhí)行時間的故障恢復功能；
●可選擇仿真隔行掃描視頻顯示方式和單場顯示方式；
●可用硬件支持簡單、高效的幀抓取；
●帶有I2C總線接口；
●支持即插即用；
●采用208腳PQFP封裝；
●支持子系統(tǒng)ID和子系統(tǒng)銷售商ID。
●可將YUV4：2：2數(shù)字視頻輸入轉(zhuǎn)化為YUV4：2：2、RGB5-6-5、RGB5-5-5或RGB8-8-8（壓縮或非壓縮）等像素格式；
另外，ZR36067也支持CCIR601數(shù)字視頻或方像素格式（符合NTSC或符合NTSC或PAL視頻標準）以及其它的非標準輸入。
2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
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ZR36067內(nèi)部包括兩路主數(shù)據(jù)通道（視頻通道和代碼通道）。通過PCI DMA突發(fā)方式輸入的視頻信息通常沿視頻通道進行處理并傳輸?shù)綀D形顯示內(nèi)存之中。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
ZR36067的視頻前端在一個可編程有效場窗口中采樣視頻總線，該窗口由視頻同步信號來定義�？蛇x的垂直、水平平滑縮放使其能夠支持可變圖像尺寸和可變PCI視頻數(shù)據(jù)率�？s放后的視頻流可被轉(zhuǎn)換為不同的RGB格式。轉(zhuǎn)換后的像素在壓縮后可存儲在256字節(jié)視頻FIFO（64個32位雙字）中。存儲的視頻像素可從視頻FIFO中讀出并傳送到圖形顯示內(nèi)存。
雙向代碼通道的數(shù)據(jù)流向取決于操作模式。代碼流（MPEG或JPEG）利用PCI DMA突發(fā)方式在系統(tǒng)內(nèi)存和ZR36067的內(nèi)部代碼FIFO中傳輸。ZR36067控制著這兩個方向上的傳輸和尋址。代碼FIFO的大小為640字節(jié)（160個雙字）。
在JPEG壓縮模式下，ZR36067通過編碼/解碼器前端填充代碼FIFO，并將代碼從FIFO中逐場傳送到系統(tǒng)內(nèi)存中；在JPEG解壓縮模式，代碼流流向相反的方向，即從系統(tǒng)內(nèi)存到ZR36067的代碼FIFO，此時編碼/解碼器前端可將代碼FIFO內(nèi)容逐字節(jié)讀到代碼總線上；在MPEG回放模式，代碼流將從系統(tǒng)內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)絑R36067的代碼FIFO。代碼字節(jié)從代碼FIFO讀出到輔助總線上；當ZR36067仲裁PCI總線上每一個進程的請求時，ZR36067的視頻和代碼通道可同時操作。
除了管理視頻和代碼通道，ZR36067還可在主CPU和周邊設備（作為輔助設備）之間建立連接。實際上，采用專用的握手機制（“郵局”機制），也可將ZR36067內(nèi)部寄存器的主通路的主通路映射到輔助總線上，以獲得對輔助設備的間接讀寫操作。
通過ZR36067的專用“靜態(tài)傳輸”口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在PCI接口和視頻前端之間的傳輸。主程序也可應用特殊握手協(xié)議將數(shù)字化視頻（RGB像素）從系統(tǒng)內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)揭曨l總線，反之亦然。此外，通過JPEG編碼/解碼器，該通道還可以對高速靜態(tài)視頻圖像進行壓縮和解壓縮。
3 引腳說明
ZR36067采用208腳PQFP封裝，這208個引腳可分為以下幾類：
（1）PCI接口（48腳）；
AD[31：0]：輸入/輸出，地址/數(shù)據(jù)復用引腳；
C/BE[3:0]：輸入/輸出，總線命令/字節(jié)允許；
PAR：輸入/輸出，AD[31：0]和C/BE[3:0]的奇偶校驗位：
FRAME：輸入/輸出，PCI周期幀；
TRDY：輸入/輸出，PCI目標準備好信號；
IRDY：輸入/輸出，PCI主控準備好信號；
STOP：輸入/輸出，停止信號，用于表明目標要求當前總線主控停止當前傳送；
DEVSEL：輸入/輸出，PCI設備選擇信號，表明目標已對其地址進行了解碼；
IDSEL：輸入，PCI初始化設備選擇信號，在ZR36067配置空間中用于片選；
REQ：輸出，PCI申請信號；
GNT：輸入，PCI允許信號；
PCICLK：輸入，PCI時鐘信號；
PCIRST：輸入，PCI復位信號。低電平有效時，所有ZR36067的輸出引腳均為三態(tài)。ZR36067一般在PCI時鐘的上升沿進入上電復位狀態(tài)，其最低有效低持續(xù)時間為3個PCI時鐘。
INTA：輸出，PCI中斷信號。
（2）數(shù)字視頻總線接口（32腳）
Y[7：0]/R[7:0]：輸入/輸出，亮度/紅色視頻線。也用于對子系統(tǒng)銷售商ID的低字節(jié)編程。
UV[7：0]/G[7:0]：輸入/輸出，色度/綠色視頻線。也用于對子系統(tǒng)ID的低字節(jié)編程。
B[7：0]：輸入/輸出，藍色視頻線；
VCLKx2：輸入，二倍頻視頻總線時鐘；
VCLK：輸入，數(shù)字視頻總線時鐘。用作VCLKx2的量化器時，必須與VCLKx2同步；
HSYNC：輸入/輸出，數(shù)字視頻總線水平同步；
VSYNC：輸入/輸出，數(shù)字視頻總線垂直同步；
FI：輸入，數(shù)字視頻場計數(shù)器（頂/底）；
PXEN：輸出，ZR36016的像素使能輸出，低有效；
RTBSY：輸入，ZR36016的帶狀內(nèi)存溢出/下溢信號，低有效；
START：輸出，ZR36016的開始處理輸出，高有效。
（3）輔助總線接口（25腳）
GCS[7:0]：輸出，輔助總線設備的片選輸出，低有效；
GADR[2:0]：輸出，輔助總線設備的地址輸出；
GDAT[7:0]：輸出，輔助數(shù)據(jù)總線，也可用于子系統(tǒng)銷售商ID的高字節(jié)編程；
GRD：輸出，輔助總線設備的讀輸出，低有效；
GWR：輸出，輔助總線設備的寫輸出，低有效；
GRDY：輸入，輔助設備準備好信號，高有效；
GWS：輸入，輔助設備等待狀態(tài)信號；
GIRQ[1:0]：輸入，正上升沿中斷請求輸入，通常來自一到兩個輔助設備總線。
（4）編碼/解碼器總線接口（11腳）
CODE[7:0]：輸入/輸出，連接ZR36050的代碼總線；
CEND：輸入，來自ZR36050的場處理結(jié)束信號，低有效；
CBUSY：輸出，ZR36050的FIFO代碼忙信號。
（5）I2C總線接口(2腳)
SDA：輸入/輸出，I2C總線數(shù)據(jù)端口；
SCL：I2C總線時鐘線。
（6）通用可編程輸入/輸出(8腳)
GPIO[7:0]：通用輸入/輸出引腳。
（7）測試引腳（2腳）
ENID：輸入，用于IDD測試。正常操作時必須接地；
TEST：輸入，測試引腳，僅用于測試模式。正常操作時必須接地。
（8）電源和地
GND：接地；
VDD：正電源（5V）
4 正Motion JPEG系統(tǒng)中的應用
圖2是Motion JPEG附加設備板的一個應用實例，該系統(tǒng)使用ZR36067和ZR36060進行接口。其中ZR36067支持4個基本的JPEG操作模式，即：運動視頻壓縮、運動視頻解壓縮、靜止圖像壓縮、靜止圖像解壓縮�，F(xiàn)就這四種操作模式的實際處理過程進行分析。
4.1 運動視頻壓縮
當YUV4：2：2視頻信號和視頻同步信號輸入到ZR36060的視頻輸入口時，它同時也將這些信號傳輸?shù)搅薢R36067視頻前端和視頻解碼器（用于TV監(jiān)視器上顯示輸出），此后，ZR36067將有選擇地進行視頻壓縮，并將視頻信號轉(zhuǎn)換為RGB信號，然后利用DMA方式傳送給主PC顯存。與此同時，ZR36060也在執(zhí)行JPEG壓縮，并將JPEG代碼流傳輸給ZR36067編碼/解碼器前端，然后再由ZR36067通過DMA方式將壓縮視頻場信號傳輸給主機所分配的系統(tǒng)內(nèi)存緩沖區(qū)。
4.2 運動視頻解壓縮
在運動視頻解壓縮中，ZR36067利用DMA方式并通過ZR36067編碼/解碼器前端將代碼流從系統(tǒng)內(nèi)存?zhèn)魉偷絑R36060中。ZR36060對JPEG代碼進行解壓并將視頻信號傳送給視頻編碼器以在TV監(jiān)視器上顯示。同壓縮模式一樣，ZR36060將視頻信息輸出到ZR36067視頻前端進行處理時，該信息也同時利用DMA方式傳送到PC顯存中。
4.3 靜止圖像壓縮
在靜止圖像壓縮模式中，主機將通過PCI總線向ZR36067逐像素寫入圖像位圖信息。然后由ZR36067把這些像素通過自己的視頻總線口傳到ZR36060的視頻輸入口。該模式中，ZR36067可產(chǎn)生并驅(qū)動ZR36060所需的視頻同步信號。當8條視頻線全滿后，ZR36060開始執(zhí)行光柵-網(wǎng)格操作并壓縮數(shù)據(jù)，同時將代碼流傳送到ZR36067。同運動視頻壓縮一樣，利用DMA方式也可將代碼流傳送到主機內(nèi)存中。
4.4 靜止圖像解壓縮
靜止圖像解壓縮模式下的操作同運動視頻解壓縮一樣，也是由ZR36067利用DMA方式從系統(tǒng)內(nèi)存中取出代碼流，并用ZR36060從ZR36067中讀取壓縮數(shù)據(jù)，同時在解碼后將解壓縮視頻信息送到ZR36067的視頻口。最后由程序從這里逐像素讀出視頻信息送給系統(tǒng)內(nèi)存。
應用中需要注意的是，靜止圖像解壓縮也可通過下面方式來實現(xiàn)：即在運動視頻解壓縮模式下配置ZR36067，然后將解壓縮視頻信息傳送到系統(tǒng)內(nèi)存中一連續(xù)的緩沖區(qū)。由于該方法較靜止圖像解壓縮模式有更快的速度，所以常被采用。
5 與ZR36060的視頻接口連接
圖3給出了ZR36067與ZR36060的視頻接口連接圖。對于該電路的四種JPEG操作模式，設計時應注意以下問題：在運動視頻壓縮中，輸入ZR36067和ZR36060的YUV視頻和同步信號均來自外部視頻源，如SAA7110/7111；在運動解壓縮中，同步信號可由ZR36067（在同步主控模式下）或與視頻源相連的同步器來產(chǎn)生。此時，壓縮的視頻信息從ZR36060視頻總線傳輸?shù)腪R36067的視頻口，其外部視頻源的視頻總線和同步信號也必須浮空；在靜止圖像壓縮模式中，由于視頻信號和同步信號來自ZR36067，因而圖2中視頻解碼器的視頻總線和同步信號也必須強制浮空；而在靜止圖像解壓縮中，同步信號來自ZR36067，因此，壓縮的視頻信息可從ZR36060傳送到ZR36067視頻口。在該操作模式下，外部視頻源的視頻總線和同步信號也必須浮空。
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