电视图像处理仿真系统在PCI总线上的实现

　　随着电子技术和电视技术的发展，电视机由黑白电视机发展到模拟彩色电视机，现在已发展到数字彩色电视机。电视机有许多种分类方式，如按所处理的信号，可分为模拟电视机和数字电视机； 按组成元件，可分为集成电路电视机和晶体管电视机。随着集成电路技术的迅速发展，集成电路电视机由 中规模集成电路、大规模集成电路发展到现在的超大规模集成电路电视机。现在已有了许多单片化电视机 及图像处理的集成芯片，本节主要介绍单片化彩色电视机及图像处理的集成电路。

　　集成电路彩色电视机按制式可分为：NTSC制、PAL制和SECAM制等。我国采用PAL制式，标准的PAL制式彩 色电视机也称为PAL-D彩色电视机。典型的PAL－D彩色电视机电路主要由公共通道、伴音通道、解码电路 、图像重显电路、控制电路和电源电路等部分组成。

　　能否实时采集和实时处理电视图像信号是设计仿真系统的关键问题。本系统使用微型计算机仿真电视图像处理系统来对图像进行处理，使用PCI插卡电路，实现图像数据采集数据的实时采集和发送。PCI总线的发展，打破了传统微型计算机数据传送的瓶颈，传统微型计算机总线的最大缺点是传输速率太低，不能实现图像数据的实时传输，PCI总线作为一种同步，且独立于处理器的32位局部总线，其最高工作频率为33 MHz，数据传输峰值吞吐率可达132Mb／s。因而用PCI总线传送1场（256×256×32位数据）信号的时间不大于20 ms。由于电视信号存在空间和时间上的冗余，在仿真系统中，利用PCI总线将数据图像信息直接传输到系统内存中，对数据进行实时传输、存储和处理是可能的。

　　1 系统的结构与功能

　　由于采用了微型计算机作为数据处理系统，因而可使硬件电路设计的工作量大大降低，仿真系统仅需要设计一PCI插卡，就可实现图像数据的适时采集和处理。系统的原理框图如图1所示。

　　采用PCI总线视频处理卡对图像进行预处理和视频A／D转换，再通过PCI总线将数字图像信息写入计算机系统内存。

　　2 PCI总线视频信号处理卡

　　PCI总线视频处理卡由模拟视频信号处理、视频信号A／D转换、PCI总线数据采集和信号传输等部分组成。

　　2.1 视频处理和视频A／D转换

　　视频信号经过电缆传输后有一定的衰减并且迭加上噪声信号，对A／D转换前的原始视频信号进行放大和滤波处理，可以有效增强视频信息，降低噪声干扰。视频A／D转换芯片可供选择的种类比较多。

　　2.2 PCI总线数据采集和信号传输

　　PCI是Peripheral Component Interconnect（外设部件互连标准）的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型，在目前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有2～3个PCI插槽，可见其应用的广泛性。其中包括数据／地址复用总线、接口控制线、仲裁、总线命令、系统线等。在设计中，可采用以下两种方案实现PCI总线的接口设计：

　　2.2.1 采用可编程逻辑器件实现PCI接口设计

　　几乎所有的可编程逻辑器件厂商均有用于微型计算机接口的典型的PLD产品，利用模块可编程逻辑器件可以实现简单的PCI总线接口设计，由于可编程逻辑器件自身的特点，设计人员实现PCI接口设计时有更多的思维想象空间。

　　在设计中仍存在以下需要关注的问题：

　　（1）PCI具有顺从性的特点，几乎所有包含高性能数据和控制路径中的逻辑都需要1个PCI系统时间的拷贝，这与PCI苛刻的负载要求相矛盾。另外，在完成某些功能如数据突发传送时，往往需要很多时钟负载，而时钟上升沿到输出有效时间必须小于11 ns，这进一步加重时钟扇出问题。

　　（2）PCI规范对传输数据的7 ns建立时间要求苛刻，有时在设计中要使用模拟延迟来解决。

　　（3）任何完善的PCI接口器件都必须提供PCI配置空间，实现PCI规定功能需要完成逻辑校验、地址译码、实现配置所需的各类寄存器等基本要求，选用的可编程器件对其逻辑门的容量有较大的要求。

　　2.2.2 选用PCI总线控制器专用芯片

　　采用专用芯片放置在插卡电路与PCI总线之间，提供传递数据和控制信号。如PLX公司开发的PLX9080和PLX9054系列芯片，AMCC公司的S59xx系列等。AMCC公司的S5933是一种功能强、使用灵活的PCI总线控制器接口芯片，采用160PQFP和208TQFP 两种封装形式，符合PCI局部总线规范，也可作为PCI总线主控设备（Master）访问其他总线设备。原理框图如图2所示。

S5933提供了3种物理总线接口：PCI总线接口、ADD-ON总线接口及外部配置存储器（BIOS-ROM）接口，数据传输可以在PCI总线与 ADD-ON总线之间或与外部配置存储器之间进行。P