基于USB接口的同步视频输出系统设计方案.docx

PAGE 1 PAGE 1 基于USB接口的同步视频输出系统设计方案 摘要：本文所介绍的同步视频输出系统设计方案，由作为外设的视频输出接口卡和主机上的应用软件两个部分组成，采纳通用串行总线（USB）实现视频图像数据的传输，并依据PAL制电视标准与主机同步视频显示，画面流畅清楚。 在信息技术日新月异的今日，人们对视频图像传输的需求越来越迫切，要求越来越高，而整个图像传输系统的瓶颈在于视频图像的信息量很大，而且传输的过程中简单消失延时、抖动、失真等现象，因此在选择视频图像传输的总线要求速度高，错误率低的特点。目前视频图像实时传输采纳的总线主要有PCI、1394以及USB.三者比较而言，USB 2.0高速传输协议，兼有快速、通用、牢靠、省电、热插拔等优点，比传统基于PCI总线、1394总线的视频输出系统，特殊是在需要利用笔记本电脑等便携设备进行视频输出的场合，具有更强大的通用性和敏捷性。  本文所介绍的同步视频输出系统设计方案，由作为外设的视频输出接口卡和主机上的应用软件两个部分组成，采纳通用串行总线（USB）实现视频图像数据的传输，并依据PAL制电视标准与主机同步视频显示，画面流畅清楚。  1.视频输出接口卡硬件结构和工作原理  1.1 视频输出接口卡的硬件结构  视频输出接口卡的结构框图如图1所示，主要由内置MCU的USB接口芯片、图像存储SRAM、以及D/A图像输出三个部分。各部分的主要功能为：USB接口芯片和主机通信，将主机的视频图像数据根据肯定时序通过USB电缆写入SRAM保存；SRAM芯片负责数字视频信号的存储；D/A图像输出部分将数字视频信号转换成模拟视频信号，根据PAL制式进行输出显示。  1.2 视频图像传输和存储显示  本系统视频图像数据是通过USB电缆传输，USB电缆包含4根电线：Vbus,D+,D-和GND.数据以480M高速信号在D+和D-信号线上差分传输，而收发器在USB接口掌握芯片上，不需要外部电路。  USB接口部分是本系统为重要的通信部分。USB接口掌握芯片采纳的是CYPRESS公司的EZ USB FX2系列CY7C68013芯片。它内部集成带8KB片内RAM的增加型51系列MCU、16位并行地址总线、8/16数据总线、IIC总线、4KB FIFO 存储器以及通用可编程接口GPIF,串行接口引擎SIE和USB收发器，是USB 2.0的完整的解决方案。   串行接口引擎智能SIE通过包排序、信号产生/检测、CRC产生/校验、NRZI数据编码、位填充和包标识产生/解码来处理USB通信协议，并保证传输到USB电缆上的数据字节以LSB开头。它使MCU从繁琐的USB协议中脱身，集中留意力放在掌握数据的输入和输出。  FX2内部集成的高速MCU为增加型8051,功能较传统的8051系列单片机强大，但在代码的编写上兼容，使用便利，且速度是标准8051的3~5倍，工作频率可以软件设置，可为48Mhz,还带有两个串口，三个计数/定时器，八级中断，双数据指针便利数据块搬移。  外设接口有两种接口方式：可编程接口GPIF和Slave FIFO.可编程规律接口GPIF是主控方式，可以由软件设计读写掌握波形，不通过MCU,就可以实现主动对任何8/16位接口的掌握器、存储器和总线进行数据的读写。而且读写的速度可以达到96MB/s,高于USB2.0的传输速度。Slave FIFO是从控方式，外部掌握器（如DSP 和单片机等）可以像对一般的FIFO一样对FX2的多重缓冲读写，工作方式也可选择同步或异步，工作时钟可以选择输入和输出。  另外，它是基于RAM的“软”系统解决方案，不需要ROM或者其他的固化存储器，可以使用片内的程序/数据RAM.固件可以直接通过USB电缆，便利固件的修改和升级。  静态存储器SRAM采纳IDT公司双口异步静态RAM芯片IDT70v09,8位数据线，17根地址线，64M容量。  视频信号输出转换的芯片是DAC0800, 将数字图像信号转换为模拟信号，依据PAL制输出。PAL制视频输出标准为25帧/秒，一帧分奇偶两场，20ms一场，其中场正程为17ms,逆程为3ms.系统中正是利用场同步信号作为同步标准，使USB设备的图像传输和显示全都。  1.3 工作原理  当USB设备次插入到USB接口时，FX2通过USB电缆自动枚举，并固件程序和USB描述符表；接下来，FX2二次枚举，依据的信息定义重新定义USB设备。这两个步骤称为再枚举，设备插入时就马上执行而没有提示。二次枚举以后主机可以通过掌握管道和USB设备通讯，完成USB设备的端点配置等初始化工作，完毕，开头