基于視頻切換芯片AD8112的視頻矩陣切換裝置

摘要：采用NXP公司基于ARM7的微控制器LPC2378與ADI公司的視頻矩陣切換芯片AD8112，設計了一種視頻矩陣切換裝置；在μC／OS-II嵌入式操作系統的支持下，實現了具有以太網接口的64路視頻輸入、8路視頻輸出的視頻矩陣。
關鍵詞：LPC22378；AD8112；視頻矩陣；以太網

引言
視頻監控系統發展了短短二十幾年的時間，從最早的模擬監控到前些年火熱的數字監控，再到現在的網絡視頻監控，發生了翻天覆地的變化。視頻監控系統在港口、工廠、銀行、機場、交通等方面得到了越來越廣泛的應用。在大型監控系統中，由于監控點眾多，需要監控的視頻圖像也很多，因此需要使用大量的攝像機。監控中心的監視器與現場攝像機的數量比一般為1：5～1：10，故視頻矩陣切換設備在整個監控系統中具有十分重要的作用。
目前，國內使用的視頻矩陣切換系統一般規模較小，并且大多數通過RS232串口連接的鍵盤來控制視頻矩陣的切換，實施遠程操控很繁瑣。本文采用NXP公司基于ARM7的微控制器LPC2378與ADI公司的視頻矩陣切換芯片AD8112構成了視頻矩陣切換裝置，實現了具有以太網接口的64路視頻輸入、8路視頻輸出的視頻矩陣。
監控中心可以通過網絡傳輸的方式將視頻切換控制命令和云臺操作控制命令發送給LPC2378，再由LPC2378根據協議處理上位機發來的命令數據，控制視頻矩陣和攝像機云臺。這樣，操作人員可以使用可視化的上位機，通過以太網對視頻進行切換。在上位應用軟件的支持下，該系統具有自動、循環切換視頻的功能，并且可以通過網絡通信的方式，在遠端對各攝像機的云臺實施操作。

1 LPC2378的特性
LPC2378包含了10／10OM Ethernet MAC、USB 2．0全速接口、4個UART、2路CAN通道、1個SPI接口、2個同步串行端口(SSP)、3個I2C接口、1個I2S接口、MiniBus、4個通用定時器、10位A／D轉換器、RTC、看門狗和104個通用I／0引腳。LPC32378的特性如下：
①ARM7TDMI-S處理器，可在高達72 MHz的工作頻率下運行。
②高達512 KB的片內Flash程序存儲器，具有在系統編程(ISP)和在應用編程(IAP)功能。單個Flash扇區或整個芯片擦除的時間為400 ms，256字節編程的時間為1 ms。Flash程序存儲器在ARM局部總線上，可以進行高性能的CPU訪問。
③ARM局部總線上有高達32 KB的SRAM，可以進行高性能的CPU訪問。
④以太網接口的16 KB靜態RAM，也可用作通用SRAM。
⑤USB接口的8 KB靜態RAM，也可用作通用SRAM。
⑥2個AHB系統，可以同步進行Ethernet DMA、USB DMA以及從片內Flash執行程序的操作，這些功能不會產生競爭。總線橋允許Ethernet DMA訪問其他AHB子系統。
⑦外部存儲控制器支持諸如Flash和SRAM的靜態設備，8位數據／16位地址并行的總線僅可在LPC2378中使用。
⑧先進的向量中斷控制器，支持多達32個向量中斷。
⑨通用AHB DMA控制器(GPDMA)能夠與SSP串行接口、I2S端口和SD／MMC卡端口共用，也可用于存儲器到存儲器的傳輸。
LPC2378內部集成的Ethernet控制器使用RMII接口與外圍電路PHY芯片(例如DM9161A)進行通信，從而易于實現以太網通信功能。

2 AD8112的功能特點
AD8112是ADI公司的16路輸入、8路輸出的視頻矩陣切換芯片，所有的輸入和輸出都具有緩存。AD8112具有由128個獨立的電子開關構成的開關矩陣，可以實現16路視頻輸入、8路視頻輸出。該矩陣切換是100％非阻塞的，通過串行或并行編程方式寫入控制系列字，可以使能任意一路輸入和任意一路輸出連接，每一個輸出可以和16擬輸入信號中的任意一路連接。AD8112功能結構框圖如圖1所示。

AD8112的輸出端設有高速放大器，放大器的補償是自動地優化到每一個增益選擇的最大帶寬。每一個輸出可以由控制系列字的第5位控制使能。當被禁止時，輸出引腳可以視為一個4 kΩ的電阻，并且允許將多個禁用的輸出引腳連接在一起。當上電或者異步復位時，所有的輸出引腳將被初始化成禁止狀態，避免在大規模視頻矩陣中的輸出發生沖突。