基于FPGA的數(shù)字視頻接口轉換器設計
0 引言
隨著數(shù)字視頻傳輸技術的高速發(fā)展,DVI、Camera Link等數(shù)字視頻傳輸接口在商業(yè)PC、數(shù)字電視及工業(yè)相機等領域得到了愈來愈廣泛的應用。
不同接口的視頻信號在編解碼技術及數(shù)據(jù)同步等層面具有不同的格式,不能直接兼容,因此可知,視頻接口的轉換本質在于對不同視頻格式的信號進行處理與轉換。然而,視頻信號的高帶寬、高頻率及大數(shù)據(jù)吞吐量等特點給視頻處理系統(tǒng)的性能提出了極大的挑戰(zhàn),如何保證視頻處理的實時性,成為設計者必須首先解決的問題。
高性能FPGA具有片內存儲器資源豐富,可編程硬件邏輯塊數(shù)量多,靈活性高,并行處理能力強等特性,使得設計者在信號處理任務上更具選擇性和創(chuàng)造性,無疑成為大帶寬數(shù)字視頻信號處理的理想選擇。本文針對某型仿真測試設備中視頻接口轉換的實際需求,研究了基于Altera公司CycloneⅢ 型FPGA的DVI接口視頻信號(1024×768@60Hz)到CameraLink接口視頻信號(1024×768@29.18Hz或320×256@50Hz)的轉換方法。
1 數(shù)字視頻接口基本原理
1.1 DVI接口標準
DVI標準是數(shù)字顯示工作組DDWG提出的新一代高性能數(shù)字視頻顯示接口技術。DVI接口采用類似于LVDS的最小變換差分信號TMDS技術進行高速信號傳輸,分為單鏈接和雙鏈接兩種方式。單鏈接DVI-D接口包含3路TMDS信號通道,1路TMDS時鐘通道。TMDS編碼技術將基色(R、G、B)信號以及同步信號編碼為串行的10位碼元,并經(jīng)過數(shù)據(jù)直流平衡,使像素數(shù)據(jù)與同步控制數(shù)據(jù)在同一對TMDS信號通道中分時傳輸。DVI接收器通過判斷數(shù)據(jù)使能信號DE的狀態(tài)來區(qū)分像素與同步數(shù)據(jù)。當DE信號為高電平時,表示當前鏈路編碼輸出的數(shù)據(jù)為像素數(shù)據(jù);當DE信號為低電平時,表示當前鏈路像素數(shù)據(jù)無效,而同步控制數(shù)據(jù)有效。而且,像素數(shù)據(jù)與同步數(shù)據(jù)被編碼為不同的碼型,保證接受器可以無誤的恢復像素數(shù)據(jù)、像素時鐘和同步控制信號。
1.2 Camera Link接口標準
Camera Link接口標準由美國國家半導體公司提出的Channel Link技術標準發(fā)展而來[3].該標準基于LVDS技術且具有開放式的接口協(xié)議,使得不同廠家能夠保持產(chǎn)品的差異性,又能相互兼容。Camera Link標準采用5對LVDS通道(包括4對視頻信號通道和1對像素時鐘通道)來完成24位像素數(shù)據(jù)和4位同步控制數(shù)據(jù)的傳輸,驅動器將這些單端信號以7:1的比例轉換為LVDS信號串行傳輸,提高了信號的抗噪能力和傳輸速度。Camera Link數(shù)字像素數(shù)據(jù)為RGB格式;視頻同步信號則包括:幀有效信號FVAL,行有效信號LVAL,數(shù)據(jù)有效信號DVAL,備用信號Spare.
2 系統(tǒng)方案設計
本系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)兩種接口不同格式的視頻信號轉換,具體包括視頻信號的幀頻轉換、分辨率轉換、色度空間轉換。
系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。
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