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基于FPGA的數(shù)字視頻接口轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2013-05-23 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  由圖1可知,系統(tǒng)主要包括DVI接口模塊、模塊、存儲(chǔ)器模塊及Camera Link接口模塊。系統(tǒng)的功能流程為:

  DVI接收器將TMDS信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)字信號(hào)(包括24為RGB像素信號(hào),行場(chǎng)同步信號(hào),DE信號(hào)及像素時(shí)鐘信號(hào)),并將其送給.經(jīng)過(guò)相應(yīng)的信號(hào)處理,將視頻數(shù)據(jù)直接輸出給Camera Link編碼器完成視頻接口的轉(zhuǎn)換。其中,F(xiàn)PGA的處理任務(wù)主要包括:合理控制外部大容量存儲(chǔ)器的讀寫(xiě),實(shí)現(xiàn)輸入視頻信號(hào)的幀緩存;實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的幀頻改變、分辨率改變及色度空間轉(zhuǎn)換。測(cè)試時(shí),系統(tǒng)使用普通PC機(jī)的DVI輸出接口作為視頻信號(hào)源,用標(biāo)準(zhǔn)的Camera Link采集顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)換后的信號(hào),以驗(yàn)證系統(tǒng)功能。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括:DVI接口的擴(kuò)展顯示認(rèn)證數(shù)據(jù) (EDID)設(shè)計(jì),DVI接口接收電路、Camera Link接口發(fā)送電路及FPGA配置電路等FPGA外圍電路設(shè)計(jì)及大容量存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)。

  3.1 DVI接口EDI#D設(shè)計(jì)

  DVI標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)含視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(VESA)制定的EDID標(biāo)準(zhǔn)及DDC2B協(xié)議。DDC2B協(xié)議構(gòu)建于I2 C總線技術(shù),用來(lái)讀取接收設(shè)備所能支持的顯示格式等EDID數(shù)據(jù)。只有接收設(shè)備符合DDC2B協(xié)議,且接收設(shè)備存儲(chǔ)有正確的EDID數(shù)據(jù)時(shí),計(jì)算機(jī)顯卡才 會(huì)向接收設(shè)備輸出TMDS視頻信號(hào)。

  系統(tǒng)選用基于DDC2B協(xié)議的AT24C02B來(lái)存儲(chǔ)EDID數(shù)據(jù),AT24C02B為256字節(jié)EEPROM,可存儲(chǔ)EDID 1.2版本或更高版本的EDID數(shù)據(jù)。EDID結(jié)構(gòu)包括視頻分辨率、行場(chǎng)同步信號(hào)的時(shí)序特征、圖像顏色深度、視頻寬高比、版本號(hào)及設(shè)備制造商ID 等多種數(shù)據(jù)信息。EDTD 數(shù)據(jù)信息共占128個(gè)字節(jié),被正確配置后,使用EEPROM 燒寫(xiě)器將有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在AT24C02B的前半部分地址空間,便完成了DVI接口的EDID設(shè)計(jì)。

  3.2 FPGA外圍電路設(shè)計(jì)

  FPGA外圍電路包括DVI接口接收電路,F(xiàn)PGA 配置電路,Camera Link接口發(fā)送電路。DVI接收芯片選用TI公司的TFP401A,Camera Link發(fā)送芯片選用國(guó)家半導(dǎo)體公司的DS90CR285,均為專(zhuān)用視頻編解碼芯片,接口電路遵循其參考設(shè)計(jì)進(jìn)行開(kāi)發(fā)即可,不再贅述。

  FPGA為基于SRAM 架構(gòu)的可編程邏輯器件,其內(nèi)部功能邏輯在系統(tǒng)掉電時(shí)會(huì)丟失,因此,其外圍配置電路是FPGA正常工作的保證。系統(tǒng)使用外部串行配置芯片(EPCS16)存 儲(chǔ)FPGA配置數(shù)據(jù),以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電時(shí)的FPGA程序自動(dòng)加載。FPGA 配置模式設(shè)計(jì)為主動(dòng)串行(Active Serial)加JTAG方式,配置電路如圖2所示。由圖可知,該電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,通過(guò)JTAG接口將sof文件加載到FPGA中,可實(shí)現(xiàn)程序的在線調(diào)試。 程序調(diào)試成功后,通過(guò)同一個(gè)JTAG接口,可將最終的jic編程文件固化到EPCS16中。

  3.3 存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)存儲(chǔ)器電路由3片SRAM 芯片組成,可實(shí)現(xiàn)輸入視頻信號(hào)的幀緩存功能。系統(tǒng)輸入的視頻信號(hào)為XGA (1024×768@60Hz)格式,一幀圖像的有效像素個(gè)數(shù)為1024×768個(gè),而每個(gè)數(shù)字像素信號(hào)為24bits,故一幀視頻信號(hào)的有效數(shù)據(jù)總量為 1024×768×24=18Mb.目前市場(chǎng)上,尚無(wú)任何一款SRAM、雙口RAM 或FIFO芯片能單片滿(mǎn)足存儲(chǔ)XGA信號(hào)一幀圖像數(shù)據(jù)的要求。系統(tǒng)使用三片1M×16bits的SRAM芯片組成存儲(chǔ)器模塊組,最多可緩存兩幀XGA視頻 圖像。具體電路設(shè)計(jì)方法為:三片SRAM 的數(shù)據(jù)總線并行擴(kuò)展為48位,地址總線和片選等控制信號(hào)全部相同,組成1M×48bits的大容量存儲(chǔ)器,可滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

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