基于FPGA的光纤与1.4标准HDMI接口转换方法 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

之眵L 、 呷筑恭磨嗣 基于F P G A 的光纤与1 4 标准HD M l 接口转换方法 赵柏山1 ，郭名坤一，李中生- ，s ( 1 沈阳工业大学信息科学与工程学院，沈阳市1 1 0 8 7 0 ； 2 解放军9 3 5 3 4 部队，天津3 0 1 7 1 6 ；3 空军驻沈阳地区军事代表室，沈阳1 1 0 0 1 6 ) 摘要：为实现高清视频的远距离传输，设计了一种基于F P G A 实现高清视频在光纤和H D M I 接口之间转 换的方案。利用光纤通道接口控制芯片、H D M I 收发处理芯片、F P G A 等核心器件，通过F P G A 编程对高清视 频数据进行串行化处理，实现高清信号在光纤信道中的传输。方案可以有效延长高清信号传输距离并提 高视频分辨率，广泛用于室外大型高清显示设备。 关键词：复用解复用；H D M I ；光纤转换；F P G A 中图分类号：T N 9 2 9 1 l文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2 5 5 6 1 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 2 l 一0 3 M e t h O dO ft r a n S f O r m a t I O nb e t w e e n O p t i c a If i b e ra n dH D M l1 4b a s e dO nF P G A Z 凇0 B 新一曲a n l ，G L DM m 争k 硼L 2 ，U 盈0 1 1 9 - s h e n g 1 3 ( 1 血f o n I l a t i o nS c i e n c ea n dE n g i l l e e m gS c h o o l ，S h e n y a l l gU n i v e r s 时o fT e c l l I l o l o g y ， S h e n y a n g1 10 8 7 0 ，C h i n a ；2 P L A9 4 5 3 4T r o o p s ，T i a 厕i n3 0 17l6 ，C h i n a ；3 A i r f o r c eM i l i 仃a l y R 印r e s e n t a t i V eO m c e R e s i d e n ti nS h e n y a n gR e 酉o n ，S h e n y a n g1 1o o16 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：h 1o r d e rt or e a l i z el o n gd i s t a l l c e st m s I l l i s s i o no fh i 出d e f i n i t i o nV i d e ow i 廿1 0 u tc o m p r e s s i o n As o l u t i o no fi n t e r f a c ec o n v e n i n gb a s e do nF P G Ai sp r o p o s e dW h i c hi sb e 觚e e n 肋e ra 1 1 dH D M Ii n t e m 犯e h 1t 1 1 i s s v s t e m ，m ei n t e r f a c ec o n 仃o lc h i po f 肋e rc h a n n e l ，H D M I 仃a n s c e i v e rc h i pa n dt h eF P G A c o r ec o m p o n e m se t c a r eu s e dt 0S e d a l i z eH D 、，i d e od a t a 仃a n s f o 皿e db ym eF P G At oa c h i e v eH Ds i g n a l 订a n s m i t t e d 衄o u 幽t h e o p t i c a l 丘b e rc h 籼e 1 T h ed e s i g np r o p o s e dw h i c hi sb a s e d o ns t a n d a r dH D M l l 4a n dh i g h - s p e e do p t i c a lf i b e r c a ne f r e c t i v e l ye x t e n d 吐l eH Ds i 毋1 a 1 住a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n di m p r o v et h ev i d e or e s 0 1 u t i o n I tc a nb ew i d e l y u s e df o rh i g h d e 6 n i t i o nd i s p l a Vd e V i c e si no u t d o o r K e yw o r d s ：舢l t i p l e x i n d e m u l t i p l e x i n g ；H D M I ；o p t i c a lc o n V e r s i o n ；F P G A 0 引言 随着信号采集处理技术特别是多媒体处理技术 的发展使更多的高清设备开始普及可以预见数字 高清将成为发展的一个新方向。高清晰多媒体接口 ( H D M I ) 是一种全数位化音像和声音传送接口【l 】，已经 成为高清视频传输中的重要组成部分。H D M l l 4 标准 除了对立体视频信号的传输协议进行规定之外，新规 范同时还加入了数据传输功能为H D M I 接口加入了 一个专用的1 0 0 M b s 以太网连接通道另外还加入了 收稿日期：2 0 1 3 一0 4 2 2 。 基金项目：教育部科学技术研究重点项目( 2 1 1 0 3 7 ) 资助。 作者简介：赵柏山( 1 9 8 0 一) ，男，讲师，博士，硕士生导师，主要研究方向 射频通信系统技术与应用。 用于传输压缩格式音频信号的A u d i o ( R e t u m 信道) 【2 】。 同时随着光纤技术的发展，光纤以其特有的宽频带、 损耗低和抗电磁干扰等优点【3 】在高清视频传输方面 起着重要作用。F P G A 具有可用I ，O 资源丰富内嵌适 合于高速视频信号处理，编程方便速度快，易于修改 等优点非常适合H D M I 信号的接收和处理【4 】。目前， 高清接口还无法利用光纤作为传输介质。针对此问 题本文提出了一种利用F P G A 实现高清视频信号在 光纤通道中进行传输的转接方案。 1 系统设计思想 本设计方案需要实现1 0 8 0 p ( 1 9 2 0 1 0 8 0 ) 像素、刷 新频率为6 0 H z 、2 4 位R G B 的H D M I 数字信号的实时 万方数据 蛆器厘嗣 赵柏山，郭名坤李巾生：基于F P G A 的光纤与1 4 标准H D M I 接口转换方法 传输传输速度达到4 5 G b s 。为了实现超高清视频的 实时传输通常采用多模光纤作为传输信道，该系统 实现了视频在H D M I 接口和多模光纤之间的转换。在 发射端H D M I 模块可以利用1 9 针的H D M I 接口直接 接收视频信号通过H D M I 接口后输入F P G A 进行处 理F P G A 是本系统的关键。F P G A 主要实现视频信号 的并串转换同时还要实现音频信号和控制信号的复 用。F P G A 输出信号再次进行并串转换，将信号转换为 1 路串行信号输入至光纤模块阁。在接收端，来自光纤 的光信号经过光纤模块转换为电信号，然后进行一次 解串转换为1 0 路的并行信号，输入F P G A 。F P G A 实 现视频的串并转换同时也实现音频信号和控制信号 的解复用。信号经F P G A 处理后输入H D M I 发射模块 经1 9 针的H D M I 接口发射出去。系统框图如图1 所 不 为一路。经过F P G A 的1 0 路信号进行一次并串转换， 转换为1 路高速信号光纤模块将1 路电信号转换为 光信号输入光纤进行传输。接收端是发射部分的逆 处理来自光纤的1 路光信号经过光纤模块后进行一 次解串转换为1 0 路的并行信号。F P G A 接收8 路的视 频信号进行串并转换后输入至H D M I 发送器 A D V 7 5 1 l W ( A D V 7 5 1 1 是一款3 6 位、支持H D M l l 4 a 标准的H D M I 发射器) ：同时，F P G A 还实现对控制信 号H S 、V S 、D E 、M C L K 、S C L K 和L L C 的解复用，音频信 号经过F P G A 处理后也输入至H D M I 发射器H D M I 发射器通过1 9 针的H D M I 接口发送到显示端。 A D V 7 6 1 2 和A D V 7 5 1 l 应用部分结构框图可参阅 文献【8 ，9 。 一一 F P G Al 图1 转接方案系统框图 2 系统总体结构 本文设计了一种基于1 4 标准H D M I 接口和1 路 光纤转换接口系统系统主要由信号的发射和信号的 接收两大部分组成。如图1 所示。在发射端，H D M I 接 收来自外部的视频信号。H D M I 接收器采用的是 A n a l o g 公司的A D V 7 6 1 2 ( A D V 7 6 1 2 是一款3 6 位、支 持H D M l l 4 a 标准的H D M I 接收器) 。视频信号经过 H D M I 接收器后输入F P G A F P G A 接收到的视频信号 为2 4 位的并行信号。F P G A 将2 4 位的视频信号进行 3 ：1 的并串转换，转为8 路串行信号。同时，F P G A 还要 实现A D v 7 6 1 2 控制信号H S 、v S 、D E 、L L C 、M C I 和 S C L K 的复用复用后输入至光纤模块音频信号单独 兜是镑投采2 0 13 年第8 期 3 系统设计的关键部分 整个系统设计的关键部分在利用F P G A 实现高速 信号的复用解复用和串并并串转换。 3 1 高速的串并并串转换 该系统中H D M I 接收器A D V 7 6 1 2 能够支持2 4 位、3 0 位及3 6 位的色深视频在该设计方案中我们需 要传输的视频格式为1 0 8 0 P 6 0 H z 视频水平方向总 的像素数为2 2 0 0 个有效像素数为1 9 2 0 个垂直方 向总行数为1 1 2 5 行，有效行数为1 0 8 0 行。视频信号 的像素采样频率为1 4 8 5 M H z 。该系统F P C A 采用型号 为S p a n a J l 3 E X C 3 S 2 5 0 E 。由于F P G A 每个I O 口的最 大传输速度为6 2 0 M b s 而光纤模块为1 路的串行信 万方数据 蛆0 厘厢 号，传输速度不能低于4 5 G b s ，因此，在处理过程中， 我们采用了两次串并转换。首先F P G A 将视频信号进 行一次3 ：1 的并串转换经过F P G A 处理后的信号包 括8 路视频信号、1 路音频信号、1 路控制信号；系统 采用的光电模块为1 光1 电韵光纤收发模块( 型号为 H PA J 7 1 6 A 的8 G 多模光纤模块) ，需要将1 0 路并行 信号转换为1 路串行信号。高速的并，串转换芯片我们 采用T I 公司生产的T L K 6 0 0 2 ( 并串比为2 0 ：2 每个串 口允许的最高速率为6 2 5 C b s ) 。在接收端，F P G A 和 T L K 6 0 0 2 都是一个相反的解串过程将1 路串行信号 恢复为视频、音频和控制信号等并行信号。 3 _ 2 信号的复用与解复用 该系统在发射端采用H D M I 接收器A D V 7 6 1 2 接 收器输出6 路的控制信号，包括H S 、V S 、D E 、L L C 、 M C L K 和S C L