基于FPGA的數字視頻接口轉換器設計

　　0 引言

　　隨著(zhù)數字視頻傳輸技術(shù)的高速發(fā)展，DVI、Camera Link等數字視頻傳輸接口在商業(yè)PC、數字電視及工業(yè)相機等領(lǐng)域得到了愈來(lái)愈廣泛的應用。

　　不同接口的視頻信號在編解碼技術(shù)及數據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(zhì)在于對不同視頻格式的信號進(jìn)行處理與轉換。然而，視頻信號的高帶寬、高頻率及大數據吞吐量等特點(diǎn)給視頻處理系統的性能提出了極大的挑戰，如何保證視頻處理的實(shí)時(shí)性，成為設計者必須首先解決的問(wèn)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(wù)上更具選擇性和創(chuàng )造性，無(wú)疑成為大帶寬數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(shí)際需求，研究了基于A(yíng)ltera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 數字視頻接口基本原理

　　1.1 DVI接口標準

　　DVI標準是數字顯示工作組DDWG提出的新一代高性能數字視頻顯示接口技術(shù)。DVI接口采用類(lèi)似于LVDS的最小變換差分信號TMDS技術(shù)進(jìn)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(shí)鐘通道。TMDS編碼技術(shù)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(guò)數據直流平衡，使像素數據與同步控制數據在同一對TMDS信號通道中分時(shí)傳輸。DVI接收器通過(guò)判斷數據使能信號DE的狀態(tài)來(lái)區分像素與同步數據。當DE信號為高電平時(shí)，表示當前鏈路編碼輸出的數據為像素數據；當DE信號為低電平時(shí)，表示當前鏈路像素數據無(wú)效，而同步控制數據有效。而且，像素數據與同步數據被編碼為不同的碼型，保證接受器可以無(wú)誤的恢復像素數據、像素時(shí)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(shù)標準發(fā)展而來(lái)[3].該標準基于LVDS技術(shù)且具有開(kāi)放式的接口協(xié)議，使得不同廠(chǎng)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(shí)鐘通道）來(lái)完成24位像素數據和4位同步控制數據的傳輸，驅動(dòng)器將這些單端信號以7:1的比例轉換為L(cháng)VDS信號串行傳輸，提高了信號的抗噪能力和傳輸速度。Camera Link數字像素數據為RGB格式；視頻同步信號則包括：幀有效信號FVAL,行有效信號LVAL,數據有效信號DVAL,備用信號Spare.

　　2 系統方案設計

　　本系統的功能是實(shí)現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。

　　系統功能框圖如圖1所示。