CN105120184B - 一种基于fpga的高清视频无缝矩阵*** - Google Patents

一种基于fpga的高清视频无缝矩阵*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，包括模拟矩阵芯片、高清A/D加均衡处理芯片、FPGA数字信号无缝切换处理芯片和高清D/A加输出预加重处理芯片，高清A/D加均衡处理芯片包括SDI接口输入解码芯片和DVI接口输入解码芯片，高清D/A加输出预加重处理芯片包括SDI接口输出编码芯片和HDMI接口输出编码芯片，FPGA数字信号无缝切换处理芯片的输入端还连接有DDR2存储器和EPCS串行存储器。本发明能够支持高清1080P和超高清4K×2K视频分辨率，可以消除两个不同信号视频源之间切换带来的瞬间黑屏、花屏等抖动现象，在不使用其他接口产品的情况下，通过内部集成达到无缝净切、淡入淡出等特技切换效果，给用户带来一种全新的体验。

Description

一种基于FPGA的高清视频无缝矩阵***
技术领域
本发明涉及一种视频矩阵，具体是一种基于FPGA的高清视频无缝矩阵***。
背景技术
视频矩阵经历了由模拟视频矩阵向数字视频矩阵，由标清视频矩阵到高清视频矩阵的发展过程。随着技术水平的提高，视频矩阵规模也逐渐扩大，应用领域日益拓展，在广播电视、电视电话会议、安防监控等领域得到广泛应用，功能也日趋多样化和完善。
随着数字技术的高速发展，软硬件水平的提高，目前市面上的数字矩阵层出不穷。有基于DSP的包交换方案，有基于FPGA的无损原始数据交换方案，目前这些方案在矩阵切换的过程都会出现画面黑屏、花屏等抖动现象，严重的影响了用户的体验效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分辨率高、无抖动的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，包括模拟矩阵芯片、高清A/D加均衡处理芯片、FPGA数字信号无缝切换处理芯片和高清D/A加输出预加重处理芯片，所述高清A/D加均衡处理芯片包括SDI接口输入解码芯片和DVI接口输入解码芯片，所述高清D/A加输出预加重处理芯片包括SDI接口输出编码芯片和HDMI接口输出编码芯片，所述模拟矩阵芯片的输出端通过SDI接口输入解码芯片和DVI接口输入解码芯片连接FPGA数字信号无缝切换处理芯片的输入端，所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片的输出端分别连接SDI接口输出编码芯片和HDMI接口输出编码芯片，所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片的输入端还连接有DDR2存储器和EPCS串行存储器；所述模拟矩阵芯片支持40对差分输入和40对差分输出信号，所述SDI接口输入解码芯片配合外置均衡电路科技实现广播级的高清信号解码，所述SDI接口输出编码芯片配合外置预加重电路可以实现信号的远距离稳定传输，所述DVI接口输入解码芯片支持HDMI接口信号和VGA的模拟信号，实现了多种接口的兼容性；所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片在整个***中主要把矩阵芯片切换过来的数字视频信号写入到DDR2存储芯片中，然后再从DDR2存储芯片中平稳读取实现无抖动输出。
作为本发明进一步的方案：所述模拟矩阵芯片的型号为ADN4605。
作为本发明进一步的方案：FPGA数字信号无缝切换处理芯片为EP4CE40F29C8芯片。
作为本发明进一步的方案：所述SDI接口输入解码芯片的型号为GS2970。
作为本发明进一步的方案：所述DVI接口输入解码芯片的型号为ADV7611。
作为本发明进一步的方案：所述DVI接口输入解码芯片支持HDMI接口信号和VGA的模拟信号。
作为本发明进一步的方案：所述SDI接口输出编码芯片的型号为GS2972。
作为本发明再进一步的方案：所述HDMI接口输出编码芯片的型号为SiL9134。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够支持高清1080P和超高清4K×2K视频分辨率，可以消除两个不同信号视频源之间切换带来的瞬间黑屏、花屏等抖动现象，在不使用其他接口产品的情况下，通过内部集成达到无缝净切、淡入淡出等特技切换效果，给用户带来一种全新的体验，特别在视频要求比较严格的会议或者庭审中，给人更加正式和更加专业感觉，满足了人们对高质量视频输出的需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的时钟方案示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-2，一种基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，包括模拟矩阵芯片1、高清A/D加均衡处理芯片、FPGA数字信号无缝切换处理芯片2和高清D/A加输出预加重处理芯片，所述高清A/D加均衡处理芯片包括SDI接口输入解码芯片3和DVI接口输入解码芯片4，所述高清D/A加输出预加重处理芯片包括SDI接口输出编码芯片5和HDMI接口输出编码芯片6，所述模拟矩阵芯片1的输出端通过SDI接口输入解码芯片3和DVI接口输入解码芯片4连接FPGA数字信号无缝切换处理芯片2的输入端，所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片2的输出端分别连接SDI接口输出编码芯片5和HDMI接口输出编码芯片6，所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片2的输入端还连接有DDR2存储器7和EPCS串行存储器8。
所述模拟矩阵芯片1的型号为ADN4605，模拟矩阵芯片1支持40对差分输入和40对差分输出信号，在小型矩阵应用非常广泛；所述SDI接口输入解码芯片3的型号为GS2970，SDI接口输入解码芯片3配合外置均衡电路科技实现广播级的高清信号解码；所述SDI接口输出编码芯片5的型号为GS2972，SDI接口输出编码芯片5配合外置预加重电路可以实现信号的远距离稳定传输，所述DVI接口输入解码芯片4的型号为ADV7611，所述DVI接口输入解码芯片4支持HDMI接口信号和VGA的模拟信号，很好的实现了多种接口的兼容性；所述HDMI接口输出编码芯片6的型号为SiL9134。
本发明中整个单板的设计以4×4的矩阵作为基本单元，可以轻松复制硬件电路来实现多路集成，FPGA数字信号无缝切换处理芯片2在整个***中主要把矩阵芯片切换过来的数字视频信号写入到DDR2存储芯片7中，然后再从DDR2存储芯片7中平稳读取实现无抖动输出。
所述4×4的矩阵共有八路输入输出数字视频信号，视频数据采用YCBCR4:2:2模式需要占用十六个管脚，再加上视频同步和时钟信号，每一路需要占用二十个管脚，总共需要的视频管脚是8×20＝160；FPGA数字信号无缝切换处理芯片2外挂DDR2存储芯片7，考虑到FPGA数字信号无缝切换处理芯片2内部IP支持DDR2存储芯片7的读写时钟速度是166.66Mhz，以及单路1080P60读写需要的DDR2存储芯片7带宽是4Gbit/s，四路矩阵的读写总带宽需要16Gbit/s，所以选择了在FPGA数字信号无缝切换处理芯片2的TOP和BOTTOM各挂2片数据16位宽的数据，总带宽＝166.66×2×32×2＝21.33Gbit/s；这样在保证控制DDR2存储芯片7的读写效率在75％以上就可以满足要求。DDR2存储芯片7需要FPGA数字信号无缝切换处理芯片2的管脚是67×2＝134，再加上一些***芯片的控制信号，需要占用FPGA数字信号无缝切换处理芯片2的管脚数在300个以上，综合成本和性能，FPGA数字信号无缝切换处理芯片2选择为EP4CE40F29C8芯片，实践证明，通过对DDR2存储芯片7突发的读写模式进行操作，可以保证DDR2存储芯片7的访问效率达到80％以上。
所述基于FPGA的高清视频无缝矩阵4×4的时钟方案，各路视频源的时钟信号分别独立，数据在FPGA数字信号无缝切换处理芯片2输入端应该用各自的时钟采集对应的数据，经过内部异步FIFO把各路的数据写入到DDR2存储芯片7对应的帧存储空间，输出时钟采用FPGA数字信号无缝切换处理芯片2内部PLL动态可重新配置来生成所需要的时钟。由于输入和输出时钟不同源，写和读的方向时钟快的一侧随着时间的累加会出现碰撞的可能，这时速度快的一侧应该采取冻结一帧的方式来避免碰撞。
本发明能够支持高清1080P和超高清4K×2K视频分辨率，可以消除两个不同信号视频源之间切换带来的瞬间黑屏、花屏等抖动现象，在不使用其他接口产品的情况下，通过内部集成达到无缝净切、淡入淡出等特技切换效果，给用户带来一种全新的体验，特别在视频要求比较严格的会议或者庭审中，给人更加正式和更加专业感觉，满足了人们对高质量视频输出的需求。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，包括模拟矩阵芯片(1)、高清A/D加均衡处理芯片、FPGA数字信号无缝切换处理芯片(2)和高清D/A加输出预加重处理芯片，所述高清A/D加均衡处理芯片包括SDI接口输入解码芯片(3)和DVI接口输入解码芯片(4)，所述高清D/A加输出预加重处理芯片包括SDI接口输出编码芯片(5)和HDMI接口输出编码芯片(6)，所述模拟矩阵芯片(1)的输出端通过SDI接口输入解码芯片(3)和DVI接口输入解码芯片(4)连接FPGA数字信号无缝切换处理芯片(2)的输入端，所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片(2)的输出端分别连接SDI接口输出编码芯片(5)和HDMI接口输出编码芯片(6)，所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片(2)的输入端还连接有DDR2存储器(7)和EPCS串行存储器(8)；所述模拟矩阵芯片(1)支持40对差分输入和40对差分输出信号，所述SDI接口输入解码芯片(3)配合外置均衡电路科技实现广播级的高清信号解码，所述SDI接口输出编码芯片(5)配合外置预加重电路可以实现信号的远距离稳定传输，所述DVI接口输入解码芯片(4)支持HDMI接口信号和VGA的模拟信号，实现了多种接口的兼容性；所述FPGA数字信号无缝切换处理芯片(2)在整个***中主要把矩阵芯片切换过来的数字视频信号写入到DDR2存储芯片(7)中，然后再从DDR2存储芯片(7)中平稳读取实现无抖动输出。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，所述模拟矩阵芯片(1)的型号为ADN4605。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，FPGA数字信号无缝切换处理芯片(2)为EP4CE40F29C8芯片。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，所述SDI接口输入解码芯片(3)的型号为GS2970。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，所述DVI接口输入解码芯片(4)的型号为ADV7611。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，所述DVI接口输入解码芯片(4)支持HDMI接口信号和VGA的模拟信号。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，所述SDI接口输出编码芯片(5)的型号为GS2972。
8.根据权利要求1所述的基于FPGA的高清视频无缝矩阵***，其特征在于，所述HDMI接口输出编码芯片(6)的型号为SiL9134。
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