CN105045549A - 一种基于fpga的vga及ps/2信号传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统，包括信号发送板和信号接收板，信号发送板和信号接收板之间通过光纤连接，信号发送板的输入端用于接入主机VGA视频信号端和PS/2信号端，用于对主机上VGA视频信号和PS/2信号进行并串转换，信号接收板用于将从接收板上接收的信号进行串并转换得到VGA模拟视频信号和PS/2信号，以在VGA显示器进行显示，实现对键盘鼠标的远程控制。本发明基于FPGA中的吉比特收发器，在发送端对VGA信号以固定像素时钟处理，接收端以特定方法恢复出像素时钟，将PS/2双向信号转换为单向收发信号与VGA信号合并组帧传输，实现了单纤传输VGA信号和PS/2信号，利用FPGA自身并行处理能力，大大缩减了数据处理的延时，又实现了大数据量的透传。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统，属于VGA信号和PS/2传输技术领域。
背景技术
计算机终端信号光端机包括前端光端机和后端光端机，负责三路独立VGA视频信号和两路独立PS/2键盘和鼠标信号的传输，结构如图1所示，具体传输过程如下：
1)前端光端机将两路VGA信号转换为光信号传到后端，由后端光端机将光信号转换为VGA信号；
2)后端光端机把两路键盘和鼠标信号转换为光信号传到前端，由前端光端机将光信号转换为电信号，实现对前端计算机的远程控制；
3)后端光端机将一路VGA信号转换为光信号传到前端，由前端光端机将光信号转换为VGA信号。
VGA光端机目前主要有两种技术方案，第一种是采用四芯光纤进行传输，另外一种方案只采用一芯光纤进行传输。四芯光纤的VGA光端机利用4个激光器分别传输R、G、B、CLK信号(R、G、B为红绿蓝三基色信号，CLK为时钟信号)，较容易实现1920×1080像素，60Hz的VGA信号的无延时无压缩光传输。但是这种方案需要使用四芯光纤进行信号传输，占用光纤资源较多，而且不能满足客户单纤传输1080PVGA信号的要求，无法实现PS/2信号的复用。一芯光纤的光端机若实现无延时无压缩的光传输，则只能传输低分辨率VGA信号。若需要传输高清VGA信号，需要利用无损压缩编码实现，这种方法有一定的延时，并且降低了图像显示效果，无法达到高清要求；同时无法实现PS/2信号透明传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统，以实现高清VGA信号无延时无压缩的单纤光传输和PS/2键盘鼠标的透明传输。
本发明为实现上述目的提供了一种基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统，该传输系统包括信号发送板和信号接收板，信号发送板和信号接收板均采用FPGA实现，所述信号发送板和信号接收板上均设有光接口，信号发送板和信号接收板的光接口之间通过光纤连接，所述信号发送板的输入端用于接入主机VGA视频信号端和PS/2信号端，该信号发送板用于对主机上VGA视频信号和PS/2信号进行组帧，并通过单个光模块进行电光转换实现双向通讯，所述信号接收板用于连接VGA显示器和PS/2键盘鼠标，用于将从接收板上接收的信号进行串并转换得到VGA模拟视频信号和PS/2信号，以在VGA显示器进行显示以及实现对键盘鼠标的远程控制。
所述信号发送板包括数据发送模块、数据接收模块和PS/2通信方向转换模块，所述数据发送模块通过VGA模数转换芯片连接至主机VGA接口，数据接收模块接入主机PS/2信号端，PS/2通信方向转换模块与数据发送模块和数据接收模块连接，用于实现双向信号和单向信号的转换。
所述信号发送模块由依次连接的乒乓操作单元、信号调制单元和信号串并转换单元构成，乒乓操作单元读取待传输的VGS信号和PS/2信号，由信号调制单元接处理成帧数据，通过信号串并转换单元进行并串转换得到串行数字信号，由单个光模块对得到串行数字信号进行电光转换并通过光纤发送至接收板；所述信号接收模块由信号串并转换单元和信号解调单元构成，信号串并单元将来自于光模块的串行信号进行串并转换、解码，并将解码后的数据输出给信号解调单元，信号解调单元进行解帧处理，并剔除同步码，恢复出单向的PS/2信号。
所述信号发送板中还设置有信号分辨率识别输出单元，该信号分辨率识别输出单元的输入端与主机VGA接口端连接，用于获取VGA信号的分辨率，信号分辨率识别输出单元的输出端与数据发送模块连接，用于将获取的VGA信号的分辨率传输给数据发送模块，由数据发送模块进行I2C配置。
所述信号接收板包括数据接收模块、数据发送模块和PS/2通信方向转换模块，所述数据接收模块通过VGA模数转换芯片连接至主机VGA接口，数据发送模块接入主机PS/2信号端，PS/2通信方向转换模块与数据发送模块和数据接收模块连接，用于实现双向信号和单向信号的转换。
所述数据接收模块包括依次连接的信号并串转换单元、信号解调单元和FIFO同步处理单元，所述信号串并转换单元通过单个光模块接收信号发送板发送的主机的VGA和PS/2串行信号，进行串并处理解码，信号解调单元用于对串并处理后的信号进行解析，并将解析的VGA信号传送至FIFO同步处理单元，由FIFO同步处理单元读出VGA视频信号和PS/2信号，FIFO同步处理单元将读出VGA视频信号通过VGA数模转换芯片发送至显示器VGA端口，将读出的PS/2信号通过PS/2通信方向转换模块发送至PS/2键盘鼠标；所述数据发送模块包括信号调制单元和信号并串转换单元，PS/2键盘鼠标端口发出的PS/2信号经PS/2通信方向转换模块发送至信号调制单元，由信号调制单元调制后传输给信号并串转换单元，转换成串行信号进行发送。
所述信号接收板中还设置有像素时钟恢复单元，FIFO同步处理单元根据像素时钟恢复单元读取VGA视频信号。
本发明的有益效果是:本发明的传输系统包括信号发送板和信号接收板，信号发送板和信号接收板上均设有光接口，信号发送板和信号接收板的光接口之间通过光纤连接，信号发送板的输入端用于接入主机VGA视频信号端和PS/2信号端，该信号发送板用于对主机上VGA视频信号和PS/2信号采用FPGA进行组帧和数据流并行化处理，产生高速串行数据流，通过单个光模块进行电光转换，信号接收板用于连接VGA显示器和PS/2键盘鼠标，用于将从接收板上接收的信号进行串并转换得到VGA模拟视频信号和PS/2信号，以在VGA显示器进行显示，同时实现对键盘鼠标的远程控制。
其中包含了：VGA视频信号分辨率识别与分辨率自适应；发送过程中像素时钟自动匹配和接收端时钟恢复匹配；PS/2信号时序处理及数据透明传输；VGA视频数据与PS/2数据组帧、8B/10B转换和同步K码处理。
附图说明
图1是计算机终端信号光端机系统结构示意图；
图2是本发明所采用的计算机终端信号光端机原理示意图；
图3是PS/2信号通信方向转换示意图；
图4是发送端生成固定像素时钟图；
图5是发送端数据成帧的帧结构；
图6是接收端数据成帧的帧结构；
图7是接收端恢复固定像素时钟图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明为了实现高清VGA信号的无延时无压缩单纤光传输，提供了一种基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统，基于FPGA中的吉比特收发器，在发送端对VGA信号以固定像素时钟处理，接收端以特定方法恢复出像素时钟，同时，将PS/2双向信号转换为单向收发信号与VGA信号合并组帧传输，实现了单纤传输VGA信号和PS/2信号。
具体实现方案如图2所示，该传输系统包括与主机VGA、PS/2信号连接的发送板和与VGA显示器、键盘鼠标连接的接收板，信号发送板和信号接收板均采用FPGA实现，信号发送板和信号接收板上均设有光接口，信号发送板和信号接收板的光接口之间通过光纤连接，信号发送板的输入端用于接入主机VGA视频信号端和PS/2信号端，该信号发送板用于对主机上VGA视频信号和PS/2信号进行组帧，并通过单个光模块进行电光转换实现双向通讯，信号接收板用于连接VGA显示器和PS/2键盘鼠标，用于将从接收板上接收的信号进行串并转换得到VGA模拟视频信号和PS/2信号，以在VGA显示器进行显示以及实现对键盘鼠标的远程控制。
信号发送板包括数据发送模块、数据接收模块、PS/2通信方向转换模块和分辨率检测单元，数据发送模块通过VGA模数转换芯片连接至主机VGA接口，数据接收模块接入主机PS/2信号端，PS/2通信方向转换模块与数据发送模块和数据接收模块连接，用于实现双向信号和单向信号的转换。信号发送模块由依次连接的乒乓操作单元、信号调制单元和信号串并转换单元构成，乒乓操作单元读取待传输的VGS信号和PS/2信号，由信号调制单元接处理成帧数据，通过信号串并转换单元进行并串转换，信号串并转换单元将24路RGB数据、行频、场频共26路并行数字信号以及4位键盘、鼠标信号进行并串转换，得到串行差分信号，由单个光模块对得到串行数字信号进行电光转换并通过光纤发送至接收板；信号接收模块由信号串并转换单元和信号解调单元构成，信号串并单元将来自于光模块的串行信号进行串并转换、解码，并将解码后的数据输出给信号解调单元，信号解调单元进行解帧处理，并剔除同步码，恢复出单向的PS/2信号。
信号接收板包括数据接收模块、数据发送模块和PS/2通信方向转换模块，其中数据接收模块通过VGA模数转换芯片连接至主机VGA接口，数据发送模块接入主机PS/2信号端，PS/2通信方向转换模块与数据发送模块和数据接收模块连接，用于实现双向信号和单向信号的转换。数据接收模块包括依次连接的信号并串转换单元、信号解调单元和FIFO同步处理单元，信号串并转换单元通过单个光模块接收信号发送板发送的主机的VGA和PS/2串行信号，进行串并处理解码，恢复出发送端的26路并行数字信号和4位键盘鼠标信号，信号解调单元用于对串并处理后的信号进行解析，并将解析的信号传送至FIFO同步处理单元，由FIFO同步处理单元根据恢复时钟和行频信息恢复出像素时钟读出VGA视频信号，FIFO同步处理单元将读出VGA视频信号通过VGA数模转换芯片发送至显示器VGA端口进行显示，将读出的PS/2信号通过PS/2通信方向转换模块发送至PS/2键盘鼠标；数据发送模块包括信号调制单元和信号并串转换单元，PS/2键盘鼠标端口发出的PS/2信号经PS/2通信方向转换模块发送至信号调制单元，由信号调制单元调制后传输给信号并串转换单元，转换成串行信号进行发送。
PS/2键盘鼠标与主机采用双向通信方式，而直接对双向通信的数据进行处理不易实现，因此，利用FPGA检测CLK和DATA的电平，判断通信的方向，将CLK和DATA的单口引脚变为双口引脚，即发送和接收独立开来。发送板和接收板的PS/2信号通信方向转换单元完全相同，处理方法如图3所示。
为兼容不同分辨率下的VGA传输，本发明中VGA模数转换芯片以固定的采样速率对不同分辨率VGA信号进行采样，当分辨率发生变化时，FPGA将采样得到的数据传给控制器，由控制器对VGA模数转换芯片重新进行I2C配置，使得VGA模数转换芯片输出的VGA信号为固定速率，其处理流程如图4所示。
在发送数据时，需要将数据进行成帧处理，并插入同步码。由于PS/2信号为双向的，所以在发送端和接收端均需要进行成帧处理，并在对端进行解帧恢复出原始数据。在发送端，VGA信号和PS/2单向信号进行组合成帧，并插入同步码，然后进行8B/10B编码，并串转换，其帧结构如图5所示。其中，vga_addr[13:0]表示当前分辨率下的一行像素数目，rgb_data[25:0]包含了RGB24比特并行数据和HS、VS信息。在接收端，将PS/2单向信号成帧处理，并周期性插入同步码，然后进行8B/10B编码，并串转换，其帧结构如图6所示。
信号接收板接收信号时最重要的就是VGA像素时钟的恢复，如图7所示，接收端根据行频信号和串行恢复时钟，恢复出一种波形，该波形频率与发送端的像素时钟相同，但是该波形不是周期性的。所以，将该时钟输出到专门时钟消抖芯片进行消抖处理，消抖处理后的时钟通过GTX的专有PLL处理可得到VGA的像素时钟，利用该像素时钟进行FIFO读出，保证像素时钟与RGB、HS、VS信号同步。这样，只需恢复出VGA像素时钟，保证恢复的VGA并行信号同步即可，既保证了VGA视频信号质量和分辨率要求，又减少了数据处理的延时，同时可处理PS/2键盘鼠标信号。
Claims (7)
1.一种基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统,其特征在于，该传输系统包括信号发送板和信号接收板，信号发送板和信号接收板均采用FPGA实现，所述信号发送板和信号接收板上均设有光接口，信号发送板和信号接收板的光接口之间通过光纤连接，所述信号发送板的输入端用于接入主机VGA视频信号端和PS/2信号端，该信号发送板用于对主机上VGA视频信号和PS/2信号进行组帧，并通过单个光模块进行电光转换实现双向通讯，所述信号接收板用于连接VGA显示器和PS/2键盘鼠标，用于将从接收板上接收的信号进行串并转换得到VGA模拟视频信号和PS/2信号，以在VGA显示器进行显示以及实现对键盘鼠标的远程控制。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统,其特征在于，所述信号发送板包括数据发送模块、数据接收模块和PS/2通信方向转换模块，所述数据发送模块通过VGA模数转换芯片连接至主机VGA接口，数据接收模块接入主机PS/2信号端，PS/2通信方向转换模块与数据发送模块和数据接收模块连接，用于实现双向信号和单向信号的转换。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统,其特征在于，所述信号发送模块由依次连接的乒乓操作单元、信号调制单元和信号串并转换单元构成，乒乓操作单元读取待传输的VGS信号和PS/2信号，由信号调制单元接处理成帧数据，通过信号串并转换单元进行并串转换得到串行数字信号，由单个光模块对得到串行数字信号进行电光转换并通过光纤发送至接收板；所述信号接收模块由信号串并转换单元和信号解调单元构成，信号串并单元将来自于光模块的串行信号进行串并转换、解码，并将解码后的数据输出给信号解调单元，信号解调单元进行解帧处理，并剔除同步码，恢复出单向的PS/2信号。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统,其特征在于，所述信号发送板中还设置有信号分辨率识别输出单元，该信号分辨率识别输出单元的输入端与主机VGA接口端连接，用于获取VGA信号的分辨率，信号分辨率识别输出单元的输出端与数据发送模块连接，用于将获取的VGA信号的分辨率传输给数据发送模块，由数据发送模块进行I2C配置。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统,其特征在于，所述信号接收板包括数据接收模块、数据发送模块和PS/2通信方向转换模块，所述数据接收模块通过VGA模数转换芯片连接至主机VGA接口，数据发送模块接入主机PS/2信号端，PS/2通信方向转换模块与数据发送模块和数据接收模块连接，用于实现双向信号和单向信号的转换。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统,其特征在于，所述数据接收模块包括依次连接的信号并串转换单元、信号解调单元和FIFO同步处理单元，所述信号串并转换单元通过单个光模块接收信号发送板发送的主机的VGA和PS/2串行信号，进行串并处理解码，信号解调单元用于对串并处理后的信号进行解析，并将解析的VGA信号传送至FIFO同步处理单元，由FIFO同步处理单元读出VGA视频信号和PS/2信号，FIFO同步处理单元将读出VGA视频信号通过VGA数模转换芯片发送至显示器VGA端口，将读出的PS/2信号通过PS/2通信方向转换模块发送至PS/2键盘鼠标；所述数据发送模块包括信号调制单元和信号并串转换单元，PS/2键盘鼠标端口发出的PS/2信号经PS/2通信方向转换模块发送至信号调制单元，由信号调制单元调制后传输给信号并串转换单元，转换成串行信号进行发送。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的VGA及PS/2信号传输系统,其特征在于，所述信号接收板中还设置有像素时钟恢复单元，FIFO同步处理单元根据像素时钟恢复单元读取VGA视频信号。
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