CN105120184A - 一种基于fpga的高清视频无缝矩阵 - Google Patents
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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
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。
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在整个系统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，再加上一些外围芯片的控制信号，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）。
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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