CN207251800U - 一种基于fpga的智能sdi视频转换盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，基于FPGA技术，设计多种类型的视频输入接口，对各输入接口采用无缝转换技术完成输入视频源的时序转换，将各种格式的视频转换为符合SMPTE标准的视频，并且可对视频进行旋转，色彩调整，logo叠加等操作，使用人可根据后端显示设备或采集设备情况对本实用新型中的视频转换盒进行相应的功能配置，能适应多种场合的使用。

Description

一种基于FPGA的智能SDI视频转换盒

技术领域

本实用新型涉及视频转换技术领域，特别涉及一种基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒。

背景技术

Serial Digital Interface接口(简称SDI)，即数字分量串行接口，目前主要应用于监控行业和电视广播行业。近两年，源于广电的SDI技术在视频监控领域获得重视，并得到大量应用。在众多的数字视频非压缩标准中，SDI是最有前途的，其原因主要是：SDI使用高等级同轴电缆无中继传输的距离达到100米左右，是众多视频非压缩标准中最远的，为现场使用带来了便利。基于SDI的监控系统，其优势主要在于：①不失真的可靠度，SDI不同于IP系统那样视频资料是压缩后以封包方式在网络上传输，SDI视频以未经压缩的信号在同轴电缆传输，稳定可靠，不失真；②高清等级的实时图像，SDI在视频产生和传输过程中不用经过压缩、封包化以及解码的过程，不会产生类似于IP高清图像的延迟，适用于各种追求实时监控的场合，比如道路交通；③可在同轴电缆上做多工传输。同轴电缆上不但可以传输视频信号，还可以传输音频信号，这样模拟系统中的视频矩阵和音频矩阵就可以合二为一，同时SDI标准还支持在同轴电缆上传输控制信号，未来PTZ的控制信号也可以通过同轴电缆传输，无需铺设控制线缆，电源也极有可能通过同轴电缆传输。如此真正实现一根同轴电缆传输多种信号，节省布线成本；④具备和模拟系统类似的信号安全性和系统开放性扩展潜力。

现阶段，根据视频分辨率和帧率的差异将SDI分为以下3个标准：①SD-SDI即标清SDI，主要针对标清分辨率，每秒25帧或30帧，模数转化后的视频带宽大致为250Mbps左右；②HD-SDI即高清SDI，这个标准主要针对分辨率为1080P，帧率为25或者30，模数转换后的数据量为1.485Gbps；③3G-SDI即高清高帧率SDI，分辨率仍为1080P，但是帧率增大到50或者60，模数转换后的数据量为2.97Gbps。

目前在计算机和监控领域常用的视频接口有DVI、HDMI、VGA、CVBS等，其中DVI、HDMI、VGA可以用于传输1080P@60这样的高清视频，但传输距离一般被限制在10米内，CVBS传输距离可达到200米以上，但其图像质量不会大于768*576@25，属于标清范围。由于SDI在图像传输方面具备图像质量和传输距离的优势，可将其它接口类型的视频转换为SDI接口视频后用于传输。

在现有设计过程中，主要是将DVI、HDMI、VGA、CVBS等视频接口的电气特性简单地转换为SDI电气特性，不对传输的视频做时序转换，当输入视频不满足视频电子标准协会标准(VESA)或输入视频的分辨率突然改变时，SDI端的输出也跟着改变，可能导致后端显示设备“花屏”或者“黑屏”，转换后不符合SMPTE标准的视频在常用显示设备上根本无法显示，且目前市面上现有的SDI视频转换盒接口较单一，往往只能满足某种单一接口到SDI接口的转换，如DVI转SDI、CVBS转SDI等，通用性低，限制了应用场景。

实用新型内容

本实用新型的目的是，设计一种基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，基于FPGA技术，设计多种类型的视频输入接口，对各输入接口采用无缝转换技术完成输入视频源的时序转换，将各种格式的视频转换为符合SMPTE标准的视频，并且可对视频进行旋转，色彩调整，Logo叠加等操作，使用人可根据后端显示设备或采集设备情况对本实用新型中的视频转换盒进行相应的功能配置，能适应多种场合的使用。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，采用以下结构的SDI视频转换盒实现：

所述SDI视频转换盒的结构包括：

FPGA，用于实现视频信号检测与采集、时序转换、生成高速串行数据、接口电路控制，在收到来自DVI、CVBS、VGA接口的视频信号后，对视频信号进行格式转换，通过SDI IP核生成高速串口信号，通过串口通信接口接收来自于主控端的命令，完成图像翻转、色彩调整和Logo叠加；

时钟电路，与所述FPGA连接，用于提供FPGA的逻辑时钟和SDI IP核的参考时钟；

1路DVI视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

1路CVBS视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

1路VGA视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

独立设置的3路SD/HD/3G SDI视频输出接口，所述3路SD/HD/3G SDI视频输出接口独立设置于FPGA的视频输出端，用于将FPGA的高速串口数字信号转换为符合SDI标准电气特性的信号，加入均衡和驱动；

DDR3存储器，与所述FPGA连接，用于对三个通道的视频数据进行存储；

EPCQ256存储器，与所述FPGA连接，用于对所述FPGA的配置参数进行储存；

主控接口，通过串口收发芯片与所述FPGA连接。

进一步，所述1路DVI视频输入接口前端设置有型号为DVI-I(24+5)的视频主输入连接器。

进一步，所述主控接口采用型号为DB9的接口连接器，主控接口采用串口方式进行通信，串口通信采用的收发芯片型号为MAX3491。

进一步，所述SD/HD/3G SDI视频输出接口选用芯片型号为LMH0303的视频输出驱动器，SD/HD/3G SDI视频输出接口输出端设置SMA同轴连接器。

进一步，所述DVI视频输入接口用于接收DVI视频信号，最大支持1080P@60分辨率，在不超过最大分辨率的情况下输入分辨率可任意设置。

进一步，所述CVBS视频输入接口用于接收CVBS视频信号，支持NTSC、PAL、SECAM模拟视频信号，可自动检测信号类型。

进一步，所述VGA视频输入接口用于接收VGA视频信号，最大支持1080P@60分辨率，在不超过最大分辨率的情况下输入分辨率可任意设置。

进一步，所述FPGA集成有串口通信模块、Logo缓存区模块、图像反转控制模块、DDR3写控制模块、DDR3读控制模块、RAM模块、视频时序转换模块、参考时钟切换控制模块、时钟电路模块、SDI核模块、色彩调整模块、颜色空间转换模块、写FIFO控制模块、FIFO模块和分辨率检测模块；

所述串口通信模块、色彩调整模块、颜色空间转换模块、写FIFO控制模块、FIFO模块、DDR3写控制模块、DDR3读控制模块、RAM模块、视频时序转换模块及SDI核模块依次连接；

所述色彩调整模块输入端外接DVI视频输入接口、CVBS视频输入接口或VGA视频输入接口；

所述色彩调整模块通过分辨率检测模块分别与写FIFO控制模块、DDR3写控制模块和DDR3读控制模块连接；

所述DDR3写控制模块与图像翻转模块连接；

所述视频时序转换模块与DDR3读控制模块连接；

所述串口通信模块与图像反转控制模块连接、DDR3读控制模块、Logo缓存区模块、视频时序转换模块及参考时钟切换控制模块分别连接，图像反转控制模块输出端分别连接至DDR3写控制模块和DDR3读控制模块；

所述Logo缓存区模块与DDR3读控制模块连接；

所述参考时钟切换控制模块与硬件时钟电路连接，时钟电路输出与SDI核模块连接。

本实用新型提供了一种基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，与现有技术相比，有益效果在于：

本实用新型基于FPGA技术，设计多种类型的视频输入接口，对各输入接口采用无缝转换技术完成输入视频源的时序转换，将各种格式的视频转换为符合SMPTE标准的视频，并且可对视频进行旋转，色彩调整，Logo叠加等操作，使用人可根据后端显示设备或采集设备情况对本实用新型中的视频转换盒进行相应的功能配置，能适应多种场合的使用；通过应用本实用新型，可方便将目前流行的DVI、CVBS、VGA三类视频接口统一到SDI接口，使得后端设备可以做的单一，SDI采用75欧同轴电缆传输，传输距离远，设备安装简单，使得硬件成本降低。在本实用新型中，智能无缝转换技术使得任意标准或非标准视频都能在常用SDI显示器显示，解决了非标准视频不能在常规显示器上显示的问题。在某些场合，要求能执行图像翻转、色彩调整、logo叠加等功能，这些功能一般在后端设备上完成，应用本实用新型可以不对后端设备作以上功能要求，进一步降低后端设备的使用成本。

附图说明

图1为本实用新型设计的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒的结构示意图。

图2为本实用新型中FPGA逻辑实现框图。

图1中：1路DVI视频输入接口采用TFP401(DVI)；CVBS视频输入接口采用ADV7281(CVBS)；VGA视频输入接口采用AD9984A(VGA)；DDR3为DDR3存储器；

图2中：色彩调整为色彩调整模块；RGB转YUV422为颜色空间转换模块；写FIFO控制为写FIFO控制模块；FIFO为FIFO模块；分辨率检测为分辨率检测模块；DDR3写控制为DDR3写控制模块；DDR3为DDR3模块；图像反转控制为图像反转控制模块；Logo缓存区为Logo缓存区模块；DDR3读控制为DDR3读控制模块；RAM为RAM模块；时序转换为视频时序转换模块；SDI核为SDI核模块；时钟电路为时钟电路模块；参考时钟切换控制为参考时钟切换控制模块；

FPGA集成有串口通信模块、Logo缓存区模块、图像反转控制模块、DDR3模块、DDR3写控制模块、DDR3读控制模块、RAM模块、视频时序转换模块、参考时钟切换控制模块、时钟电路模块、SDI核模块、色彩调整模块、颜色空间转换模块、写FIFO控制模块、FIFO模块和分辨率检测模块。

具体实施方式

参阅附图1及图2对本实用新型做进一步描述。

本实用新型涉及一种基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，采用以下结构的SDI视频转换盒实现：

所述SDI视频转换盒的结构包括：

FPGA，用于实现视频信号检测与采集、时序转换、生成高速串行数据、接口电路控制，在收到来自DVI、CVBS、VGA接口的视频信号后，对视频信号进行格式转换，通过SDI IP核生成高速串口信号，通过串口通信接口接收来自于主控端的命令，完成图像翻转、色彩调整和Logo叠加；

时钟电路，与所述FPGA连接，用于控制FPGA的时序；

1路DVI视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

1路CVBS视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

1路VGA视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

独立设置的3路SD/HD/3G SDI视频输出接口，所述3路SD/HD/3G SDI视频输出接口独立设置于FPGA的视频输出端，用于将FPGA的高速串口信号转换为符合SDI标准电气特性的信号，加入均衡和驱动；

DDR3存储器，与所述FPGA连接，用于对主控接口输入的逻辑命令进行存储；

EPCQ256存储器，与所述FPGA连接，用于对所述FPGA的配置参数进行储存；

主控接口，通过串口通信模块与所述FPGA连接。

作为改进，所述1路DVI视频输入接口前端设置有型号为DVI-I(24+5)的视频主输入接口。

作为改进，所述主控接口采用型号为DB9的主控接口，串口通信模块选用型号为MAX3491的串口收发芯片。

作为改进，所述SD/HD/3G SDI视频输出接口选用芯片型号为LMH0303的视频输出接口，SD/HD/3G SDI视频输出接口输出端设置SMA同轴连接器。

作为改进，所述DVI视频输入接口用于接收DVI视频信号，最大支持1080P@60分辨率，在不超过最大分辨率的情况下输入分辨率可任意设置。

作为改进，所述CVBS视频输入接口用于接收CVBS视频信号，支持NTSC、PAL、SECAM模拟视频信号，可自动检测信号类型。

作为改进，所述VGA视频输入接口用于接收VGA视频信号，最大支持1080P@60分辨率，在不超过最大分辨率的情况下输入分辨率可任意设置。

作为改进，所述FPGA集成有串口通信模块、Logo缓存区模块、图像反转控制模块、DDR3模块、DDR3写控制模块、DDR3读控制模块、RAM模块、视频时序转换模块、参考时钟切换控制模块、时钟电路模块、SDI核模块、色彩调整模块、颜色空间转换模块、写FIFO控制模块、FIFO模块和分辨率检测模块；

所述串口通信模块、色彩调整模块、颜色空间转换模块、写FIFO控制模块、FIFO模块、DDR3写控制模块、DDR3模块、DDR3读控制模块、RAM模块、视频时序转换模块及SDI核模块依次连接；

所述色彩调整模块输入端外接DVI视频输入接口、CVBS视频输入接口或VGA视频输入接口；

所述色彩调整模块通过分辨率检测模块分别与写FIFO控制模块、DDR3写控制模块和DDR3读控制模块连接；

所述DDR3写控制模块与视频时序转换模块连接；

所述视频时序转换模块与DDR3读控制模块连接；

所述串口通信模块与图像反转控制模块连接、DDR3读控制模块、Logo缓存区模块、视频时序转换模块及参考时钟切换控制模块分别连接，图像反转控制模块输出端分别连接至DDR3写控制模块和DDR3读控制模块；

所述串口通信模块通过Logo缓存区模块与DDR3读控制模块连接；

所述参考时钟切换控制模块、时钟电路模块及SDI核模块依次连接。

与现有技术相比，

本实用新型基于FPGA技术，设计多种类型的视频输入接口，对各输入接口采用无缝转换技术完成输入视频源的时序转换，将各种格式的视频转换为符合SMPTE标准的视频，并且可对视频进行旋转，色彩调整，Logo叠加等操作，使用人可根据后端显示设备或采集设备情况对本实用新型中的视频转换盒进行相应的功能配置，能适应多种场合的使用；

通过应用本实用新型，可方便将目前流行的DVI、CVBS、VGA三类视频接口统一到SDI接口，使得后端设备可以做的单一，SDI采用75欧同轴电缆传输，传输距离远，设备安装简单，使得硬件成本降低。在本实用新型中，智能无缝转换技术使得任意标准或非标准视频都能在常用SDI显示器显示，解决了非标准视频不能在常规显示器上显示的问题。在某些场合，要求能执行图像翻转、色彩调整、logo叠加等功能，这些功能一般在后端设备上完成，应用本实用新型可以不对后端设备作以上功能要求，进一步降低后端设备的使用成本。

在具体实现时，DVI视频输入接口、CVBS视频输入接口和VGA视频输入接口分别配置有各自的视频处理单元，一个输入视频接口对应一个SD/HD/3G SDI视频输出接口，各个接口完全独立处理，在使用时可选择任一接口工作，也可以三个接口同时工作。

串口通信模块作为SDI视频转换盒的控制接口，使用RSYUV422接口与主机进行命令及数据交互，主机可以是带串口接口的PC机或MCU类的微控制器。在现场应用有主机介入时，SDI视频转换盒各模块由主机进行相应配置，如图2所示的连接关系，可以对色彩调整、图像翻转、Logo叠加、SDI IP核模块进行控制，从而完成相应功能。当现场应用缺失主机时，SDI视频转换盒会自动检测输入图像的格式及分辨率，由检测得到的参数完成视频采集及转换所需必要模块的自我配置，达到智能工作的目的。

色彩调整模块可由串口通信模块进行配置，对输入图像进行亮度、对比度及饱和度的调整，让图像视觉效果更加绚丽，该模块也可工作在脱机模式下，即主机缺失时，此时模块的工作情况可分为两类，如果上次有主机接入时对该模块进行了参数配置且使能了主机缺失保留参数功能，那么模块将沿用上次的配置参数进行工作；如果上次主机接入时未使能主机缺失保留参数功能，那么模块将不对输入图像进行任何处理，图像数据进入下一模块。

颜色空间转换模块即图2所示的RGB转YUV422模块，该转换是为了减小输入图像数据量，从而降低输入图像对后续处理模块的带宽要求，使SDI视频转换盒能达到三路接口同时工作的状态，经过该模块后数据量将减小到原数据的2/3，作用明显。

视频数据在经过颜色空间转换模块后被写入DDR3前端的FIFO模块，同时分辨率检测模块对视频进行格式及分辨率检测，若在主机缺失状态下，该模块检测到的视频图像参数将成为SDI视频转换盒完成基本功能的必要参数，视频时序转换模块、SDI IP核模块均需要根据分辨率检测模块的检测参数实现视频的智能转换，如果视频输入是符合VESA及SMPTE标准的，那么在转换过程中将直接使用检测得到的参数完成转换，如果视频输入不符合VESA或SMPTE标准，那么在转换过程中会根据输入视频的格式及分辨率智能配对到符合VESA和SMPTE标准的分辨率，该分辨率将是最接近于输入分辨率的一个标准分辨率，这样在SDI端输出的视频始终是符合SMPTE标准的，保证了后端显示及采集设备的正常工作。

图像翻转控制模块可由串口通讯模块进行配置，在某些使用场合下，显示器可能会横向放置，也可能竖向放置，由图像翻转控制模块对输入图像进行上下、左右镜像或90°、270°旋转后，将图像恢复至常规视觉显示，方便使用人观看。该模块可工作在脱机模式下，即主机缺失时，此时图像翻转控制模块的工作情况可分为两类，如果上次有主机接入时对该模块进行了参数配置且使能了主机缺失保留参数功能，那么模块将沿用上次的配置参数进行工作；如果上次主机接入时未使能主机缺失保留参数功能，那么模块将不对输入图像进行任何处理，图像数据进入下一模块。

Logo叠加模块设置于Logo缓存区模块与DDR3读控制模块之间，可由串口通讯模块进行配置，对输入图像进行图片及字符叠加，叠加的图片、字符由串口发送到Logo缓存区，叠加区域可选，方便使用人在传输的图像中加入标志性的Logo，为个人或公司进行宣传，也可利用该功能对图像进行拼接或嵌入修改。该模块可工作在脱机模式下，即主机缺失时，此时模块的工作情况可分为两类，如果上次有主机接入时对该模块进行了参数配置且使能了主机缺失保留参数功能，那么模块将沿用上次的配置参数进行工作；如果上次主机接入时未使能主机缺失保留参数功能，那么模块将不对输入图像进行任何处理，图像数据进入下一模块。

视频时序转换模块可由串口通讯模块进行配置，对输入图像进行时序的无缝转换，不管前端图像是否符合SMPTE标准，经过该模块后都将被转换为符合SMPTE标准。该模块可工作在脱机模式下，即主机缺失时，此时模块的工作情况可分为两类，如果上次有主机接入时对该模块进行了参数配置且使能了主机缺失保留参数功能，那么模块将沿用上次的配置参数进行工作；如果上次主机接入时未使能主机缺失保留参数功能，那么模块将使用智能配对功能对图像进行处理。

SDI IP核模块可由串口通讯模块进行配置，将前端处理后的图像进行编码和并串转换，编码和转换后的图像数据将符合SDI传输协议。该模块可工作在脱机模式下，即主机缺失时，此时模块的工作情况可分为两类，如果上次有主机接入时对该模块进行了参数配置且使能了主机缺失保留参数功能，那么模块将沿用上次的配置参数进行工作；如果上次主机接入时未使能主机缺失保留参数功能，那么模块将使用智能配对功能对图像进行处理。

按照以上描述，即可对本实用新型进行应用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，采用以下结构的SDI视频转换盒实现：

所述SDI视频转换盒的结构包括：

FPGA，用于实现视频信号检测与采集、时序转换、生成高速串行数据、接口电路控制，在收到来自DVI、CVBS、VGA接口的视频信号后，对视频信号进行格式转换，通过SDI IP核生成高速串口信号，通过串口通信接口接收来自于主控端的命令，完成图像翻转、色彩调整和Logo叠加；

时钟电路，与所述FPGA连接，用于提供FPGA的逻辑时钟和SDI IP核的参考时钟；

1路DVI视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

1路CVBS视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

1路VGA视频输入接口，设置于FPGA的视频输入端；

独立设置的3路SD/HD/3G SDI视频输出接口，所述3路SD/HD/3G SDI视频输出接口独立设置于FPGA的视频输出端，用于将FPGA的高速串口数字信号转换为符合SDI标准电气特性的信号，加入均衡和驱动；

DDR3存储器，与所述FPGA连接，用于对三个通道的视频数据进行存储；

EPCQ256存储器，与所述FPGA连接，用于对所述FPGA的配置参数进行储存；

主控接口，通过串口收发芯片与所述FPGA连接。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，所述1路DVI视频输入接口前端设置有型号为DVI-I(24+5)的视频主输入连接器。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，所述主控接口采用型号为DB9的接口连接器，主控接口采用串口方式进行通信，串口通信采用的收发芯片型号为MAX3491。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，所述SD/HD/3G SDI视频输出接口选用芯片型号为LMH0303的视频输出驱动器，SD/HD/3G SDI视频输出接口输出端设置SMA同轴连接器。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，所述DVI视频输入接口用于接收DVI视频信号，最大支持1080P@60分辨率，在不超过最大分辨率的情况下输入分辨率可任意设置。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，所述CVBS视频输入接口用于接收CVBS视频信号，支持NTSC、PAL、SECAM模拟视频信号，可自动检测信号类型。

7.根据权利要求1所述的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，所述VGA视频输入接口用于接收VGA视频信号，最大支持1080P@60分辨率，在不超过最大分辨率的情况下输入分辨率可任意设置。

8.根据权利要求1所述的基于FPGA实现多接口智能SDI视频转换盒，其特征在于，所述FPGA集成有串口通信模块、Logo缓存区模块、图像反转控制模块、DDR3写控制模块、DDR3读控制模块、RAM模块、视频时序转换模块、参考时钟切换控制模块、时钟电路模块、SDI核模块、色彩调整模块、颜色空间转换模块、写FIFO控制模块、FIFO模块和分辨率检测模块；

所述串口通信模块、色彩调整模块、颜色空间转换模块、写FIFO控制模块、FIFO模块、DDR3写控制模块、DDR3读控制模块、RAM模块、视频时序转换模块及SDI核模块依次连接；

所述色彩调整模块输入端外接DVI视频输入接口、CVBS视频输入接口或VGA视频输入接口；

所述色彩调整模块通过分辨率检测模块分别与写FIFO控制模块、DDR3写控制模块和DDR3读控制模块连接；

所述DDR3写控制模块与图像翻转模块连接；

所述视频时序转换模块与DDR3读控制模块连接；

所述串口通信模块与图像反转控制模块连接、DDR3读控制模块、Logo缓存区模块、视频时序转换模块及参考时钟切换控制模块分别连接，图像反转控制模块输出端分别连接至DDR3写控制模块和DDR3读控制模块；

所述Logo缓存区模块与DDR3读控制模块连接；

所述参考时钟切换控制模块与硬件时钟电路连接，时钟电路输出与SDI核模块连接。