基于FPGA与HDMI1.4标准接口的光发送设备的制作方法

基于fpga与hdmi1.4标准接口的光发送设备
技术领域
1.本实用新型涉及光发送设备技术领域，具体为基于fpga与hdmi1.4标准接口的光发送设备。


背景技术：

2.随着信息技术传输速度日益更新，光纤技术得到广泛应用。在轨道交通系统中，光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。在轨道交通系统的站厅站台lcd屏实时播放所使用的光纤通信装置主要由播控、光电接收设备和光缆(光纤)组成。
3.基于fpga与1.4标准hdmi的铜缆传输受限于远距离传输，而超高速光纤通信多采用专用的asic芯片并支持更远距离且传输损耗低传输频带宽等特点，同时各fpga厂商也相继推出了40gbps、4x10gbps、100gbps、10x10gbps等fpga芯片，使基于fpga超高速光纤通信的实现成为可能。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供基于fpga与hdmi1.4标准接口的光发送设备，具有基于fpga和1.4标准hdmi光纤通信系统有效地解决了传统hdmi信号铜缆远距离传输的问题，提高了视频传输速率和视频分辨率，并且发送器和接收器分别独立可以灵活配套使用。高清视频远距离传输已经成为未来发展的一个趋势，该系统方案的应用前景广泛，解决了现有技术中的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：基于fpga与hdmi1.4标准接口的光发送设备，包括hdmi分配器、hdmi接收器和stm32f107vt6单片机，所述hdmi分配器与hdmi接口相接，并输出hdmi信号至hdmi接收器，hdmi接收器输出hdmi信号至fpga，fpga接收si5338c频率发生器的时钟信号以及两路光电接口；
6.所述si5338c频率发生器、hdmi分配器和hdmi接收器并联接在stm32f107vt6单片机上，并且stm32f107vt6单片机接收fpga的spi信号，通过i/o接闪存至fpga，且stm32f107vt6单片机分别接网口、串口、usb口和led；
7.所述fpga内置音视频复用控制器、数据输入模块和8b/10b数据转换模块，音视频复用控制器的输入端接数据输入模块和mcu控制模块，数据输入模块输入端接hdmi接收器，si5338c频率发生器由ddr2内存的参考时钟数据解析成一路适合光路传输数据，发送到音视频复用控制器、8b/10b数据转换模块和gtp上。
8.优选的，所述hdmi分配器的型号为pi3hdmi412，hdmi接收器的型号为adv7611。
9.优选的，所述hdmi接口接收来自外部的视频信号，经过hdmi分配器和hdmi接收器，将hdmi串行数据转换成并行数据输出给fpga。
10.优选的，所述fpga的视频信号将16位并行数据转换成8路串行信号，再由8b/10b数据转换模块转换后为1路可在光纤传输的串行信号，同时，fpga控制hdmi接收器的信号hs、
vs、de、mclk和sclk的复用，复用后输入至光电接口。
11.优选的，所述fpga的芯片型号为xc6slx45t
‑
3fgg484c。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
13.本基于fpga与hdmi1.4标准接口的光发送设备，fpga基于同步参考时钟完成视频逻辑处理，实现hdmi视频信号数据光纤通信传输，外部si5338c频率发生器通过软件配置产生148.5mhz参考时钟，fpga同步参考时钟并产生反馈时钟信号提供其他模块用于数据同步传输，基于fpga和1.4标准hdmi光纤通信系统有效了传统hdmi信号铜缆远距离传输的问题，而且提高了视频传输速率和视频分辨率。利用fpga设计简单，成本较低，具有灵活性强的特点，结合光缆(光纤)模块实现高清视频的实时传输，并且发送器和接收器分别独立可以灵活配套使用，实现星型连接、串行环出连接、菊花链连接等。高清视频远距离传输已经成为未来发展的一个趋势，该系统方案的应用前景广泛。
附图说明
14.图1为本实用新型的标准hdmi发送器系统框图；
15.图2为本实用新型的标准hdmi发送器fpga框图。
具体实施方式
16.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.请参阅图1，基于fpga与hdmi1.4标准接口的光发送设备，包括hdmi分配器、hdmi接收器和stm32f107vt6单片机，hdmi分配器与hdmi接口相接，并输出hdmi信号至hdmi接收器，hdmi接收器输出hdmi信号至fpga，fpga的芯片型号为xc6slx45t
‑
3fgg484c，fpga接收si5338c频率发生器的时钟信号以及两路光电接口。
18.si5338c频率发生器、hdmi分配器和hdmi接收器并联接在stm32f107vt6单片机上，hdmi分配器的型号为pi3hdmi412，hdmi接收器的型号为adv7611，hdmi接口接收来自外部的视频信号，经过hdmi分配器和hdmi接收器，将hdmi串行数据转换成并行数据输出给fpga，同时，fpga还实现adv7611控制信号hs、vs、de、mclk和sclk的复用，复用后输入至光纤模块，音频信号单独为一路，并且stm32f107vt6单片机接收fpga的spi信号，通过i/o接闪存至fpga，且stm32f107vt6单片机分别接网口、串口、usb口和led。
19.实现1080p(1920x1080)像素、刷新频率为60hz、24位rgb的hdmi数字信号的实时传输，实际传输:1080p@60：2200*1125*60*16*(10/8)＝2.97gbps
20.请参阅图2，fpga内置音视频复用控制器、数据输入模块和8b/10b数据转换模块，音视频复用控制器的输入端接数据输入模块和mcu控制模块，数据输入模块输入端接hdmi接收器，si5338c频率发生器由ddr2内存的参考时钟数据解析成一路适合光路传输数据，发送到音视频复用控制器、8b/10b数据转换模块和gtp上。
21.支持传输的视频格式为1080p@60hz，视频水平方向总的像素数为2200个，有效像素数为1920个，垂直方向总行数为1125行，有效行数为1080行。
22.视频信号的采样频率为：2200x1125x60＝148.5mhz.。
23.该系统方案中fpga芯片为xc6slx45t
‑
3fgg484c，fpga的每个i/o口最大传输速度为862mhz，而光纤的一路串行信号传输速度不能低于2.97gb/s，因此，在处理过程中，采用了两次串并转换。首先，经过hdmi接收器输入到fpga的并行信号经过一次3:1的并串转换，经过fpga处理的信号包含视频信号、音频信号和控制信号；再经过8b/10b8b/10b数据转换模块编解码之后，将数据转换成一路光电信号，通过光纤系统发送到接收端。
24.音视频复用控制器在fpga通过对缓存的4个字节数据进行数据判断，判断是否为sav或者eav来判断一帧的起始数据，然后对变量addr进行+1操作，来对数据进行填充，完成视频信号、音频信号及控制信号的编码，结合音视频信号复用，以及变量addr区间值范围对应信号的编码，fpga按照该格式来解析数据并解复用。
25.横轴的行同步信号hsync随扫描x位置的变化而变化，当hsync由低变高时表示一行新行的开始(旧行的结束)；
26.纵轴的场同步信号vsync随扫描y位置变化而变化，当vsync由低变高时表示一场新画面的开始(旧场的结束)；
27.变量addr区间值对应信号说明如下：
28.addr>0且addr<4填充的是数字信号控制码
29.addr>3且addr<8填充的为k码
30.addr>7且addr<16填充的为控制信息
31.addr>16且addr<80填充的为音频信号
32.addr>79填充的为视频信号
33.基于fpga的光纤通信系统在传输视频的同时，将控制信号剥离出来单独传输，可以达到在不增加数据占用带宽完成高速通行要求的效果。
34.fpga作为核心控制模块主要体现在下面几个方面：
35.fpga具有系统复位功能，fpga的复位控制是通过mcu的stm32f107单片机与fpga的通用ttli/o管脚相连，当fpga启动时、调试过程中或系统运行异常时需要对fpga进行复位，mcu控制该管脚电平切换达到fpga的复位功能。
36.通过mcu与fpga通信，使fpga完成hdmi相关寄存器配置。
37.mcu通过spi与fpga通信，对fpga的hdmi相关寄存器进行配置，含hdmi视频信号的hsync、vsync等参数。
38.fpga基于同步参考时钟完成视频逻辑处理，实现hdmi视频信号数据光纤通信传输，外部si5338c频率发生器通过软件配置产生148.5mhz参考时钟，fpga同步参考时钟并产生反馈时钟信号提供其他模块用于数据同步传输，基于fpga和1.4标准hdmi光纤通信系统有效了传统hdmi信号铜缆远距离传输的问题，而且提高了视频传输速率和视频分辨率。利用fpga设计简单，成本较低，具有灵活性强的特点，结合光缆(光纤)模块实现高清视频的实时传输。
39.基于fpga和1.4标准hdmi光纤通信系统发送器位于通信系统的发送端，配套接收端有效的实现远距离hdmi信号光纤传输，并且发送器和接收器分别独立可以灵活配套使用，实现星型连接、串行环出连接、菊花链连接等。高清视频远距离传输已经成为未来发展的一个趋势，该系统方案的应用前景广泛。
40.综上所述：本基于fpga与hdmi1.4标准接口的光发送设备，fpga基于同步参考时钟完成视频逻辑处理，实现hdmi视频信号数据光纤通信传输，外部si5338c频率发生器通过软件配置产生148.5mhz参考时钟，fpga同步参考时钟并产生反馈时钟信号提供其他模块用于数据同步传输，基于fpga和1.4标准hdmi光纤通信系统有效了传统hdmi信号铜缆远距离传输的问题，而且提高了视频传输速率和视频分辨率。利用fpga设计简单，成本较低，具有灵活性强的特点，结合光缆(光纤)模块实现高清视频的实时传输，并且发送器和接收器分别独立可以灵活配套使用，实现星型连接、串行环出连接、菊花链连接等。高清视频远距离传输已经成为未来发展的一个趋势，该系统方案的应用前景广泛。
41.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
42.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。