一种基于fpga的高清视频无缝矩阵的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]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。
[0005]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。
[0006]作为本发明进一步的方案:所述模拟矩阵芯片的型号为ADN4605。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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4KX2K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】
[0014]图1为本发明的结构示意图。
[0015]图2为本发明的时钟方案示意图。
【具体实施方式】
[0016]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。
[0017]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I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。
[0018]所述模拟矩阵芯片I的型号为ADN4605，模拟矩阵芯片I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。
[0019]本发明中整个单板的设计以4X4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。
[0020]所述4X4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8X20=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=166.66X2X32X2=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67X2=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。
[0021]所述基于FPGA的高清视频无缝矩阵4X4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米取冻结一帧的方式来避免碰撞。
[0022]本发明能够支持高清1080P和超高清4KX 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。
[0023]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。
【主权项】
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(I )、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(I)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(I)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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H04N7/18, H04N5/268
【公开号】CN105120184
【申请号】CN201510647574
【发明人】李敏
【申请人】深圳市捷视飞通科技有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年10月9日