1、前言

FPGA實(shí)現(xiàn)SDI視頻編解碼目前有兩種方案：
一是使用專用編解碼芯片，比如典型的接收器GS2971，發(fā)送器GS2972，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，比如GS2971直接將SDI解碼為并行的YCRCB，缺點(diǎn)是成本較高，可以百度一下GS2971的價(jià)格；
另一種方案是使用FPGA實(shí)現(xiàn)編解碼，利用FPGA的GTP/GTX資源實(shí)現(xiàn)解串，優(yōu)點(diǎn)是合理利用了FPGA資源，GTP/GTX資源不用白不用，缺點(diǎn)是操作難度大一些，對(duì)FPGA水平要求較高。

PCIE（PCI Express）采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起 PCI 以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到 PCI 所不能提供的高帶寬，是目前各行業(yè)高速接口的優(yōu)先選擇方向，具有很高的實(shí)用價(jià)值和學(xué)習(xí)價(jià)值；

本設(shè)計(jì)使用Xilinx官方的XDMA方案搭建基于Xilinx系列FPGA的PCIE通信平臺(tái)，該方案只適用于Xilinx系列FPGA，一并提供了XDMA的安裝驅(qū)動(dòng)和QT上位機(jī)源代碼，省去了使用XDMA繁瑣的驅(qū)動(dòng)尋找和上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的不知所措，并以搭建好vivado工程，省去了不知道如何使用XDMA的尷尬，使得PCIE的使用變得簡(jiǎn)單易上手，而不用關(guān)心其復(fù)雜的PCIE協(xié)議；由于我的開(kāi)發(fā)板只支持PCIE X8，所以提供的代碼是PCIE X8架構(gòu)，若需要PCIE X1、 X2、 X8、 X16、 X32的朋友，可自行修改本工程，也可關(guān)注我，我會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)布新的工程。

本文詳細(xì)描述了FPGA純verilog解碼SDI視頻并發(fā)送PCIE到上位機(jī)用QT現(xiàn)實(shí)采集視頻的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，利用開(kāi)發(fā)板自帶的SDI輸入接口，實(shí)時(shí)采集HDMI輸入視頻，緩存DDR3后，一路經(jīng)HDMI輸出芯片輸出顯示器，另一路經(jīng)XDMA，通過(guò)PCIE發(fā)送給QT上位機(jī)顯示程序顯示；達(dá)到SDI采集視頻環(huán)出和PCIE輸出到電腦端顯示的同步操作，屬于FPGA圖像采集領(lǐng)域的高端項(xiàng)目。。。
工程代碼編譯通過(guò)后上板調(diào)試驗(yàn)證，文章末尾有演示視頻，可直接項(xiàng)目移植，適用于在校學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，也適用于在職工程師做項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，可應(yīng)用于醫(yī)療、軍工等行業(yè)的數(shù)字成像和圖像傳輸領(lǐng)域；
提供完整的、跑通的工程源碼和技術(shù)支持；
工程源碼和技術(shù)支持的獲取方式放在了文章末尾，請(qǐng)耐心看到最后；

免責(zé)聲明

本工程及其源碼即有自己寫(xiě)的一部分，也有網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)渠道獲取的一部分(包括CSDN、Xilinx官網(wǎng)、Altera官網(wǎng)等等)，若大佬們覺(jué)得有所冒犯，請(qǐng)私信批評(píng)教育；基于此，本工程及其源碼僅限于讀者或粉絲個(gè)人學(xué)習(xí)和研究，禁止用于商業(yè)用途，若由于讀者或粉絲自身原因用于商業(yè)用途所導(dǎo)致的法律問(wèn)題，與本博客及博主無(wú)關(guān)，請(qǐng)謹(jǐn)慎使用。。。

2、我已有的SDI編解碼方案

我的主頁(yè)有SDI視頻專欄，既有FPGA純邏輯資源的SDI編解碼，其中有基于GTX的，也有基于GTH的編解碼，又有基于例如GS2971/GS2972的SDI視頻收發(fā)工程，既有普通的SDI接受發(fā)送，也有SDI視頻的縮放、拼接、UDP傳輸、SFP光纖傳輸、PCIE傳輸?shù)鹊?；以下是專欄地址?br>點(diǎn)擊直接前往

3、我已有的PCIE方案

我的主頁(yè)有PCIE通信專欄，既有基于RIFFA實(shí)現(xiàn)的PCIE方案，也有基于XDMA實(shí)現(xiàn)的PCIE方案；既有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交互、測(cè)速，也有應(yīng)用級(jí)別的圖像采集傳輸；既有純FPGA的PCIE，也有zynq的PCIE；以下是專欄地址：
點(diǎn)擊直接前往

4、總體設(shè)計(jì)思路和方案

總體設(shè)計(jì)思路和方案如下：

SDI攝像頭

我用到的SDI攝像頭輸出視頻分辨率1080P@30Hz；根據(jù)不同相機(jī)有所區(qū)別；

Gv8601a單端轉(zhuǎn)差

Gv8601a起到均衡 EQ 功能，這里選用Gv8601a是因?yàn)槌u了Xilinx官方的板子，當(dāng)然也可以用其他型號(hào)器件。

GTX解串

GTX負(fù)責(zé)解串，將原始SDI視頻解為20位的并行數(shù)據(jù)，我的板子是K7，所以用GTX，如果是A7的板子則用GTP，這里使用GTX并沒(méi)有調(diào)用IP，而是直接調(diào)用GTXE2_CHANNEL和GTXE2_COMMON源語(yǔ)，這一點(diǎn)可謂將Xilinx的GTX資源用到了極致水平，值得好好品讀，其實(shí)調(diào)用IP無(wú)非也就是把調(diào)用源語(yǔ)變得界面化而已，直接調(diào)用源語(yǔ)或許理解更為深刻，這一點(diǎn)，在市面上的所謂FPGA教程里都學(xué)不到。

SDI解碼

調(diào)用SMPTE-SDI IP核實(shí)現(xiàn)，GTX只是將高速串行數(shù)據(jù)解為了并行，但并沒(méi)有解析SDI協(xié)議，SMPTE-SDI IP核則完成了SDI協(xié)議的解碼，去掉了SDI協(xié)議中的數(shù)據(jù)包信息和控制信息，解析出有效的視頻數(shù)據(jù)，詳細(xì)的SMPTE-SDI IP核接口定義請(qǐng)參考官方的使用手冊(cè);

VGA時(shí)序恢復(fù)

此模塊的作用就是解碼恢復(fù)出hs、vs以及de信號(hào)，即恢復(fù)正常的VGA視頻時(shí)序；
要恢復(fù)正常的VGA視頻時(shí)序，首先得看懂下面這張圖：

根據(jù)這張表即可恢復(fù)出圖像時(shí)序，具體看代碼，這里一兩句話實(shí)在講不清楚，如果要完全講明白，寫(xiě)5本書(shū)都搓搓有余；

YUV轉(zhuǎn)RGB

這里就簡(jiǎn)單了，YUV4:4:4轉(zhuǎn)RGB8:8:8，幾條公式和幾行代碼的事兒，屬于低端操作；
至此，SDI解碼過(guò)程就完成了，接下來(lái)就是圖像輸出過(guò)程；

具體的SDI解碼部分原理講解，請(qǐng)參考我之前的文章：點(diǎn)擊直接前往

圖像緩存

其實(shí)就是一個(gè)AXI4主機(jī)，加上讀寫(xiě)邏輯構(gòu)成的DMA；具體看代碼。。。

PCIE發(fā)送通路

調(diào)用Xilinx官方的XDMA作為PCIE發(fā)送引擎，不需要了解PCIE復(fù)雜的協(xié)議，XDMA集成AXI4接口，直接與DDR3交互，用戶通過(guò)DDR3的指定地址做數(shù)據(jù)讀寫(xiě)即可；
具體的PCIE發(fā)送通路部分原理講解，請(qǐng)參考我之前的文章：點(diǎn)擊直接前往

SDI同步輸出通路

SDI視頻采集緩存后，讀出數(shù)據(jù)送HDMI輸出現(xiàn)實(shí)，這一步可作為QT上位機(jī)的參考，同步輸出可比較PCIE視頻傳輸?shù)恼_性，有的項(xiàng)目也有PCIE和HDMI同步輸出的需求，所以這里設(shè)計(jì)得高度貼近真實(shí)項(xiàng)目。。。
HDMI發(fā)送使用silicon9134芯片，silicon9134需要i2c配置才能使用，關(guān)于silicon9134得i2c配置和使用，請(qǐng)參考我之前的文章：點(diǎn)擊直接前往

5、vivado工程詳解

開(kāi)發(fā)板FPGA型號(hào)：Xilinx–xc7k325tffg900-2；
開(kāi)發(fā)環(huán)境：Vivado2019.1；
輸入：3G-SDI；分辨率1920X1080@30Hz；
輸出1：PCIE X8至電腦端QT上位機(jī)；
輸出2：HDMI輸出；分辨率1920X1080@60Hz；；
應(yīng)用：SDI視頻采集卡；
工程BD如下：


綜合后的工程代碼架構(gòu)如下：

SDI解碼部分源碼位置如圖：

綜合編譯完成后的FPGA資源消耗和功耗預(yù)估如下：

6、驅(qū)動(dòng)安裝

提供提供Win系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，目錄如下：


驅(qū)動(dòng)安裝參考前面的測(cè)速試驗(yàn)：點(diǎn)擊直接前往

7、QT上位機(jī)軟件

QT顯示上位機(jī)：提供源代碼和可執(zhí)行程序，發(fā)開(kāi)版本為QT5.6.2；位置如下：

8、工程移植說(shuō)明

vivado版本不一致處理

1：如果你的vivado版本與本工程vivado版本一致，則直接打開(kāi)工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，則需要打開(kāi)工程后，點(diǎn)擊文件–>另存為；但此方法并不保險(xiǎn)，最保險(xiǎn)的方法是將你的vivado版本升級(jí)到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解決如下：

打開(kāi)工程后會(huì)發(fā)現(xiàn)IP都被鎖住了，如下：

此時(shí)需要升級(jí)IP，操作如下：

FPGA型號(hào)不一致處理

如果你的FPGA型號(hào)與我的不一致，則需要更改FPGA型號(hào)，操作如下：



更改FPGA型號(hào)后還需要升級(jí)IP，升級(jí)IP的方法前面已經(jīng)講述了；

其他注意事項(xiàng)

1：由于每個(gè)板子的DDR不一定完全一樣，所以MIG IP需要根據(jù)你自己的原理圖進(jìn)行配置，甚至可以直接刪掉我這里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根據(jù)你自己的原理圖修改引腳約束，在xdc文件中修改即可；
3：純FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq軟核；

9、上板調(diào)試驗(yàn)證

SDI同步HDMI輸出驗(yàn)證

PCIE輸出驗(yàn)證

開(kāi)啟上位機(jī)測(cè)程序進(jìn)行 PCIe 顯示測(cè)試，打開(kāi)下圖的顯示軟件 pcie2screen，軟件在如下位置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

打開(kāi)上位機(jī)以后可以看到軟件暫停播放：

點(diǎn)擊中間的按鈕，開(kāi)始播放SDI輸入視頻源的視頻：

10、福利：工程代碼的獲取

福利：工程代碼的獲取
代碼太大，無(wú)法郵箱發(fā)送，以某度網(wǎng)盤(pán)鏈接方式發(fā)送，
資料獲取方式1：私，或者文章末尾的V名片。
資料獲取方式2：文章末尾的XX號(hào)，回復(fù) 001006
網(wǎng)盤(pán)資料如下：

文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-459772.html

到了這里，關(guān)于FPGA實(shí)現(xiàn)SDI視頻解碼PCIE傳輸 提供工程源碼和QT上位機(jī)源碼加技術(shù)支持的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！