倪奇志 孙运

摘要

高清晰数字电视功能实现的核心在于信号采集，HD-SDI具有数据分析、基准码定时、行号数据效验等功能，基于数字视频识别模块的构建，实现信号的处理以及传输，FPGA可稳定传输信号，传输效果也具备可靠性。本文基于HD-SDI在数字视频信号处理、传输中的应用，阐述了FPGA的设计内容以及应用方法，具有重要价值。

【关键词】数字视频信号 信号处理 信号传输FPGA设计

高清晰数字电视深受消费者喜爱，数字视频信号输出通道以非线性的方式为主，并将其与信号位数字接口对接。HD-SDI具备数字信号采集功能，可对数字信号进行串并转换，具有稳定性。HD-SDI在数字信号非线性处理上具有适应性原则，基于视频信号处理以及传输，在技术上已经逐渐成熟，以下是数字信号处理FPGA设计内容。1HD-SDI概述

HD-SDI处于均衡的电路模型之中，其中包括并联电路、串联电路、输出电路等，配置器件为MAX7128S。此外，HD-SDI具备两个视频通道，三个视频输出通道，通过DVI接口设计、电缆连接方式，对信号进行输出。数字视频清晰度像素值需保持在1920x1080之间，而色差信号在960x1080之间。按照顺序对亮度、数字场进行扫描，通过逐行数据扫描提取的方式，对数据序列进行效验，在接收端对数据进行运算。

2 HD-SDI数字视频信号FPGA设计

2.1视频数据提取处理

视频信号传输并非全部为有效数据，数据处理是将HD-SDI信号中的有效初数据提取。某项目设计，以隔行扫描的方式，对视频信号数据进程采集，像素规格为1920x1080，数据量3860个。借助HD-SDI，对每个有效数据进行标码，前端数据标SAV、后端数据标EVA。在系统中，共包含寄存器8个，按照不同的周期在寄存器内写入字节数据。数据寄存顺序与输入顺序相同，最新数据在第一个寄存器中，最早数据写入到最后寄存器中。基于HD-SDI的FPGA设计，在系统中增加了四个RAM，赋予系统数据分离以及储存功能，格式信号为FPGA，结合像素规格，每个格式信号含有1920Y分量。而FPGA内部的双口设计，每个双口容量大小为10KB。在系统中，四个双口中的两个负责数据的分量工作，其余两个负责数据的储存工作。若数据储存较满，FPGA会发挥自身的控制功能，将数据进行缓冲，并以不同的格式在系统储存。FPGA中的数据形式以10位为主，字节以16位储存方式，14位地址写入方式。在数据处理中，基于DMA模块设计，可实现32位数据的传输，而由于双口中的数据储存方式不同，导致数据组合排列方式也存在差异。此外，在数據分量之后，需要借助SDRAM模块进行数据读取、控制，在FPGA内部设置三个地址控制器，控制最终的偏移地址。

2.2 DMA控制模块设计

基于HD-SDI信号处理与传输，FPGA借助DMA模块支持半字节、数据的传输，其可以通过数据拷贝的方式，支持储存器与外部设备之间的数据传输功能。基于FPGA数据传输的DMA模块拥有两个端口，两个端口均为主端口，一个负责数据的读入功能，一个负责数据的写入功能，并设置一个从控制端口，此端口的主要功能为控制DMA模块。基于数字视频信号传输，在DMA模块功能设计需通过初始化储存器地址的方式进行，继而启动最后的控制器功能，而DMA控制模块的指令功能通过写入程序命令的方式实现。其中包括源数据地址写入，目标地址提取。

2.3总线模块转化设计

在FPGA功能实现过程中，利用Avalon总线模块进行集成控制。在功能模块集成过程中，利用总线实现各模块之间的转化，总线会将DMA模块传输数据送到总线之中，并开拓总线传输通道，实现各模块的科学转化。转化设计中，以端口设计为主，利用端口对数据信号等参数进行传输，并借助总线控制信号线，传递时钟信号。当DMA传输数据时，同步时钟会处于持续工作状态之中，并会同时发送32位数据。所以，基于Avalon总线的模块转化，会通过外设控制方法，将数据传输到主设备之中。

2.4最终效果调试设计

在结构赋予与功能赋予的基础上，对信号传输的最终效果进行调试。项目人员通过实验调试的方法，保障FPGA功能的最终实现。数字视频信号传输的基本设备包括SDI信号源以及高清显示屏，实验以某公司的生产的板卡为主，将其插入到PCI空槽之中。当节目源最终传递播放之后，板卡会传递视频信号，其功能就相当于系统之中的发生器。利用HD-SDI对信号输出效果进行调试，能够提高信号传递的最终效果。所以，实验调试将基本的原始板卡连接到信号输出通道之上，经过视频提取之后，利用相关软件对视频进行非线性编辑，将视频源通过总线传递到板卡之中。在此，板卡会将数字视频进行并联转换、串联转换，输出最终的HD-SDI信号，并将信号上传至显示屏之中。在试验调试过程中，利用转化器，将原始信号转化为DVI信号，将其现实在监视器上，得到最终的实验结果。

3结论

总而言之，基于HD-SDI信号处理的FPGA设计对于提高信号传输质量，优化信号传输效果具有重要价值，并具有一定的可行性。该设计方案中，信号会被传输至计算机中，通过非线性编辑的方法对信号进行最终输出，信号的准确性、传输量、稳定性均会得到有效提升。本文提出FPGA设计方案，具有重要应用价值。

参考文献

[1]齐国红，在《数字信号处理》课程提高中MATLAB应用软件技巧的方法研究[J].当代教育实践与教学研究，2018 （06）：138-139.

[2]黄慧精，浅谈PLD技术在计算机数字视频信号处理系统中的应用[J].数字技术与应用，2016 （08）：245.