FPGA实现SDI视频编解码的方案

1、前言

FPGA实现SDI视频编解码目前有两种方案：

一是使用专用编解码芯片，比如典型的接收器GS2971，发送器GS2972，优点是简单，比如GS2971接收器直接将SDI解码为并行的YCRCB，GS2972发送器直接将并行的YCRCB编码为SDI视频，缺点是成本较高，可以百度一下GS2971和GS2972的价格；

另一种方案是使用FPGA实现编解码，利用FPGA的GTP/GTX资源实现解串，优点是合理利用了FPGA资源，GTP/GTX资源不用白不用，缺点是操作难度大一些，对FPGA水平要求较高。

本文详细描述了FPGA纯verilog编解码SDI视频的实现设计方案，工程代码编译通过后上板调试验证，文章末尾有演示视频，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的数字成像和图像传输领域；

提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；

工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

本设计提供两套vivado工程；

工程1：

SDI 1080P@30Hz帧视频输入解码后，经DDR3缓存，SDI发送1080P@30Hz帧输出；

工程2：

FPGA内部生成测试彩条视频，SDI发送出去，SDI接收后无缓存HDMI输出；

2、设计思路和框架

设计思路和框架如下：

SDI经DDR3环出工程设计思路如下：

SDI接收

这里重点将SDI图像缓存和发送部分：

SDI缓存写方式处理

SDI 接收解串后，把 20 位数据，异步 FIFO 方式，8 个数据一起打包成并行数据，送入 DDR3。通过 rx_usrclk 时钟送入 20 位到 FIFO，然后再用 DDR 的 ui_clk 时钟，把 8 个数据并行送入DDR3。每帧数据满了后，我们就把帧号加 1，即 ddr3_addr_bank_wr 变量加 1，这样使得我们在 DDR3 内存颗粒放置了3帧数据。

SDI缓存读方式处理

通过ui_clk，一个时钟读出 8 个 SDI 数据，送入 FIFO，通过异步方式，也就是通过 tx_usrclk时钟，读出 1 个 sdi 数据，也就是 20bit 的 sdi 数据。每读满一帧，我们就通过ddr3_addr_bank_rd <= ddr3_addr_bank_wr ‐2'b1;方式，让读帧号跟随着写帧号。

SDI缓存的目的

rx_usrclk 时钟是来自信号源，但是 SDI 发送必须要使用本地晶振，也就是硬件上连接到GTX 的参考时钟晶振。由于时钟的不同源，所以我们不能把接收的信号源直接送到 SDI 发送引擎上去，必须要经过 DDR 方式做帧处理才能做 SDI 环出。

SDI发送

SDI发送是SDI接收的逆过程，即使用SDI IP编码将视频数据编码为SDI格式，再使用GTX将并行SDI数据串化为高速串行数据通过GTX发送出去，经过GV8500增强驱动后给到SDI发送的BNC座子。

SDI发送接收彩条视频工程设计思路如下：

FPGA内部生成3G-SDI彩条视频，不缓存，直接经前文介绍的SDI发送通路发送出去，再经前文介绍的SDI接收通路后送HDMI输出显示。

3、工程1详解

开发板：Xilinx Kintex7开发板；

开发环境：Vivado2019.1；

输入：SDI摄像头，分辨率1080p@30帧；

输出：SDI，分辨率1080p@30帧；

工程代码架构如下：

资源消耗和功耗预估如下：

4、工程2详解

开发板：Xilinx Kintex7开发板；

开发环境：Vivado2019.1；

输入：FPGA内部生成彩条，分辨率1080p@30帧；

输出：HDMI，分辨率1080p@30帧；

工程代码架构如下：

资源消耗和功耗预估如下：