基于FPGA的光纤高清数字视频传输系统的研究

摘要

本课题为视频图像大容量、高清、远距离的传输提供了具体的设计方案，实现了单路VGA(或DVI)非压缩高清视频的实时化与数字化的传输。
　　系统采用模块化的设计方法，将整个系统划分为:图像采集模块、FPGA处理模块、图像显示模块、光接口模块等4个模块组成。系统设计采用了信源编码、时钟恢复技术以及光纤通信技术，在保证系统功能性的同时增强了系统的可靠性。
　　系统采用信源编码技术，将行、场同步信号以及像素时钟信号编码插入到行消隐信号中发送，与传统的FPGA+外部SDRAM方式相比提高了速度，也解决了需要大容量的外部SDRAM缓存的问题。
　　系统针对不同图像格式在传输过程中的快速切换的问题，利用Xilinx FPGA内部PLL动态配置的特点来设计同步时钟的恢复，可以在2us左右恢复像素时钟。
　　测试结果表明:该系统能够传输图像的最高分辨率达到1280×1024@60Hz;传输图像格式的切换时间延迟在2us以内，且切换速度快，图像没有延迟和拖尾现象，整个系统工作稳定，实时传输视频效果良好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 论文结构与主要内容

1．3 本章小结

第二章 数字视频光纤传输系统的方案设计

2．1 光纤传输系统概述

2．1．1 光纤传输系统的基本结构

2．1．2 光纤传输系统的技术特点

2．2 非压缩单路数字视频光纤传输系统

2．3 VGA接口显示原理与VESA标准

2．4 数字可视接口(DVI)简介

2．5 数字图像处理中常用的色彩空间

2．6 总体方案设计

2．7 本章小结

第三章 系统硬件设计

3．1 系统主要器件的选型

3．1．1 FPGA与ARM选型

3．1．2 A／D与D／A器件的选型

3．1．3 串行收发器与光模块选型

3．1．4 TMDS链路编解码芯片选型

3．2 各功能模块的硬件电路实现

3．2．1 电源与复位电路设计

3．2．2 视频采集与显示电路设计

3．2．3 FPGA配置电路与STM32最小系统设计

3．2．4 TLK2501与FPGA、光模块接口电路设计

3．2．5 DVI接口电路设计

3．3 本章小结

第四章 系统软件设计

4．1 FPGA设计方法与开发流程

4．1．1 FPGA设计方法简介

4．1．2 FPGA开发流程

4．1．3 ISE开发环境概述

4．2 系统各个模块的设计与实现

4．2．1 AD9984 I2C配置

4．2．2 异步RS232通信实现

4．2．3 色彩空间转换的实现

4．2．4 视频信号编码组帧与数据跨时钟域处理

4．2．5 像素时钟恢复设计与实现

4．3 本章小结

第五章 仿真与结果分析

5．1 AD9984 I2C配置

5．2 异步RS232通信

5．3 数据跨时钟域处理与视频信号编码组帧

5．4 像素时钟恢复

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间发表的论文)