Artix7系列FPGA实现SDI视频编解码+图像缩放+多路视频拼接，基于GTP高速接口，提供4套工程源码和技术支持

目录

• 1、前言
• • 工程概述
  • 免责声明
• 2、相关方案推荐
• • 本博已有的 SDI 编解码方案
  • 本博已有的FPGA图像缩放方案
  • 本博已有的已有的FPGA视频拼接叠加融合方案
  • 本方案的无缩放应用
  • 本方案在Xilinx--Kintex系列FPGA上的应用
  • 本方案在Xilinx--Zynq系列FPGA上的应用
• 3、详细设计方案
• • 设计原理框图
  • SDI 输入设备
  • Gv8601a 均衡器
  • GTP 高速接口-->解串与串化
  • SMPTE SD/HD/3G SDI IP核
  • BT1120转RGB
  • 纯Verilog图像缩放模块详解
  • 纯Verilog图像缩放模块使用
  • FDMA多路视频拼接算法
  • FDMA图像缓存
  • 视频读取控制
  • HDMI输出
  • RGB转BT1120
  • Gv8500 驱动器
  • SDI转HDMI盒子
  • 工程源码架构
• 4、工程源码1详解-->2路视频缩放拼接，HDMI输出版本
• 5、工程源码2详解-->4路视频缩放拼接，HDMI输出版本
• 6、工程源码3详解-->2路视频缩放拼接，3G-SDI输出版本
• 7、工程源码4详解-->4路视频缩放拼接，3G-SDI输出版本
• 8、工程移植说明
• • vivado版本不一致处理
  • FPGA型号不一致处理
  • 其他注意事项
• 9、上板调试验证
• • 准备工作
  • 2路SDI视频缩放拼接-->输出视频演示
  • 4路SDI视频缩放拼接-->输出视频演示
• 10、福利：工程代码的获取

1、前言

目前FPGA实现SDI视频编解码有两种方案：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YCrCb422，GS2972发送器直接将并行的YCrCb422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逻辑资源部实现SDI编解码，利用Xilinx系列FPGA的GTP/GTX资源实现解串，利用Xilinx系列FPGA的SMPTE SDI资源实现SDI编解码，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开发者的技术水平要求较高。有意思的是，这两种方案在本博这里都有对应的解决方案，包括硬件的FPGA开发板、工程源码等等。

工程概述

本设计基于Xilinx的Artix7系列FPGA开发板实现SDI视频编解码，输入源为一个3G-SDI相机或者HDMI转3G-SDI盒子，也可以使用HD-SDI或者SD-SDI相机，因为本设计是三种SDI视频自适应的；同轴的SDI视频通过同轴线连接到FPGA开发板的BNC座子，然后同轴视频经过板载的Gv8601a芯片实现单端转差分和均衡EQ的功能；然后差分SDI视频信号进入FPGA内部的GTP高速资源，实现数据高速串行到并行的转换，本博称之为解串；解串后的并行视频再送入Xilinx系列FPGA特有的SMPTE SD/HD/3G SDI IP核，进行SDI视频解码操作并输出BT1120视频，至此，SDI视频解码操作已经完成，可以进行常规的图像处理操作了；

本设计的目的是做图像缩放后输出解码的SDI视频，针对目前市面上的主流项目需求，本博设计了两种输出方式，一种是HDMI输出，另一种是3G-SDI输出，这两种方式都需要对解码BT1120视频进行转RGB和图像缓存操作和图像缩放操作；图像缩放方案采用纯verilog方案；本设计使用BT1120转RGB模块实现视频格式转换；图像缩放采用纯verilog代码实现的图像缩放架构实现SDI的图像缩放操作，将原始的1920x1080分辨率的SDI视频缩小为960x540，当然，读者也可以缩放为其他分辨率；纯verilog多路视频拼接+图像缓存使用FDMA架构，该架构简单灵活，输入接口为VGA视频时序，即用VS、DE、RGB数据，将不同的视频写入不同的内存地址再统一读出来，以达到拼接效果，FDMA架构的视频既可以缓存介质为DDR3；图像从DDR3读出后，进入HDMI发送模块输出HDMI显示器，这是HDMI输出方式；或者经过RGB转BT1120模块实现视频格式转换，然后视频进入SMPTE SD/HD/3G SDI IP核，进行SDI视频编码操作并输出SDI视频，再经过FPGA内部的GTP高速资源，实现并行数据到高速串行的转换，本博称之为串化，差分高速信号再进入板载的Gv8500芯片实现差分转单端和驱动增强的功能，SDI视频通过FPGA开发板的BNC座子输出，通过同轴线连接到SDI转HDMI盒子连接到HDMI显示器，这是SDI输出方式；本博客提供4套工程源码，具体如下：

现对上述4套工程源码做如下解释，方便读者理解：

工程源码1

开发板FPGA型号为Xilinx–>Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；输入源有两个，一个是3G-SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz，另一个HDMI转3G-SDI盒子，盒子外接笔记本电脑以模拟SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz；两路输入视频经过板载的2个Gv8601a芯片实现单端转差分和均衡EQ后送入FPGA；再经过2路GTP将SDI视频解串为并行数据；再经过2路SMPTE SDI IP核将SDI解码为2路BT1120数据；再经过2路BT1120转RGB模块将BT1120转换为RGB888视频；再经过2路自研的纯verilog实现的、支持任意比例缩放的图像缩放模块，将输入视频由1920x1080缩放为960x540；再经过自研的2路FPGA图像缓存方案将视频写入DDR3，其中一路FDMA配置为读写，另一路FDMA配置为单写；将不同的视频写入不同的内存地址再统一读出来，以达到拼接效果；然后将拼接视频送入RGB转HDMI模块，将RGB888视频转换为HDMI视频，输出分辨率为1920x1080@60Hz背景下叠加显示2路960x540的有效图像，即2分屏，详细显示效果请看文章末尾的输出演示视频；最后通过HDMI显示器显示图像；该工程需要缓存，适用于Xilinx的Artix7低端系列FPGA实现SDI转HDMI场景；

工程源码2

开发板FPGA型号为Xilinx–>Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；输入源有两个，一个是3G-SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz，另一个HDMI转3G-SDI盒子，盒子外接笔记本电脑以模拟SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz；两路输入视频经过板载的2个Gv8601a芯片实现单端转差分和均衡EQ后送入FPGA；再经过2路GTP将SDI视频解串为并行数据；再经过2路SMPTE SDI IP核将SDI解码为2路BT1120数据；再经过2路BT1120转RGB模块将BT1120转换为RGB888视频；然后将2路视频分别复制1份得到4路视频，以模拟4路输入（如果你的开发板有4路输入，则无需此操作）；再经过4路自研的纯verilog实现的、支持任意比例缩放的图像缩放模块，将输入视频由1920x1080缩放为960x540；再经过自研的4路FPGA图像缓存方案将视频写入DDR3，其中三路FDMA配置为读写，另一路FDMA配置为单写；将不同的视频写入不同的内存地址再统一读出来，以达到拼接效果；然后将拼接视频送入RGB转HDMI模块，将RGB888视频转换为HDMI视频，输出分辨率为1920x1080@60Hz背景下叠加显示4路960x540的有效图像，即4分屏，详细显示效果请看文章末尾的输出演示视频；最后通过HDMI显示器显示图像；该工程需要缓存，适用于Xilinx的Artix7低端系列FPGA实现SDI转HDMI场景；

工程源码3

开发板FPGA型号为Xilinx–>Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；输入源有两个，一个是3G-SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz，另一个HDMI转3G-SDI盒子，盒子外接笔记本电脑以模拟SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz；两路输入视频经过板载的2个Gv8601a芯片实现单端转差分和均衡EQ后送入FPGA；再经过2路GTP将SDI视频解串为并行数据；再经过2路SMPTE SDI IP核将SDI解码为2路BT1120数据；再经过2路BT1120转RGB模块将BT1120转换为RGB888视频；再经过2路自研的纯verilog实现的、支持任意比例缩放的图像缩放模块，将输入视频由1920x1080缩放为960x540；再经过自研的2路FPGA图像缓存方案将视频写入DDR3，其中一路FDMA配置为读写，另一路FDMA配置为单写；将不同的视频写入不同的内存地址再统一读出来，以达到拼接效果；然后将视频送RGB转BT1120模块，将RGB888视频转换为BT1120视频；再经过SMPTE SD/HD/3G SDI IP核，将BT1120视频编码为SDI视频；再经过FPGA内部的GTP高速资源，将SDI并行数据转换为高速串行信号；再经过板载的Gv8500芯片实现差分转单端和驱动增强后输出，输出分辨率为1920x1080@60Hz背景下叠加显示2路960x540的有效图像，即2分屏，最后使用SDI转HDMI盒子连接到HDMI显示器显示；详细显示效果请看文章末尾的输出演示视频；该工程需要缓存，适用于Xilinx的Artix7低端系列FPGA实现SDI转SDI场景；

工程源码4

开发板FPGA型号为Xilinx–>Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；输入源有两个，一个是3G-SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz，另一个HDMI转3G-SDI盒子，盒子外接笔记本电脑以模拟SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz；两路输入视频经过板载的2个Gv8601a芯片实现单端转差分和均衡EQ后送入FPGA；再经过2路GTP将SDI视频解串为并行数据；再经过2路SMPTE SDI IP核将SDI解码为2路BT1120数据；再经过2路BT1120转RGB模块将BT1120转换为RGB888视频；然后将2路视频分别复制1份得到4路视频，以模拟4路输入（如果你的开发板有4路输入，则无需此操作）；再经过4路自研的纯verilog实现的、支持任意比例缩放的图像缩放模块，将输入视频由1920x1080缩放为960x540；再经过自研的4路FPGA图像缓存方案将视频写入DDR3，其中三路FDMA配置为读写，另一路FDMA配置为单写；将不同的视频写入不同的内存地址再统一读出来，以达到拼接效果；然后将视频送RGB转BT1120模块，将RGB888视频转换为BT1120视频；再经过SMPTE SD/HD/3G SDI IP核，将BT1120视频编码为SDI视频；再经过FPGA内部的GTP高速资源，将SDI并行数据转换为高速串行信号；再经过板载的Gv8500芯片实现差分转单端和驱动增强后输出，输出分辨率为1920x1080@60Hz背景下叠加显示4路960x540的有效图像，即4分屏，最后使用SDI转HDMI盒子连接到HDMI显示器显示；详细显示效果请看文章末尾的输出演示视频；该工程需要缓存，适用于Xilinx的Artix7低端系列FPGA实现SDI转SDI场景；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、相关方案推荐

本博已有的 SDI 编解码方案

我的博客主页开设有SDI视频专栏，里面全是FPGA编解码SDI的工程源码及博客介绍；既有基于GS2971/GS2972的SDI编解码，也有基于GTP/GTX资源的SDI编解码；既有HD-SDI、3G-SDI，也有6G-SDI、12G-SDI等；专栏地址链接如下：
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本博已有的FPGA图像缩放方案

我的主页目前有FPGA图像缩放专栏，改专栏收录了我目前手里已有的FPGA图像缩放方案，从实现方式分类有基于HSL实现的图像缩放、基于纯verilog代码实现的图像缩放；从应用上分为单路视频图像缩放、多路视频图像缩放、多路视频图像缩放拼接；从输入视频分类可分为OV5640摄像头视频缩放、SDI视频缩放、MIPI视频缩放等等；以下是专栏地址：
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本博已有的已有的FPGA视频拼接叠加融合方案

我的主页目前有FPGA视频拼接叠加融合专栏，改专栏收录了我目前手里已有的FPGA视频拼接叠加融合方案，从实现方式分类有基于HSL实现的视频拼接、基于纯verilog代码实现的视频拼接；从应用上分为单路、2路、3路、4路、8路、16路视频拼接；视频缩放+拼接；视频融合叠加；从输入视频分类可分为OV5640摄像头视频拼接、SDI视频拼接、CameraLink视频拼接等等；以下是专栏地址：
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本方案的无缩放应用

本方案有无缩放版本的应用，只做SDI视频编解码，之前专门写过一篇博客，博客地址链接如下：
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本方案在Xilinx–Kintex系列FPGA上的应用

本方案在Xilinx–Kintex系列FPGA上的也有应用，之前专门写过一篇博客，博客地址链接如下：
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本方案在Xilinx–Zynq系列FPGA上的应用

本方案在Xilinx–Zynq系列FPGA上的也有应用，之前专门写过一篇博客，博客地址链接如下：
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3、详细设计方案

设计原理框图

设计原理框图如下：

注意！！！！
注意！！！！
紫色箭头：3G-SDI输出路径
红色箭头：HDMI输出路径

SDI 输入设备

SDI 输入设备有两个，分别接入FPGA开发板的2路SDI视频输入接口；一个是3G-SDI相机，分辨率为1920x1080@60Hz，也可以使用HD-SDI或者SD-SDI相机，因为本设计是三种SDI视频自适应的；另一个HDMI转3G-SDI盒子，盒子外接笔记本电脑以模拟SDI相机；SDI相机相对比较贵，预算有限的朋友可以考虑用HDMI转SDI盒子模拟SDI相机，这种盒子某宝一百块左右；当使用HDMI转SDI盒子时，输入源可以用笔记本电脑，即用笔记本电脑通过HDMI线连接到HDMI转SDI盒子的HDMI输入接口，再用SDI线连接HDMI转SDI盒子的SDI输出接口到FPGA开发板，如下：

Gv8601a 均衡器

Gv8601a芯片实现单端转差分和均衡EQ的功能，这里选用Gv8601a是因为借鉴了了Xilinx官方的方案，当然也可以用其他型号器件。Gv8601a均衡器原理图如下：

GTP 高速接口–>解串与串化

本设计使用Xilinx特有的GTP高速信号处理资源实现SDI差分视频信号的解串与串化，对于SDI视频接收而言，GTP起到解串的作用，即将输入的高速串行的差分信号解为并行的数字信号；对于SDI视频发送而言，GTP起到串化的作用，即将输入的并行的数字信号串化为高速串行的差分信号；GTP的使用一般需要例化GTP IP核，通过vivado的UI界面进行配置，但本设计需要对SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI视频进行自动识别和自适应处理，所以需要使得GTP具有动态改变线速率的功能，该功能可通过DRP接口配置，也可通过GTP的rate接口配置，所以不能使用vivado的UI界面进行配置，而是直接例化GTP的GTPE2_CHANNEL和GTPE2_COMMON源语直接使用GTP资源；此外，为了动态配置GTP线速率，还需要GTP控制模块，该模块参考了Xilinx的官方设计方案，具有动态监测SDI模式，动态配置DRP等功能；该方案参考了Xilinx官方的设计；GTP 解串与串化模块代码架构如下：

SMPTE SD/HD/3G SDI IP核

SMPTE SD/HD/3G SDI IP核是Xilinx系列FPGA特有的用于SDI视频编解码的IP，该IP配置使用非常简单，vivado的UI界面如下：

SMPTE SD/HD/3G SDI IP核必须与GTP配合才能使用，对于SDI视频接收而言，该IP接收来自于GTP的数据，然后将SDI视频解码为BT1120视频输出，对于SDI视频发送而言，该IP接收来自于用户侧的的BT1120视频数据，然后将BT1120视频编码为SDI视频输出；该方案参考了Xilinx官方的设计；SMPTE SD/HD/3G SDI IP核代码架构如下：

BT1120转RGB

BT1120转RGB模块的作用是将SMPTE SD/HD/3G SDI IP核解码输出的BT1120视频转换为RGB888视频，它由BT1120转CEA861模块、YUV422转YUV444模块、YUV444转RGB888三个模块组成，该方案参考了Xilinx官方的设计；BT1120转RGB模块代码架构如下：

纯Verilog图像缩放模块详解

工程源码1、2的图像缩放模块使用纯Verilog方案，功能框图如下，由跨时钟FIFO、插值+RAM阵列构成，跨时钟FIFO的目的是解决跨时钟域的问题，比如从低分辨率视频放大到高分辨率视频时，像素时钟必然需要变大，这是就需要异步FIFO了，插值算法和RAM阵列具体负责图像缩放算法层面的实现；

插值算法和RAM阵列以ram和fifo为核心进行数据缓存和插值实现，设计架构如下：

图像缩放模块代码架构如下：模块的例化请参考工程源码的顶层代码；

图像缩放模块FIFO的选择可以调用工程对应的vivado工具自带的FIFO IP核，也可以使用纯verilog实现的FIFO，可通过接口参数选择，图像缩放模块顶层接口如下：

module helai_video_scale #( 	//---------------------------Parameters---------------------------------------- 	parameter FIFO_TYPE          =	"xilinx",		// "xilinx" for xilinx-fifo ; "verilog" for verilog-fifo 	parameter DATA_WIDTH         =	8       ,		//Width of input/output data 	parameter CHANNELS           =	1       ,		//Number of channels of DATA_WIDTH, for color images 	parameter INPUT_X_RES_WIDTH  =	11      		//Widths of input/output resolution control signals	 )( 	input                            i_reset_n         ,    // 输入--低电平复位信号 	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_src_video_width ,	// 输入视频--即缩放前视频的宽度 	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_src_video_height,	// 输入视频--即缩放前视频的高度 	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_des_video_width ,	// 输出视频--即缩后前视频的宽度 	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_des_video_height,	// 输出视频--即缩后前视频的高度 	input                            i_src_video_pclk  ,	// 输入视频--即缩前视频的像素时钟 	input                            i_src_video_vs    ,	// 输入视频--即缩前视频的场同步信号,必须为高电平有效 	input                            i_src_video_de    ,	// 输入视频--即缩前视频的数据有效信号,必须为高电平有效 	input  [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] i_src_video_pixel ,	// 输入视频--即缩前视频的像素数据 	input                            i_des_video_pclk  ,	// 输出视频--即缩后视频的像素时钟,一般为写入DDR缓存的时钟 	output                           o_des_video_vs    ,	// 输出视频--即缩后视频的场同步信号,高电平有效 	output                           o_des_video_de    ,	// 输出视频--即缩后视频的数据有效信号,高电平有效 	output [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] o_des_video_pixel 		// 输出视频--即缩后视频的像素数据 ); 

FIFO_TYPE选择原则如下：
1：总体原则，选择"xilinx"好处大于选择"verilog"；
2：当你的FPGA逻辑资源不足时，请选"xilinx"；
3：当你图像缩放的视频分辨率较大时，请选"xilinx"；
4：当你的FPGA没有FIFO IP或者FIFO IP快用完了，请选"verilog"；
5：当你向自学一下异步FIFO时，，请选"verilog"；
6：不同FPGA型号对应的工程FIFO_TYPE参数不一样，但选择原则一样，具体参考代码；

2种插值算法的整合与选择
本设计将常用的双线性插值和邻域插值算法融合为一个代码中，通过输入参数选择某一种算法；
具体选择参数如下：

input  wire i_scaler_type //0-->bilinear;1-->neighbor 

通过输入i_scaler_type 的值即可选择；

输入0选择双线性插值算法；
输入1选择邻域插值算法；

代码里的配置如下：

纯Verilog图像缩放模块使用

图像缩放模块使用非常简单，顶层代码里设置了四个参数，举例如下：

上图视频通过图像缩放模块但不进行缩放操作，旨在掌握图像缩放模块的用法；如果需要将图像放大到1080P，则修改为如下：

当然，需要修改的不仅仅这一个地方，FDMA的配置也需要相应修改，详情请参考代码，但我想要证明的是，图像缩放模块使用非常简单，你都不需要知道它内部具体怎么实现的，上手就能用；

FDMA多路视频拼接算法

纯verilog多路视频拼接方案如下：以4路视频拼接为例；

输出屏幕分辨率为1920X1080；
需要拼接的4路视频分辨率为960X540；
4路输入刚好可以占满整个屏幕；
多路视频的拼接显示原理如下：

以把 2 个摄像头 CAM0 和 CAM1 输出到同一个显示器上为列，为了把 2 个图像显示到 1 个显示器，首先得搞清楚以下关系：
hsize：每 1 行图像实际在内存中占用的有效空间，以 32bit 表示一个像素的时候占用内存大小为 hsize X 4；
hstride：用于设置每行图像第一个像素的地址,以 32bit 表示一个像素的时候 v_cnt X hstride X 4；
vsize：有效的行；
因此很容易得出 cam0 的每行第一个像素的地址也是 v_cnt X hstride X 4；
同理如果我们需要把 cam1 在 hsize 和 vsize 空间的任何位置显示，我们只要关心 cam1 每一行图像第一个像素的地址，可以用以下公式 v_cnt X hstride X 4 + offset；
uifdma_dbuf 支持 stride 参数设置，stride 参数可以设置输入数据 X(hsize)方向每一行数据的第一个像素到下一个起始像素的间隔地址，利用 stride 参数可以非常方便地摆放输入视频到内存中的排列方式。
关于uifdma_dbuf，可以参考我之前写的文章点击查看：FDMA实现视频数据三帧缓存
根据以上铺垫，每路摄像头缓存的基地址如下：
CAM0：ADDR_BASE=0x80000000；
CAM1：ADDR_BASE=0x80000000+(1920-960)X4；
CAM2：ADDR_BASE=0x80000000+(1080-540)X1920X4；
CAM3：ADDR_BASE=0x80000000+(1080-540)X1920X4+(1920-960)X4；
地址设置完毕后基本就完事儿了；

FDMA图像缓存

使用本博常用的FDMA图像缓存架构实现图像3帧缓存，缓存介质为板载的DDR3；FDMA图像缓存架构由FDMA、FDMA控制器、缓存帧选择器构成、Xilinx MIG IP核构成；图像缓存使用Xilinx vivado的Block Design设计，他的作用是将图像送入DDR中做3帧缓存再读出显示，目的是匹配输入输出的时钟差和提高输出视频质量，关于FDMA，请参考我之前的博客，博客地址：点击直接前往
FDMA图像缓存架构如下图所示：截图为4路视频拼接，其他多路视频拼接与之类似；

这里多路视频拼接时，调用多路FDMA进行缓存，具体讲就是每一路视频调用1路FDMA，以4路视频拼接为例：
调用4路FDMA，其中三路配置为写模式，因为这三路视频在这里只需要写入DDR3，读出是由另一个FDMA完成，配置如下：

另外1路FDMA配置为读写模式，因为4路视频需要同时一并读出，配置如下：

视频拼接的关键点在于4路视频在DDR3中缓存地址的不同，还是以4路视频拼接为例，4路FDMA的写地址以此为：
第一路视频缓存写基地址：0x80000000；
第二路视频缓存写基地址：0x80000f00；
第三路视频缓存写基地址：0x803f4800；
第四路视频缓存写基地址：0x803f5700；
视频缓存读基地址：0x80000000；

视频读取控制

FDMA图像缓存架构使用VGA时序模块完成视频读取控制，VGA时序模块负责产生VGA时序，他有两个作用，一是控制FDMA控制器从DDR3中读出缓存的视频，二是将同步后的VGA视频送入下一级模块，在HDMI输出方式下VGA时序模块的像素时钟由用户提供；在SDI输出方式下VGA时序模块的像素时钟由SMPTE SD/HD/3G SDI IP核的发送用户时钟提供，在不同的SDI模式下像素时钟不同，比如在3G-SDI模式下像素时钟为148.5M，在HD-SDI的720P@60Hz模式下像素时钟为74.25M；HDMI输出方式下的VGA时序模块代码架构如下：

SDI输出方式下的VGA时序模块代码架构如下：

HDMI输出

在HDMI输出方式下，使用HDMI输出模块将RGB视频编码为HDMI差分信号，HDMI输出模块采用verilog代码手写，可以用于FPGA的HDMI发送应用，代码如下：

关于这个模块，请参考我之前的博客，博客地址：点击直接前往

RGB转BT1120

在SDI输出方式下需要使用该模块；RGB转BT1200模块的作用是将用户侧的RGB视频转换为BT1200视频输出给SMPTE SD/HD/3G SDI IP核；RGB转BT1120模块由RGB888转YUV444模块、YUV444转YUV422模块、SDI视频编码模块、数据嵌入模块组成，该方案参考了Xilinx官方的设计；BT1120转RGB模块代码架构如下：

Gv8500 驱动器

Gv8500芯片实现差分转单端和增强驱动的功能，这里选用Gv8500是因为借鉴了了Xilinx官方的方案，当然也可以用其他型号器件。Gv8500驱动器原理图如下：

SDI转HDMI盒子

在SDI输出方式下需要使用到SDI转HDMI盒子，因为我手里的显示器没有SDI接口，只有HDMI接口，为了显示SDI视频，只能这么做，当然，如果你的显示器有SDI接口，则可直接连接显示，我的SDI转HDMI盒子在某宝购买，不到100块；

工程源码架构

本博客提供4套工程源码，以工程源码1为例，vivado Block Design设计如下，其他工程与之类似，Block Design设计为图像缓存架构的部分：

以工程源码1为例，使工程源码架构如下，其他工程与之类似：

4、工程源码1详解–>2路视频缩放拼接，HDMI输出版本

开发板FPGA型号：Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入1：3G-SDI相机，分辨率1920x1080@60Hz；
输入2：HDMI转SDI盒子（外接笔记本电脑），分辨率1920x1080@60Hz；
输出：HDMI ，1920x1080@60Hz背景下叠加显示2路拼接的960x540的有效图像；
SDI视频解串方案：Xilinx–GTP高速接口解串；
SDI视频解码方案：Xilinx–SMPTE SD/HD/3G SDI解码；
图像缩放方案：自研纯Verilog图像缩放；
图像缩放实例：1920x1080缩放到960x540；
图像缓存方案：自研FDMA方案；
图像缓存介质：DDR3；
视频拼接方案：自研FDMA方案；
视频拼接应用：2路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握Xilinx–Artix7低端系列FPGA实现SDI转HDMI的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

5、工程源码2详解–>4路视频缩放拼接，HDMI输出版本

开发板FPGA型号：Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入1：3G-SDI相机，分辨率1920x1080@60Hz；
输入2：HDMI转SDI盒子（外接笔记本电脑），分辨率1920x1080@60Hz；
输出：HDMI ，1920x1080@60Hz背景下叠加显示4路拼接的960x540的有效图像；
SDI视频解串方案：Xilinx–GTP高速接口解串；
SDI视频解码方案：Xilinx–SMPTE SD/HD/3G SDI解码；
图像缩放方案：自研纯Verilog图像缩放；
图像缩放实例：1920x1080缩放到960x540；
图像缓存方案：自研FDMA方案；
图像缓存介质：DDR3；
视频拼接方案：自研FDMA方案；
视频拼接应用：4路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握Xilinx–Artix7低端系列FPGA实现SDI转HDMI的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

6、工程源码3详解–>2路视频缩放拼接，3G-SDI输出版本

开发板FPGA型号：Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入1：3G-SDI相机，分辨率1920x1080@60Hz；
输入2：HDMI转SDI盒子（外接笔记本电脑），分辨率1920x1080@60Hz；
输出：3G-SDI，1920x1080@60Hz背景下叠加显示2路拼接的960x540的有效图像；
SDI视频解串方案：Xilinx–GTP高速接口解串；
SDI视频解码方案：Xilinx–SMPTE SD/HD/3G SDI解码；
图像缩放方案：自研纯Verilog图像缩放；
图像缩放实例：1920x1080缩放到960x540；
图像缓存方案：自研FDMA方案；
图像缓存介质：DDR3；
视频拼接方案：自研FDMA方案；
视频拼接应用：2路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握Xilinx–Artix7低端系列FPGA实现SDI转3G-SDI的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

7、工程源码4详解–>4路视频缩放拼接，3G-SDI输出版本

开发板FPGA型号：Xilinx-Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入1：3G-SDI相机，分辨率1920x1080@60Hz；
输入2：HDMI转SDI盒子（外接笔记本电脑），分辨率1920x1080@60Hz；
输出：3G-SDI，1920x1080@60Hz背景下叠加显示4路拼接的960x540的有效图像；
SDI视频解串方案：Xilinx–GTP高速接口解串；
SDI视频解码方案：Xilinx–SMPTE SD/HD/3G SDI解码；
图像缩放方案：自研纯Verilog图像缩放；
图像缩放实例：1920x1080缩放到960x540；
图像缓存方案：自研FDMA方案；
图像缓存介质：DDR3；
视频拼接方案：自研FDMA方案；
视频拼接应用：4路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握Xilinx–Artix7低端系列FPGA实现SDI转3G-SDI的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

8、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程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，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：



更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

9、上板调试验证

准备工作

需要准备的器材如下：
FPGA开发板；
SDI摄像头或HDMI转SDI盒子；
SDI转HDMI盒子；
HDMI显示器；
我的开发板了连接如下：

2路SDI视频缩放拼接–>输出视频演示

2路SDI视频缩放拼接，输出如下：

Zynq-SDI-2路视频拼接

4路SDI视频缩放拼接–>输出视频演示

4路SDI视频缩放拼接，输出如下：

Zynq-SDI-4路视频拼接

10、福利：工程代码的获取

福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：

此外，有很多朋友给本博主提了很多意见和建议，希望能丰富服务内容和选项，因为不同朋友的需求不一样，所以本博主还提供以下服务：