I接收发送本方案的SDI接收图像缩放应用本方案的SDI接收纯verilog图像缩放纯verilog多路视频拼接应用本方案的SDI接收HLS图像缩放HLS多路视频拼接应用本方案的SDI接收HLS多路视频融合叠加应用本方案的SDI接收GTX

8b/10b编解码SFP光口传输FPGA的SDI视频编解码项目培训

3、详细设计方案设计原理框图SDI

相机GS2971GS2972架构BT1120转RGBOSD动态字符叠加VDMA图像缓存RGB转BT1120SDI转HDMI盒子工程源码架构

4、工程源码19详解--SDI收发OSD动态字符叠加5、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

FPGA高端项目FPGA基于GS2971GS2972架构的SDI视频收发OSD动态字符叠加提供1套工程源码和技术支持

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YCrCb422GS2972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。

本设计基于Xilinx的Zynq7100-xc7z100ffg900-2中端FPGA开发板使用GS2971实现SDI视频接收转HDMI输出输入源为一个HD-SDI相机也可以使用SD-SDI或者3G-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GS2971转接板GS2971解码芯片将同轴的串行的SDI视频解码为并行的BT1120格式视频至此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HLS动态字符叠加后再经过GS2972后输出需要进行BT1120视频转RGBOSD动态字符叠加图像缓存RGB转BT1120视频操作操作本设计使用BT1120转RGB模块实现视频格式转换动态字符叠加采用HLS方案支持任意字符内容、任意位置显示、任意字符颜色大小等特点通过SDK软件配置并实时控制图像缓存使用Xilinx官方的VDMA架构实现图像3帧缓存缓存介质为板载的DDR3该架构是Xilinx官方力推的架构输入接口为AXI4-Stream图像从DDR3读出后进入纯verilog代码实现RGB转BT1120视频模块实现视频格式转换最后BT1120视频经过GS2972编码芯片被编码为同轴的串行的SDI视频输出并经过SDI转HDMI盒子输出到显示器本博客提供1套工程源码具体如下请点击图片放大查看

工程源码19

输入视频为HD-SDI相机输入分辨率为1920x108030Hz经过GS2971解码BT1120转RGBOSD动态字符叠加VDMA图像缓存GS2972编码后以3G-SDI接口方式输出输出分辨率为1920x108060Hz此工程的VDMA图像缓存架构将视频缓存到PS端DDR3即可用于纯FPGA项目比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA配合MicroBlaze也可用于Zynq系列FPGA项目比如可用于Xilinx的Zynq7000系列、Zynq7000、Zynq

UltraScale等FPGA

本文详细描述了Xilinx的Zynq7100-xc7z100ffg900-2中端FPGA开发板使用GS2971GS2972架构的SDI视频收发OSD动态字符叠加工程代码编译通过后上板调试验证可直接项目移植适用于在校学生做毕业设计、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

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。

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2、相关方案推荐

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等专栏地址链接点击直接前往

本方案采用GS2971接收SDI视频然后进行图像缓存操作图像缓存方案包括FDMA方案和VDMA方案缓存介质包括PL端DDR3、PS端DDR3最后用GS2971发送SDI视频最终以3G-SDI输出提供3套工程源码3套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图上述所有工程源码均已上板调试通过详细设计说明等待本博更新对用的博客。

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本方案采用GS2971接收SDI视频然后进行图像缩放操作图像缩放方案包括纯verilog图像缩放方案和HLS图像缩放方案再进行图像缓存操作图像缓存方案包括FDMA方案和VDMA方案缓存介质包括PL端DDR3、PS端DDR3最后用GS2971发送SDI视频最终以3G-SDI输出提供3套工程源码3套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图上述所有工程源码均已上板调试通过详细设计说明等待本博更新对用的博客。

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本方案的SDI接收纯verilog图像缩放纯verilog多路视频拼接应用

本方案采用GS2971接收SDI视频然后进行图像缩放操作图像缩放方案为纯verilog图像缩放再进行多路视频拼接包括2路、4路、8路、16路视频拼接拼接方案为纯verilogFDMA方案视频拼接和图像缓存为一个整体缓存介质包括PL端DDR3、PS端DDR3最后用GS2972编码器发送SDI视频最终以3G-SDI输出提供8套工程源码8套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图上述所有工程源码均已上板调试通过详细设计说明等待本博更新对用的博客。

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本方案采用GS2971接收SDI视频然后进行图像缩放操作图像缩放方案为HLS图像缩放再进行多路视频拼接拼接方案为Xilinx官方的Video

Mixer方案包括2路、4路、8路、16路视频拼接再进行图像缓存操作图像缓存方案为VDMA方案缓存介质包括PS端DDR3最后用GS2972编码器发送SDI视频最终以3G-SDI输出提供4套工程源码4套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图上述所有工程源码均已上板调试通过详细设计说明等待本博更新对用的博客。

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本方案采用GS2971接收SDI视频然后进行多路视频融合叠加方案为HLS多路视频融合叠加再进行图像缓存操作图像缓存方案为VDMA方案缓存介质包括PS端DDR3最后用GS2972编码器发送SDI视频最终以3G-SDI输出提供1套工程源码工程源码详情请参考“1、前言”中的截图上述所有工程源码均已上板调试通过详细设计说明等待本博更新对用的博客。

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8b/10b编解码SFP光口传输

本方案采用GS2971接收SDI视频然后进行8b/10b编解码作8b/10b编解码方案为GTX高速接口方案线速率为5G再通过板载的SFP光口实现数据回环再进行图像缓存操作图像缓存方案为FDMA方案缓存介质包括PL端DDR3、PS端DDR3最后用GS2972编码器发送SDI视频最终以3G-SDI输出提供2套工程源码2套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图详细设计方案请参考我专门的博客上述所有工程源码均已上板调试通过详细设计说明等待本博更新对用的博客。

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基于目前市面上FPGA的SDI视频编解码项目培训较少的特点本博专门开设了FPGA的SDI视频编解码高级项目培训班专门培训SDI视频的编解码具体培训计划细节如下

1、我发你上述全套工程源码和对应的工程设计文档网盘链接你保存下载作为培训的核心资料

2、你根据自己的实际情况安装好对应的开发环境然后对着设计文档进行浅层次的学习

3、遇到不懂的随时问我包括代码、职业规划、就业咨询、人生规划、战略规划等等

4、每周末进行一次腾讯会议我会检查你的学习情况和面对面沟通交流

5、你可以移植代码到你自己的FPGA开发板上跑如果你没有板子你根据你自己的需求修改代码后编译工程把bit发我我帮你下载到我的板子上验证或者你可以买我的开发板

3、详细设计方案

工程源码19的设计原理框图如下该设计采用OSD动态字符叠加VDMA图像缓存方案

SDI

我用到的是SDI相机为HD-SDI相机输出分辨率为1920x108030Hz本工程对SDI相机的选择要求范围很宽可以是SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI因为很设计对这三种SDI视频是自动识别并自适应的如果你的手里没有SDI相机也可以去某宝买HDMI转SDI盒子一百多块钱就可以搞定使用笔记本电脑模拟视频源用HDMI线连接HDMI转SDI盒子输出SDI视频做事视频源可以模拟SDI相机

GS2971GS2972架构

本设计采用GS2971解码芯片接收SDIGS2972芯片编码发送SDIGS2971和GS2972不需要软件配置硬件电阻上下拉即可完成配置本设计配置为输出/输入BT1120格式视频当然你在设计电路时也可以配置为输出CEA861格式视频GS2971GS2972硬件架构如下提供PDF格式原理图

BT1120转RGB

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

OSD动态字符叠加

OSD动态字符叠加由视频流和字符流叠加而成视频流来源于输入视频经VDMA缓存DDR3后输入到动态字符叠加模块字符流由SDK软件产生来源是国标汉字字库可通过软件控制字符内容产生、字符大小、字符颜色、字符显示位置等信息并通过c语言系统函数写入DDR3然后随视频流叠在显示设计加采用HLS方案C代码实现并综合成RTL后封装为IP可在vivado中调用该IP关于这个方案详情请参考我之前的博客博客链接如下

点击直接前往

OSD动态字符叠加需要在SDK中运行驱动和用户程序才能正常工作我在工程中给出了C语言程序具体参考工程源码

VDMA图像缓存

图像缓存使用Xilinx官方的VDMA架构实现图像3帧缓存缓存介质为板载的PS端DDR3VDMA图像缓存架构由Video

Timing

Out构成详情请参考后面的“工程源码架构小节”VDMAIP核UI配置界面如下

VDMA加需要在SDK中运行驱动和用户程序才能正常工作我在工程中给出了C语言程序具体参考工程源码

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

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

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块我用的截图如下

工程源码架构

工程源码PL端时钟由Zynq软核提供所以需要运行运行SDK以启动Zynq此外OSD动态字符叠加、VDMA等IP核都需要运行软件驱动才能正常工作SDK软件代码架构如下

SDK代码中设置了两个字符显示位置用户可根据自己的需求任意修改

具体输出效果请参考后面第6章节的“HLS动态字符叠加输出视频演示”

开发板FPGA型号Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2

开发环境Vivado2019.1

工程作用此工程目的是让读者掌握FPGA实现SDIOSD动态字符叠加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“工程源码架构“小节内容

5、工程移植说明

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

此时需要升级IP操作如下

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

其他注意事项

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

6、上板调试验证

图中居左者为GS2971接收芯片对应的金色同轴线连接SDI相机居右者为GS2972发送芯片对应的黑色同轴线连接SDI转HDMI盒子SDI转HDMI盒子再连接显示器

OSD动态字符叠加输出视频演示

FPGA基于GS2971的SDI接收HLS动态字符叠加GS2972的SDI发送输出效果如下

网盘资料如下