FPGA实现HDMI输入转SDI视频输出，提供4套工程源码和技术支持

FPGA实现HDMI输入转SDI视频输出，提供4套工程源码和技术支持

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。

没玩过SDI都不好意思说自己玩儿过FPGA，这是CSDN某大佬说过的一句话，鄙人深信不疑。。。本文使用Xilinx的Kintex7 FPGA实现HDMI转SDI视频输出；提供3套vivado2019.1版本的工程源码，4套工程的不同点在于输入HDMI视频解码方式的不同，以适应不同的FPGA开发板。第一套工程使用IT6802解码输入的HDMI视频，适应板载IT6802解码芯片的FPGA开发板；第二套工程使用ADV7611解码输入的HDMI视频，适应板载ADV7611解码芯片的FPGA开发板；第三套工程使用silicon9011解码输入的HDMI视频，适应板载silicon9011解码芯片的FPGA开发板；第四套工程使用纯verilog实现的HDMI解码模块解码输入的HDMI视频，适应没有板载HDMI解码芯片只有HDMI输入接口的FPGA开发板；四套工程列表如下：

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|vivado工程    | 第一套工程 | 第二套工程 | 第三套工程 | 第四套工程 |
|vivado版本    |  2019.1   |   2019.1  |   2019.1  |   2019.1  |
|HDMI解码芯片  |   IT6802  |  ADV7611  |silicon9011|     无     |
|HDMI解码方式  |  硬件解码  |  硬件解码 |  硬件解码  | RTL模块解码 |
|输入视频      |   HDMI    |    HDMI   |   HDMI    |    HDMI    |
|HDMI解码后视频|   RGB888  |    RGB888 |   RGB888  |    RGB888  |
|输出视频      |    SDI    |    SDI    |    SDI    |    SDI    |
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使用笔记本电脑模拟HDMI输入视频，分辨率为1920X1080@60Hz，FPGA首先用纯verilog实现的i2c控制器配置HDMI解码芯片(第四套工程除外)，FPGA采集HDMI输入解码后的RGB888数据，经过RGB888转YUV422模块输出YUV422视频，再经过SPMTE编码模块将YUV422视频数据加上SDI数据帧头、帧尾以及控制信息等组成数据包，此时，原有的视频时序已经被打乱，需要将视频缓存致DDR3中，所以先将视频写入DDR3，然后读出送入Xilinx官方的SPMTE SDI IP核做SDI数据编码，同时需要输入SDI模式，该模块也包含在代码中，从SPMTE SDI IP核输出的已是标准SDI并行视频，最后调用GTX原语将SDI并行视频进行高速串行编码发送，为了保证数据的可靠性，在FPGA开发板需配套一颗GV8500以增强驱动，当然换其他IC也可以做到，最后通过板载的BNC接口将SDI视频发送出去。

本文详细描述了FPGA实现HDMI转SDI视频输出的实现设计方案，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；
关于SDI的理论知识部分，可自行搜索一下，很多大佬讲得很详细，也可以参考我之前写的文章点击查看：SDI理论

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、我目前已有的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；专栏地址链接：点击直接前往

3、设计思路框架核模块解析

提供3套vivado2019.1版本的工程源码，4套工程的不同点在于输入HDMI视频解码方式的不同，以适应不同的FPGA开发板。第一套工程使用IT6802解码输入的HDMI视频，适应板载IT6802解码芯片的FPGA开发板；第二套工程使用ADV7611解码输入的HDMI视频，适应板载ADV7611解码芯片的FPGA开发板；第三套工程使用silicon9011解码输入的HDMI视频，适应板载silicon9011解码芯片的FPGA开发板；第四套工程使用纯verilog实现的HDMI解码模块解码输入的HDMI视频，适应没有板载HDMI解码芯片只有HDMI输入接口的FPGA开发板；四套工程列表如下：

设计框图

第一套工程设计框架如下：

第二套工程设计框架如下：

第三套工程设计框架如下：

第四套工程设计框架如下：

IT6802解码芯片配置及采集

第一套工程使用IT6802解码输入的HDMI视频，适应板载IT6802解码芯片的FPGA开发板；IT6802解码芯片需要i2c配置才能使用，关于IT6802解码芯片的配置和使用，请参考我往期的博客，博客地址：点击直接前往
IT6802解码芯片配置及采集这两部分均用verilog代码模块实现，代码中配置为1920x1080分辨率；代码位置如下：

ADV7611解码芯片配置及采集

第二套工程使用ADV7611解码输入的HDMI视频，适应板载ADV7611解码芯片的FPGA开发板；ADV7611解码芯片需要i2c配置才能使用，ADV7611解码芯片配置及采集这两部分均用verilog代码模块实现，代码中配置为1920x1080分辨率；代码位置如下：

silicon9011解码芯片配置及采集

第三套工程使用silicon9011解码输入的HDMI视频，适应板载silicon9011解码芯片的FPGA开发板；silicon9011解码芯片需要i2c配置才能使用，关于silicon9011解码芯片的配置和使用，请参考我往期的博客，博客地址：点击直接前往
silicon9011解码芯片配置及采集这两部分均用verilog代码模块实现，代码位置如下：

纯verilog的HDMI 解码模块

第四套工程使用纯verilog实现的HDMI解码模块解码输入的HDMI视频，适应没有板载HDMI解码芯片只有HDMI输入接口的FPGA开发板；模块输入为差分HDMI视频，输出为RGB888的VGA视频，并伴随解码的像素时钟、行同步信号、场同步信号以及数据有效信号；此外，该模块还有配套的EDID模块，负责和输入源协商视频分辨率等基本信息，通过i2c接口与外接通信，IDED信息是固定的十六进制文件，例化了ROM用来存储，上电自动加载；该模块最高只支持1920x1080@60Hz分辨率的输入视频解码，更高的2K、4K暂不支持；代码位置如下：

RGB888转YUV422

这个模块很简单， RGB888进YUV422出，十几行代码的事儿，不必多讲，采用纯verilog代码实现，代码位置如下：

SPMTE编码

SPMTE编码模块将YUV422视频数据加上SDI数据帧头、帧尾以及控制信息等组成数据包，此时，原有的视频时序已经被打乱，代码位置和核心代码部分如下：

SDI模式

这个模块根据输入的HDMI视频分辨率来选择不同的SDI模式，这个信号会给到后面的Xilinx官方的SPMTE SDI IP核使用，根据Xilinx官方手册，SDI发送模式如下：

代码中体现如下：

代码位置如下：

图像缓存

由于原有的输入视频时序已经被打乱，所以输入图像必须经DDR缓存，调用Xilinx官方的MIG 核FIFO IP核，将DDR的用户接口封装为FIFO读写模式，方便用户使用，将图像缓存进DDR3中做4帧缓存，如果你觉得延时太高了，可以改为缓存2帧，DDR3地址读写部分如下：

图像缓存代码位置如下：

SPMTE SDI

调用Xilinx官方的SPMTE SDI IP核做SDI数据编码，同时需要输入SDI模式，该模块也包含在代码中，从SPMTE SDI IP核输出的已是标准SDI并行视频，SPMTE SDI IP是Xilinx提供的专门用于SDI视频编解码的IP，可以免费试用，这里调用该IP，并添加了一些用户代码，代码位置如下：

GTX

调用GTX原语将SDI并行视频进行高速串行编码发送，为了达到GTX变速的目的，这里没有调用GTX IP，而是直接调用其原语实现，需要读者对GTX有较深的理解，代码位置如下：

这里对GTX的时钟有严格要求，必须使用一对148.5 MHz和一对148.35 MHz的时钟作为参考时钟，否则运行不了SDI视频解码；原理图如下：

GV8500

为了保证数据的可靠性，在FPGA开发板需配套一颗GV8500以增强驱动，当然换其他IC也可以做到，最后通过板载的BNC接口将SDI视频发送出去。原理图如下：

4、vivado工程1–>IT6802采集SDI输出

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：笔记本电脑输出模拟HDMI视频输入，分辨率1920x1080@60Hz，IT6802解码；
输出：SDI；
应用：FPGA实现HDMI转SDI视频输出
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

5、vivado工程2–>ADV7611采集SDI输出

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：笔记本电脑输出模拟HDMI视频输入，分辨率1920x1080@60Hz，ADV7611解码；
输出：SDI；
应用：FPGA实现HDMI转SDI视频输出
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

6、vivado工程3–>silicon9011采集SDI输出

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：笔记本电脑输出模拟HDMI视频输入，分辨率1920x1080@60Hz，silicon9011解码；
输出：SDI；
应用：FPGA实现HDMI转SDI视频输出
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

7、vivado工程4–>HDMI RTL解码SDI输出

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：笔记本电脑输出模拟HDMI视频输入，分辨率1920x1080@60Hz，HDMI RTL模块解码；
输出：SDI；
应用：FPGA实现HDMI转SDI视频输出
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

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、上板调试验证并演示

准备工作

你需要有以下装备才能移植并测试该工程代码：
1：笔记本电脑
2：FPGA开发板；
3：板载的HDMI输入接口和SDI输出接口；
4：SDI转HDMI盒子；
5：HDMI显示，要求分辨率支持1920x1080；
测试平台框图如下：

我用的SDI转HDMI盒子如下，某宝有卖：

输出演示

输出演示如下：

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：