基于Cyclone IV的Camera Link―HDMI高清视频转换器设计

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Design of the Camera Link--HDMI converter based on Cyclone IVLiang Yitao ，Tang Yao ，Shi Weiya ，Wang Feng ，Li Yonggang(1.School of Information Science and Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China；2.Xi an Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS，Xi an 710119，China)Abstract：In order to meet one project requirements，based on fully understanding to the Camera Link protocol and the HDMIinterface protocol，a design scheme of Camera Link-HDMI converter is presented.According to the scheme，one Cyclone IV devicewhich is Ahera S FPGA device is chosen.And the converter is made and tested.The testing results show that real-time of theimage conversion has been ensured.And colors and graphics of the image were without distortion.Th e design demand was met。

The scheme is a method to take Camera Link-HDMI conversion，and may be a useful reference for similar techniques design。

Key WOrds：video processing；FPGA；Camera Link；HDMI；interface converter随着视频技术 的不断发展 ，人们对高清数字视频性能要求 日益提升。基于此 ，2000年 10月 ，NI、DALAS等多家 公 司基 于 Channel Link技 术 推 出 了 旨在 简化 CCD和采集卡之间连接的 Camera Link接口协议↑年来 ，作为-种高速 、高精度数字摄像头的简洁、方便 、灵活的串 口数据和连接方式 ，Camera Link接 口协议在航空航天 、军事 、医疗 、工矿企业等 的视频监控 、视频传输 、在线非接触式测量等领域应用广泛[21。

高清 晰度 多媒 体接 口 HDMI(High-Definition Muhime-dia Interface)协 议 是 2002年 底 由 Et立 、飞利浦 和 Silicon-Image等公司联合推出的-种专用数字音视频传输协议基金 项 目：国家 自然科学基金 资助项 目 (31171775)；国家 863计划(2012AA101608)；河南势技厅重点科技攻关项 目(112102210190)l2 欢迎 网上 投稿 .corn标 准 ，在 液 晶显 示 器 、液 晶 电视 、高 清 相机 及 录像机 等消 费类 电子领域 已经成 为主要 的应用标 准之 -131。该接口可传输 高达 5 Gb/s的数据带 宽 ，是 首个 支持单线 非压缩昆合信号传输的接 口协议 ，可直接同时实现全数字高清 影音 信号 及控制 命令 数据 的 高性能 数 字接 口。HDMI技术不仅能提供清晰的画质，而且由于其音频 、视频采用同-电缆，大大简化了系统的设计和安装[41。

在某视频采集系统设计项 目中，前端相机视频分辨率 、视 频 帧 率 和像 素 时钟 频 率 分别 为 1 920×1 080 p###25 f/s及 80 MHz。相 机 视 频 输 出为 CameraLink接 口的 1-tapRGB 8 bit格式 。为扩展相 机的应 用及调 试方便 ，要求 视频数 据能 够转换 为 HDMI接 口输 出。 目前 ，在 所检 索到的文献 范围 内 ，未见 相关报 道 。本项 目组基 于实 际需 求 ，《电子技术应用》2013年 第39卷 第5期图 2 转换器工作流程素数据 ，并产生相应的行 、帧同步信号和数据有效信号发 送 至 ppi子模 块 。ppi子拈 产生控 制输入 端 FIFO的写使能信号 ，同时以乒乓输入的方式 、80 MHz的速率将奇数和偶数帧数据交替地送人两组输入端 FIFO中。数据 被 写 入 后 ，sdram子 模 块 被启 动 。该 模 块 是外 部SDRAM芯片的接口控制拈。sdram子拈产生读使能信号 rdreq控制从 FIFO中读取数据并写入外部 SDRAM。

两 组 sdram 子模 块 以乒 乓操 作 的 形式 实 现 连 续 写入 和输 出功 能 。

而 ppo子模 块通 过逻 辑控制 产 生 rdreq1和 rdreq2两个信号 ，从两个输出端 FIFO中有数据的-个读取数据，按照 AD9889B芯片所需的接 口时序输出 RGB数据和同步信号 ，完成视频输 出。

3 仿真与测试FPGA最终设 计 的资 源利 用情 况如 表 1所 示 。 由于FPGA还完成了-部分图像处理功能 ，所以用到了嵌入式乘法器，系统的最高时钟频率可以达到 119.96 MHz，完全能够满足 80 MHz实际使用频率的要求。

表 l FPGA 综合 结果器 件 Cyclone IV EP4CE40F2317逻 辑 单元总 引 脚 数内存嵌入式乘法器PLL总量最大频率36%52%89%61%75%l19.96 MHz系统测 试平 台 由 HDMI接 口显 示 器 、Camera Link相机和转接器构成 。由于尺寸要求 ，最终转接器的设计由FPGA核心电路板 、Camera Link接 口电路板和 HDMI接口电路板三个电路板通过直插插针连接组成 ，各电路板尺寸均为 5 cmX5 em。测试结果表明，图像实时性达到设计要求，且颜色和图形基本无失真。

14 欢迎 网上 投稿 .corn利用 单 片 FPGA 结 合 外 部 缓 存 完 成 了 Camera Link接 口和 HDMI接 口不 同视 频格 式 之 间 的转 换 ，实 现 了Camera Link相机 的 HDMI接 口扩展 功能 。实际测试 结果显示该方案设计合理 、可行。

本设计 采用 了 自顶 向下 的设 计理 念和 IP核技 术 ，缩短了设计周期 ，通过乒乓存储结构和流水线技术 ，提高了系统性能和资源利用率。基于 FPGA的灵活设计使系统还可以完成-系列扩展功能 ，为工程应用提供了-种较好 的 Camera Link-HDMI接 口转换解 决方案 。