引言
DVR（Digital Video Recorder，數(shù)字視頻錄像機(jī)）由于采用硬盤(pán)進(jìn)行圖像存儲(chǔ)處理，也被稱(chēng)為硬盤(pán)錄像機(jī)。DVR采用的是數(shù)字記錄技術(shù)，在圖像處理、圖像儲(chǔ)存、檢索、備份、以及網(wǎng)絡(luò)傳遞、遠(yuǎn)程控制等方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬監(jiān)控設(shè)備。在國(guó)內(nèi)，DVR經(jīng)過(guò)十幾年的應(yīng)用和快速發(fā)展，逐步呈現(xiàn)出高清化、智能化、個(gè)性化趨勢(shì)。當(dāng)然隨之而來(lái)的也是DVR價(jià)格的白熱化競(jìng)爭(zhēng)。如何提供高清晰、高穩(wěn)定性、低層本DVR產(chǎn)品成為擺在每個(gè)DVR企業(yè)面前的首要課題。萊迪思憑借其多年的視頻領(lǐng)域開(kāi)發(fā)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提出了基于高性能、高穩(wěn)定性、低成本LatticeECP3 FPGA在多通道HD-SDI DVR應(yīng)用中的低成本解決方案。本文詳細(xì)介紹了如何采用特定的FPGA （Field－ProgrammableGate Array） 系列- LatticeECP3，實(shí)現(xiàn)多通道、低成本HD-SDI（High Definition Serial DigitalInterface） DVR系統(tǒng)中的HD-SDI視頻數(shù)據(jù)解析、縮放、疊加、抽幀、視頻切換以及接口轉(zhuǎn)換。
FPGA VS 分立SDI接收芯片
DVR系統(tǒng)應(yīng)用中，由于傳統(tǒng)的DSP （DigitalSignal Processor）或者ASSP（ApplicationSpecific Standard Parts）并不能直接支持SDI接口，經(jīng)常采用分立EQ+分立SDI接收芯片完成接口轉(zhuǎn)換，再傳輸至DSP或者ASSP進(jìn)行后期的視頻處理。面臨的問(wèn)題就是當(dāng)支持多通道HD-SDI時(shí)，布線變得非常復(fù)雜、分立器件占用PCB面積大、BOM（Bill of Material）成本提高，這將直接導(dǎo)致DVR產(chǎn)品成本大幅上升。由于LatticeECP3 FPGA系列具有多達(dá)16個(gè)通道的高速串行Serdes接口，并且支持擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三速率SDI IP（IntelligentProperty）核（標(biāo)清SD-SDI、高清HD-SDI、3G-SDI）完成SDI數(shù)據(jù)的收發(fā)。對(duì)于SDI接收模塊來(lái)說(shuō)，輸出的接口是標(biāo)準(zhǔn)的BT1120格式，不用任何處理即可輸出給下一級(jí)DSP芯片處理。因此，采用其中的一個(gè)低成本系列ECP3-17EA就可以取代四個(gè)分立的SDI接收芯片，完成四路HD-SDI到BT120的接口轉(zhuǎn)換，其中不需要外掛任何幀數(shù)據(jù)緩存單元。當(dāng)然，客戶(hù)在實(shí)現(xiàn)四路數(shù)據(jù)直通的同時(shí)也可以選擇萊迪思提供的PCIE IP核、HDMI IP核、DVIIP核以及橋接參考設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其他輸出接口。這大大降低了BOM成本以及PCB的尺寸。同時(shí)LatticeECP3 FPGA支持128bit的AES加密功能可以更好的保護(hù)客戶(hù)的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
多通道低幀率HD-SDI視頻處理參考設(shè)計(jì)
低成本的LatticeECP3 FPGA除了提供HD-SDI IP核完成數(shù)據(jù)收、發(fā)功能以外，還支持諸如LVDS7-to-1、Sub LVDS、MiniLVDS、HDMI和DVI、MIPI等豐富的視頻處理接口。同時(shí)對(duì)于視頻處理中不可或缺的幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了線速率高達(dá)800Mbps的DDR3（3rd Generation Double Data Rate）SDRAM（Synchronous Dynamic Random AccessMemory）接口、IP核。這些特性確保了LatticeECP3FPGA提供了更多的靈活性，支持更多的特性，定制更多的個(gè)性化功能，為客戶(hù)需求提供快速反應(yīng)，縮短開(kāi)發(fā)周期使得客戶(hù)的產(chǎn)品快速走向市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)大量測(cè)試的IP核、成熟的參考設(shè)計(jì)包括基于多通道的視頻縮放、多通道視頻疊加、OSD（On Screen Display）菜單定制、幀率轉(zhuǎn)換、幀率抽取以及接口轉(zhuǎn)換功能等等。簡(jiǎn)單、低速的I2C接口完成這些特定功能、模式的配置以及切換。在下面的內(nèi)容中，我們會(huì)詳細(xì)介紹一個(gè)LatticeECP3FPGA在八通道低幀率的HD-SDI DVR系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。
圖示（八通道 HD-SDI DVR架構(gòu)）是一個(gè)八通道的HD-SDI系統(tǒng)，通常需要八顆獨(dú)立的SDI接收芯片、兩顆Hi3531完成視頻接收處理。這里采用兩顆LatticeECP3-17EA FPGA 加一顆Hi3531就完成了HD-SDI到BT1120的橋接功能設(shè)計(jì)。同時(shí)為了降低Hi3531的處理任務(wù)，LatticeECP3-17EA FPGA對(duì)輸入的四路HD-SDI數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理。圖中BT1120_0、BT1120_2輸出的是四路拼接數(shù)據(jù)或者是四路數(shù)據(jù)中的某一路數(shù)據(jù)，該通道稱(chēng)之為實(shí)時(shí)顯示通道，此時(shí)輸出幀率與輸入幀率是相同的，為1080p 25幀/秒或者30幀/秒。BT1120_1、BT1120_3用于錄像通道，輸出的是四路數(shù)據(jù)抽取后的數(shù)據(jù)，按照0、1、2、3、0順序排列輸出。需要注意的是輸入的每路數(shù)據(jù)為1080p 25幀/秒或者30幀/秒，四路共計(jì)100幀/秒或者120幀/秒，輸出進(jìn)行了抽幀處理，只有60幀/秒。上述的預(yù)處理在不影響視頻質(zhì)量的情況下，滿(mǎn)足系統(tǒng)需求同時(shí)無(wú)疑大大降低了Hi3531的處理任務(wù)，有效降低了板級(jí)功耗以及發(fā)熱量。
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具體內(nèi)容和圖都在附件中
低成本FPGA搭橋，多通道高清SDI DVR全升級(jí).pdf
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