基于FPGA的模擬視頻轉SDI的轉換器設計與實現

　　摘要：為了將現有模擬視頻系統接入到數字串行視頻系統，需要將模擬視頻轉換成SDI信號。采用SAA7113先將模擬視頻數字化，用Altera公司的CYCLONE III系列FPGA完成SDI信號的擾碼、編碼等功能，接口芯片采用國家半導體公司的LMH0001，使用Tektronix VFM 7120進行測試，信號指標符合SMPTE259M標準。基于FPGA的視頻轉換器設計，過程簡單，可移植性強，并且可以方便字幕疊加。

　　引言

　　目前我國廣電系統大都采用SDI數字接口，該接口采用75歐同軸電纜傳輸未經壓縮的數字視頻信號，在SMPTE259M中規定了A、B、C、D 4種標準，傳輸速率分別為143Mbit/s、177Mbit/s、270Mbit/s、360Mbit/s，其中最常見的是270Mbit/s。本文設計的轉換器可以將傳統的模擬視頻信號轉換成270Mbit/s的數字視頻，以便和數字電視系統相互兼容。

　　設備組成及工作原理

　　本設備可以分為三部分，第一部分是模擬視頻的數字化，第二部分是SDI信號編碼，第三部分是線路驅動。設備框圖如圖1所示。模擬視頻信號經過SAA7113進行A/D轉換，輸出10路27Mbit/s的并行數據，FPGA將10路并行數據進行擾碼處理以及并串轉換后打包成270Mbit/s的SDI串行信號，FPGA輸出的串行數據經過線路驅動后最終輸出幅度為800mV的標準SDI信號。　　

 

　　A/D轉換

　　A/D轉換部分采用Philips公司生產的專用視頻解碼芯片SAA7113，該芯片能將NTSC或PAL復合視頻信號轉換成8位或10位復合ITU-R BT.656標準的YCbCr分量視頻。該芯片有兩路視頻輸入VIN1和VIN2，用戶可以通過配置芯片內部相應寄存器選擇VIN1或VIN2來進行A/D轉換。同時該芯片還具有生成測試模板的功能，當輸入端沒有視頻信號時，SAA7113可自動輸出黑屏，也可以通過寄存器配置產生藍屏、75%彩條或100%彩條輸出。

　　SAA7113外圍電路簡單，只需少量的額外元器件即可工作，具體電路參見SAA7113的芯片手冊，在此不再贅述。

　　FPGA信號編碼

　　FPGA信號編碼為本設計的核心部分，主要包含了PLL模塊、擾碼模塊、并串轉換模塊以及對SAA7113的I2C配置模塊，該部分功能全部由FPGA來完成。本設計采用了Altera公司生產的Cyclone III系列的FPGA芯片，根據設計需求，選用了EP3C5E144來完成SDI信號的編碼工作，主要程序代碼采用Verilog語言來編寫。