基于HDMI的视频流输入输出

由 judy 提交于周一, 11 三月 2019 - 14:01

作者：OpenSLee；来源：FPGA开源工作室

本实验基于ECE-CV K7-75T FPGA开发板实现。

软件使用Vivado 2018.1。

基于HDMI的视频流输入输出实验

1 HDMI概述

HDMI高清多媒体界面（英语：High Definition Multimedia Interface）是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人计算机、电视游乐器、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。HDMI可以同时发送音频和视频信号，由于音频和视频信号采用同一条线材，大大简化系统线路的安装难度。
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62774-tu1h…; alt="图1 HDMI硬件实物"></center>
图1 HDMI硬件实物

如图1，红框为ECE-CV板的HDMI输入输出接口，最高支持到1080P@60HZ的图像输入和输出功能。
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62775-tu2h…; alt="图2 HDMI_IN 和HDMI_OUT原理图"></center>
图2 HDMI_IN 和HDMI_OUT原理图

如图2所示为ECE底板的HDMI_IN和HDMI_OUT的原理图，下面对ECE-EDA和ECE-CV的HDMI接口的引脚介绍如表1所示：

<body>
表1 ECE-CV板HDMI接口引脚介绍
<table width="100%" border="1" cellspacing="0">
<tbody>
<tr>
<td width="143" valign="top">信号名称</td>
<td width="136" valign="top">Kintex7引脚标号</td>
<td width="98" valign="top">电平</td>
<td width="191" valign="top">备注</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX0_P</td>
<td width="136" valign="top">R25</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI接收数据0正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX1_P</td>
<td width="136" valign="top">T24</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI接收数据1正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX2_P</td>
<td width="136" valign="top">T22</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI接收数据2正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX_CLK_P</td>
<td width="136" valign="top">N21</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI接收时钟正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX_CEC</td>
<td width="136" valign="top">P24</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI遥控器信号</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX_HPD</td>
<td width="136" valign="top">N24</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI热插拔检测信号</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX_SDA</td>
<td width="136" valign="top">M25</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI IIC数据</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_RX_SCL</td>
<td width="136" valign="top">L25</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI IIC时钟</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX0_P</td>
<td width="136" valign="top">M21</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI发送数据0正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX1_P</td>
<td width="136" valign="top">N19</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI发送数据1正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX2_P</td>
<td width="136" valign="top">P16</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI发送数据2正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX_CLK_P</td>
<td width="136" valign="top">P23</td>
<td width="98" valign="top">TMDS_33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI发送时钟正</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX_CEC</td>
<td width="136" valign="top">L24</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI遥控器信号</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX_HPD</td>
<td width="136" valign="top">M24</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI热插拔检测信号</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX_SDA</td>
<td width="136" valign="top">U16</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI IIC数据</td>
</tr>
<tr>
<td width="143" valign="top">HDMI_TX_SCL</td>
<td width="136" valign="top">N16</td>
<td width="98" valign="top">LVCMOS33</td>
<td width="191" valign="top">HDMI IIC时钟</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</body>

2 HDMI IP介绍

如图3所示，rgb2dvi IP 实现RGB并行图像数据信号转换成串行差分信号输出。1920*1080P@60HZ的像素时钟为148.5MHZ。
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62776-tu3r…; alt="图3 rgb2dvi IP"></center>
图3 rgb2dvi IP
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62777-tu4r…; alt="图4 rgb2dvi IP设置"></center>
图4 rgb2dvi IP设置

如图4所示，其他项均默认，TMDS clock range 选择大于120MHZ。

如图5 Dvi2rgb IP实现串行视频差分信号转RGB并行图像数据。参考时钟为200MHZ。
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62778-tu5d…; alt="图5 dvi2rgb IP"></center>
图5 dvi2rgb IP
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62779-tu6d…; alt="图6 dvi2rgb IP设置"></center>
图6 dvi2rgb IP设置

如图6所示，TMDS clock range 选择大于120MHZ，Preferred resolution选择1920*1080。

3 HDMI输入输出实验系统搭建

笔记本电脑的HDMI输出1080P@60HZ的视频ECE-CV平台，经过HDMI_IN到核心板再到HDMI_OUT再到显示屏，显示屏正常输出视频。整个硬件平台如图7所示。
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62780-tu7e…; alt="图7 ECE-CV数字图像处理硬件平台"></center>
图7 ECE-CV数字图像处理硬件平台

如图8，为HDMI_IN_OUT最终系统连接图。

HDMI_IN_OUT系统由外部OSC输入100MHZ时钟，经过Clock Wizard IP的倍频输出200MHZ时钟到Dvi2rgb IP作为参考时钟，同时输出reset_n（locked ）信号为全局复位信号。复位信号（reset_n）经过Utility Vector Logic IP取反输出‘1’复位‘0’有效rst信号。Dvi2rgb IP的参考时钟（Refclk）为200MHZ，差分数据信号输入为TMDS_IN，经过Dvi2rgb IP转换为RBG888的VGA时序信号以及输出像素时钟（Pixelclk）。Rgb2dvi IP接收RBG888的VGA时序信号输出TMDS_OUT的差分数据信号。xlconstant IP为HDMI的输入和输出提供热插拔信号输出为‘1’。
<center><img src="http://xilinx.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018234-62781-tu8h…; alt="图8 HDMI输入输出实验系统连接图"></center>
图8 HDMI输入输出实验系统连接图

4 实验结果展示
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文章转载自：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUyODUwMDExOQ==&mid=2247485010&am…开源工作室 </a>