基于基于Cyclone IV的的Camera Link-HDMI高清视频转换器设计高清视频转换器设计
针对实际项目需求，在充分了解Camera Link接口协议和HDMI接口协议的基础上，给出了基于FPGA的Camera
Link-HDMI高清视频转换器设计方案。选用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA器件，完成了转换器的电路设计和
性能测试。结果表明，图像转换实时性好，色彩和图形无失真，满足设计要求。该方案是一种解决Camera
Link-HDMI转换的有效方法，为相似的技术设计问题提供了有益的参考。
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[1]。近年来，作为一种高速、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[2]。
高清晰度多媒体接口
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
1 系统总体方案系统总体方案
根据项目要求，本转换器的主要功能是接收高清彩色相机一路BASE配置的Camera Link的视频数据，该数据为1-tap RGB 8
bit格式。在接收到视频数据后，由视频接口转换器实现视频格式的转换处理，最后通过HDMI接口以标准的BT.1120格式输出
高清1 080 p@25 f/s的视频信号。基于集约化、低功耗和可靠设计的原则，要求系统一次电源+12 V，并装备备用的异步RS-
422通信控制接口，以便紧急情况下PC机对相机的控制。
基于以上设计要求，提出了相应的转换器设计方案，如图1所示。转换器主要由核心处理器、电源转换模块、Camera Link
输入接口模块、HDMI输出接口模块、数据缓存模块和异步RS-422收发串口转换模块等6个部分组成。
为满足高集成度、低功耗和高速的设计要求，采用FPGA作为核心处理器，产生Camera Link接口模块和HDMI接口模块的
控制时序，对它们进行初始化配置。Camera Link输入接口模块工作时，将视频数据传送给FPGA。由FPGA进行视频数据的
缓存、格式的转换、数据的重新组帧和发送。根据转换器技术要求，需要提供外部缓存以保存及处理视频数据，所以转换器采
用外部SDRAM存储器作为片外大容量缓存模块。转换器保留Camera Link接口两对差分信号SerTc和SerTfg的接口，可以通过
FPGA与RS-422转换模块进行通信，实现控制信号的LVDS到RS-422的协议转换，实现PC机通过RS-422接口对Cameralink
相机的控制。
2 模块设计及器件选择模块设计及器件选择
2.1 Camera Link输入接口模块输入接口模块
Camera Link输入接口模块选用NI公司的DS90CR-288A接收器芯片实现设计。DS90CR288A具有高速TTL接口，低功耗，
无需外部PLL器件，满足TIA/EIA-644 LVDS标准，采用56脚TSSOP封装，工作温度范围为-10 ℃～+70 ℃[5]。它的作用是将
相机输出的4路LVDS数据流转换为28 bit的LVCOMS/LVTTL数据，在传输时钟为85 MHz时28 bit TTL数据的速率可以达到每
个LVDS通道595 Mb/s，即4路LVDS通道2.38 G/s的速度。
2.2 HDMI接口设计接口设计
HDMI发送接口采用ADI公司的高性能HDMI/DVI传输芯片AD9889B。该芯片兼容HDMI v.1.3版本，单1.8 V供电，视频/音频
输入兼容1.8 Ｖ～3.3 V，可以工作在165 MHz，支持60帧480 i到1 080 p以及UXGA分辨率，能够满足技术要求[6]。该器件具
有两路可编程色度空间转换器，支持RGB、YCbCr和DDR输入方式，且支持ITU656嵌入同步方式。
2.3 外部缓存设计外部缓存设计
Cyclone IV支持的外部缓存包括SDRAM、DDRII等。方案中选用了Micron公司的SDRAM芯片MT48LC8M16-A2B。该芯片
有128 Mbit容量、16 bit宽数据总线、4个bank，每个bank的容量为2 Mbit[7]。设计采用了两组SDRAM构成乒乓结构的外部缓
存。每组由两片16×8 Mbit的SDRAM组成，实现高速大容量的图像缓存，使外部缓存数据总线的读写速率达到133
MHz，总容量达到512 Mbit。
2.4 FPGA处理器设计处理器设计
实现高清图像的处理需要一款高性能的控制器与处理器，与接口芯片的无缝连接也是需要重点考虑的因素。因此，转换器
的核心处理单元采用Altera公司的高性能FPGA器件Cyclone IV系列的EP4CE40F23I7芯片[8]。该芯片是Cyclone IV系列增强
型FPGA器件，具有约40K个逻辑单元（LE），4组I/O Bank，核心工作电压1.2 V，1 134 Kbit嵌入式存储器，116个嵌入式
18×18乘法器，最高时钟频率437.5 MHz。其工作流程设计如图2所示。
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