HDMI FPGA实现4K60TMDS编码解码技术解析

本文档详细介绍了使用FPGA实现HDMI 1.4标准下的4K60 TMDS编码解码技术。重点在于TMDS编码解码的原理，特别是TMDS视频数据编码的过程。 HDMI（High-Definition Multimedia Interface）是一种数字接口，用于传输音频和视频数据，它使用TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）技术来减少信号在传输过程中的失真。在HDMI 1.4标准中，支持高达4K分辨率（3840x2160像素）的60Hz刷新率。TMDS由三个数据通道和一个时钟通道组成，每个时钟周期内，每个数据通道发送10位字符信息。 TMDS编码和解码是HDMI系统中的关键部分，其中涉及到控制周期、数据岛周期和视频像素周期的处理。控制周期传输控制信息，数据岛周期传输辅助数据，而视频像素周期则传输视频像素数据。 TMDS视频数据编码不同于常见的8b/10b编码，它的目标是最大化减少信号在铜连接线上的电磁干扰（EMI）。编码分为两个阶段： 1. 第一阶段，最小变换码生成：输入的8位视频数据（D[0:7]）被转换为9位的最小变换码（q_m[0:8]）。这个过程中，编码后的数据具有较少的0到1或1到0的跳变，以增加传输的稳定性。例如，输入数据10111010会被编码为100001100，10101000编码为110011111，而00101101编码为011000110。 2. 第二阶段，直流平衡码生成：9位的最小变换码进一步转化为10位的直流平衡码（q_out[0:9]）。这个阶段确保编码数据中的1和0数量大致相等，以保持信号的直流平衡。具体来说，如果q_m[8]为1，低8位保持不变，反之则取反；第10位q_out[9]与q_m[8]的值相反。如果低8位的1过多，且上一次编码也有过多的1，那么低8位取反，第10位设为1，以保持直流平衡。 在FPGA实现中，这些复杂的编码和解码逻辑通常由硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写，然后通过综合工具生成门级网表，最终实现于FPGA的逻辑单元中，以实现实时的视频数据处理和传输。 理解并实现HDMI 1.4中的4K60 TMDS编码解码技术需要深入理解TMDS编码原理，以及如何在FPGA硬件中高效地实现这些逻辑。这种技术对于高清视频系统的开发和优化至关重要。