采用FPGA提高广播应用的集成度

2020-02-24 20:30发布

引言
在广播和传输系统中,采用一种或者两种串行接口来传输数字视频:没有压缩的数据使用视频串行数字接口(SDI)。压缩数据使用异步串行接口(ASI),在视频设备中,主要采用移动图像和电视工程师联盟(SMPTE)定义的SDI来传送视频和音频数据。
视频设备能够支持标准清晰度(SD)、高清晰度(HD)数字视频格式,或者同时支持。SD视频传输的SDI速率为270Mbps、360Mbps或者540Mbps,而HD视频传输的SDI速率为1.485 Gbps或者1.485/1.001 Gbps。HD提供高质量的视频,代表了今后数字视频广播的发展方向。随着HD视频需求的增长,要求硬件能够处理HD技术所需的大数据吞吐量。
在数字视频传送系统中,数据传送的主要方式是ASI的270Mbps单节目传送流(SPTS)或者多节目传送流(MPTS),这些方式由数字视频广播(DVB)协会定义。
广播设备开发人员通常使用ASSP来实现SDI和DVB-ASI功能,也可以利用可编程逻辑器件(PLD),使用PLD中的逻辑和其他嵌入式资源构建所需的各种数字功能,以实现这些接口。通过使用PLD。可以显著降低总成本。某些情况下,在每ASI通道或者每SDI端口的基础上,PLD不到ASSP成本的1/10。
SDI的可编程逻辑解决方案
要达到SDI和DVB-ASI需要的270Mbps数据速率,可编程解决方案需要提供以下功能:
LVDS I/O
足够的逻辑容量
数据恢复能力
产生时钟信号的PLL
对于HD-SDI数据速率,需要采用支持嵌入式SERDES技术、时钟数据恢复,并集成了高速收发器通道的PLD,例如Altera的Stratix GX系列FPGA
图1所示为Altera可编程逻辑中实现SD-SDI和HD-SDI功能所需的构成单元。SD-SDI解决方案在逻辑单元(LE)中利用过采样技术来恢复数据。FPGA中的基本构建模块LE在SERDES模块中表示为“软逻辑”。在HD-SDI解决方案中,嵌入式SERDES和CDR电路完成时钟和数据恢复功能。


HD-SDI方案中的其他功能包括发射机侧的线编号插入和循环冗余校验(CRC)计算,以及接收机侧的线编号提取和循环冗余校验。
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