引言

　　DVR（Digital Video Recorder，數(shù)字視頻錄像機）由于采用硬盤進行圖像存儲處理，也被稱為硬盤錄像機。DVR采用的是數(shù)字記錄技術(shù)，在圖像處理、圖像儲存、檢索、備份、以及網(wǎng)絡(luò)傳遞、遠(yuǎn)程控制等方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬監(jiān)控設(shè)備。在國內(nèi)，DVR經(jīng)過十幾年的應(yīng)用和快速發(fā)展，逐步呈現(xiàn)出高清化、智能化、個性化趨勢。當(dāng)然隨之而來的也是DVR價格的白熱化競爭。如何提供高清晰、高穩(wěn)定性、低層本DVR產(chǎn)品成為擺在每個DVR企業(yè)面前的首要課題。萊迪思憑借其多年的視頻領(lǐng)域開發(fā)、應(yīng)用經(jīng)驗，提出了基于高性能、高穩(wěn)定性、低成本LatticeECP3 FPGA在多通道HD-SDI DVR應(yīng)用中的低成本解決方案。本文詳細(xì)介紹了如何采用特定的FPGA （Field－Programmable Gate Array） 系列- LatticeECP3，實現(xiàn)多通道、低成本HD-SDI（High Definition Serial Digital Interface） DVR系統(tǒng)中的HD-SDI視頻數(shù)據(jù)解析、縮放、疊加、抽幀、視頻切換以及接口轉(zhuǎn)換。

　　FPGA VS 分立SDI接收芯片

　　DVR系統(tǒng)應(yīng)用中，由于傳統(tǒng)的DSP （Digital Signal Processor）或者ASSP（Application Specific Standard Parts）并不能直接支持SDI接口，經(jīng)常采用分立EQ+分立SDI接收芯片完成接口轉(zhuǎn)換，再傳輸至DSP或者ASSP進行后期的視頻處理。面臨的問題就是當(dāng)支持多通道HD-SDI時，布線變得非常復(fù)雜、分立器件占用PCB面積大、BOM（Bill of Material）成本提高，這將直接導(dǎo)致DVR產(chǎn)品成本大幅上升。由于LatticeECP3 FPGA系列具有多達(dá)16個通道的高速串行Serdes接口，并且支持擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的三速率SDI IP（IntelligentProperty）核（標(biāo)清SD-SDI、高清HD-SDI、3G-SDI）完成SDI數(shù)據(jù)的收發(fā)。對于SDI接收模塊來說，輸出的接口是標(biāo)準(zhǔn)的BT1120格式，不用任何處理即可輸出給下一級DSP芯片處理。因此，采用其中的一個低成本系列ECP3-17EA就可以取代四個分立的SDI接收芯片，完成四路HD-SDI到BT120的接口轉(zhuǎn)換，其中不需要外掛任何幀數(shù)據(jù)緩存單元。當(dāng)然，客戶在實現(xiàn)四路數(shù)據(jù)直通的同時也可以選擇萊迪思提供的PCIE IP核、HDMI IP核、DVI IP核以及橋接參考設(shè)計實現(xiàn)其他輸出接口。這大大降低了BOM成本以及PCB的尺寸。同時LatticeECP3 FPGA支持128bit的AES加密功能可以更好的保護客戶的自有知識產(chǎn)權(quán)。

　　多通道低幀率HD-SDI視頻處理參考設(shè)計

　　低成本的LatticeECP3 FPGA除了提供HD-SDI IP核完成數(shù)據(jù)收、發(fā)功能以外，還支持諸如LVDS7-to-1、Sub LVDS、Mini LVDS、HDMI和DVI、MIPI等豐富的視頻處理接口。同時對于視頻處理中不可或缺的幀數(shù)據(jù)存儲提供了線速率高達(dá)800Mbps的DDR3（3rd Generation Double Data Rate）SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）接口、IP核。這些特性確保了LatticeECP3 FPGA提供了更多的靈活性，支持更多的特性，定制更多的個性化功能，為客戶需求提供快速反應(yīng)，縮短開發(fā)周期使得客戶的產(chǎn)品快速走向市場。經(jīng)過大量測試的IP核、成熟的參考設(shè)計包括基于多通道的視頻縮放、多通道視頻疊加、OSD（On Screen Display）菜單定制、幀率轉(zhuǎn)換、幀率抽取以及接口轉(zhuǎn)換功能等等。簡單、低速的I2C接口完成這些特定功能、模式的配置以及切換。在下面的內(nèi)容中，我們會詳細(xì)介紹一個LatticeECP3 FPGA在八通道低幀率的HD-SDI DVR系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。

　　圖示（八通道 HD-SDI DVR架構(gòu)）是一個八通道的HD-SDI系統(tǒng)，通常需要八顆獨立的SDI接收芯片、兩顆Hi3531完成視頻接收處理。這里采用兩顆LatticeECP3-17EA FPGA 加一顆Hi3531就完成了HD-SDI到BT1120的橋接功能設(shè)計。同時為了降低Hi3531的處理任務(wù)，LatticeECP3-17EA FPGA對輸入的四路HD-SDI數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理。圖中BT1120_0、BT1120_2輸出的是四路拼接數(shù)據(jù)或者是四路數(shù)據(jù)中的某一路數(shù)據(jù)，該通道稱之為實時顯示通道，此時輸出幀率與輸入幀率是相同的，為1080p 25幀/秒或者30幀/秒。BT1120_1、BT1120_3用于錄像通道，輸出的是四路數(shù)據(jù)抽取后的數(shù)據(jù)，按照0、1、2、3、0順序排列輸出。需要注意的是輸入的每路數(shù)據(jù)為1080p 25幀/秒或者30幀/秒，四路共計100幀/秒或者120幀/秒，輸出進行了抽幀處理，只有60幀/秒。上述的預(yù)處理在不影響視頻質(zhì)量的情況下，滿足系統(tǒng)需求同時無疑大大降低了Hi3531的處理任務(wù)，有效降低了板級功耗以及發(fā)熱量。

八通道HD-SDI DVR 架構(gòu)

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)6月《智能工業(yè)特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請注明出處。