好物分享：FPGA实现SDI视频编解码的方案设计汇总

1、前言

目前FPGA实现SDI视频编解码有两种方案：一钟是使用专用SDI编解码芯片，另一种是使用FPGA；两者主要区别如下：

2、专用芯片方案

目前SDI编解码专用芯片方案市场主导厂家是Semtech和TI，其中Semtech占有率高于TI，我用过的只有Semtech公司的GS2971和GS2972，暂未用过TI的芯片，以后有机会也会涉足TI的方案；当然，还有诸如海思之类的国产IC公司也在涉足改领域，但目前还不是主流；

GS2971和GS2972一般是成对使用，GS2972负责编码发送SDI，GS2971负责解码接收SDI，该方案在消费电子领域占有主导市场，比如某宝几十块钱的HDMI与3G-SDI的转换盒，当然，在广播电视、医疗、军工等领域也有广泛应用，但这些领域一般会搭配强大的主控芯片，所以产品价格一般较贵；

本博不是做硬件电路的，只会看看原理图和芯片手册，更多的还是做GS2971/GS2972基于FPGA的开发应用；GS2971/GS2972搭配FPGA一般应用在医疗或军工领域，或可GS2971+FPGA实现SDI图像采集传输板卡；或可GS2972+FPGA实现SDI工业相机，或可GS2971+GS2972+FPGA实现SDI综合图像处理板卡；有此类项目需求的朋友，推荐本博现有的GS2971/GS2972基于FPGA的开发应用如下：

2.1、GS2971+FPGA的图像采集 设计方案

该项目SDI接收方案采用GS2971，FPGA采用Xilinx的Zynq7100-xc7z100ffg900-2；Zynq7100的PL端为Kintex7-325T，PS端为ARMxx，所以既可以把Zynq7100当作纯FPGA来使用，比如Xilinx的Artix7、Kintex7、Vrtix7、KU、VU等，也可以当作Zynq来使用，比如Xilinx的Zynq7000系列、Zynq UltraScale、Zynq UltraScale+，甚至可以当作国产复旦微、紫光、高云、易灵思、安陆等FPGA来使用；基于此，这个方案设计了两种架构，一种是纯FPGA架构，另一种是Zynq架构，两种方案的区别在于图像缓存方式的差异；纯FPGA架构图像缓存采用MIG+PL端DDR3方式，FPGA架构图像缓存采用Zynq HP接口+PS端DDR3方式；
该方案提供3套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：
其中FDMA图像缓存版本的工程设计原理框图如下：

VDMA图像缓存版本的工程设计原理框图如下：

关于该方案的详细设计说明，请参考我之前的博客，博客地址如下：
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2.2、GS2971+FPGA的图像采集+图像缩放 设计方案

该方案在2.1章节《GS2971+FPGA的图像采集 设计方案》的基础上加了图像缩放功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有图像缩放需求的中高端项目；设计了两种图像缩放方案，一种是纯verilog实现的，另一种是HLS实现的，但两种图像缩放方案的功能都是一样的，都能实现任意尺寸的缩放，即无极缩放；该方案提供3套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：
纯verilog实现的图像缩放版本设计原理框图如下：

HLS实现的图像缩放版本设计原理框图如下：

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2.3、GS2971+FPGA的图像采集+纯verilog图像缩放+纯verilog视频拼接 设计方案

该方案在2.2章节《GS2971+FPGA的图像采集+图像缩放 设计方案》的基础上加了视频拼接功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有图像缩放+视频拼接需求的高端项目；该设计使用纯verilog实现的图像缩放+纯verilog实现的视频拼接方案；设计了2路、4路、8路、16路等多种视频缩放拼接方案；该方案提供16套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.4、GS2971+FPGA的图像采集+HLS图像缩放+Video Mixer视频拼接 设计方案

该方案在2.3章节《GS2971+FPGA的图像采集+纯verilog图像缩放+纯verilog视频拼接 设计方案》的基础上替换了图像缩放和视频拼接方案，属于SDI图像处理范畴，适用于有图像缩放+视频拼接需求的高端项目；该设计使用自研的HLS实现的图像缩放+Xilinx官方的Video Mixer IP Core的视频拼接方案；设计了2路、4路、8路、16路等多种视频缩放拼接方案；该方案提供4套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.5、GS2971+FPGA的图像采集+OSD动态字符叠加 设计方案

该方案在2.1章节《GS2971+FPGA的图像采集 设计方案》的基础上加了OSD动态字符叠加功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有OSD动态字符叠加需求的高端项目；该设计使用自研的HLS实现的OSD动态字符叠加方案；可实时的、动态修改字符信息，在军工领域应用广泛；该方案提供1套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.6、GS2971+FPGA的图像采集+视频融合叠加 设计方案

该方案在2.1章节《GS2971+FPGA的图像采集 设计方案》的基础上加了视频融合叠加功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有视频融合叠加需求的高端项目；该设计使用自研的HLS实现的视频融合叠加方案；可实时的融合并叠加并显示两路SDI视频，在军工领域应用广泛；该方案提供1套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.7、GS2971+FPGA的图像采集+GTX 8b/10b编解码高速接口 设计方案

该方案在2.1章节《GS2971+FPGA的图像采集 设计方案》的基础上加了GTX高速接口功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有GTX高速接口需求的高端项目；该设计使用Xilinx的GTX高速接口方案；可将采集的SDI视频通过GTX 8b/10b编解码的高速接口传输，在军工领域应用广泛；该方案提供2套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.8、GS2971+FPGA的图像采集+PCIE高速接口 设计方案

该方案在2.1章节《GS2971+FPGA的图像采集 设计方案》的基础上加了PCIE高速接口功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有PCIE高速接口需求的高端项目；该设计使用Xilinx的XDMA方案和非Xilinx的RIFFA方案；可将采集的SDI视频通过PCIE高速接口传输到PC，并在PC端通过QT上位机显示图像，在军工领域应用广泛；该方案目前还在调试中，敬请期待本博推出。。。

2.9、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集 设计方案

该方案在2.1章节《GS2971+FPGA的图像采集 设计方案》的基础上加了GS2972输出SDI功能，属于SDI图像传输，适用于有SDI接收+SDI发送的高端项目；该设计使用GS2971接收SDI、GS2972发送SDI，依然采用FDMA和VDMA图像缓存方案，该方案提供3套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：
其中FDMA图像缓存版本的工程设计原理框图如下：

VDMA图像缓存版本的工程设计原理框图如下：

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2.10、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集+图像缩放 设计方案

该方案在2.2章节《GS2971+FPGA的图像采集+图像缩放 设计方案》的基础上加了GS2972输出SDI功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+图像缩放需求的中高端项目；设计了两种图像缩放方案，一种是纯verilog实现的，另一种是HLS实现的，但两种图像缩放方案的功能都是一样的，都能实现任意尺寸的缩放，即无极缩放；该方案提供3套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：
纯verilog实现的图像缩放版本设计原理框图如下：

HLS实现的图像缩放版本设计原理框图如下：

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2.11、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集+纯verilog图像缩放+纯verilog视频拼接 设计方案

该方案在2.3章节《GS2971+FPGA的图像采集+纯verilog图像缩放+纯verilog视频拼接 设计方案》的基础上加了GS2972输出SDI功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+图像缩放+视频拼接需求的高端项目；该设计使用纯verilog实现的图像缩放+纯verilog实现的视频拼接方案；设计了2路、4路、8路、16路等多种视频缩放拼接方案；该方案提供16套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.12、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集+HLS图像缩放+Video Mixer视频拼接 设计方案

该方案在2.4章节《GS2971+FPGA的图像采集+HLS图像缩放+Video Mixer视频拼接 设计方案》的基础上加了GS2972输出SDI功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+图像缩放+视频拼接需求的高端项目；该设计使用自研的HLS实现的图像缩放+Xilinx官方的Video Mixer IP Core的视频拼接方案；设计了2路、4路、8路、16路等多种视频缩放拼接方案；该方案提供4套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.13、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集+OSD动态字符叠加 设计方案

该方案在2.5章节《GS2971+FPGA的图像采集+OSD动态字符叠加 设计方案》的基础上加了GS2972输出功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+OSD动态字符叠加需求的高端项目；该设计使用自研的HLS实现的OSD动态字符叠加方案；可实时的、动态修改字符信息，在军工领域应用广泛；该方案提供1套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

关于该方案的详细设计说明，请参考我之前的博客，博客地址如下：
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2.14、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集+视频融合叠加 设计方案

该方案在2.6章节《GS2971+FPGA的图像采集+视频融合叠加 设计方案》的基础上加了GS2972输出功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+视频融合叠加需求的高端项目；该设计使用自研的HLS实现的视频融合叠加方案；可实时的融合并叠加并显示两路SDI视频，在军工领域应用广泛；该方案提供1套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.15、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集+GTX 8b/10b编解码高速接口 设计方案

该方案在2.7章节《GS2971+FPGA的图像采集+GTX 8b/10b编解码高速接口 设计方案》的基础上加了GS2972输出功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+GTX高速接口需求的高端项目；该设计使用Xilinx的GTX高速接口方案；可将采集的SDI视频通过GTX 8b/10b编解码的高速接口传输，在军工领域应用广泛；该方案提供2套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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2.16、GS2971+GS2972+FPGA的图像采集+PCIE高速接口 设计方案

该方案在2.8章节《GS2971+FPGA的图像采集+PCIE高速接口 设计方案》的基础上加了GS2972输出功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+PCIE高速接口需求的高端项目；该设计使用Xilinx的XDMA方案和非Xilinx的RIFFA方案；可将采集的SDI视频通过PCIE高速接口传输到PC，并在PC端通过QT上位机显示图像，反过来，也可以通过PC端的QT上位机采集PC的图像传到FPGA并通过GS2972发送SDI视频，在军工领域应用广泛；该方案目前还在调试中，敬请期待本博推出。。。

3、Xilinx Kintex7系列FPGA 方案

Xilinx Kintex7系列FPGA拥有成熟的SDI逻辑编解码方案，该方案的核心是采用Xilinx官方的GTX+SMPTE SD/HD/3G SDI IP核架构，其中，GTX负责SDI视频的高速差分信号与并行信号的转换，本博称之为解串与串化；SMPTE SD/HD/3G SDI负责并行的SDI视频与BT1120视频的转换；相应的，Xilinx官方也给出了硬件电路参考设计，包括差分时钟设计、驱动器与均衡器设计等；

本博不是做硬件电路的，只会看看原理图和芯片手册，更多的还是做Xilinx Kintex7系列FPGA的SDI视频编解码开发应用；基于上述原理，Xilinx Kintex7系列FPGA可实现SDI图像采集传输板卡、可实现SDI工业相机、可实现SDI综合图像处理板卡等项目；有此类项目需求的朋友，推荐本博现有的Xilinx Kintex7系列FPGA的SDI视频编解码开发应用如下：

3.1、K7 FPGA的SDI视频编解码 设计方案

该项目采用Xilinx Kintex7-523T FPGA为平台，采用GTX+SMPTE SD/HD/3G SDI IP核架构接收3G-SDI视频，经过FDMA图像缓存后通过HDMI或SDI视频输出，该方案提供3套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：
其中HDMI输出版本的工程设计原理框图如下：

SDI输出版本的工程设计原理框图如下：

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3.2、K7 FPGA的SDI视频编解码+图像缩放 设计方案

该方案在3.1章节《K7 FPGA的SDI视频编解码 设计方案》的基础上加了图像缩放功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+图像缩放需求的高端项目；该方案使用纯verilog实现的图像缩放，能实现任意尺寸的缩放，即无极缩放；该方案提供3套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：
其中HDMI输出版本的工程设计原理框图如下：

SDI输出版本的工程设计原理框图如下：

关于该方案的详细设计说明，请参考我之前的博客，博客地址如下：
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3.3、K7 FPGA的SDI视频编解码+图像缩放+视频拼接 设计方案

该方案在3.2章节《K7 FPGA的SDI视频编解码+图像缩放 设计方案》的基础上加了视频拼接功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频收发+图像缩放+视频拼接需求的高端项目；该设计使用纯verilog实现的图像缩放+纯verilog实现的视频拼接方案；设计了2路、4路、8路、16路等多种视频缩放拼接方案；该方案提供8套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：
其中HDMI输出版本的工程设计原理框图如下：

SDI输出版本的工程设计原理框图如下：

关于该方案的详细设计说明，请参考我之前的博客，博客地址如下：
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3.4、K7 FPGA的SDI视频编解码+图像缩放+UDP网络视频传输 设计方案

该方案在3.2章节《K7 FPGA的SDI视频编解码+图像缩放 设计方案》的基础上加了UDP网络视频传输功能，属于SDI图像传输范畴，适用于有SDI视频收发+图像缩放+UDP网络视频传输需求的高端项目；该设计使用纯verilog实现的图像缩放+UDP网络视频传输方案；FPGA接收3G-SDI视频后经过图像缩放后以UDP协议栈方式将视频发送到PC，PC端用QT上位机接收并显示图像；该方案提供1套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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3.5、K7 FPGA的SDI视频编码发送 设计方案

该方案的目的是将非SDI视频转换为SDI视频发送，也就是实现SDI相机的功能，非SDI视频可以是FPGA内部实现的动态彩条、廉价的OV5640、OV7725等，也可以是HDMI、PAL、CmeraLink等视频；FPGA采集到非SDI视频后进行图像缓存，然后通过SDI方式将视频输出；该方案提供10套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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3.6、K7 FPGA的SDI视频编码发送+图像缩放+视频拼接 设计方案

该方案在3.5章节《K7 FPGA的SDI视频编码发送 设计方案》的基础上加了图像缩放+视频拼接功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有SDI视频发送+图像缩放+视频拼接需求的高端项目；该设计使用纯verilog实现的图像缩放+纯verilog实现的视频拼接方案；设计了2路、4路、8路、16路等多种视频缩放拼接方案；该方案提供8套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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3.7、K7 FPGA的SDI视频编解码+GTX 8b/10b编解码高速接口 设计方案

该方案在3.5章节《K7 FPGA的SDI视频编码发送》的基础上加了GTX高速接口功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有GTX高速接口需求的高端项目；该方案提供套vivado2019.1版本的工程源码，该方案目前还在调试中，敬请期待本博推出。。。

3.8、K7 FPGA的SDI视频编解码+PCIE高速接口 设计方案

该方案在3.1章节《K7 FPGA的SDI视频编解码 设计方案》的基础上加了PCIE高速接口功能，属于SDI图像处理范畴，适用于有PCIE高速接口需求的高端项目；该设计使用Xilinx的XDMA方案和非Xilinx的RIFFA方案；可将采集的SDI视频通过PCIE高速接口传输到PC，并在PC端通过QT上位机显示图像，反过来，也可以通过PC端的QT上位机采集PC的图像传到FPGA并通过SDI发送，在军工领域应用广泛；该方案目前还在调试中，敬请期待本博推出。。。

4、Xilinx Zynq UltraScale+系列FPGA 方案

Xilinx Zynq UltraScale+系列FPGA拥有成熟的SDI逻辑编解码方案，该方案的核心是采用Xilinx官方的UltraScale GTH+SMPTE UHD-SDI IP核架构，其中，UltraScale GTH负责SDI视频的高速差分信号与并行信号的转换，本博称之为解串与串化；SMPTE UHD-SDI负责并行的SDI视频与BT1120视频的转换；相应的，Xilinx官方也给出了硬件电路参考设计，包括差分时钟设计、驱动器与均衡器设计等；该方案也可以在Kintex UltraScale、Kintex UltraScale+、Vrtix UltraScale、Vrtix UltraScale+系列FPGA上用；

本博不是做硬件电路的，只会看看原理图和芯片手册，更多的还是做Xilinx Kintex7系列FPGA的SDI视频编解码开发应用；基于上述原理，XilinxZynq UltraScale+系列FPGA可实现SDI图像采集传输板卡、可实现SDI工业相机、可实现SDI综合图像处理板卡等项目；有此类项目需求的朋友，推荐本博现有的Xilinx Zynq UltraScale+系列FPGA的SDI视频编解码开发应用如下：

4.1、Zynq UltraScale+ FPGA的SDI视频编解码低延时输出 设计方案

该项目采用Xilinx Zynq UltraScale+ FPGA为平台，采用UltraScale GTH+SMPTE UHD-SDI IP核架构接收3G-SDI视频，经过FIFO缓存后通过SDI视频输出，该方案提供2套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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4.2、Zynq UltraScale+ FPGA的SDI视频编解码缓存输出 设计方案

该方案在4.1章节《Zynq UltraScale+ FPGA的SDI视频编解码 设计方案》的基础上加了将FIFO缓存替换为FDMA缓存，该方案提供2套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

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4.3、Zynq UltraScale+ FPGA的SDI视频转DP输出 设计方案

该方案在4.2章节《Zynq UltraScale+ FPGA的SDI视频编解码缓存输出 设计方案》的基础上将SDI输出改为DP输出，该方案提供2套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

关于该方案的详细设计说明，请参考我之前的博客，博客地址如下：
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4.4、Zynq UltraScale+ FPGA的SDI视频+GTH高速接口传输 设计方案

该方案在4.2章节《Zynq UltraScale+ FPGA的SDI视频编解码缓存输出 设计方案》的基础上将SDI输出改为GTH高速接口传输，该方案提供2套vivado2019.1版本的工程源码，设计原理框图如下：

关于该方案的详细设计说明，请参考我之前的博客，博客地址如下：
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5、SDI视频编解码–>项目合作

有SDI视频编解码项目需求的朋友，可以与本博合作开发你需要的项目。。。
我这里有成熟的工程源码，也有对应的FPGA开发板，可提供原型验证项目开发，在此基础上可以提供量产型硬件电路方案+工程源码方案。。。