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英特尔® FPGA 为SDI技术标准
2023-03-06 569次


英特尔® FPGA 为SDI技术标准


  几十年来,广播视频设备串行数字接口 SDI技术一直是连接广播行业用专业设备的既定标准。SDI 设备包括摄像机、录像机、监视器、混音器和 PC。1989 年,美国电影电视工程师协会 (Society of Motion Picture and Television Engineers, SMPTE) 推出最初的 SDI 技术规范,规定通过造价不高、终端为经济耐用型 BNC 接头的 75 欧姆同轴电缆传输数字视频,传输速率为 3 Gbps。

  该规范发布后经过多次修订,最大数据速率已从 3 Gbps 先后提高到 6 Gbps、12 Gbps 及以上,以支持更高的视频分辨率(高清、4K 和 8K)、更快的帧率以及多个数字音频通道和音频标准。SDI 仍在采用同轴电缆提供上述已大幅扩展的功能,不过现已增加了光纤传输,以便得到更广泛的应用。

  FPGA 非常适合 SDI 实现方案。英特尔针对英特尔® FPGA 和 SoC FPGA 开发了 SDI II 知识产权 (IP) 核,这种内核支持 HD-SDI 单速率模式、3G-SDI 单速率模式、三速率模式和多速率模式。三速率模式支持 SD-SDI、HD-SDI 和 3G-SDI 标准,多速率模式支持三速率模式下的所有 SDI 标准,并增加了 6G-SDI 和 12G-SDI 标准。大多数英特尔® FPGA 和 SoC FPGA,包括英特尔® Agilex™、英特尔® Stratix® 10、英特尔® Arria® 10、英特尔® Cyclone® 10、英特尔® Stratix® V、英特尔® Cyclone® V 和英特尔® Arria® V 设备家族中的器件,在与 SDI II IP 核一起使用时,支持多种 SDI 变体和数据速率。

  英特尔前不久发布了一条有关使用英特尔® Agilex™ I 系列 FPGA 和 SDI II IP 核实现 SDI 样本的视频。该样本基于 SDI 重传设计,无需使用外部压控晶体振荡器 (VCXO) 来实现同步锁相,相反,它采用小数分频模式,在 FPGA 的 F-Tile 上使用了英特尔® Agilex™ I 系列 FPGA 的内部发射器锁相环 (PLL) 完成同步锁相。

  每个英特尔® Agilex™ FPGA F-Tile 有 16 条传输通道,每条通道各有一个独立的发射器锁相环,可以用相同的 140 MHz参考时钟频率进行钟控,这意味着该 FPGA 可以在单个 Tile(小芯片)中支持多达 16 条运行重传设计的独立通道。英特尔® Stratix® 10 和英特尔® Arria® 10 FPGA 也具备此项能力,但未集成那么多的发射器锁相环,因此只能支持英特尔® Agilex™ FPGA 一半数量的独立通道。

  该样本设计使用了英特尔® Agilex™ I 系列收发器 SoC 开发套件和 12G-SDI FMC 子卡。同轴 BNC 电缆将测试设置连接到测试示波器,测试示波器负责进行与 FPGA 的视频收发。该样本使用视频测试图案生成器的彩条信号标准,以 12G-SDI 数据速率传输。通过重传设计产生的校准抖动为 0.16 UI,超过了 SMPTE 标准规定的 0.3 UI。

  将样本切换到 6G-SDI 产生的校准抖动仅为 0.05 UI,而切换到 3G-SDI 时,校准抖动为 0.08 UI。切换到 HD-SDI 和 SD-SDI 时,校准抖动分别为 0.03 UI 和 0.04 UI。这些校准抖动结果展现了 FPGA 内部发射器锁相环的低抖动特性。样本的多速率 SDI 设计可以对传入的数字视频进行重传,同时将输出数据速率从 SD-SDI 切换为 12G-SDI,所有这些都在 SMPTE 标准的校准抖动规定范围内。

  多速率重传只是您可以使用英特尔® FPGA 和 SDI II IP 核开发的众多 SDI 应用之一。有关英特尔® FPGA 的 SDI II IP 核的更多信息,包括应用指南和设计示例,请参阅:

  ● SDI II Intel FPGA IP User Guide2(SDI II 英特尔® FPGA IP 用户指南)

  ● SDI Audio Intel FPGA IP User Guide3(SDI 音频英特尔® FPGA IP 用户指南)

  ● SDI II Intel® Arria® 10 FPGA IP Design Example User Guide4(SDI II 英特尔® Arria® 10 FPGA IP 设计示例用户指南)

  ● SDI II Intel® Stratix® 10 FPGA IP Design Example User Guide5(SDI II 英特尔® Stratix® 10 FPGA IP 设计示例用户指南)

  ● SDI II Intel® Cyclone® 10 GX FPGA IP Design Example User Guide6(SDI II 英特尔® Cyclone® 10 GX FPGA IP 设计示例用户指南)

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