FPGA基于GS2971/GS2972实现SDI视频收发提供工程源码和技术支持

1、前言

FPGA实现SDI视频编解码目前有两种方案：
一是使用专用编解码芯片，比如典型的接收器GS2971，发送器GS2972，优点是简单，比如GS2971直接将SDI解码为并行的YCRCB，缺点是成本较高，可以百度一下GS2971的价格；
另一种方案是使用FPGA实现编解码，利用FPGA的GTP/GTX资源实现解串，优点是合理利用了FPGA资源，GTP/GTX资源不用白不用，缺点是操作难度大一些，对FPGA水平要求较高；我的主页有SDI专栏，里面包含了利用FPGA的GTP/GTX资源的部分工程源码；

本文详细描述了FPGA基于GS2971/GS2972收发SDI视频的实现设计方案，工程代码编译通过后上板调试验证，文章末尾有演示视频，可直接项目移植，适用于在校学生做毕业设计、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的数字成像和图像传输领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

本设计提供两套vivado工程；
一是GS2971解码SDI视频，经DDR图像缓存后由HDMI输出；SDI 1080P@30Hz帧视频输入；1080P@60Hz帧输出；
二是GS2971解码SDI视频，经DDR图像缓存后由GS2972编码SDI输出；SDI 1080P@30Hz帧视频输入；SDI 1080P@30Hz帧输出；

2、我目前已有的SDI编解码方案

我的博客主页开设有SDI视频专栏，里面全是FPGA编解码SDI的工程源码及博客介绍；既有基于GS2971/GS2972的SDI编解码，也有基于GTP/GTX资源的SDI编解码；专栏地址链接：https://blog.csdn.net/qq_4166...

3、GS2971/GS2972芯片解读

GS2971解读

GS2971是SDI解码芯片，将输入的SDI视频解码为yuv422视频输出；GS2971数据手册框图如下：
在这里插入图片描述
GS2971数据手册共152页，但作为一名FPGA开发者而言，大多数都是废话，我们只需关心视频的输入与输出格式即可；
由上图可知，GS2971输入为SDI视频，输出为yuv422视频流；中间的解码和转换过程我们无需关心，这就是数字IC的魅力，将复杂的电路封装为专用IC，用户仅需读读手册即可傻瓜式使用；
输出yuv422视频流属于VGA视频格式，有像素时钟PCLK，行同步信号HS，场同步信号VS，数据有效信号DE，20位像素数据DOUT；GS2971输出视频直接与输入的SDI视频速率关联，以3G-SDI为例，输入3G-SDI，输出视频像素时钟则为148.5M，具体见手册截图：
在这里插入图片描述
另外，GS2971不需要软件配置，电阻上下拉即可完成配置，这部分是画原理图的硬件工程师关心的事，不再多说；

GS2972解读

GS2972的作用正好与GS2971相反，是SDI编码芯片，将输入的yuv422视频编码为SDI视频输出；芯片一样不需要软件配置，所以这里就不多说了；

4、详细设计方案

本设计提供了两套工程；
工程1：SDI输入，经GS2971解码后缓存DDR3，最后由HDMI输出；
工程2：SDI输入，经GS2971解码后缓存DDR3，最后由GS2971编码后SDI输出；
设计框图如下：两个工程一同画在框图中；
在这里插入图片描述

5、vivado工程1解读

硬件逻辑工程

开发板FPGA型号：Xilinx--xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：3G-SDI视频；
输出：HDMI，1080P；

工程Block Design如下：
在这里插入图片描述
工程代码架构如下：

资源消耗和功耗预估如下：

软件SDK工程

软件SDK工程如下：只做了VDMA的配置；
在这里插入图片描述
主函数如下：

#include <stdio.h>
#include "xgpio.h"
#include "unistd.h"
#include "helai_vdma.h"

XGpio_Config *XGpioCfg;
XGpio led_gpio;
#define    AXI_GPIO_DEVICE_ID    XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID

int main(){
    XGpioCfg = XGpio_LookupConfig(AXI_GPIO_DEVICE_ID);
    XGpio_CfgInitialize(&led_gpio, XGpioCfg, XGpioCfg->BaseAddress);
    XGpio_SetDataDirection(&led_gpio, 1, 0);    //output
    XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
    helai_vdma();
    while(1){
        usleep(500000);
        XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 1);
        usleep(500000);
        XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
    }
}

6、vivado工程2解读

硬件逻辑工程

开发板FPGA型号：Xilinx--xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：3G-SDI视频；
输出：3G-SDI视频；

工程Block Design如下：
在这里插入图片描述
工程代码架构如下：

资源消耗和功耗预估如下：

软件SDK工程

软件SDK工程如下：只做了VDMA的配置；
在这里插入图片描述
主函数如下：

#include <stdio.h>
#include "xgpio.h"
#include "unistd.h"
#include "helai_vdma.h"

XGpio_Config *XGpioCfg;
XGpio led_gpio;
#define    AXI_GPIO_DEVICE_ID    XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID

int main(){
    XGpioCfg = XGpio_LookupConfig(AXI_GPIO_DEVICE_ID);
    XGpio_CfgInitialize(&led_gpio, XGpioCfg, XGpioCfg->BaseAddress);
    XGpio_SetDataDirection(&led_gpio, 1, 0);    //output
    XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
    helai_vdma();
    while(1){
        usleep(500000);
        XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 1);
        usleep(500000);
        XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
    }
}