FPGA实现HDMI转LVDS视频输出，纯verilog代码驱动，提供工程源码和技术支持

1、前言

LVDS协议作为中等速率的差分信号，在笔记本电脑和手机等消费电子领域应用广泛，FPGA实现LVDS视频协议也有广泛应用，一般在军工和医疗领域，LVDS视频相比RGB并行视频传输而言，图像质量和IO数量都有优势，对于做FPGA图像领域的工程师而言，LVDS是迈不过的坎儿，是必须掌握的技能；

本设计基于Xilinx的 Kintex7 开发板实现HDMI转LVDS视频输出，提供4套vivado2019.1版本的工程；4套工程的不同点在于输入HDMI视频的解码方式不同，第一套使用板载的IT6802芯片解码输入HDMI视频为RGB视频；第二套使用板载的ADV7611芯片解码输入HDMI视频为RGB视频；第三套使用板载的silicon9011芯片解码输入HDMI视频为RGB视频；第四套使用纯verilog实现的HDMI解码模块解码输入HDMI视频为RGB视频；四套工程列表如下：

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|vivado工程    | 第一套工程 | 第二套工程 | 第三套工程 | 第四套工程 |
|vivado版本    |  2019.1   |   2019.1  |   2019.1  |   2019.1  |
|HDMI解码芯片  |   IT6802  |  ADV7611  |silicon9011|     无     |
|HDMI解码方式  |  硬件解码  |  硬件解码 |  硬件解码  | RTL模块解码 |
|输入视频      |   HDMI    |    HDMI   |   HDMI    |    HDMI    |
|HDMI解码后视频|   RGB888  |    RGB888 |   RGB888  |    RGB888  |
|输出视频      |   LVDS    |    LVDS   |   LVDS    |    LVDS    |
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使用笔记本电脑模拟HDMI输入视频，分辨率为1920X1080@60Hz，如果你的开发板没有HDMI输入接口，或者你的开发板HDMI解码芯片与我的工程用到的不一致，或者为了测试需要，可以选择使用纯verilog实现的静态彩条作为视频输入源，通过顶层代码的define宏定义进行选择；FPGA首先用纯verilog实现的i2c控制器配置HDMI解码芯片(第四套工程除外)，FPGA采集HDMI输入解码后的RGB888数据，然后对视频进行奇偶场分离，再送入利用Xilinx的OSERDESE2源语实现差分LVDS模块，将并行的GRB888视频转换为差分LVDS视频输出显示器；工程代码编译通过后上板调试验证，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；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、目前我这里已有的图像处理方案

目前我这里已有的图像处理方案有很多，包括图像缩放、图像拼接、图像旋转、图像识别跟踪、图像去雾等等，所有工程均在自己的板子上跑通验证过，保证代码的可靠性，对图像处理感兴趣或有项目需求的兄弟可以参考我的图像处理专栏，里面包含了上述工程源码的详细设计方案和验证视频演示：直接点击前往

3、本 LVDS 方案的特点

1：纯verilog代码实现，利用Xilinx的OSERDESE2源语实现差分LVDS的产生，所以目前该源码只适用于Xilinx系列FPGA；
2：代码中文注释详细，若你打开注释乱码，请用NotePad++打开即可；
3：提供HDMI输入转LVDS输出方案，LVDS输出为双路8位LVDS，实用性广泛；

4、详细设计方案

使用笔记本电脑模拟HDMI输入视频，分辨率为1920X1080@60Hz，FPGA首先用纯verilog实现的i2c控制器配置HDMI解码芯片(第四套工程除外)，FPGA采集HDMI输入解码后的RGB888数据，然后对视频进行奇偶场分离，再送入利用Xilinx的OSERDESE2源语实现差分LVDS模块，将并行的GRB888视频转换为差分LVDS视频输出显示器；

设计原理框图

第一套工程设计原理框图如下：

第二套工程设计原理框图如下：

第三套工程设计原理框图如下：

第四套工程设计原理框图如下：

视频源选择

使用笔记本电脑模拟HDMI输入视频，分辨率为1920X1080@60Hz，如果你的开发板没有HDMI输入接口，或者你的开发板HDMI解码芯片与我的工程用到的不一致，或者为了测试需要，可以选择使用纯verilog实现的静态彩条作为视频输入源，通过顶层代码的define宏定义进行选择；代码部分如下：

选择逻辑部分代码如下：

选择逻辑如下：
当(注释) define COLOR_IN时，输入源视频是HDMI输入；
当(不注释) define COLOR_IN时，输入源视频是静态彩条；

静态彩条

纯verilog代码实现，分辨率为1920*1080@60Hz，设计此模块的目的是为了适应不同的开发板，因为有的开发板没有HDMI输入接口，或者HDMI的解码芯片不一样，此时选择静态彩条可以完美避坑，简单粗暴的进行LVDS的测试；

IT6802解码芯片配置及采集

IT6802解码芯片需要i2c配置才能使用，关于IT6802解码芯片的配置和使用，请参考我往期的博客，博客地址：点击直接前往
本设计配置为1920*1080@60Hz分辨率；

ADV7611解码芯片配置及采集

第二套工程使用ADV7611解码输入的HDMI视频，适应板载ADV7611解码芯片的FPGA开发板；ADV7611解码芯片需要i2c配置才能使用，ADV7611解码芯片配置及采集这两部分均用verilog代码模块实现，代码中配置为1920x1080分辨率；代码位置如下：

silicon9011解码芯片配置及采集

第三套工程使用silicon9011解码输入的HDMI视频，适应板载silicon9011解码芯片的FPGA开发板；silicon9011解码芯片需要i2c配置才能使用，关于silicon9011解码芯片的配置和使用，请参考我往期的博客，博客地址：点击直接前往
silicon9011解码芯片配置及采集这两部分均用verilog代码模块实现，代码位置如下：

纯verilog的HDMI 解码模块

第四套工程使用纯verilog实现的HDMI解码模块解码输入的HDMI视频，适应没有板载HDMI解码芯片只有HDMI输入接口的FPGA开发板；模块输入为差分HDMI视频，输出为RGB888的VGA视频，并伴随解码的像素时钟、行同步信号、场同步信号以及数据有效信号；此外，该模块还有配套的EDID模块，负责和输入源协商视频分辨率等基本信息，通过i2c接口与外接通信，IDED信息是固定的十六进制文件，例化了ROM用来存储，上电自动加载；该模块最高只支持1920x1080@60Hz分辨率的输入视频解码，更高的2K、4K暂不支持；代码位置如下：

奇偶场分离

奇偶场分离模块在工程二中才有，双路的LVDS将视频分为奇偶场发送，奇偶场是模拟视频中的概念，对于入门较晚的兄弟而言比较陌生，这块可以在CSDN或知乎等平台搜索学习一下；奇偶场分离模块就是将1920*1080@60Hz的视频分为奇场和偶场偶；

并串转换

并串转换模块是把并行数据转成7bit的lvds 串行数据，怎么组合成串行，具体要看屏的规格书，如果不是用来点屏，用来做通信或者链接工业相机的，也可以更改这里调整他们的相对位置；

LVDS驱动

利用Xilinx的OSERDESE2源语实现差分LVDS的产生，这个就是调用源语，也没啥好说的，具体看代码；

5、vivado工程1：IT6802版本

开发板FPGA型号：xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HDMI视频，笔记本电脑模拟，IT6802硬件解码，或者静态彩条；
输出：双路8bit LVDS；
应用：FPGA实现HDMI转LVDS视频输出；
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

6、vivado工程2：ADV7611版本

开发板FPGA型号：xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HDMI视频，笔记本电脑模拟，ADV7611硬件解码，或者静态彩条；
输出：双路8bit LVDS；
应用：FPGA实现HDMI转LVDS视频输出；
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

7、vivado工程3：silicon9011版本

开发板FPGA型号：xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HDMI视频，笔记本电脑模拟，silicon9011硬件解码，或者静态彩条；
输出：双路8bit LVDS；
应用：FPGA实现HDMI转LVDS视频输出；
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

8、vivado工程4：RTL解码HDMI版本

开发板FPGA型号：xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HDMI视频，笔记本电脑模拟，RTL逻辑解码，或者静态彩条；
输出：双路8bit LVDS；
应用：FPGA实现HDMI转LVDS视频输出；
工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

9、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件-->另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：



更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

10、上板调试验证

笔记本电脑分辨率设置为1920*1080@60Hz，然后连接FPGA开发板，上电下载bit输出如下：

11、福利：工程代码的获取

福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以百度网盘链接方式发送，
通过微信获取资料：

网盘资料如下：