一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備和方法技術

本發明專利技術涉及一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備和方法，本發明專利技術所述設備包括HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、FPGA芯片、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器；HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器分別與FPGA芯片連接；FPGA芯片接收HDMI輸入接口連接器發送的HDMI?TMDS信號，進行信號分配和信號分離，分別輸出至HDMI輸出接口連接器、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器。本發明專利技術的設備和方法，全部HDMI視頻采集核心功能均通過FPGA實現，實現HDMI視頻采集核心功能的單芯片化，后期可以通過軟件進行系統升級，系統整合程度高、功耗低、成本低。

A portable HDMI video acquisition device and method based on FPGA

The present invention relates to a FPGA portable HDMI video capture device and method based on the device of the invention includes an HDMI input interface connector, HDMI connector, FPGA output interface chip, USB/PCIe2Thunderbolt interface chip and audio decoder; HDMI input interface connector, HDMI output interface connector, USB/PCIe2Thunderbolt interface chip and the audio decoder is respectively connected with the FPGA FPGA chip TMDS chip; signal receiving HDMI input interface connector to send HDMI, signal distribution and signal separation, are output to the HDMI output interface, USB/PCIe2Thunderbolt interface chip and audio decoder. Method and apparatus of the present invention, all HDMI video capture core function through FPGA implementation, the realization of HDMI video capture the core function of the single chip, the latter can upgrade the system by software, high degree of system integration, low power consumption, low cost.

【技術實現步驟摘要】
一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備和方法
本專利技術屬于信號處理
，具體涉及一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備和方法。
技術介紹
隨著科技的發展，HDMI接口技術在高清多媒體領域中已經得到了越來越廣泛的應用。現有HDMI視頻采集技術一般采用如圖1所示的硬件架構，采用HDMIRX芯片對輸入的HDMI芯片進行解碼，解碼后的視頻數據通過并行的總線傳輸至FPGA，音頻數據通過I2S總線傳輸至FPGA；采用HDMITX芯片對HDMI信號進行編碼，FPGA將HDMIRX芯片發送的視頻數據和音頻數據傳輸至TX對應接口。采用這樣的硬件架構存在很多的缺陷，1.HDMIRX/TX芯片功耗較大；2.RX/TX芯片和FPGA間物理連線很多，對于12bit色彩深度的HDMI信號，發送和接收各需要36根視頻數據線，且另需時鐘線、同步線，并且視頻總線工作在較高的頻率，導致功耗大，板上串擾大，信號完整性較差；3.FPGAI/O資源有限，過多的I/O占用將需要使用較大封裝的FPGA芯片，導致產品體積加大，無法順應目前電子設備小型化、便攜化的發展路徑；4.如果減少視頻數據線位寬，將導致畫面像素精度降低，畫面可能出現過渡色失真問題。另外，對于游戲用戶，在使用HDMI視頻采集設備時，需要通過耳機聽到游戲聲音，同時還要對音頻進行錄制和直播，如圖2所示，對于現有技術的HDMI視頻采集設備，還需另外連接音頻分離器對HDMI中的音頻進行分離，又增加了整體系統設備的成本，且不易攜帶。
技術實現思路
為克服現有技術的缺陷，本專利技術提供了一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備和方法，可實現HDMI視頻采集核心功能的單芯片化，降低系統整體成本及功耗。為實現上述技術目的，本專利技術采用如下技術方案：一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備，包括HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、FPGA芯片、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器；HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器分別與FPGA芯片連接；FPGA芯片接收HDMI輸入接口連接器發送的HDMITMDS信號，進行信號分配和信號分離：接收的HDMITMDS信號經HDMI解碼分離后，復制分配為兩路進行處理，第一路HDMI數據包括音頻數據、視頻數據和輔助數據，經HDMI編碼后作為環路輸出數據輸出至HDMI輸出接口連接器；第二路HDMI數據中包括視頻數據和兩路音頻數據，分別輸出至USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器；所述USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片通過USB/PCIe2Thunderbolt接口連接器連接至采集計算機，所述音頻解編碼器通過耳機接口連接器連接至耳機。作為本專利技術的進一步優選，所述FPGA芯片包括HDMIRXIP核模塊、HDMITXIP核模塊、USB/PCIe接口模塊、音頻接口模塊、視頻處理模塊、第一音頻處理模塊和第二音頻處理莫快；所述HDMIRXIP核模塊連接HDMI輸入接口連接器，接收HDMI輸入接口連接器發送的HDMITMDS信號，對信號解碼分離出音頻數據、視頻數據和輔助數據，復制分配為兩路進行處理；第一路HDMI數據包括音頻數據、視頻數據和輔助數據；HDMITXIP核模塊接收第一路HDMI數據，進行HDMI發送編碼，產生HDMI環路輸出數據，輸出至HDMI輸出接口連接器；第二路HDMI數據包括視頻數據、以及由音頻數據復制分配的第一音頻數據和第二音頻數據；視頻數據和第一音頻數據分別經過視頻處理模塊和第一音頻處理模塊處理后，發送至USB/PCIe接口模塊；第二音頻數據經第二音頻處理模塊處理后，發送至音頻接口模塊；所述USB/PCIe接口模塊將處理后的視頻數據和第一音頻數據封裝后，將發送至USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片；所述音頻接口模塊將處理后的第二音頻數據轉換為IIS或PCM格式，發送至音頻解編碼器。作為本專利技術的進一步優選，所述HDMIRXIP核模塊包括串并轉換器、字對齊單元、Deskew通道單元、HDMI解碼協議單元、HDMI輔助數據分離單元、HDMI視頻數據編制單元、HDMI音頻數據編制單元和HDMI輔助數據存儲單元；串并轉換器接收輸入接口連接器發送的HDMITMDS信號，經串并轉換處理后依次發送至字對齊單元、Deskew通道單元進行處理，經Deskew通道單元校正后的信號發送至HDMI解碼協議單元，分離出視頻數據；HDMI解碼協議單元分離出的視頻數據發送至HDMI視頻數據編制單元處理后，輸出視頻數據；其余數據發送至HDMI輔助數據分離單元，分離出輔助數據和音頻數據；所述音頻數據發送至HDMI音頻數據編制單元處理后，輸出音頻數據；所述輔助數據發送至HDMI輔助數據存儲單元存儲，輸出輔助數據；所述HDMITXIP核模塊包括HDMI視頻數據轉換單元、HDMI音頻數據轉換單元、HDMI輔助數據存儲單元、HDMI輔助數據混合單元、HDMI編碼協議單元和串并轉換器；HDMI視頻數據轉換單元、HDMI音頻數據轉換單元、HDMI輔助數據存儲單元分別接收HDMIRXIP核模塊輸出的視頻數據、音頻數據和輔助數據，HDMI音頻數據轉換單元、HDMI輔助數據存儲單元輸出的數據經HDMI輔助數據混合單元混合后，與HDMI視頻數據轉換單元輸出的數據一并發送至HDMI編碼協議單元進行編碼，編碼后的數據經串并轉換器串并轉換后，輸出HDMITMDS信號至HDMI輸出接口連接器。作為本專利技術的進一步優選，所述HDMI視頻采集設備還包括HDMI信號均衡芯片或Reclocker芯片；HDMI輸入接口連接器的HDMITMDS信號經HDMI信號均衡芯片或Reclocker芯片處理后發送至FPGA芯片；FPGA芯片輸出的環路輸出數據經HDMI信號均衡芯片或Reclocker芯片處理后輸出至HDMI輸出接口連接器。根據HDMI輸入接口支持線纜長度的要求不同，可以采用HDMI均衡芯片或Reclocker芯片，不采用HDMI均衡芯片或Reclocker，支持約0-10米的HDMI線纜長度；采用HDMI均衡芯片，支持約0-20米左右的線纜長度；采用Reclocker芯片，支持約0-30米左右的HDMI線纜長度。作為本專利技術的進一步優選，所述HDMI視頻采集設備還包括外部視頻幀緩沖RAM模塊，所述外部視頻幀緩沖RAM模塊通過RAM接口連接至視頻處理模塊。增加外部視頻幀緩沖RAM模塊可拓展視頻處理模塊的功能，包括幀率轉化、去隔行功能等。本專利技術的另一目的在于提供一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集方法，本專利技術的方法采用如下的技術方案實現：一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：FPGA芯片接收HDMITMDS信號，將HDMITMDS信號解碼，分離出視頻數據、音頻數據和輔助數據，分兩路處理；第一路處理中，將解碼分離出的視頻數據、音頻數據和輔助數據重新通過HDMITMDS信號編碼，作為環路輸出數據輸出至顯示器；第二路處理中，將解碼分離出的視頻數據、音頻數據分三路處理；音頻數據復制分配至兩路，分別為第一音頻數據、第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備，其特征在于，包括HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、FPGA芯片、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器；HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器分別與FPGA芯片連接；FPGA芯片接收HDMI輸入接口連接器發送的HDMI?TMDS信號，進行信號分配和信號分離：接收的HDMI?TMDS信號經HDMI解碼分離后，復制分配為兩路進行處理，第一路HDMI數據包括音頻數據、視頻數據和輔助數據，經HDMI編碼后作為環路輸出數據輸出至HDMI輸出接口連接器；第二路HDMI數據中包括視頻數據和兩路音頻數據，分別輸出至USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器；所述USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片通過USB/PCIe2Thunderbolt接口連接器連接至采集計算機，所述音頻解編碼器通過耳機接口連接器連接至耳機。

【技術特征摘要】
1.一種基于FPGA的便攜式HDMI視頻采集設備，其特征在于，包括HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、FPGA芯片、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器；HDMI輸入接口連接器、HDMI輸出接口連接器、USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器分別與FPGA芯片連接；FPGA芯片接收HDMI輸入接口連接器發送的HDMITMDS信號，進行信號分配和信號分離：接收的HDMITMDS信號經HDMI解碼分離后，復制分配為兩路進行處理，第一路HDMI數據包括音頻數據、視頻數據和輔助數據，經HDMI編碼后作為環路輸出數據輸出至HDMI輸出接口連接器；第二路HDMI數據中包括視頻數據和兩路音頻數據，分別輸出至USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片和音頻解編碼器；所述USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片通過USB/PCIe2Thunderbolt接口連接器連接至采集計算機，所述音頻解編碼器通過耳機接口連接器連接至耳機。2.根據權利要求1所述的便攜式HDMI視頻采集設備，其特征在于，所述FPGA芯片包括HDMIRXIP核模塊、HDMITXIP核模塊、USB/PCIe接口模塊、音頻接口模塊、視頻處理模塊、第一音頻處理模塊和第二音頻處理莫快；所述HDMIRXIP核模塊連接HDMI輸入接口連接器，接收HDMI輸入接口連接器發送的HDMITMDS信號，對信號解碼分離出音頻數據、視頻數據和輔助數據，復制分配為兩路進行處理；第一路HDMI數據包括音頻數據、視頻數據和輔助數據；HDMITXIP核模塊接收第一路HDMI數據，進行HDMI發送編碼，產生HDMI環路輸出數據，輸出至HDMI輸出接口連接器；第二路HDMI數據包括視頻數據、以及由音頻數據復制分配的第一音頻數據和第二音頻數據；視頻數據和第一音頻數據分別經過視頻處理模塊和第一音頻處理模塊處理后，發送至USB/PCIe接口模塊；第二音頻數據經第二音頻處理模塊處理后，發送至音頻接口模塊；所述USB/PCIe接口模塊將處理后的視頻數據和第一音頻數據封裝后，發送至USB/PCIe2Thunderbolt接口芯片；所述音頻接口模塊將處理后的第二音頻數據轉換為IIS或PCM格式，發送至音頻解編碼器。3.根據權利要求2所述的便攜式HDMI視頻采集設備，其特征在于，所述HDMIRXIP核模塊包括串并轉換器、字對齊單元、Deskew通道單元、HDMI解碼協議單元、HDMI輔助數據分離單元、HDMI視頻數據編制單元、HDMI音頻數據編制單元和HD...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬飛，
申請(專利權)人：南京美樂威電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32