【128】?第37卷?第10期?2015-10(上)
基于FPGA的高标清数字光端机的研究
Study on a digital optical terminal with HD/SD video based by FPGA
杨红军，洪三其
YANG Hong-jun, HONG San-qi
（武汉轻工大学 机械工程学院，武汉 430023）
摘 要：针对当前高清视频监控的需求，本文研究了一种基于FPGA的高清、标清模拟视频信号自适应
传输数字光端机，设计了其硬件电路并采用了特殊的数据帧结构，实现了模拟视频信号及控制数据的远程传输。系统结构简单、成本低廉、具有较广的适用范围。
关键词：数字光端机；FPGA；标清/高清视频；自适应传输中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)10(上)-0128-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.19.33
收稿日期：2015-05-14
作者简介：杨红军（19 -），男，0 引言
随着社会的进步及科技的发展，人们对于安防监控的需求越来越高，传统的模拟标清视频技术由于图像质量差、分辨率低等缺陷已不能满足社会的需求，但由于该类设备还占有大量市场，因此，对原有设备进行改造，使同轴电缆中同时可传输模拟标清和高清视频信号成为当前研究的重点。本文从低成本的观念出发，设计了一种基于FPGA的数字光端机，可以将多路低速并行数字信号复用到一路高速串行数字信号中，并通过光纤实现千兆速率高速传输，在交通、治安管理，家庭、小区、学校安全防范，远程视频会议、远程教育等领域具有广泛的应用前景。
1 光端机的系统结构
根据视频信号的采集到最后视频信号的还原输出数据流的传输过程，光端机的硬件系统结构如图1所示。
视频信号先通过模拟缓冲模块对信号进行补偿、滤波，增强信号的驱动能力，然后通过模数转换后输入到
FPGA构成的光端机信号发送模块，经过处理后，然后由通过光模块传输到光端机的接收端，其接收端同样由FGPA芯片构成，通过处理后的信号经过数模转换后经驱动输出给终端显示装置，还原成高清或标清视频。
2 硬件电路的设计及元件选型
2.1 模数转换（ADC ）及数模转换(DAC)模块
本系统设计了的数字光端机可以同时采集及传输多路视频信号，这里以四路信号为例。通常安防领域的同轴技术类型标清视频信号及高清视频信号峰峰值最大为1Vp-p，模拟调制带宽标清最高20MHz，高清最高40MHz，本系统可同时处理高标清信号，因此模数转换装置ADC的输入模拟调制带宽应至少在40MHz以上，依据采样定理可知ADC的采样频率至少为80MHz及以上，为便于计算，设计ADC采样频率选择90MHz，根据经验设置采样精度8bit。那么每信道数据为720Mbps，四个信道数据为2880Mbps。通过主控芯片FPGA的串行化数据组装，则传输数据为2880Mbps，设置FPGA信道带宽
为3G（因为其中包含帧头数据及串口
通讯等数据）。在光端机接收端，信号分离后，每信道720Mbps数据不变，DAC转换速率为90MHz，精度8bit。
据此，A D C 选用A D I 公司的 AD9057BRS-60型号ADC，其采样率最高兼容60MSPS，内置2.5V电压参考，设有跟踪和保持电路，兼容T T L /C MO S 输入，单一5V 供电，精度为8bit [1]。每个信道采用两片ADC进行采样。设定每个ADC采样时钟45MHz，
并以间隔180°的时钟相位差进行采
图1 光端机的组成结构