《单片机原理及接口技术》期中论文论文题目SDI音频解嵌IP模块设计及应用
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学院电气工程学院
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1 引言 (3)
2 数字音视频标准 (3)
2.1 串行数字接口 (3)
2.2 IIS总线协议 (4)
2.3 数字音频嵌入原理 (5)
3 音频解嵌IP 模块设计 (8)
3.1 IP模块总体架构 (8)
3.2时序仿真验证 (11)
4 IP 模块应用举例 (12)
5 结语 (13)
参考文献 (14)
SDI音频解嵌IP模块设计及应用
【摘要】针对串行数字接口(SDI), 提出了一种基于FPGA 的音频数据IP 模块解嵌方案。介绍了相关协议标准。重点介绍了音频解嵌IP 模块的内核架构与设计过程，并给出了一个基于本IP 模块的SDI 音频解嵌系统应用实例。实践证明基于本IP 模块的音频数据解嵌方案能有效地从SDI 数据流中解嵌出音频数据，实现音、视频同步；并且本IP 模块具有很强的通用性和可移植性，能提高设计效率，降低产品成本。
关键词：现场可编程门阵列；串行数据接口；SDI IP；模块【Abstract】Specific to serial digital interface，this paper advanced a scheme of audio demultiplexing intellectualproperty module based on FPGA.。After explaining the related standard protocols，the kernel architecture of audiodemultiplexing IP module and design processing were introduced in detail. 。Finally，this paper gives an application ofaudio demultiplexing system based on IP module in serial digital interface。It is shown through the experimental resultsthat the scheme of audio demultiplexing IP module could effectively demultiplex audio data from SDI data stream andachieve synchronization about audio and video. The IP module was provided with universality and portability ，whichcould improve design efficiency and cost reduction.。
【Key words】: Field programmable gate Array；Audio demultiplexing；Serial digital interface ；Intellectual property module；
1 引言
串行数字接口（Serial Digital Interface ，SDI ）是目前演播室数字电视节目制作系统中应用最广泛的接口之一，它提供了大量的辅助数据区, 可用来嵌入音频数据以及其他有用信号。在接收端可从SDI 流中解嵌出音频数据和其他辅助数据当前通常采用专用集成电路（Application Specific IntegratedCircuit ，ASIC）实现音频数据的解嵌，但ASIC 设计方案成本较高，灵活性较差。
笔者介绍了一种基于FPGA的SDI 音频数据解嵌IP 模块设计方案，该IP模块可将输入的SDI流中的音频数据分解出，并按照IIS 总线格式输出音频数据。该方案成本较低，通用性强，只需对代码稍作修改即可满足不同的音频解嵌标准。
2 数字音视频标准
2.1 串行数字接口
串行数字接口（SDI）是按照SMPTE，259M标准制定，SMPTE 259M中规定了A，B，C，D 这4 种标准，传输速率分别是143 Mb/s ，177 Mb/s ，270 Mb/s，360 Mb/s，其中最常见的是标准C，笔者主要讨论标准C，它采用单根同轴电缆串行传送 4 ：2 ：2 未经压缩的数字分量信号，传输距离约为300 m，并可在串行数据流中嵌入4 至8 路音频数据[1]。
SDI接口的出现不仅大大简化了不同格式数据之间的转换，而且
更加便于数字演播室中各设备之间的连接。同时，由于将音频数据嵌入视频流，并用一根电缆同时传输音视频信号，这样就很好地解决了音视频信号的时延差，而且简化了周边设备。因此SDI 接口标准得到了世界上数字视频设备生产厂商的广泛支持大多都将SDI 作为标准数字视频接口，在其生产的视频设备上均有SDI 接口。
2.2 IIS总线协议
本IP 模块采用（IIS Inter-IC ，Sound）总线格式输出音频数据。IIS 总线是飞利浦公司制定的一种用于音频数据传输的总线标准。该总线专用于数字音视频设备之间的音频数据传输，广泛应用在各种多媒体系统中。
IIS 总线拥有3 条信号线进行数据传输：数据时钟线（SCLK），声道选择线（LRCK）和串行数据线（SDAT）其中，数据时钟即每位音频数据都与1 个SCLK 脉冲相对应，SCLK 频率=2*采样频率*采样位数；声道选择信号用于切换左右声道，其频率等于采样频率；串行数据[2]。是采用二进制补码表示的音频数据。有时为了使系统间能更好地同步，还需要另外传输一个系统时钟信（MCLK）频率是采样频率的256 或384 倍。一个典型的IIS 信号如图1 所示。
图1 IIS 总线时序关系
IIS总线标准规定：最先传输高位数据，最高位数据在声道选择信号变化后的第 2 个数据时钟脉冲处开始传输，因此最高位拥有固定的位置而最低位的位置则是依赖于数据的有效位数。声道选择信号
表明了正在被传输的声道，“0”表示正在传输的是左声道的数据“1”表示正在传输的是右声道的数据。
2.3 数字音频嵌入原理
由电视原理可知，在水平和垂直消隐间隔期间扫描束进行回扫。在消隐间隔期间，数字信号并不携带有效视频数据。因此可插入大量辅助数据，辅助数据被分为行辅助数据（HANC）和垂直辅助数据（V ANC）于是可将数字音频数据按照一定格式打包，再将打包后的音频数据填入视频数据的辅助数据区，即实现了音视频数据流复合达到了音视频信号同步传输目的。SMPTE 272M 标准规定辅助数据区可容纳最多16 个通道的音频数据，足够满足当前绝大多数数字演播室的实际需要。
通常将音频数据嵌入到行辅助数据区。辅助数据以数据包的形式传输，每个包都带有自身的包头标识。中国采用的625/50 PAL 制4：
