目录
- 1、前言
- 2、相关方案推荐
- 3、详细设计方案
- 4、工程源码7详解-->SDI收发+图像缩放+2路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
- 5、工程源码8详解-->SDI收发+图像缩放+4路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
- 6、工程源码9详解-->SDI收发+图像缩放+8路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
- 7、工程源码10详解-->SDI收发+图像缩放+16路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
- 8、工程源码11详解-->SDI收发+图像缩放+2路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
- 9、工程源码12详解-->SDI收发+图像缩放+4路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
- 10、工程源码13详解-->SDI收发+图像缩放+8路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
- 11、工程源码14详解-->SDI收发+图像缩放+16路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
- 12、工程移植说明
- 13、上板调试验证
- 14、福利：工程代码的获取
FPGA高端项目：FPGA基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+纯verilog图像缩放+多路视频拼接，提供8套工程源码和技术支持
1、前言
目前FPGA实现SDI视频编解码有两种方案：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接收器直接将SDI解码为并行的YCrCb422，GS2972发送器直接将并行的YCrCb422编码为SDI视频，缺点是成本较高，可以百度一下GS2971和GS2972的价格；另一种方案是使用FPGA逻辑资源部实现SDI编解码，利用Xilinx系列FPGA的GTP/GTX资源实现解串，利用Xilinx系列FPGA的SMPTE SDI资源实现SDI编解码，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开发者的技术水平要求较高。有意思的是，这两种方案在本博这里都有对应的解决方案，包括硬件的FPGA开发板、工程源码等等。
本设计基于Xilinx的Zynq7100-xc7z100ffg900-2中端FPGA开发板使用GS2971实现SDI视频接收+纯verilog图像缩放+多路视频拼接+GS2972实现SDI视频发送，视频源有两种，分别对应开发者手里有没有SDI相机的情况，一种是使用HD-SDI相机，也可以使用SD-SDI或者3G-SDI相机，因为本设计是三种SDI视频自适应的；如果你的手里没有SDI相机或者没有SDI相机输入接口，则可使用FPGA内部生成的动态彩条模拟SDI相机视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行选择，默认使用SDI相机作为视频源；同轴的SDI视频通过同轴线连接到GS2971转接板，GS2971解码芯片将同轴的串行的SDI视频解码为并行的BT1120格式视频，至此，SDI视频解码操作已经完成，可以进行常规的图像处理操作了；本设计的目的是做纯verilog图像缩放+纯verilog多路视频拼接后再经过GS2972后输出，需要进行BT1120视频进行转RGB+纯verilog图像缩放+纯verilog多路视频拼接+图像缓存+RGB转BT1120视频操作；本设计使用BT1120转RGB模块实现视频格式转换；图像缩放采用纯verilog代码实现的图像缩放架构实现SDI的图像缩放操作，将原始的1920x1080分辨率的SDI视频缩小为960x540，当然，读者也可以缩放为其他分辨率；纯verilog多路视频拼接+图像缓存使用FDMA架构，该架构简单灵活，输入接口为VGA视频时序，即用VS、DE、RGB数据，将不同的视频写入不同的内存地址再统一读出来，以达到拼接效果，FDMA架构的视频既可以缓存到PL端DDR，也可以缓存到PS端DDR，针对不同的项目需求；图像从DDR3读出后，进入纯verilog代码实现RGB转BT1120视频模块实现视频格式转换；最后BT1120视频经过GS2972编码芯片被编码为同轴的串行的SDI视频输出，并经过SDI转HDMI盒子输出到显示器；本博客提供8套工程源码，具体如下：
现对上述8套工程源码做如下解释，方便读者理解：
工程源码7：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+2路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为960x1080，然后将缩放后的视频复制为2份以模拟2路视频，再将这2路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加2路拼接视频，即2分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PL端DDR3，适应于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA；
工程源码8：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+4路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为960x540，然后将缩放后的视频复制为4份以模拟4路视频，再将这4路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加4路拼接视频，即4分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PL端DDR3，适应于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA；
工程源码9：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+8路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为480x540，然后将缩放后的视频复制为8份以模拟8路视频，再将这8路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加8路拼接视频，即8分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PL端DDR3，适应于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA；
工程源码10：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+16路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为240x540，然后将缩放后的视频复制为16份以模拟16路视频，再将这16路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加16路拼接视频，即16分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PL端DDR3，适应于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA；
工程源码11：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+2路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为960x1080，然后将缩放后的视频复制为2份以模拟2路视频，再将这2路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加2路拼接视频，即2分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PS端DDR3，既可用于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA，配合MicroBlaze；也可用于Zynq系列FPGA项目，比如可用于Xilinx的Zynq7000系列、Zynq7000、Zynq UltraScale等FPGA；
工程源码12：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+4路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为960x540，然后将缩放后的视频复制为4份以模拟4路视频，再将这4路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加4路拼接视频，即4分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PS端DDR3，既可用于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA，配合MicroBlaze；也可用于Zynq系列FPGA项目，比如可用于Xilinx的Zynq7000系列、Zynq7000、Zynq UltraScale等FPGA；
工程源码13：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+8路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为480x540，然后将缩放后的视频复制为8份以模拟8路视频，再将这8路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加8路拼接视频，即8分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PS端DDR3，既可用于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA，配合MicroBlaze；也可用于Zynq系列FPGA项目，比如可用于Xilinx的Zynq7000系列、Zynq7000、Zynq UltraScale等FPGA；
工程源码14：
输入视频为HD-SDI相机或动态彩条，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS2971解码+BT1120转RGB+纯verilog图像缩放+FDMA图像缓存+16路视频拼接+RGB转BT1120模块+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，图像缩放方案采用纯verilog代码实现，从1920x1080缩放为240x540，然后将缩放后的视频复制为16份以模拟16路视频，再将这16路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加16路拼接视频，即16分屏显示；此工程的FDMA图像缓存架构将视频缓存到PS端DDR3，既可用于纯FPGA项目，比如可用于Xilinx的Artix7、Kintex7、Virtex7等FPGA，配合MicroBlaze；也可用于Zynq系列FPGA项目，比如可用于Xilinx的Zynq7000系列、Zynq7000、Zynq UltraScale等FPGA；
本文详细描述了Xilinx的Zynq7100-xc7z100ffg900-2 FPGA开发板使用GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+纯verilog图像缩放+多路视频拼接，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、相关方案推荐
本博已有的 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；既有HD-SDI、3G-SDI，也有6G-SDI、12G-SDI等；专栏地址链接：点击直接前往
本方案的SDI接收+发送
本方案采用GS2971接收SDI视频，然后进行图像缓存操作（图像缓存方案包括FDMA方案和VDMA方案，缓存介质包括PL端DDR3、PS端DDR3），最后用GS2971发送SDI视频，最终以3G-SDI输出；提供3套工程源码，3套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图，上述所有工程源码均已上板调试通过，详细设计说明等待本博更新对用的博客。。。
本方案的SDI接收+图像缩放应用
本方案采用GS2971接收SDI视频，然后进行图像缩放操作（图像缩放方案包括纯verilog图像缩放方案和HLS图像缩放方案），再进行图像缓存操作（图像缓存方案包括FDMA方案和VDMA方案，缓存介质包括PL端DDR3、PS端DDR3），最后用GS2971发送SDI视频，最终以3G-SDI输出；提供3套工程源码，3套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图，上述所有工程源码均已上板调试通过，详细设计说明等待本博更新对用的博客。。。
本方案的SDI接收+HLS图像缩放+HLS多路视频拼接应用
本方案采用GS2971接收SDI视频，然后进行图像缩放操作（图像缩放方案为HLS图像缩放），再进行多路视频拼接（拼接方案为Xilinx官方的Video Mixer方案，包括2路、4路、8路、16路视频拼接），再进行图像缓存操作（图像缓存方案为VDMA方案，缓存介质包括PS端DDR3），最后用GS2972编码器发送SDI视频，最终以3G-SDI输出；提供4套工程源码，4套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图，上述所有工程源码均已上板调试通过，详细设计说明等待本博更新对用的博客。。。
本方案的SDI接收+OSD动态字符叠加输出应用
本方案采用GS2971接收SDI视频，然后进行动态字符叠加（方案为HLS动态字符叠加），再进行图像缓存操作（图像缓存方案为VDMA方案，缓存介质包括PS端DDR3），最后用GS2972编码器发送SDI视频，最终以3G-SDI输出；提供1套工程源码，工程源码详情请参考“1、前言”中的截图，上述所有工程源码均已上板调试通过，详细设计说明等待本博更新对用的博客。。。
本方案的SDI接收+HLS多路视频融合叠加应用
本方案采用GS2971接收SDI视频，然后进行多路视频融合叠加（方案为HLS多路视频融合叠加），再进行图像缓存操作（图像缓存方案为VDMA方案，缓存介质包括PS端DDR3），最后用GS2972编码器发送SDI视频，最终以3G-SDI输出；提供1套工程源码，工程源码详情请参考“1、前言”中的截图，上述所有工程源码均已上板调试通过，详细设计说明等待本博更新对用的博客。。。
本方案的SDI接收+GTX 8b/10b编解码SFP光口传输
本方案采用GS2971接收SDI视频，然后进行8b/10b编解码作（8b/10b编解码方案为GTX高速接口方案，线速率为5G），再通过板载的SFP光口实现数据回环，再进行图像缓存操作（图像缓存方案为FDMA方案，缓存介质包括PL端DDR3、PS端DDR3），最后用GS2972编码器发送SDI视频，最终以3G-SDI输出；提供2套工程源码，2套工程源码详情请参考“1、前言”中的截图，详细设计方案请参考我专门的博客，上述所有工程源码均已上板调试通过，详细设计说明等待本博更新对用的博客。。。
FPGA的SDI视频编解码项目培训
基于目前市面上FPGA的SDI视频编解码项目培训较少的特点，本博专门开设了FPGA的SDI视频编解码高级项目培训班，专门培训SDI视频的编解码，具体培训计划细节如下：
1、我发你上述全套工程源码和对应的工程设计文档网盘链接，你保存下载，作为培训的核心资料；
2、你根据自己的实际情况安装好对应的开发环境，然后对着设计文档进行浅层次的学习；
3、遇到不懂的随时问我，包括代码、职业规划、就业咨询、人生规划、战略规划等等；
4、每周末进行一次腾讯会议，我会检查你的学习情况和面对面沟通交流；
5、你可以移植代码到你自己的FPGA开发板上跑，如果你没有板子，你根据你自己的需求修改代码后，编译工程，把bit发我，我帮你下载到我的板子上验证；或者你可以买我的开发板；
3、详细设计方案
设计原理框图
8套工程源码设计原理框图如下，该设计采用纯verilog代码缩放方案+verilog代码多路视频拼接方案：
视频源选择
视频源有两种，分别对应开发者手里有没有SDI相机的情况，一种是使用HD-SDI相机，也可以使用SD-SDI或者3G-SDI相机，因为本设计是三种SDI视频自适应的；如果你的手里没有SDI相机或者没有SDI相机输入接口，则可使用FPGA内部生成的动态彩条模拟SDI相机视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行选择，默认使用SDI相机作为视频源；如下：
选择逻辑代码部分如下：
选择逻辑如下：
当(注释) define COLOR_TEST时，输入源视频是SDI相机；
当(不注释) define COLOR_TEST时，输入源视频是动态彩条；
动态彩条
如果你的手里没有SDI相机或者没有SDI相机输入接口，则可使用FPGA内部生成的动态彩条模拟SDI相机视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行，动态彩条可配置为不同分辨率的视频，视频的边框宽度，动态移动方块的大小，移动速度等都可以参数化配置，我这里配置为辨率1920x1080，动态彩条模块代码位置和顶层接口和例化如下：
动态彩条模块的例化请参考工程源码的顶层代码；
SDI 相机
我用到的是SDI相机为HD-SDI相机，输出分辨率为1920x1080@30Hz，本工程对SDI相机的选择要求范围很宽，可以是SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI，因为很设计对这三种SDI视频是自动识别并自适应的；如果你的手里没有SDI相机，也可以去某宝买HDMI转SDI盒子，一百多块钱就可以搞定，使用笔记本电脑模拟视频源，用HDMI线连接HDMI转SDI盒子，输出SDI视频做事视频源，可以模拟SDI相机；
GS2971+GS2972架构
本设计采用GS2971解码芯片接收SDI+GS2972芯片编码发送SDI，GS2971和GS2972不需要软件配置，硬件电阻上下拉即可完成配置，本设计配置为输出/输入BT1120格式视频，当然，你在设计电路时也可以配置为输出CEA861格式视频；GS2971+GS2972硬件架构如下，提供PDF格式原理图：
BT1120转RGB
BT1120转RGB模块的作用是将SMPTE SD/HD/3G SDI IP核解码输出的BT1120视频转换为RGB888视频，它由BT1120转CEA861模块、YUV422转YUV444模块、YUV444转RGB888三个模块组成，该方案参考了Xilinx官方的设计；BT1120转RGB模块代码架构如下：
纯verilog图像缩放模块详解
图像缩放模块功能框图如下，由跨时钟FIFO、插值+RAM阵列构成，跨时钟FIFO的目的是解决跨时钟域的问题，比如从低分辨率视频放大到高分辨率视频时，像素时钟必然需要变大，这是就需要异步FIFO了，插值算法和RAM阵列具体负责图像缩放算法层面的实现；
插值算法和RAM阵列以ram和fifo为核心进行数据缓存和插值实现，设计架构如下：
图像缩放模块代码架构如下：模块的例化请参考工程源码的顶层代码；
图像缩放模块FIFO的选择可以调用工程对应的vivado工具自带的FIFO IP核，也可以使用纯verilog实现的FIFO，可通过接口参数选择，图像缩放模块顶层接口如下：
module helai_video_scale #(
//---------------------------Parameters----------------------------------------
parameter FIFO_TYPE = "xilinx", // "xilinx" for xilinx-fifo ; "verilog" for verilog-fifo
parameter DATA_WIDTH = 8 , //Width of input/output data
parameter CHANNELS = 1 , //Number of channels of DATA_WIDTH, for color images
parameter INPUT_X_RES_WIDTH = 11 //Widths of input/output resolution control signals
)(
input i_reset_n , // 输入--低电平复位信号
input [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0] i_src_video_width , // 输入视频--即缩放前视频的宽度
input [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0] i_src_video_height, // 输入视频--即缩放前视频的高度
input [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0] i_des_video_width , // 输出视频--即缩后前视频的宽度
input [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0] i_des_video_height, // 输出视频--即缩后前视频的高度
input i_src_video_pclk , // 输入视频--即缩前视频的像素时钟
input i_src_video_vs , // 输入视频--即缩前视频的场同步信号,必须为高电平有效
input i_src_video_de , // 输入视频--即缩前视频的数据有效信号,必须为高电平有效
input [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] i_src_video_pixel , // 输入视频--即缩前视频的像素数据
input i_des_video_pclk , // 输出视频--即缩后视频的像素时钟,一般为写入DDR缓存的时钟
output o_des_video_vs , // 输出视频--即缩后视频的场同步信号,高电平有效
output o_des_video_de , // 输出视频--即缩后视频的数据有效信号,高电平有效
output [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] o_des_video_pixel // 输出视频--即缩后视频的像素数据
);
FIFO_TYPE选择原则如下：
1：总体原则，选择"xilinx"好处大于选择"verilog"；
2：当你的FPGA逻辑资源不足时，请选"xilinx"；
3：当你图像缩放的视频分辨率较大时，请选"xilinx"；
4：当你的FPGA没有FIFO IP或者FIFO IP快用完了，请选"verilog"；
5：当你向自学一下异步FIFO时，，请选"verilog"；
6：不同FPGA型号对应的工程FIFO_TYPE参数不一样，但选择原则一样，具体参考代码；
2种插值算法的整合与选择
本设计将常用的双线性插值和邻域插值算法融合为一个代码中，通过输入参数选择某一种算法；
具体选择参数如下：
input wire i_scaler_type //0-->bilinear;1-->neighbor
通过输入i_scaler_type 的值即可选择；
输入0选择双线性插值算法；
输入1选择邻域插值算法；
代码里的配置如下：
纯verilog图像缩放模块使用
图像缩放模块使用非常简单，顶层代码里设置了四个参数，举例如下：
上图视频通过图像缩放模块但不进行缩放操作，旨在掌握图像缩放模块的用法；如果需要将图像放大到1080P，则修改为如下：
当然，需要修改的不仅仅这一个地方，FDMA的配置也需要相应修改，详情请参考代码，但我想要证明的是，图像缩放模块使用非常简单，你都不需要知道它内部具体怎么实现的，上手就能用；
多路视频拼接算法
纯verilog多路视频拼接方案如下：以4路视频拼接为例；
输出屏幕分辨率为1920X1080；
需要拼接的4路视频分辨率为960X540；
4路输入刚好可以占满整个屏幕；
多路视频的拼接显示原理如下：
以把 2 个摄像头 CAM0 和 CAM1 输出到同一个显示器上为列，为了把 2 个图像显示到 1 个显示器，首先得搞清楚以下关系：
hsize：每 1 行图像实际在内存中占用的有效空间，以 32bit 表示一个像素的时候占用内存大小为 hsize X 4；
hstride：用于设置每行图像第一个像素的地址,以 32bit 表示一个像素的时候 v_cnt X hstride X 4；
vsize：有效的行；
因此很容易得出 cam0 的每行第一个像素的地址也是 v_cnt X hstride X 4；
同理如果我们需要把 cam1 在 hsize 和 vsize 空间的任何位置显示，我们只要关心 cam1 每一行图像第一个像素的地址，可以用以下公式 v_cnt X hstride X 4 + offset；
uifdma_dbuf 支持 stride 参数设置，stride 参数可以设置输入数据 X(hsize)方向每一行数据的第一个像素到下一个起始像素的间隔地址，利用 stride 参数可以非常方便地摆放输入视频到内存中的排列方式。
关于uifdma_dbuf，可以参考我之前写的文章点击查看：FDMA实现视频数据三帧缓存
根据以上铺垫，每路摄像头缓存的基地址如下：
CAM0：ADDR_BASE=0x80000000；
CAM1：ADDR_BASE=0x80000000+(1920-960)X4；
CAM2：ADDR_BASE=0x80000000+(1080-540)X1920X4；
CAM3：ADDR_BASE=0x80000000+(1080-540)X1920X4+(1920-960)X4；
地址设置完毕后基本就完事儿了；
图像缓存
使用本博常用的FDMA图像缓存架构实现图像3帧缓存，缓存介质为板载的DDR3；FDMA图像缓存架构由FDMA、FDMA控制器、缓存帧选择器构成、Xilinx MIG IP核构成；图像缓存使用Xilinx vivado的Block Design设计，他的作用是将图像送入DDR中做3帧缓存再读出显示，目的是匹配输入输出的时钟差和提高输出视频质量，关于FDMA，请参考我之前的博客，博客地址：点击直接前往
FDMA图像缓存架构如下图所示：截图为4路视频拼接，其他多路视频拼接与之类似；
这里多路视频拼接时，调用多路FDMA进行缓存，具体讲就是每一路视频调用1路FDMA，以4路视频拼接为例：
调用4路FDMA，其中三路配置为写模式，因为这三路视频在这里只需要写入DDR3，读出是由另一个FDMA完成，配置如下：
另外1路FDMA配置为读写模式，因为4路视频需要同时一并读出，配置如下：
视频拼接的关键点在于4路视频在DDR3中缓存地址的不同，还是以4路视频拼接为例，4路FDMA的写地址以此为：
第一路视频缓存写基地址：0x80000000；
第二路视频缓存写基地址：0x80000f00；
第三路视频缓存写基地址：0x803f4800；
第四路视频缓存写基地址：0x803f5700；
视频缓存读基地址：0x80000000；
RGB转BT1120
在SDI输出方式下需要使用该模块；RGB转BT1200模块的作用是将用户侧的RGB视频转换为BT1200视频输出给SMPTE SD/HD/3G SDI IP核；RGB转BT1120模块由RGB888转YUV444模块、YUV444转YUV422模块、SDI视频编码模块、数据嵌入模块组成，该方案参考了Xilinx官方的设计；BT1120转RGB模块代码架构如下：
SDI转HDMI盒子
在SDI输出方式下需要使用到SDI转HDMI盒子，因为我手里的显示器没有SDI接口，只有HDMI接口，为了显示SDI视频，只能这么做，当然，如果你的显示器有SDI接口，则可直接连接显示，我的SDI转HDMI盒子在某宝购买，不到100块；我用的截图如下：
工程源码架构
本博客提供8套工程源码，8套代码的vivado Block Design设计具有相似性，以4路视频拼接工程为例，Block Design截图如下，其他工程与之类似；
以2路视频拼接工程为例，工程源码架构如下图，其他几套工程与之类似：
工程11、12、13、14使用了自定义的FDMA方案，虽然不需要SDK配置，但FDMA的AXI4接口时钟由Zynq提供，所以需要运行SDK程序才能启动Zynq，从而为PL端逻辑提供时钟；由于不需要SDK配置，所以SDK软件代码就变得极度简单，只需运行一个“Hello World”即可，如下：
4、工程源码7详解–>SDI收发+图像缩放+2路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的960x1080的2路视频拼接2分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出960x1080；
视频拼接方案：2路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PL端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI接收+图像缩放+2路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
5、工程源码8详解–>SDI收发+图像缩放+4路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的960x540的4路视频拼接4分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出960x540；
视频拼接方案：4路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PL端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+图像缩放+4路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
6、工程源码9详解–>SDI收发+图像缩放+8路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的480x540的8路视频拼接8分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出480x540；
视频拼接方案：8路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PL端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+图像缩放+8路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
7、工程源码10详解–>SDI收发+图像缩放+16路视频拼接 FDMA缓存PL端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的240x540的8路视频拼接16分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出240x540；
视频拼接方案：16路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PL端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+图像缩放+16路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
8、工程源码11详解–>SDI收发+图像缩放+2路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的960x1080的2路视频拼接2分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出960x1080；
视频拼接方案：2路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PS端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+图像缩放+2路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
9、工程源码12详解–>SDI收发+图像缩放+4路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的960x540的4路视频拼接4分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出960x540；
视频拼接方案：4路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PS端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+图像缩放+4路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
10、工程源码13详解–>SDI收发+图像缩放+8路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的480x540的8路视频拼接8分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出480x540；
视频拼接方案：8路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PS端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+图像缩放+8路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
11、工程源码14详解–>SDI收发+图像缩放+16路视频拼接 FDMA缓存PS端DDR3
开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HD-SDI相机，分辨率1920x1080@30Hz；
输出：3G-SDI，1080P分辨率下的240x540的8路视频拼接16分屏显示；
SDI接收方案：GS2971解码芯片；
SDI发送方案：GS2972编码芯片；
缩放方案：纯verilog图像缩放方案；
输入输出缩放：输入1920x1080–>输出240x540；
视频拼接方案：16路视频拼接；
图像缓存方案：FDMA方案；
图像缓存路径：PS端DDR3；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现基于GS2971+GS2972架构的SDI视频收发+图像缩放+16路视频拼接的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：
12、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；
13、上板调试验证
准备工作
需要准备的器材如下：
FPGA开发板；
SDI摄像头，没有摄像头则选择动态彩条；
SDI转HDMI盒子；
HDMI显示器；
我的开发板了连接如下：
图中居左者为GS2971接收芯片，对应的金色同轴线连接SDI相机；居右者为GS2972发送芯片，对应的黑色同轴线连接SDI转HDMI盒子；SDI转HDMI盒子再连接显示器；
工程7、11的2路视频缩放拼接–>输出视频演示
输入视频为HD-SDI相机，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS971 SDI接收+图像缩放+2路视频拼接+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，输入视频从1920x1080缩放为960x1080，然后将缩放后的视频复制为2份以模拟2路视频，再将这2路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加2路拼接视频，即2分屏显示；输出视频演示如下：
GS2971接收+2路视频缩放拼接+GS2972发送
工程8、12的4路视频缩放拼接–>输出视频演示
输入视频为HD-SDI相机，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS971 SDI接收+图像缩放+4路视频拼接+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，输入视频从1920x1080缩放为960x540，然后将缩放后的视频复制为4份以模拟4路视频，再将这4路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加4路拼接视频，即4分屏显示；输出视频演示如下：
GS2971接收+4路视频缩放拼接+GS2972发送
工程9、13的8路视频缩放拼接–>输出视频演示
输入视频为HD-SDI相机，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS971 SDI接收+图像缩放+8路视频拼接+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，输入视频从1920x1080缩放为480x540，然后将缩放后的视频复制为8份以模拟8路视频，再将这8路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加8路拼接视频，即8分屏显示；输出视频演示如下：
GS2971接收+8路视频缩放拼接+GS2972发送
工程10、14的16路视频缩放拼接–>输出视频演示
输入视频为HD-SDI相机，输入分辨率为1920x1080@30Hz，经过GS971 SDI接收+图像缩放+8路视频拼接+GS2972编码后，以3G-SDI接口方式输出，输入视频从1920x1080缩放为240x540，然后将缩放后的视频复制为16份以模拟16路视频，再将这16路视频进行视频拼接，最后在3G-SDI 1920x1080的输出分辨率下叠加16路拼接视频，即16分屏显示；输出视频演示如下：
GS2971接收+16路视频缩放拼接+GS2972发送
14、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，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：
