多路数字视频光纤传输系统的设计，软硬件架构

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项目背景及可行性分析

       

•                 项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况
  

          （1）项目名称：基于XC2VP30的多路数字视频光纤传输系统的设计
           
          （2）项目的主要内容：项目的内容是设计了一种多路数字视频光纤传输系统，典型的设计是8路数字视频的光纤传输，技术上主要的利用数据压缩和时分复用技术实现多路数字视频的实时传输，设计的内容主要包括A/D和D/A、并串/串并、视频压缩/解压缩、信道编码/解码以及电光/光电五个部分，其中并串转换、视频压缩解压缩、信道编码采用XC2VP30 FPGA芯片实现。项目在图像远传领域有很好的应用价值。
           
          （3）目前的进展情况：方案论证已经完成，软件设计即将完成。
           

       

•                 项目关键技术及创新点的论述
  

          （1）关键技术：本设计的关键部分在于采用FPGA技术实现视频压缩设计和线路码编解码设计。压缩设计采用LZW算法实现，信道编码利用XC2VP30的高速串行收发模块将并行信号变为一路高速串行信号。LZW算法是一种无损压缩算法，具有实时性、压缩效率高的特点，可对不同的数据流进行自适应压缩。信道编码及冰川转换利用MGT实现，千兆位高速串行收发器（MGT）是嵌入在XC2VP30内的模块，是可编程的全双工高速串行收发器模块，速率最高可达3.125Gb/s.用FPGA技术实现以上设计，除了满足了新的带宽需求和降低系统成本之外，还可极大的简化系统设计，提高系统的可扩展性、可升级能力。
           
          （2）创新点：利用FPGA技术实现光纤传输系统的主要功能，不同于专用IC的创新点是
          ①充分利用了XC2VP30的技术特点，在实现高速的信息处理时，使系统的硬件设计最简单化。
          ②相对于市场上的大部分利用ASIC实现的光端机来讲，具有价格上的优势。
          ③本系统采用了一种无损压缩技术，在不损失传输质量的条件下提高系统传输的容量。
          ④系统可以不断在线升级，产品不断优化。
           

       

•                 技术成熟性和可靠性论述：
  

          多路数字视频光纤传输系统设计的关键技术是视频数据压缩解压缩和线路码编解码。本设计采用的LZW压缩算法是一种无损压缩算法，该算法具有实时性，压缩率高等特点，用FPGA实现数据的实时无损压缩能够将告诉信号变成缓变信号进行传输，降低通信的信道容量，提高数据的可靠性。MGT模块是嵌入在XC2VP30里的高速串行收发器，利用该模块来进行信道编解码设计可以简化设计，降低成本，提高系统的可靠性。
           
          项目实施方案
          1.方案基本功能框图及描述

       

         
          系统工作原理：在发送端将摄像头输出的信号经过调整后送入A/D，转换后的数字信号送入并串模块进行一次复用，复用后的信号送入视频压缩模块进行数据压缩，然后对压缩后的数据进行信道编码，产生一路高速串行信号，最后进行电光转换将电信号转换为光信号送入光纤。在接收端进行相应的光电、解码、解压缩、串并和D/A变换后得到模拟视频信号。

       

           
          LZW压缩算法原理：首先将FPGA初始化，当FPGA准备就绪后，在第一个时钟脉冲上升沿到来时，向FIFO发出第一个读信号，则FIFO输出第一个字节待压缩的数据到字符串表模块，经数据比较单元后，判断接收到的数据是否在字符串表中，如果在，则把这个数据左移8位放在移位寄存器作为数据前缀，同时读入下一个字节的数据，FPGA将移位寄存器中的前缀与这个字节的数据相加后组成新的字符串，再判断这个新的字符串是否在字符串表中，如果不在，则将此新字符串添加到字符串表中，同时字符串表指针加1，然后将新字符串的前缀输出；如果在，则将字符串表中索引号作为前缀，继续接受下一字节，如此循环。2.需要的开发平台
           
          1）实现本方案所需要的基本功能、功能、接口
          所需FPGA：时钟速率至少300MHz，DCM，块RAM，高速串行收发器。
          所需端口：XSGA视频端口，FX2端口
          所需扩展子板：VDEC1
           
          2）所需要的目标FPGA开发平台，简述为什么需要此平台
          目标平台为Virtex II Pro开发平台，原因如下：本项目是利用FPGA实现多路数字视频信号的传输，在XC2VP30里实现视频数据压缩和高速并串转化，系统实时性的特点，需要硬件处理的平台具有较高的处理速度和丰富的逻辑资源，高速并串转化需要FPGA芯片内嵌入MGT模块，另外本设计还需要视频端口和外部子板扩展接口，因此，选择Virtex II Pro开发平台作为本设计的硬件平台。
           
          3）是否需要其它配套的开发工具
          是，需要视频编解码子板。
          3.方案实施过程中需要开发的模块
          在本方案中需要研制、开发的功能主要模块，以及开发的方式：
          主要模块包括：视频数据压缩解压缩，MGT，并串/串并。
           
          4.系统最终要达到的性能指标
          论述本项目最终完成时所设想达到的目标：实现8路视频的实时传输。
           
          需要的其它资源
          1.设计输入输出功能子板
          子板功能描述、接口说明、时间、方式
          VDEC1实现的功能是视频编码，FX2，2007.10
           
          2.测试设备
          列出在方案实施过程中所需要的测试设备(万用表、示波器、频谱仪、逻辑分析仪等)
          万用表、示波器、摄像头、监视器等。
           
          3.方针、开发工具
          列出在方案实施过程中所需要的仿真、开发工具等。
           ISE8.2、Modelsim6.1、Synplify Pro8.1等。