超高清视频远程传输系统设计

罗 军

(贵州高速公路集团有限公司)

1 系统方案设计

设计的超高清视频远程传输系统的设备主要包括信号源发送端、光纤以及现时期接收端，如图1 所示。信号源发送端接受的主要是来自于现时期接收端传送的光信号，然后将光信号转换器相应的信号传给信号源，如PC，使得信号源端能够准确辨认出显示器端的支持分辨率范围以及最适宜的分辨率大小。与此同时，信号源发送端会将信号源端的超高清分辨率视频信号通过相应的视频解码串并转换、光电转换等等措施将其转变成光信号。通常情况下，使用光波模块是由同一根的光纤将光信号传送给显示器接收端的。需要注意的是，显示器接收端只是将EDID 信号通过串并转换和光电转换的形式将其变换成光信号，而信号的发送则是由信号源端负责的。同时，接受到的来源于信号端发送的光信号需要经过光电转换、串并转换、视频编码等等操作将其全部变换成超高清分辨率视频信号，最终再将这一信号传送给显示器。

2 关键模块设计

2.1 光电转换

光电转换模块的主要功能是实现单芯光纤的同时收发，光电转换模块在整个系统中的作用重大。一般的光纤收发只有一个功能，即发送或者是接受功能，但是超高清视频远程传输系统使用的光组件具有双向光的发送和接收功能，在配合一定的激光驱动器以及限幅放大器，就可以在同一根光纤上发送和接受数据。

图2 发送端框图

光组件BOSA 是将微小透镜、波分复用WDM 滤光片等无源器件，和LD、PD 等有缘器件组装在一起，组装平台为硅，这样就使得该组件具有TOSA 和ROSA 光组件的多重功能，也就是实现了单纤双向功能。激光驱动器MAX3946 接受8.5Gbps 高速串行数据电信号之后，通过可以变成均衡的输入缓冲器、脉宽调节电路、偏置电流和调制电流DAC、可编程去加重的输出驱动器BOSA 光组件发送。

2.2 串行化/解串化

视频信号的采样频率是148.5 MHz，48 位的RGB 信号和同场同步信号等一起发送给FPGA。根据最高分辨率为

W=3 840 ×2 160 ×24 ×30 ×10/8=7.47 Gbps

所以，场同步信号VS、行同步信号HS、数据有效信号DE 和高速串行协议等，使用8.5 Gbps 足够传输一路超高清视频信号，直接由FPGA 将视频数据经过内部的数据格式化、数据缓存和串行化/解串化等操作，实现将视频信号的串行化/解串化。

2.3 缓存设计

RGB 信号通常都是通过视频解码芯片进行解码的，解出来的信号属于低速信号，而串行化通道是一种高速接口，为了使两者相互配合和同步，就需要对数据进行缓存。FIFO根据设计者的设计主旨，在FPGA 中间划分以供缓存的空间，这样就可以使得低速信号在格式化处理之后依次将场同步信号VS、行同步信号HS、数据游戏信号DE 和数据DATA储存在FIFO 中。在等待一定时间后，即FIFO 填充完毕之后，再由FPGA 把FIFO 数据读取出来，然后将其存储在高速串行化通道中间。因为高速串行化通道读取速率高于低速视频输入接口，FIFO 读取速度会比写入速度快，从而保证FIFO 中的数据的读取准确和及时。

当高速串行化数据输入到了接收端之后，FPGA 会自动进行串化处理。当然，这也需要对FIFO 的缓存空间进行划分。由于高速串行化数据解串之后，FIFO 的写入速度还有大幅度的提高，而且FPGA 需要对数据以及同步信号进行二次格式化，这时就会使用到两个FIFO。其中，一个FIFO 会存放解串化的数据，接着根据FPGA 读取出来的信息进行格式化操作;另一个FIFO 接受前一个FIFO 格式化的数据，然后再输出DVI 视频编码芯片。

3 系统调试

超高清视频远程传输系统在设计完毕后，需要对其进行调试，从而保证其能够正常地运行，能够达到设计目标。该系统使用的是高速串行化的数据通道，高达8.5 Gbps。传统的印刷电路板材即FR4 已经不能满足高速串行线的使用要求了，需要使用损耗率耕地的高级板材，一般常用的是M6。普通的印刷电路板材每英寸长度的信号损耗大致为0.608 dB，相较而言，高级板材M6 每英寸长度的信号损耗不大于0.2 dB。与此同时，高速串行化数据线总线也有一定的要求，走线越短，数据传输的效果会越好，也要求其旁边不能有敏感信号线。

超高清视频远程传输系统的调试如下:首先，对硬件的测试，主要包括测试电源噪声、上电时序和信号质量，该阶段的测试的目的主要是保障硬件链路上的所有设备运行正常;其次，通过编写FPGA 程序对高速串行化的通道误码率进行测试，因为FPGA 的内部会产生一定的PRBS 码流，在通过限幅放大器的处理之后，RBS 码流就会被光纤发送到接收端，再由接收端进行解码，因为发送的数据是已经知道的数据，所以其数据统计的误码率较低，相关标准也明确规定误码率要控制在10E～12 左右;然后，在误码率较大时，需要采取有效措施进行调整，一般误码率较大的原因是画印刷电路板没有很好地处理高速串行化数据通道或者是FPGA 高速串行通道的相关问题，如参考时钟运行不稳定，差分信号线的交流耦合电容不相适，电源发出的噪声过大。

4 结束语

综上所述，市场上产品多样，现在人们使用较为频繁的是4K、2K 的显示器和电视，这就说明超高清视频在人们的生活中越来越普遍。超高清视频远程传输系统使用的单根光纤，但是可以实现信号传送接受双重功能，很好地解决了超高清视频远距离传输存在的问题。

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