[发明专利]基于FPGA的超高清视频的远距离传输系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的超高清视频的远距离传输系统，包括MIPI‑CSI2解码模块和3G‑SDI编码模块。MIPI‑CSI2解码模块：接收由图像传感器传输过来的4Lane MIPI‑CSI2数据信号和1Lane MIPI‑CSI2时钟信号，其图像分辨率为3840*2160*30，检测到数据信号并解析出来YUV422格式的有效数据。3G‑SDI编码模块：接收由MIPI‑CSI2解码模块解析出来的YUV422格式的有效数据，YUV422格式的有效数据再转换成YCrCb4:2:2格式的有效数据，最后将YCrCb4:2:2格式的有效数据编码成3G‑SDI视频信号，分辨率为1920*1080*60，通过两路3G‑SDI传输超高清视频信号。从而实现MIPI‑CSI2视频信号转换成2*3G‑SDI视频信号。利用SDI损耗低的特性进行远距离传输，解决MIPI‑CSI2超高清视频信号传输距离不远的问题。

技术领域

本发明专利涉及视频信号的编解码技术，具体涉及一种基于FPGA的超高清视频的远距离传输系统。

背景技术

超高清视频技术可以广泛用于医疗诊断治疗、道路监控等多种领域，例如现代医疗诊断和手术中常用的内窥镜系统，可以通过一个小皮肤切口得到内部身体器官的清晰视图。现代医疗技术如内窥镜系统等，对视频质量提出了更高的要求，朝着更高的视频分辨率，更长的距离传输，更突出的视觉效果发展。随着对视频分辨率要求的提高，超高清(4k)视频的远距离传输对带宽和传输的信号完整性提出了更高的要求。这也是制约目前超高清(4k)内窥镜无法普及的关键瓶颈。超高清(4k)视频的分辨率是高清的4倍。

800万甚至1000万像素以上的图像传感器的输出接口普遍是MIPI-CSI2，并行的DVP接口只适合传输低分辨率图像数据，传输高分辨率图像数据稳定性差。MIPI-CSI2接口并不适合远距离传输，其不失真传输距离为30cm。由于内窥镜系统的图像传感器和图像处理主机距离达到5m，而MIPI-CSI2数据并不能直接传输5m长的距离。目前适合远距离传输的视频接口是SDI，理论不失真距离可达75m，比HDMI不失真距离长，能够实现4K视频5m以上距离的稳定传输。

由于现有超高清分辨率视频远距离传输困难，目前市场上的内窥镜产品普遍处在高清分辨率这一阶段，超高清分辨率视频的远距离传输成为制约分辨率提高的最大因素。

发明内容

本发明鉴于以上背景完成，本发明基于FPGA，实现MIPI-CSI2视频数据的输入，2*3G-SDI视频的输出。完成对MIPI-CSI2格式数据的解码工作，实现对2*3G-SDI的编码工作。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，包括：

MIPI-CSI2解码模块：接收由图像传感器传输过来的4Lane MIPI-CSI2数据信号，1LaneMIPI-CSI2时钟信号。利用时钟信号作为基准检测数据信号，解析出来YUV422格式的视频信号。

3G-SDI编码模块：接收由MIPI-CSI2解码模块解析出来为YUV422格式的视频信号，然后将其编码成YCrCb4:2:2格式的3G-SDI视频信号。整个系统的输入是4路MIPI-CSI2视频信号，输出是两路YCrCb4:2:2格式的3G-SDI视频信号。

进一步地，从图像传感器传输过来的4Lane MIPI-CSI2数据差分信号，1Lane时钟差分信号，通过异或操作提取时钟信号，作为高速模式下解串模块的时钟，系统识别出传输线的高速模式和低功率模式，完成HS-RX高速接收状态和LP-RX低速接收状态的切换。

进一步地，在LPS状态下检测LP-RX两根IO线的电平，检测(LP-11)(LP-01)(LP-00)的变化顺序，从LPS状态下进入高速模式。在高速模式下检测到同步序列00011101，由紧接着的Data ID字节数据信息确定收到的数据属于长包结构还是短包结构，针对不同的包结构进行不同的解析。