intel AN 889 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Про 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Дизайн перетворення відеоформату 8K DisplayPort Example інтегрує відеоз’єднання Intel DisplayPort 1.4 IP із конвеєром обробки відео. Конструкція забезпечує високоякісне масштабування, перетворення колірного простору та перетворення частоти кадрів для відеопотоків до 8K зі швидкістю 30 кадрів на секунду або 4K зі швидкістю 60 кадрів на секунду.
Конструкція має широкі можливості конфігурації програмного та апаратного забезпечення, що дозволяє швидко конфігурувати та перепроектувати систему. Розробка націлена на пристрої Intel® Arria® 10 і використовує найновіший Intel FPGA IP із підтримкою 8K з пакету обробки відео та зображень у Intel Quartus® Prime v19.2.
Про DisplayPort Intel FPGA IP
Щоб створити проекти Intel Arria 10 FPGA з інтерфейсами DisplayPort, створіть екземпляр DisplayPort Intel FPGA IP. Однак цей IP DisplayPort реалізує лише кодування або декодування протоколу для DisplayPort. Він не включає трансивери, PLL або функції реконфігурації трансивера, необхідні для реалізації високошвидкісного послідовного компонента інтерфейсу. Intel надає окремі компоненти трансивера, PLL і IP для реконфігурації. Вибір, налаштування параметрів і підключення цих компонентів для створення повністю сумісного інтерфейсу приймача або передавача DisplayPort вимагає спеціальних знань.
Intel надає цей дизайн для тих, хто не є експертом у трансиверах. Графічний інтерфейс редактора параметрів для DisplayPort IP дозволяє створювати дизайн.
Ви створюєте екземпляр IP-адреси DisplayPort (який може бути лише приймачем, лише передавачем або комбінованим приймачем і передавачем) або в Platform Designer, або в каталозі IP. Під час параметризації екземпляра IP-адреси DisplayPort можна вибрати генерацію exampдизайн файлу для цієї конкретної конфігурації. Комбінована конструкція приймача та передавача є простою прохідною, де вихідний сигнал із приймача подається безпосередньо на передавач. Конструкція з фіксованим проходженням створює повнофункціональний PHY приймача, PHY передавача та блоки реконфігурації, які реалізують всю логіку трансивера та PLL. Ви можете безпосередньо скопіювати відповідні розділи дизайну або використовувати дизайн як еталон. Дизайн генерує DisplayPort Intel Arria 10 FPGA IP Design Example, а потім додає багато з files генерується безпосередньо в списку компіляції, який використовується проектом Intel Quartus Prime. До них належать:
- Files для створення параметризованих екземплярів IP для трансиверів, PLL та блоків переналаштування.
- Verilog HDL files для підключення цих IP-адрес до блоків PHY приймача вищого рівня, PHY передавача та арбітра реконфігурації трансивера
- Обмеження дизайну Synopsys (SDC) files для встановлення відповідних часових обмежень.
Особливості дизайну перетворення відеоформату 8K DisplayPort Example
- введення:
- Підключення DisplayPort 1.4 підтримує роздільну здатність від 720 × 480 до 3840 × 2160 при будь-якій частоті кадрів до 60 кадрів в секунду та роздільну здатність до 7680 × 4320 при 30 кадрів в секунду.
- Підтримка гарячої заміни.
- Підтримка кольорових форматів RGB і YCbCr (4:4:4, 4:2:2 і 4:2:0) на
введення. - Програмне забезпечення автоматично визначає формат введення та відповідним чином налаштовує конвеєр обробки.
- Вихід:
- Можливість підключення DisplayPort 1.4 (за допомогою DIP-перемикачів) для роздільної здатності 1080p, 1080i або 2160p при 60 кадрах в секунду або 2160p при 30 кадрах в секунду.
- Підтримка гарячої заміни.
- DIP-перемикачі, щоб встановити необхідний вихідний формат кольору RGB, YCbCr 4:4:4, YCbCr 4:2:2 або YCbCr 4:2:0.
- Єдиний 10-бітний конвеєр обробки 8K RGB із настроюваним програмним забезпеченням масштабуванням і перетворенням частоти кадрів:
- Скалер Lanczos з 12 кранами.
- 16-фазний, 4-кранильний скалер Lanczos.
- Буфер кадрів відео з потрійною буферизацією забезпечує перетворення частоти кадрів.
- Мікшер із альфа-змішуванням дозволяє накладати піктограми екранного меню.
Початок роботи з дизайном перетворення відеоформату 8K DisplayPortample
Вимоги до обладнання та програмного забезпечення
Дизайн перетворення відеоформату 8K DisplayPort Example вимагає спеціального обладнання та програмного забезпечення.
Обладнання:
- Комплект розробки Intel Arria 10 GX FPGA, включаючи дочірню плату DDR4 Hilo
- Дочірня карта Bitec DisplayPort 1.4 FMC (версія 11)
- Джерело DisplayPort 1.4, яке створює відео до 3840x2160p60 або 7680x4320p30
- Приймач DisplayPort 1.4, який відображає відео до 3840x2160p60
- Кабелі DisplayPort 1.4, сертифіковані VESA.
програмне забезпечення:
- ОС Windows або Linux
- Intel Quartus Prime Design Suite версії 19.2, який включає:
- Intel Quartus Prime Pro Edition
- Дизайнер платформи
- Nios® II EDS
- IP-бібліотека Intel FPGA (включаючи пакет обробки відео та зображень)
Дизайн працює лише з цією версією Intel Quartus Prime.
Завантаження та встановлення Intel 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Дизайн доступний у Intel Design Store.
- Завантажити заархівований проект file udx10_dp.par.
- Розпакуйте проект Intel Quartus Prime з архіву:
- a. Відкрийте Intel Quartus Prime Pro Edition.
- b. Натисніть File ➤ Відкрити проект.
Відкриється вікно «Відкрити проект». - c. Перейдіть і виберіть udx10_dp.par file.
- d. Натисніть Відкрити.
- e. У вікні Open Design Template встановіть папку Destination у потрібне розташування для видобутого проекту. Записи для шаблону оформлення file і назва проекту мають бути правильними, і їх не потрібно змінювати.
- f. Натисніть OK.
Дизайн Files для Intel 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Таблиця 1. Дизайн Files
| File або Назва папки | опис |
| ip | Містить примірник IP files для всіх примірників Intel FPGA IP у проекті:
• DisplayPort IP (передавач і приймач) • PLL, який генерує тактовий сигнал на верхньому рівні конструкції • Усі IP, які складають систему Platform Designer для конвеєра обробки. |
| master_image | Містить pre_compiled.sof, який є попередньо скомпільованим програмуванням плати file для дизайну. |
| non_acds_ip | Містить вихідний код для додаткової IP-адреси в цьому дизайні, який Intel Quartus Prime не містить. |
| sdc | Містить SDC file який описує додаткові часові обмеження, яких вимагає цей дизайн. SDC fileавтоматично включені разом із екземплярами IP не обробляють ці обмеження. |
| програмне забезпечення | Містить вихідний код, бібліотеки та сценарії збірки для програмного забезпечення, яке працює на вбудованому процесорі Nios II для керування високорівневою функціональністю дизайну. |
| udx10_dp | Папка, у яку Intel Quartus Prime створює вихідні дані files для системи Platform Designer. Вихід udx10_dp.sopcinfo file дозволяє генерувати ініціалізацію пам'яті file для програмної пам'яті процесора Nios II. Вам не потрібно спочатку створювати повну систему Platform Designer. |
| non_acds_ip.ipx | Це IPX file оголошує всю IP-адресу в папці non_acds_ip у Platform Designer, щоб вона відображалася в бібліотеці IP-адрес. |
| README.txt | Короткі інструкції по створенню та запуску конструкції. |
| top.qpf | Проект Intel Quartus Prime file для дизайну. |
| top.qsf | Параметри проекту Intel Quartus Prime file для дизайну. Це file перераховує всі fileнеобхідні для побудови дизайну разом із призначенням контактів та низкою інших параметрів проекту. |
| верх.в | Verilog HDL верхнього рівня file для дизайну. |
| udx10_dp.qsys | Система Platform Designer, яка містить конвеєр обробки відео, процесор Nios II і його периферійні пристрої. |
Компіляція дизайну перетворення відеоформату 8K DisplayPortample
Intel надає попередньо скомпільоване програмування плати file для дизайну в каталозі master_image (pre_compiled.sof), щоб дозволити вам запускати дизайн без виконання повної компіляції.
КРОКИ:
- У програмному забезпеченні Intel Quartus Prime відкрийте проект top.qpf file. Це створює завантажений архів file коли ви розархівуєте проект.
- Натисніть File ➤ Відкрийте та виберіть ip/dp_rx_tx/dp_rx_tx.ip. Відкриється графічний інтерфейс редактора параметрів для IP DisplayPort, у якому відображаються параметри екземпляра DisplayPort у проекті.
- Натисніть Generate ExampLe Design (а не Generate).
- Після завершення генерації закрийте редактор параметрів.
- In File Провідник, перейдіть до каталогу програмного забезпечення та розпакуйте архів vip_control_src.zip, щоб створити каталог vip_control_src.
- У терміналі BASH перейдіть до програмного забезпечення/сценарію та запустіть сценарій оболонки build_sw.sh.
Сценарій створює програмне забезпечення Nios II для проектування. Це створює як .elf file який можна завантажити на дошку під час виконання, і .hex file скомпілювати в плату програмування .sof file. - У програмному забезпеченні Intel Quartus Prime натисніть «Обробка» ➤ «Почати компіляцію».
- Intel Quartus Prime створює систему udx10_dp.qsys Platform Designer.
- Intel Quartus Prime встановлює для проекту значення top.qpf.
Компіляція створює top.sof у output_files, коли він завершиться.
Viewстворення та регенерація системи дизайнера платформи
- Натисніть Інструменти ➤ Конструктор платформи.
- Виберіть system name.qsys для системного параметра Platform Designer.
- Натисніть Відкрити.
Platform Designer відкриває систему. - Review система.
- Відновити систему:
- a. Натисніть Generate HDL….
- b. У вікні генерації ввімкніть опцію Очистити вихідні каталоги для вибраних цілей генерації.
- c. Натисніть Створити
Компіляція дизайну перетворення відеоформату 8K DisplayPortampза допомогою інструментів створення програмного забезпечення Nios II для Eclipse
Ви налаштовуєте інтерактивний робочий простір Nios II Eclipse для розробки, щоб створити робочий простір, який використовує ті самі папки, що використовуються сценарієм збірки. Якщо ви раніше запускали сценарій збірки, вам слід видалити папки software/vip_control і software/vip_control_bsp перед створенням робочого простору Eclipse. Якщо ви повторно запустите сценарій збірки в будь-який момент, він перезапише робочу область Eclipse.
КРОКИ:
- Перейдіть до каталогу програмного забезпечення та розпакуйте архів vip_control_src.zip, щоб створити каталог vip_control_src.
- У каталозі встановленого проекту створіть нову папку та назвіть її робоча область.
- У програмному забезпеченні Intel Quartus Prime клацніть Інструменти ➤ Інструменти створення програмного забезпечення Nios II для Eclipse.
- a. У вікні запуску робочої області виберіть створену папку робочої області.
- b. Натисніть OK.
- У вікні Nios II – Eclipse натисніть File ➤ Нове ➤ Програма Nios II і BSP із шаблону.
З’явиться діалогове вікно програми Nios II і BSP із шаблону.- a. В інформації SOPC File виберіть udx10_dp/ udx10_dp.sopcinfo file. Nios II SBT для Eclipse заповнює назву процесора назвою процесора з .sopcinfo file.
- b. У полі Назва проекту введіть vip_control.
- c. Виберіть Пустий проект зі списку Шаблони.
- d. Натисніть Далі.
- e. Виберіть Створити новий проект BSP на основі шаблону проекту програми з назвою проекту vip_control_bsp.
- f. Увімкніть Використовувати місцезнаходження за умовчанням.
- g. Натисніть «Готово», щоб створити програму та BSP на основі .sopcinfo file.
Після створення BSP проекти vip_control і vip_control_bsp з’являються на вкладці Project Explorer.
- У провіднику Windows скопіюйте вміст каталогу software/vip_control_src у щойно створений каталог software/vip_control.
- На вкладці Project Explorer у вікні Nios II – Eclipse клацніть правою кнопкою миші папку vip_control_bsp і виберіть Nios II > BSP Editor.
- a. Виберіть «Немає» зі спадного меню для sys_clk_timer.
- b. Виберіть cpu_timer зі спадного меню для timestamp_timer.
- c. Увімкніть enable_small_c_library.
- d. Натисніть Створити.
- e. Після завершення генерації натисніть «Вихід».
- На вкладці Project Explorer клацніть правою кнопкою миші каталог vip_control і натисніть Properties.
- a. У вікні «Властивості для vip_control» розгорніть «Властивості програми Nios II» і клацніть «Шляхи програми Nios II».
- b. Натисніть «Додати…» біля «Проекти бібліотеки».
- c. У вікні «Проекти бібліотеки» перейдіть до каталогу udx10.dp\spftware \vip_control_src і виберіть каталог bkc_dprx.syslib.
- d. Натисніть OK. З’явиться повідомлення Перетворити на відносний шлях. Натисніть Так.
- e. Повторіть кроки 7.b на сторінці 8 і 7.c на сторінці 8 для каталогів bkc_dptx.syslib і bkc_dptxll_syslib
- f. Натисніть OK.
- Виберіть «Проект» ➤ «Створити все», щоб створити file vip_control.elf у каталозі software/vip_control.
- Створіть mem_init file для компіляції Intel Quartus Prime:
- a. Клацніть правою кнопкою миші vip_control у вікні Project Explorer.
- b. Виберіть «Створити цілі» ➤ «Побудувати…».
- в. Виберіть mem_init_generate.
d. Натисніть Побудувати.
Програмне забезпечення Intel Quartus Prime генерує
udx10_dp_onchip_memory2_0_onchip_memory2_0.hex file у каталозі software/vip_control/mem_init.
- Коли проект працює на підключеній платі, запустіть програмування vip_control.elf file створений збіркою Eclipse.
- a. Клацніть правою кнопкою миші папку vip_control на вкладці Project Explorer у вікні Nios II -Eclipse.
- b. Вибір «Запуск від імені» ➤ Обладнання Nios II. Якщо вікно терміналу Nios II відкрито, закрийте його перед завантаженням нового програмного забезпечення.
Налаштування комплекту розробки Intel Arria 10 GX FPGA
Описує, як налаштувати комплект для запуску 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example.
Малюнок 1. Комплект розробки Intel Arria 10 GX із дочірньою платою HiLo
На малюнку показана плата з видаленим синім радіатором, щоб показати розташування карти DDR4 Hilo. Intel рекомендує не запускати проект без встановленого радіатора.
КРОКИ:
- Встановіть карту Bitec DisplayPort 1.4 FMC на плату розробки за допомогою FMC Port A.
- Переконайтеся, що перемикач живлення (SW1) вимкнено, а потім під’єднайте роз’єм живлення.
- Підключіть кабель USB до комп’ютера та до роз’єму MicroUSB (J3) на платі розробки.
- Підключіть кабель DisplayPort 1.4 між джерелом DisplayPort і портом Receiver карти Bitec DisplayPort 1.4 FMC і переконайтеся, що джерело активне.
- Підключіть кабель DisplayPort 1.4 між дисплеєм DisplayPort і портом Transmitter картки Bitec DisplayPort 1.4 FMC і переконайтеся, що дисплей активний.
- Увімкніть плату за допомогою SW1.
Світлодіоди стану плати, кнопки та DIP-перемикачі
Intel Arria 10 GX FPGA Development Kit має вісім світлодіодів стану (із зеленим і червоним випромінювачами), три кнопки користувача та вісім DIP-перемикачів користувача. Дизайн перетворення відеоформату 8K DisplayPort Example світить світлодіоди, щоб вказати стан зв’язку приймача DisplayPort. Кнопки та DIP-перемикачі дозволяють змінювати налаштування конструкції.
Індикатори стану
Таблиця 2. Світлодіоди стану
| LED | опис |
| Червоні світлодіоди | |
| 0 | Виконується калібрування DDR4 EMIF. |
| 1 | Помилка калібрування DDR4 EMIF. |
| 7:2 | Невикористаний. |
| Зелені світлодіоди | |
| 0 | Засвічується, коли навчання підключення приймача DisplayPort успішно завершено, і конструкція отримує стабільне відео. |
| 5:1 | Кількість смуг приймача DisplayPort: 00001 = 1 смуга
00010 = 2 смуги 00100 = 4 смуги |
| 7:6 | Швидкість приймача DisplayPort: 00 = 1.62 Гбіт/с
01 = 2.7 Гбіт/с 10 = 5.4 Гбіт/с 11 = 8.1 Гбіт/с |
У таблиці наведено статуси, які вказує кожен світлодіод. Кожне положення світлодіода має червоний і зелений індикатори, які можуть світитися незалежно. Будь-який світлодіод, що світиться оранжевим, означає, що червоний і зелений індикатори включені.
Кнопки користувача
Кнопка користувача 0 керує відображенням логотипу Intel у верхньому правому куті вихідного дисплея. Під час запуску дизайн дозволяє відображати логотип. Натискання кнопки 0 вмикає відображення логотипу. Кнопка користувача 1 керує режимом масштабування дизайну. Якщо джерело або приймач підключено гарячим способом, дизайн за замовчуванням:
- Наскрізний режим, якщо вхідна роздільна здатність менша або дорівнює вихідній
- Режим зменшення, якщо вхідна роздільна здатність більша за вихідну
Кожного разу, коли ви натискаєте кнопку користувача 1, дизайн перемикається на наступний режим масштабування (прохідний > підвищений масштаб, високий > менший масштаб, менший масштаб > прохідний). Кнопка користувача 2 не використовується.
DIP-перемикачі користувача
DIP-перемикачі керують друком додаткового терміналу Nios II і параметрами формату вихідного відео, що передається через передавач DisplayPort.
Таблиця 3. DIP-перемикачі
У таблиці наведено функції кожного DIP-перемикача. DIP-перемикачі, пронумеровані від 1 до 8 (а не від 0 до 7), відповідають цифрам, надрукованим на компоненті перемикача. Щоб увімкнути кожен перемикач, перемістіть білий перемикач у бік РК-дисплея та подалі від світлодіодів на платі.
| Перемикач | функція |
| 1 | Вмикає друк терміналу Nios II, якщо встановлено значення ON. |
| 2 | Встановити вихідні біти на колір:
ВИМК = 8 біт ON = 10 біт |
| 4:3 | Установіть вихідний колірний простір і sampling: SW4 ВИМК., SW3 ВИМК. = RGB 4:4:4 SW4 ВИМК., SW3 ON = YCbCr 4:4:4 SW4 ON, SW3 ВИМК. = YCbCr 4:2:2 SW4 ON, SW3 ON = YCbCr 4:2:0 |
| 6:5 | Встановіть вихідну роздільну здатність і частоту кадрів: SW4 ВИМК., SW3 ВИМК. = 4K60
SW4 ВИМК., SW3 ON = 4K30 SW4 ON, SW3 OFF = 1080p60 SW4 ON, SW3 ON = 1080i60 |
| 8:7 | Невикористаний |
Запуск дизайну перетворення формату відео 8K DisplayPortample
Ви повинні завантажити скомпільований .sof file для проектування до Intel Arria 10 GX FPGA Development Kit для запуску дизайну.
КРОКИ:
- У програмному забезпеченні Intel Quartus Prime натисніть «Інструменти» ➤ «Програматор».
- У вікні програміста клацніть «Автоматичне визначення», щоб відсканувати JTAG ланцюг і знайдіть підключені пристрої.
Якщо з’явиться спливаюче вікно з проханням оновити список пристроїв програміста, натисніть Так. - У списку пристроїв виберіть рядок з позначкою 10AX115S2F45.
- Натисніть Змінити File…
- Для використання попередньо скомпільованої версії програмування file який Intel включає як частину завантаження дизайну, виберіть master_image/pre_compiled.sof.
- Щоб використовувати ваше програмування file створено локальною компіляцією, виберіть output_fileс/топ.соф.
- Увімкніть програмування/налаштування в рядку 10AX115S2F45 списку пристроїв.
- Натисніть кнопку Пуск.
Коли програміст завершує роботу, дизайн запускається автоматично. - Відкрийте термінал Nios II, щоб отримати вихідні текстові повідомлення від дизайну, інакше дизайн блокується після ряду змін перемикачів (тільки якщо ви встановите DIP-перемикач 1 користувача в положення ON).
- a. Відкрийте вікно терміналу та введіть nios2-terminal
- b. Натисніть Enter.
підключений на вхід. За відсутності джерела виводиться чорний екран із логотипом Intel у верхньому правому куті екрана.
Функціональний опис дизайну перетворення відеоформату 8K DisplayPortample
Система Platform Designer, udx10_dp.qsys, містить протокол IP приймача та передавача DisplayPort, IP відеоканалу та компоненти процесора Nios II. Конструкція з’єднує систему Platform Designer з логікою приймача та передавача DisplayPort PHY (яка містить приймачі інтерфейсу) і логікою реконфігурації трансивера на верхньому рівні в конструкції Verilog HDL RTL. file (верх.v). Конструкція включає єдиний шлях обробки відео між входом DisplayPort і виходом DisplayPort.
Малюнок 2. Структурна схема
На діаграмі показано блоки в 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example. На діаграмі не показано деякі загальні периферійні пристрої, підключені до Nios II, Avalon-MM між процесором Nios II та інших компонентів системи. Конструкція приймає відео від джерела DisplayPort ліворуч, обробляє відео через відеоконвеєр зліва направо перед тим, як передати відео в приймач DisplayPort праворуч.
Приймач DisplayPort PHY та IP приймача DisplayPort
Карта Bitec DisplayPort FMC забезпечує буфер для сигналу DisplayPort 1.4 від джерела DisplayPort. Поєднання DisplayPort Receiver PHY та DisplayPort Receiver IP декодує вхідний сигнал для створення відеопотоку. Приймач DisplayPort PHY містить приймачі для десеріалізації вхідних даних, а IP приймача DisplayPort декодує протокол DisplayPort. Комбінований IP-приймач DisplayPort обробляє вхідний сигнал DisplayPort без програмного забезпечення. Результуючий відеосигнал від IP-адреси приймача DisplayPort є рідним форматом пакетної потокової передачі. Конструкція налаштовує приймач DisplayPort на 10-бітний вихід.
DisplayPort до Clocked Video IP
Пакетований формат потокових даних, виведений приймачем DisplayPort, безпосередньо не сумісний із форматом синхронізованих відеоданих, який очікує Clocked Video Input IP. IP-адреса від DisplayPort до Clocked Video є спеціальною IP-адресою для цього дизайну. Він перетворює вихідний сигнал DisplayPort у сумісний відеоформат із синхронізованою частотою, який можна підключити безпосередньо до входу синхронізованого відео. DisplayPort до Clocked Video IP може модифікувати стандарт сигналізації проводів і може змінювати порядок кольорових площин у кожному пікселі. Стандарт DisplayPort визначає порядок кольорів, який відрізняється від упорядкування IP відеоконвеєра Intel. Процесор Nios II контролює заміну кольорів. Він зчитує поточний колірний простір для передачі з IP приймача DisplayPort за допомогою підлеглого інтерфейсу Avalon-MM. Він спрямовує DisplayPort до Clocked Video IP для застосування відповідної корекції за допомогою підлеглого інтерфейсу Avalon-MM.
Синхронізований відеовхід
Тактований відеовхід обробляє сигнал синхронізованого відеоінтерфейсу від DisplayPort до Clocked Video IP і перетворює його у формат відеосигналу Avalon-ST. Цей формат сигналу видаляє всю горизонтальну та вертикальну інформацію про гасінні з відео, залишаючи лише дані активного зображення. IP-адреса пакетує це як один пакет на відеокадр. Він також додає додаткові пакети метаданих (так звані контрольні пакети), які описують роздільну здатність кожного кадру відео. Відеопотік Avalon-ST через трубу обробки складається з чотирьох пікселів паралельно, з трьома символами на піксель. Тактований відеовхід забезпечує тактовий перехід для перетворення відеосигналу зі змінною частотою синхронізації від IP-адреси приймача DisplayPort до фіксованої тактової частоти (300 МГц) для конвеєра IP-відео.
Очищувач потоку
Очищувач потоку гарантує, що відеосигнал Avalon-ST Video, який проходить до конвеєра обробки, є безпомилковим. Гаряче підключення джерела DisplayPort може призвести до того, що проект подаватиме неповні кадри даних до тактованого IP-входу відео та генерувати помилки в кінцевому відеопотоці Avalon-ST. Тоді розмір пакетів, що містять відеодані для кожного кадру, не збігається з розміром, який повідомляють відповідні контрольні пакети. Засіб очищення потоку виявляє ці умови та додає додаткові дані (сірі пікселі) у кінець відеопакетів, що порушують правила, щоб завершити кадр і відповідати специфікації в контрольному пакеті.
Chroma Resampler (вхід)
Відеодані, які дизайн отримує на вході від DisplayPort, можуть бути кольоровими 4:4:4, 4:2:2 або 4:2:0ampсвітлодіодний. Вхідна кольоровістьampler приймає вхідне відео в будь-якому форматі та перетворює його на 4:4:4 у всіх випадках. Для забезпечення вищої якості зображення кольоровість розділampler використовує найдорожчий з обчислювальної точки зору фільтрований алгоритм. Процесор Nios II зчитує поточну кольоровістьampз IP-адреси приймача DisplayPort через підлеглий інтерфейс Avalon-MM. Він передає формат кольоровостіampler через підлеглий інтерфейс Avalon-MM.
Конвертер колірного простору (вхід)
Вхідні відеодані від DisplayPort можуть використовувати колірний простір RGB або YCbCr. Конвертер вхідного колірного простору приймає вхідне відео в будь-якому форматі, яке воно надходить, і перетворює його на RGB у всіх випадках. Процесор Nios II зчитує поточний колірний простір з IP приймача DisplayPort за допомогою підлеглого інтерфейсу Avalon-MM; він завантажує правильні коефіцієнти перетворення в кольоровістьampler через підлеглий інтерфейс Avalon-MM.
Машинка для стрижки
Кліпер вибирає активну область із вхідного відеопотоку та відкидає решту. Програмне керування, що працює на процесорі Nios II, визначає регіон для вибору. Область залежить від роздільної здатності даних, отриманих на джерелі DisplayPort, вихідної роздільної здатності та режиму масштабування. Процесор передає регіон Clipper через підлеглий інтерфейс Avalon-MM.
Скалер
Конструкція застосовує масштабування до вхідних відеоданих відповідно до отриманої вхідної та вихідної роздільної здатності. Ви також можете вибрати між трьома режимами масштабування (підвищення масштабу, зменшення масштабу та перехід). Два Scalar IP забезпечують функціональність масштабування: один реалізує будь-яке необхідне зменшення; інший реалізує масштабування. Для конструкції потрібні два скалери.
- Коли масштабувальник реалізує зменшення масштабу, він не створює дійсних даних на кожному такті на своєму виході. наприкладampнаприклад, якщо реалізовано 2-кратне співвідношення масштабу, дійсний сигнал на виході буде високим через кожний другий такт, поки конструкція отримує кожен вхідний рядок з парними номерами, а потім низьким для всіх вхідних ліній з непарними номерами. Ця пакетна поведінка є фундаментальною для процесу зниження швидкості передачі даних на виході, але несумісна з низхідним мікшером IP, який зазвичай очікує більш сталої швидкості передачі даних, щоб уникнути недоповнення на виході. Конструкція вимагає буфера кадрів між будь-яким зменшенням масштабу та мікшером. Буфер кадрів дозволяє мікшеру зчитувати дані з потрібною швидкістю.
- Коли масштабувальник реалізує підвищення масштабу, він створює дійсні дані на кожному такті, тому наступний мікшер не має проблем. Однак він може не приймати нові вхідні дані на кожному такті. Взявши для прикладу 2-кратний вищий класampнаприклад, на вихідних лініях з парними номерами він приймає нові дані кожного другого такту, а потім не приймає нових вхідних даних на вихідних лініях з непарними номерами. Однак Clipper може створювати дані з зовсім іншою швидкістю, якщо він застосовує значний кліп (наприклад, під час збільшення). Таким чином, Clipper і upscale зазвичай повинні бути розділені буфером кадрів, вимагаючи, щоб Scaler знаходився після буфера кадрів у конвеєрі. Скалер повинен розташовуватися перед буфером кадрів для зменшення масштабу, тому проект реалізує два окремих масштабувальники по обидва боки від буфера кадрів: один для підвищення масштабу; інший для зменшення масштабу.
Два Scalers також зменшують максимальну пропускну здатність DDR4, необхідну для буфера кадрів. Ви завжди повинні застосовувати зменшення масштабу перед буфером кадрів, мінімізуючи швидкість передачі даних на стороні запису. Завжди застосовуйте підвищення масштабу після буфера кадрів, що мінімізує швидкість передачі даних на стороні читання. Кожен Scaler отримує необхідну вхідну роздільну здатність із контрольних пакетів у вхідному відеопотоці, тоді як процесор Nios II із підлеглим інтерфейсом Avalon-MM встановлює вихідну роздільну здатність для кожного Scaler.
Буфер кадрів
Буфер кадрів використовує пам’ять DDR4 для виконання потрійної буферизації, що дозволяє конвеєру обробки відео та зображень виконувати перетворення частоти кадрів між вхідною та вихідною частотами кадрів. Конструкція може приймати будь-яку вхідну частоту кадрів, але загальна швидкість пікселів не повинна перевищувати 1 гіга пікселів на секунду. Програмне забезпечення Nios II встановлює вихідну частоту кадрів на 30 або 60 кадрів/с відповідно до вибраного вами режиму виведення. Вихідна частота кадрів є функцією налаштувань Clocked Video Output і піксельної тактової частоти вихідного відео. Зворотний тиск, який Clocked Video Output застосовує до конвеєра, визначає швидкість, з якою сторона читання кадрового буфера витягує відеокадри з DDR4.
Міксер
Змішувач генерує чорне фонове зображення фіксованого розміру, яке процесор Nios II програмує відповідно до розміру поточного вихідного зображення. Змішувач має два входи. Перший вхід підключається до модуля масштабування, щоб дозволити дизайну відображати вихід із поточного відеоконвеєру. Другий вхід підключається до блоку генератора значків. Конструкція дозволяє лише перший вхід мікшера, коли він виявляє активне, стабільне відео на відеовході з тактовою частотою. Таким чином, конструкція підтримує стабільне вихідне зображення на виході в той час як гаряче підключення на вході. Альфа-версія дизайну поєднує другий вхідний сигнал мікшера, підключеного до генератора піктограм, поверх фону та зображень відеоконвеєра з 50% прозорістю.
Конвертер колірного простору (вихід)
Конвертер вихідного колірного простору перетворює вхідні відеодані RGB на колірний простір RGB або YCbCr на основі параметрів часу виконання з програмного забезпечення.
Chroma Resampler (вихід)
Вихідна кольоровістьampler перетворює формат із 4:4:4 на один із форматів 4:4:4, 4:2:2 або 4:2:0. Програмне забезпечення встановлює формат. Вихідна кольоровістьampler також використовує відфільтрований алгоритм для досягнення високоякісного відео.
Синхронізований відеовихід
Синхронізований відеовихід перетворює відеопотік Avalon-ST у формат синхронізованого відео. Синхронізований відеовихід додає до відео горизонтальне та вертикальне гасіння та інформацію про час синхронізації. Процесор Nios II програмує відповідні параметри відеовиходу з тактовою частотою залежно від вихідної роздільної здатності та частоти кадрів, які ви запитуєте. Тактований відеовихід перетворює тактовий сигнал, переходячи від фіксованого конвеєрного тактового сигналу 300 МГц до змінної частоти тактованого відео.
Переведено відео на DisplayPort
Компонент передавача DisplayPort приймає дані, відформатовані як синхронізоване відео. Відмінності в сигналізації проводів і декларації інтерфейсів каналів у Platform Designer не дозволяють підключити синхронізований відеовихід безпосередньо до IP-адреси передавача DisplayPort. Компонент Clocked Video to DisplayPort — це користувацька IP-адреса, що спеціалізується на конструкції, для забезпечення простого перетворення, необхідного між Clocked Video Output та IP-адресою передавача DisplayPort. Він також змінює порядок кольорових площин у кожному пікселі для врахування різних стандартів форматування кольорів, які використовуються Avalon-ST Video та DisplayPort.
DisplayPort Transmitter IP і DisplayPort Transmitter PHY
Передавач DisplayPort IP і передавач DisplayPort PHY разом працюють для перетворення відеопотоку з синхронізованого відео в сумісний потік DisplayPort. Передавач DisplayPort IP обробляє протокол DisplayPort і кодує дійсні дані DisplayPort, тоді як передавач DisplayPort PHY містить трансивери та створює високошвидкісний послідовний вихід.
Процесор Nios II і периферійні пристрої
Система Platform Designer містить процесор Nios II, який керує IP-адресами приймача та передавача DisplayPort, а також налаштуваннями часу виконання для конвеєра обробки. Процесор Nios II підключається до таких основних периферійних пристроїв:
- Пам'ять на кристалі для зберігання програми та її даних.
- AJTAG UART для відображення вихідних даних програмного забезпечення printf (через термінал Nios II).
- Системний таймер для створення затримок рівня мілісекунд у різних точках програмного забезпечення, як того вимагає специфікація DisplayPort щодо мінімальної тривалості подій.
- Світлодіоди для відображення стану системи.
- Кнопкові перемикачі для перемикання між режимами масштабування, а також для ввімкнення та вимкнення відображення логотипу Intel.
- DIP-перемикачі, щоб дозволити перемикання вихідного формату, а також дозволити та вимкнути друк повідомлень на терміналі Nios II.
Події «гарячого» підключення як джерела, так і приймача DisplayPort викликають переривання пожежі, які запускають процесор Nios II для правильного налаштування передавача та конвеєра DisplayPort. Основний цикл програмного коду також контролює ці значення на кнопках і DIP-перемикачах і відповідно змінює налаштування конвеєра.
Контролери I²C
Конструкція містить два контролери I²C (Si5338 і PS8460) для редагування налаштувань трьох інших компонентів Intel Arria 10 10 GX FPGA Development Kit. Два тактових генератора Si5338 на Intel Arria 10 GX FPGA Development Kit підключаються до однієї шини I²C. Перший генерує опорний годинник для DDR4 EMIF. За замовчуванням ця тактова частота встановлена на 100 МГц для використання з 1066 МГц DDR4, але ця конструкція працює з DDR4 на 1200 МГц, для чого потрібна опорна тактова частота 150 МГц. Під час запуску процесор Nios II через периферійний пристрій контролера I²C змінює налаштування в карті регістрів першого Si5338, щоб збільшити швидкість опорного тактового генератора DDR4 до 150 МГц. Другий тактовий генератор Si5338 генерує vid_clk для тактованого відеоінтерфейсу між конвеєром і IP-адресою передавача DisplayPort. Ви повинні налаштувати швидкість цього годинника для кожної окремої вихідної роздільної здатності та частоти кадрів, які підтримуються проектом. Ви можете регулювати швидкість під час виконання, коли цього вимагає процесор Nios II. Дочірня карта Bitec DisplayPort 1.4 FMC використовує повторювач і ретаймер очищення джиттера Parade PS8460. Під час запуску процесор Nios II редагує налаштування цього компонента за замовчуванням відповідно до вимог проекту.
Опис програмного забезпечення
Дизайн перетворення відеоформату 8K DisplayPort Exampмістить IP-адресу з Intel Video and Image Processing Suite та IP-адресу інтерфейсу DisplayPort. Усі ці IP-адреси можуть обробляти кадри даних без будь-якого подальшого втручання за умови правильного налаштування. Ви повинні запровадити зовнішнє керування високого рівня, щоб налаштувати IP-адреси для початку та коли система змінюється, наприклад, події гарячого підключення приймача або передавача DisplayPort або дії кнопки користувача. У цій конструкції високорівневий контроль забезпечує процесор Nios II, на якому працює спеціальне програмне забезпечення керування. Під час запуску програмне забезпечення:
- Встановлює еталонну тактову частоту DDR4 на 150 МГц, щоб забезпечити швидкість DDR 1200 МГц, потім скидає IP-адресу інтерфейсу зовнішньої пам’яті для повторного калібрування на новій еталонній тактовій частоті.
- Налаштовує повторювач і ретаймер PS8460 DisplayPort.
- Ініціалізує інтерфейси приймача та передавача DisplayPort.
- Ініціалізує IP-адреси конвеєра обробки.
Після завершення ініціалізації програмне забезпечення входить у безперервний цикл while, перевіряючи та реагуючи на ряд подій.
Зміни в режимі масштабування
Конструкція підтримує три основних режими масштабування; прохідний, вищий і нижній. У наскрізному режимі дизайн не виконує масштабування вхідного відео, у високому режимі дизайн підвищує масштаб вхідного відео, а в режимі зменшення дизайн зменшує масштаб вхідного відео.
Чотири блоки в конвеєрі обробки; Clipper, downscaler, upscaler і Mixer визначають подання кінцевого результату в кожному режимі. Програмне забезпечення контролює параметри кожного блоку залежно від поточної вхідної роздільної здатності, вихідної роздільної здатності та вибраного вами режиму масштабування. У більшості випадків Clipper пропускає вхідні дані без змін, а розмір фону Mixer має такий самий розмір, як остаточна масштабована версія вхідного відео. Однак, якщо роздільна здатність вхідного відео більша за вихідний розмір, неможливо застосувати підвищення масштабу до вхідного відео без попереднього його відрізання. Якщо вхідна роздільна здатність менша за вихідну, програмне забезпечення не може застосувати зменшення масштабу без застосування фонового шару Mixer, більшого за вхідний відеошар, який додає чорні смуги навколо вихідного відео.
Таблиця 4. Конвеєри блоку обробки
У цій таблиці наведено дію чотирьох блоків конвеєра обробки в кожній із дев’яти комбінацій режиму масштабування, роздільної здатності вхідного та вихідного даних.
| Режим | в > назовні | вхід = вихід | in < out |
| Прохідний | Обрізати до вихідного розміру Без зменшення | Немає кліпу
Без зменшення розміру |
Немає кліпу
Без зменшення розміру |
| продовження... | |||
| Режим | в > назовні | вхід = вихід | in < out |
| Без висококласних
Без чорної рамки |
Без висококласних
Без чорної рамки |
Без висококласних
Чорні рамки для вихідного розміру |
|
| Висококласний | Обрізати до 2/3 вихідного розміру Без зменшення
Розширення до вихідного розміру Без чорної рамки |
Обрізати до 2/3 вихідного розміру Без зменшення
Розширення до вихідного розміру Без чорної рамки |
Немає кліпу
Без зменшення розміру Розширення до вихідного розміру Без чорної рамки |
| Зниження масштабу | Немає кліпу
Зменшення масштабу до вихідного розміру Без збільшення масштабу Без чорної рамки |
Немає кліпу
Зменшення масштабу до вихідного розміру Без збільшення масштабу Без чорної рамки |
Немає кліпу
Зменшення масштабу до 2/3 розміру вхідного сигналу Без підвищення масштабу Чорні рамки для вихідного розміру |
Перемикайтеся між режимами, натискаючи кнопку користувача 1. Програмне забезпечення відстежує значення на кнопках під час кожного прогону циклу (воно виконує програмне усунення дребезгу) і відповідно налаштовує IP-адреси в конвеєрі обробки.
Зміни на вході DisplayPort
Під час кожного проходження циклу програмне забезпечення опитує стан синхронізованого відеовходу, шукаючи зміни стабільності вхідного відеопотоку. Програмне забезпечення вважає відео стабільним, якщо:
- Clocked Video Input повідомляє, що синхронізоване відео успішно заблоковано.
- Вхідна роздільна здатність і колірний простір не змінилися після попереднього проходу циклу.
Якщо вхідний сигнал був стабільним, але він втратив блокування або змінилися властивості відеопотоку, програмне забезпечення зупиняє надсилання відео через конвеєр. Він також налаштовує мікшер на припинення відображення вхідного відеошару. Вихід залишається активним (показує чорний екран і логотип Intel) під час будь-яких подій гарячого підключення приймача або зміни роздільної здатності.
Якщо вхідний сигнал не був стабільним, але тепер стабільний, програмне забезпечення налаштовує конвеєр для відображення нової роздільної здатності вхідного сигналу та колірного простору, перезапускає вихід із CVI та налаштовує Mixer на повторне відображення рівня вхідного відео. Повторне ввімкнення рівня змішувача не відбувається негайно, оскільки буфер кадрів може все ще повторювати старі кадри з попереднього введення, і проект повинен очистити ці кадри. Потім ви можете знову ввімкнути дисплей, щоб уникнути збоїв. Буфер кадрів зберігає підрахунок кількості кадрів, зчитаних із DDR4, які може прочитати процесор Nios II. Програмне забезпечення samples цей підрахунок, коли вхідний сигнал стає стабільним, і повторно вмикає рівень Mixer, коли підрахунок збільшується на чотири кадри, що гарантує, що дизайн очищає всі старі кадри з буфера.
Події гарячого підключення передавача DisplayPort
Події «гарячого» підключення на передавачі DisplayPort викликають переривання в програмному забезпеченні, яке встановлює прапорець, щоб попередити основний цикл програмного забезпечення про зміну виводу. Коли конструкція виявляє гаряче підключення передавача, програмне забезпечення зчитує EDID для нового дисплея, щоб визначити, яку роздільну здатність і колірний простір він підтримує. Якщо встановити DIP-перемикачі в режим, який новий дисплей не підтримує, програмне забезпечення повернеться до менш вимогливого режиму відображення. Потім він налаштовує конвеєр, IP-адресу передавача DisplayPort і частину Si5338, яка генерує передавач vid_clk для нового режиму виведення. Коли вхід бачить зміни, рівень Mixer для вхідного відео не відображається, оскільки програмне забезпечення редагує налаштування для конвеєра. Програмне забезпечення не вмикається повторно
на дисплеї до чотирьох кадрів, коли нові параметри пройдуть через кадр
буфер.
Зміни налаштувань DIP-перемикача користувача
Положення користувальницьких DIP-перемикачів від 2 до 6 керують вихідним форматом (роздільна здатність, частота кадрів, колірний простір і біт на колір), що передається через передавач DisplayPort. Коли програмне забезпечення виявляє зміни на цих DIP-перемикачах, воно виконує послідовність, яка практично ідентична гарячому підключенню передавача. Вам не потрібно запитувати EDID передавача, оскільки він не змінюється.
Історія версій для AN 889: 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example
Таблиця 5. Історія версій для AN 889: дизайн перетворення відеоформату 8K DisplayPort Example
| Версія документа | Зміни |
| 2019.05.30 | Початковий випуск. |
Корпорація Intel. Всі права захищені. Intel, логотип Intel та інші знаки Intel є товарними знаками корпорації Intel або її дочірніх компаній. Intel гарантує роботу своїх FPGA та напівпровідникових продуктів відповідно до поточних специфікацій відповідно до стандартної гарантії Intel, але залишає за собою право вносити зміни в будь-які продукти та послуги в будь-який час без попередження. Корпорація Intel не бере на себе жодної відповідальності чи зобов’язань, що виникають у зв’язку із застосуванням або використанням будь-якої інформації, продукту чи послуги, описаних у цьому документі, за винятком випадків, чітко наданих корпорацією Intel у письмовій формі. Клієнтам Intel рекомендується отримати останню версію специфікацій пристрою, перш ніж покладатися на будь-яку опубліковану інформацію та перед тим, як розміщувати замовлення на продукти чи послуги.
*Інші назви та бренди можуть бути власністю інших осіб.
Документи / Ресурси
 |
intel AN 889 8K DisplayPort Video Format Conversion Design Example [pdfПосібник користувача Дизайн перетворення відеоформату AN 889 8K DisplayPort Example, AN 889, дизайн перетворення відеоформату 8K DisplayPort Example, дизайн перетворення формату, прample, Conversion Design Example |
