intel AN 889 8K DisplayPort 視頻格式轉換設計實例ample

關於 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Example

8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Examp該文件將 Intel DisplayPort 1.4 視訊連接 IP 與視訊處理管道整合在一起。該設計可為高達每秒 8 幀的 30K 或每秒 4 幀的 60K 視訊串流提供高品質的縮放、色彩空間轉換和幀速率轉換。
此設計具有高度的軟體和硬體可配置性，可實現快速系統配置和重新設計。該設計面向英特爾® Arria® 10 設備，並使用英特爾 Quartus® Prime v8 中視訊和影像處理套件中最新的 19.2K 就緒英特爾 FPGA IP。

關於 DisplayPort 英特爾 FPGA IP
若要建立具有 DisplayPort 介面的 Intel Arria 10 FPGA 設計，請實例化 DisplayPort Intel FPGA IP。但是，此 DisplayPort IP 僅實作 DisplayPort 的協定編碼或解碼。它不包括實現介面的高速串列元件所需的收發器、PLL 或收發器重配置功能。 Intel 提供單獨的收發器、PLL 和重配置 IP 元件。選擇、參數化和連接這些元件以建立完全相容的 DisplayPort 接收器或傳送器介面需要專業知識。
英特爾為非收發器專家的人士提供此設計。 DisplayPort IP 的參數編輯器 GUI 讓您可以建立設計。
您可以在 Platform Designer 或 IP Catalog 中建立 DisplayPort IP 的實例（可以僅為接收器、僅發送器或組合的接收器和發送器）。當您參數化 DisplayPort IP 實例時，您可以選擇產生 examp針對該特定配置的設計。組合式接收器和發射器設計是一種簡單的直通式設計，接收器的輸出直接饋入發射器。固定直通設計創建了功能齊全的接收器 PHY、發送器 PHY 以及實現所有收發器和 PLL 邏輯的重配置區塊。您可以直接複製設計的相關部分，也可以使用設計作為參考。該設計生成 DisplayPort Intel Arria 10 FPGA IP Design Example，然後添加許多 file直接產生到 Intel Quartus Prime 專案使用的編譯清單中。這些包括：

• File為收發器、PLL 和重新配置區塊建立參數化 IP 實例。
• Verilog HDL file將這些 IP 連接到更高層級的接收器 PHY、發送器 PHY 和收發器重新配置仲裁器模組
• Synopsys 設計約束 (SDC) file設定相關的時序約束。

8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Ex的特點ample

• 輸入：
  • DisplayPort 1.4 連線支援在高達 720 fps 的任何幀速率下支援從 480×3840 到高達 2160×60 的分辨率，在 7680 fps 下支援高達 4320×30 的分辨率。
  • 熱插拔支援。
  • 支援 RGB 和 YCbCr（4:4:4、4:2:2 和 4:2:0）色彩格式
    輸入。
  • 軟件自動檢測輸入格式並適當地設置處理管道。
• 輸出：
  • DisplayPort 1.4 連線可選擇（透過 DIP 開關），解析度為 1080 fps 的 1080p、2160i 或 60p，或 2160 fps 的 30p。
  • 熱插拔支援。
  • DIP 開關可將所需的輸出色彩格式設定為 RGB、YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2 或 YCbCr 4:2:0。
• 具有軟體可配置縮放和幀速率轉換功能的單一 10 位元 8K RGB 處理管道：
  • 12 抽頭 Lanczos 降頻器。
  • 16 相、4 抽頭 Lanczos 升頻器。
  • 三重緩衝視訊幀緩衝器提供幀速率轉換。
  • 具有 alpha 混合功能的混音器允許 OSD 圖示疊加。

8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Ex 入門ample

硬體和軟體需求

8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Examp文件需要特定的硬體和軟體。

硬體:

• 英特爾 Arria 10 GX FPGA 開發套件，包括 DDR4 Hilo 子卡
• Bitec DisplayPort 1.4 FMC 子卡（修訂版 11）
• DisplayPort 1.4 來源可產生高達 3840x2160p60 或 7680x4320p30 視頻
• DisplayPort 1.4 接收器可顯示高達 3840x2160p60 的視頻
• 經 VESA 認證的 DisplayPort 1.4 電纜。

軟體:

• Windows 或 Linux 操作系統
• 英特爾 Quartus Prime 設計套件 v19.2，其中包括：
  • 英特爾 Quartus Prime 專業版
  • 平台設計師
  • Nios® II EDS
  • 英特爾 FPGA IP 庫（包括視頻和圖像處理套件）

設計僅適用於此版本的 Intel Quartus Prime。

下載並安裝 Intel 8K DisplayPort 影片格式轉換 Design Example

該設計可在英特爾設計商店中找到。

1. 下載已存檔的項目 file udx10_dp.par。
2. 從檔案擷取 Intel Quartus Prime 專案：
   • a. 打開英特爾 Quartus Prime 專業版。
   • b. 點選 File ➤ 開啟項目。
     打開項目視窗打開。
   • c. 導航至 udx10_dp.par 並選擇 file.
   • d. 按一下“開啟”。
   • e. 在「開啟設計範本」視窗中，將「目標」資料夾設定為擷取的項目所需的位置。設計模板的條目 file 並且項目名稱應該是正確的，您不需要更改它們。
   • f. 按一下“確定”。

設計 File用於英特爾 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Example

表 1. 設計 Files

File 或資料夾名稱	描述
ip	包含 IP 實例 file設計中所有 Intel FPGA IP 實例的 s： • DisplayPort IP（傳送器和接收器） • 在設計的頂層生成時鐘的 PLL • 構成處理管道的Platform Designer 系統的所有IP。
主圖像	包含pre_compiled.sof，這是預編譯板編程 file 為設計。
非acds_ip	包含此設計中 Intel Quartus Prime 未包含的其他 IP 的原始碼。
SDDC	包含一個 SDC file 它描述了該設計所需的額外時序約束。永續發展委員會 file自動包含在 IP 實例中的 s 不會處理這些約束。
軟體	包含用於在嵌入式 Nios II 處理器上運行的軟件的源代碼、庫和構建腳本，以控制設計的高級功能。
udx10_dp	Intel Quartus Prime 產生輸出的資料夾 files 為 Platform Designer 系統。 udx10_dp.sopcinfo 輸出 file 允許您產生記憶體初始化 file 用於 Nios II 處理器軟體記憶體。您無需先產生完整的 Platform Designer 系統。
非acds_ip.ipx	這個IPX file 向 Platform Designer 聲明 non_acds_ip 資料夾中的所有 IP，以便其顯示在 IP 庫中。
自述文件.txt	建置和運行設計的簡要說明。
頂級.qpf	英特爾 Quartus Prime 項目 file 為設計。
頂.qsf	英特爾 Quartus Prime 工程設置 file 為設計。 這個 file 列出所有 file建立設計所需的信息，以及引腳分配和許多其他項目設定。
頂部 v	頂級 Verilog HDL file 為設計。
udx10_dp.qsys	Platform Designer 系統包含視訊處理管道、Nios II 處理器及其周邊。

編譯 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Example
Intel提供預編譯板編程 file master_image 目錄 (pre_compiled.sof) 中的設計可讓您在不執行完整編譯的情況下執行設計。
步驟：

1. 在 Intel Quartus Prime 軟體中，開啟 top.qpf 項目 file。下載的檔案會創建這個 file 當您解壓縮項目時。
2. 點選 File ➤ 開啟並選擇 ip/dp_rx_tx/dp_rx_tx.ip。 DisplayPort IP 的參數編輯器 GUI 將會打開，顯示設計中 DisplayPort 實例的參數。
3. 單擊生成示例ample 設計（不是生成）。
4. 生成完成後，關閉參數編輯器。
5. In File 瀏覽器中，導覽至軟體目錄並解壓縮 vip_control_src.zip 檔案以產生 vip_control_src 目錄。
6. 在 BASH 終端機中，導航至 software/script 並執行 shell 腳本 build_sw.sh。
   該腳本建構了用於設計的 Nios II 軟體。它創建了一個 .elf file 您可以在運行時下載到開發板，以及 .hex file 編譯成闆卡程式設計.sof file.
7. 在 Intel Quartus Prime 軟體中，按一下「Processing」➤「Start Compilation」。
   • Intel Quartus Prime 產生 udx10_dp.qsys Platform Designer 系統。
   • Intel Quartus Prime 將項目設定為 top.qpf。

編譯在output_中建立top.soffile完成後進入 s 目錄。

View編譯並重新產生 Platform Designer 系統

1. 點選“工具”➤“平台設計器”。
2. 為 Platform Designer 系統選項選擇系統名稱.qsys。
3. 按一下“開啟”。
   Platform Designer 開啟系統。
4. Review 系統。
5. 重新生成系統：
   • a. 點選生成 HDL...。
   • b. 在「生成視窗」中，開啟「清除所選產生目標的輸出目錄」。
   • c. 點擊生成

編譯 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Examp使用 Nios II Software Build Tools for Eclipse 產生文件
您為設計設定了一個互動式 Nios II Eclipse 工作區，以產生一個使用與建置腳本相同的資料夾的工作區。如果您之前曾執行過建置腳本，則應在建立 Eclipse 工作區之前刪除 software/vip_control 和 software/vip_control_bsp 資料夾。如果您在任何時候重新執行建置腳本，它都會覆蓋 Eclipse 工作區。
步驟：

1. 導航至軟體目錄並解壓縮 vip_control_src.zip 檔案以產生 vip_control_src 目錄。
2. 在安裝的項目目錄下，新建一個文件夾，命名為workspace。
3. 在 Intel Quartus Prime 軟體中，按一下 Tools > Nios II Software Build Tools for Eclipse。
   • a. 在「工作區啟動器」視窗中，選擇您建立的工作區資料夾。
   • b. 按一下“確定”。
4. 在 Nios II – Eclipse 窗口中，單擊 File ➤ 新 ➤ 來自模板的 Nios II 應用程序和 BSP。
   Nios II Application and BSP from Template 對話框出現。
   • a. 在 SOPC 信息 File 框中，選擇 udx10_dp/ udx10_dp.sopcinfo file。 Nios II SBT for Eclipse 使用 .sopcinfo 中的處理器名稱填入 CPU 名稱 file.
   • b. 在“項目名稱”框中，鍵入 vip_control。
   • c. 從範本清單中選擇空白項目。
   • d. 按一下“下一步”。
   • e. 選擇基於應用程式項目範本建立新的 BSP 項目，項目名稱為 vip_control_bsp。
   • f. 開啟使用預設位置。
   • g. 單擊 Finish 創建應用程序和基於 .sopcinfo 的 BSP file.
     BSP 生成後，vip_control 和vip_control_bsp 項目出現在Project Explorer 選項卡中。
5. 在 Windows 資源管理器中，將 software/vip_control_src 目錄的內容複製到新建立的 software/vip_control 目錄中。
6. 在 Nios II – Eclipse 視窗的 Project Explorer 標籤中，右鍵點選 vip_control_bsp 資料夾並選擇 Nios II > BSP Editior。
   • a. 從 sys_clk_timer 的下拉式選單中選擇無。
   • b. 從 timest 的下拉菜單中選擇 cpu_timeramp_計時器。
   • c. 開啟enable_small_c_library。
   • d. 單擊生成。
   • e. 生成完成後，按一下“退出”。
7. 在「專案資源管理器」標籤中，右鍵點選 vip_control 目錄，然後按一下「屬性」。
   1. a. 在 vip_control 的屬性視窗中，展開 Nios II 應用程式屬性並點擊 Nios II 應用程式路徑。
   2. b. 點擊“庫項目”旁邊的“新增...”。
   3. c. 在「庫專案」視窗中，導覽至 udx10.dp\spftware\vip_control_src 目錄並選擇 bkc_dprx.syslib 目錄。
   4. d. 按一下“確定”。將出現一條訊息“轉換為相對路徑”。按一下“是”。
   5. e. 對於 bkc_dptx.syslib 和 bkc_dptxll_syslib 目錄，重複第 7 頁的步驟 8.b 和第 7 頁的 8.c
   6. f. 按一下“確定”。
8. 選擇 Project ➤ Build All 生成 file software/vip_control 目錄下的 vip_control.elf。
9. 構建 mem_init file 對於英特爾 Quartus Prime 編譯：
   1. a. 在 Project Explorer 視窗中右鍵點選 vip_control。
   2. b. 選擇“建立目標”➤“建置...”。
   3. c.選擇mem_init_generate。
      d.點擊建置。
      英特爾 Quartus Prime 軟件生成
      udx10_dp_onchip_memory2_0_onchip_memory2_0.hex file 在 software/vip_control/mem_init 目錄中。
10. 當設計在連接的板上運行時，運行 vip_control.elf 編程 file 由 Eclipse 建置建立。
    • a. 右鍵點選 Nios II -Eclipse 視窗的 Project Explorer 標籤中的 vip_control 資料夾。
    • b. 選擇運作方式 ➤ Nios II 硬體。如果您開啟了 Nios II 終端機窗口，請在下載新軟體之前將其關閉。

設定英特爾 Arria 10 GX FPGA 開發套件
描述如何設定套件來運行 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Examp勒。

圖 1. 帶有 HiLo 子卡的 Intel Arria 10 GX 開發套件
此圖顯示了拆下藍色散熱器的主機板，以顯示 DDR4 Hilo 卡的位置。英特爾建議您不要在散熱器未安裝到位的情況下運行該設計。

步驟：

1. 使用 FMC 連接埠 A 將 Bitec DisplayPort 1.4 FMC 卡安裝到開發板上。
2. 確保電源開關 (SW1) 已關閉，然後連接電源連接器。
3. 將 USB 連接線連接到電腦和開發板上的 MicroUSB 連接器 (J3)。
4. 在 DisplayPort 來源和 Bitec DisplayPort 1.4 FMC 卡的接收器連接埠之間連接 DisplayPort 1.4 電纜，並確保來源處於活動狀態。
5. 在 DisplayPort 顯示器和 Bitec DisplayPort 1.4 FMC 卡的發送器連接埠之間連接 DisplayPort 1.4 電纜，並確保顯示器處於活動狀態。
6. 使用 SW1 開啟開發板。

板狀態 LED、按鈕和 DIP 開關
英特爾 Arria 10 GX FPGA 開發套件具有八個狀態 LED（帶有綠色和紅色發射器）、三個用戶按鈕和八個用戶 DIP 開關。 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Examp此檔案點亮 LED 來指示 DisplayPort 接收器連結的狀態。按鈕和 DIP 開關可讓您更改設計設定。

狀態指示燈

表 2. 狀態 LED

引領	描述
紅色 LED
0	DDR4 EMIF 校準正在進行中。
1	DDR4 EMIF 校準失敗。
7:2	沒用過。
綠色 LED
0	當 DisplayPort 接收器連結訓練成功完成並且設計接收穩定的視訊時亮起。
5:1	DisplayPort 接收器通道數：00001 = 1 通道 00010 = 2 車道 00100 = 4 車道
7:6	DisplayPort 接收器通道速度：00 = 1.62 Gbps 01 = 2.7 Gbps 10 = 5.4 Gbps 11 = 8.1 Gbps

下表列出了每個 LED 指示的狀態。每個LED位置都有紅色和綠色指示燈，可以獨立發光。任何發出橘色光的 LED 表示紅色和綠色指示燈亮起。

使用者按鈕
使用者按鈕 0 控制輸出顯示器右上角英特爾標誌的顯示。啟動時，該設計可以顯示徽標。按下按鈕 0 可切換徽標顯示的啟用。使用者按鈕 1 控制設計的縮放模式。當來源或接收器熱插拔時，設計預設為：

• Passthrough模式，如果輸入解析度小於或等於輸出分辨率
• 縮小模式，如果輸入解析度大於輸出解析度

每次按下使用者按鈕 1 時，設計會切換到下一個縮放模式（直通 > 放大、放大 > 縮小、縮小 > 直通）。用戶按鈕 2 未使用。

用戶 DIP 開關
DIP 開關控制選購的 Nios II 終端列​​印以及透過 DisplayPort 發射器驅動的輸出視訊格式的設定。

表 3. DIP 開關
下表列出了每個 DIP 開關的功能。 DIP 開關編號為 1 到 8（不是 0 到 7），與開關組件上印製的編號相符。若要將每個開關設為“開”，請將白色開關移向 LCD，遠離電路板上的 LED。

轉變	功能
1	設定為 ON 時啟用 Nios II 終端列​​印。
2	設定每種顏色的輸出位數： 關閉 = 8 位 開 = 10 位
4:3	設置輸出顏色空間和 samp令：SW4 關閉，SW3 關閉 = RGB 4:4:4 SW4 關閉，SW3 開啟 = YCbCr 4:4:4 SW4 開啟，SW3 關閉 = YCbCr 4:2:2 SW4 開啟，SW3 開啟 = YCbCr 4:2:0
6:5	設定輸出解析度和幀速率：SW4 OFF、SW3 OFF = 4K60 SW4 關閉、SW3 開啟 = 4K30 SW4 開啟、SW3 關閉 = 1080p60 SW4 開啟、SW3 開啟 = 1080i60
8:7	未使用

運行 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Example
您必須下載編譯好的.sof file 為該設計提供英特爾 Arria 10 GX FPGA 開發套件來運行該設計。
步驟：

1. 在 Intel Quartus Prime 軟件中，點擊 Tools > Programmer。
2. 在 Programmer 窗口中，單擊 Auto Detect 掃描 JTAG 鏈接並發現連接的設備。
   如果出現彈出視窗要求您更新程式設計師的裝置列表，請按一下「是」。
3. 在設備清單中，選擇標示 10AX115S2F45 的行。
4. 點擊“更改” File…
   • 使用預編譯版本的程式設計 file Intel 作為設計下載的一部分提供的文件，請選擇 master_image/pre_compiled.sof。
   • 使用您的程式設計 file 本地編譯創建，選擇output_files/top.sof。
5. 開啟設備清單的 10AX115S2F45 行中的 Program/Configure。
6. 單擊開始。
   當程序員完成時，設計會自動運行。
7. 開啟 Nios II 終端以接收設計的輸出文字訊息，否則設計會在多次開關變更後鎖定（僅當您將使用者 DIP 開關 1 設定為 ON 時）。
   • a. 開啟終端機視窗並輸入 nios2-terminal
   • b. 按 Enter 鍵。

連接在輸入端。如果沒有來源，輸出是黑屏，螢幕右上角有英特爾標誌。

8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Ex的功能描述ample

Platform Designer 系統 udx10_dp.qsys 包含 DisplayPort 接收器和傳送器協定 IP、視訊管道 IP 以及 Nios II 處理器元件。該設計將 Platform Designer 系統連接到 DisplayPort 接收器和發送器 PHY 邏輯（包含介面收發器）以及 Verilog HDL RTL 設計頂層的收發器重配置邏輯 file （頂部.v）。該設計包括 DisplayPort 輸入和 DisplayPort 輸出之間的單一視訊處理路徑。

圖 2. 框圖
此圖顯示了 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Ex 中的模組amp勒。該圖沒有顯示連接到 Nios II 的一些通用週邊設備、Nios II 處理器之間的 Avalon-MM 以及系統的其他組件。該設計從左側的 DisplayPort 來源接收視頻，透過視訊管道從左到右處理視頻，然後將視頻傳遞到右側的 DisplayPort 接收器。

DisplayPort 接收器 PHY 與 DisplayPort 接收器 IP
Bitec DisplayPort FMC 卡為來自 DisplayPort 來源的 DisplayPort 1.4 訊號提供緩衝區。 DisplayPort 接收器 PHY 和 DisplayPort 接收器 IP 的組合可對傳入訊號進行解碼以建立視訊串流。 DisplayPort 接收器 PHY 包含用於反序列化傳入資料的收發器，而 DisplayPort 接收器 IP 則對 DisplayPort 協定進行解碼。組合好的 DisplayPort 接收器 IP 無需任何軟體即可處理傳入的 DisplayPort 訊號。從 DisplayPort 接收器 IP 產生的視訊訊號是本機分組流格式。此設計將 DisplayPort 接收器配置為 10 位元輸出。

DisplayPort 到時脈視訊 IP
DisplayPort 接收器輸出的分組串流資料格式與時脈視訊輸入 IP 期望的時脈視訊資料格式不直接相容。 DisplayPort 至時脈視訊 IP 是此設計的客製化 IP。它將 DisplayPort 輸出轉換為相容的時脈視訊格式，您可以將其直接連接到時脈視訊輸入。 DisplayPort 到時脈視訊 IP 可以修改有線訊號標準，並且可以改變每個像素內顏色平面的順序。 DisplayPort 標準指定的顏色排序與 Intel 視訊管道 IP 排序不同。 Nios II 處理器控制顏色交換。它使用其 Avalon-MM 從介面從 DisplayPort 接收器 IP 讀取當前的色彩空間以進行傳輸。它將 DisplayPort 定向到時脈視訊 IP，以透過其 Avalon-MM 從介面應用適當的校正。

時鐘視頻輸入
時脈視訊輸入將來自 DisplayPort 的時脈視訊介面訊號處理為時脈視訊 IP，並將其轉換為 Avalon-ST 視訊訊號格式。此訊號格式可從影片中移除所有水平和垂直消隱訊息，僅留下活動影像資料。 IP 將其打包為每個視訊幀一個資料包。它還添加了額外的元資料資料包（稱為控制資料包）來描述每個視訊幀的解析度。透過處理管道的 Avalon-ST 視訊串流是並行的四個像素，每個像素具有三個符號。時脈視訊輸入提供時脈交叉，用於將來自 DisplayPort 接收器 IP 的可變速率時脈視訊訊號轉換為視訊 IP 管道的固定時脈速率 (300 MHz)。

流清潔器
流清理器確保傳遞到處理管道的 Avalon-ST 視訊訊號沒有錯誤。 DisplayPort 來源的熱插拔可能會導致設計向時脈視訊輸入 IP 呈現不完整的資料幀，並在產生的 Avalon-ST 視訊串流中產生錯誤。包含每幀視訊資料的資料包的大小與相關控制資料包報告的大小不符。流清理器檢測這些條件，並將附加資料（灰色像素）添加到有問題的視訊資料包的末尾，以完成幀並匹配控制資料包中的規範。

色度分辨率amp勒（輸入）
設計在 DisplayPort 輸入處接收的視訊資料可能是 4:4:4、4:2:2 或 4:2:0 色度amp引領。 輸入色度ampler 可以接收任何格式的傳入視頻，並在所有情況下將其轉換為 4:4:4。為了提供更高的視覺質量，色度分辨率ampler 使用計算成本最高的濾波演算法。 Nios II 處理器讀取目前色度amp透過其 Avalon-MM 從介面從 DisplayPort 接收器 IP 取得 ling 格式。它將格式傳達給色度分辨率ampler 透過其 Avalon-MM 從介面。

色彩空間轉換器（輸入）
來自 DisplayPort 的輸入視訊資料可以使用 RGB 或 YCbCr 色彩空間。輸入色彩空間轉換器以任何格式接收傳入視頻，並在所有情況下將其轉換為 RGB。 Nios II 處理器透過其 Avalon-MM 從介面從 DisplayPort 接收器 IP 讀取目前色彩空間；它將正確的轉換係數加載到色度分辨率ampler 透過其 Avalon-MM 從介面。

快艇
剪輯器從傳入視訊串流中選擇一個活動區域並丟棄其餘部分。 Nios II 處理器上運行的軟體控制定義了要選擇的區域。此區域取決於 DisplayPort 來源接收的資料的解析度以及輸出解析度和縮放模式。處理器透過其 Avalon-MM 從介面將該區域傳送給 Clipper。

定標機
該設計根據收到的輸入解析度和您需要的輸出解析度對傳入的視訊資料進行縮放。您也可以在三種縮放模式之間進行選擇（放大、縮小和直通）。兩個標量 IP 提供擴充功能：一個實現任何所需的縮減；另一個實作擴充。另一個實現升級。設計需要兩個縮放器。

• 當定標器實現縮小時，它不會在其輸出的每個時脈週期上產生有效資料。對於前amp例如，如果實現 2 倍縮減比例，則在設計接收每個偶數輸入線時，輸出處的有效訊號每隔一個時脈週期就為高電平，然後對於整個奇數輸入線為低電平。這種突發行為對於降低輸出資料速率的過程至關重要，但與下游 Mixer IP 不相容，下游 Mixer IP 通常需要更一致的資料速率以避免輸出下溢。此設計需要在任何降級和混合器之間有幀緩衝器。幀緩衝區允許混合器以所需的速率讀取資料。
• 當縮放器實現升級時，它會在每個時脈週期產生有效數據，因此下面的混頻器沒有問題。然而，它可能不會在每個時脈週期接受新的輸入資料。以 2 倍高檔為前任amp例如，在偶數編號的輸出線上，它每隔一個時脈週期接受一次新的資料節拍，然後在奇數編號的輸出線上不接受新的輸入資料。然而，如果上游剪輯器正在應用顯著的剪輯（例如在放大期間），則它可能以完全不同的速率產生資料。因此，Clipper 和 upscale 通常必須由 Frame Buffer 分隔開，要求 Scaler 在管道中位於 Frame Buffer 之後。縮放器必須位於幀緩衝區之前才能縮小，因此設計在幀緩衝區的兩側實現了兩個獨立的縮放器：一個用於放大；另一個用於縮小。另一個用於降級。

兩個定標器還降低了幀緩衝器所需的最大 DDR4 頻寬。您必須始終在幀緩衝區之前應用縮減，從而最大限度地降低寫入端的資料速率。始終在幀緩衝區之後應用升級，這會最大限度地降低讀取端的資料速率。每個定標器從傳入視訊串流中的控制資料包取得所需的輸入分辨率，而具有 Avalon-MM 從介面的 Nios II 處理器則為每個定標器設定輸出分辨率。

幀緩衝器
幀緩衝區使用 DDR4 記憶體執行三重緩衝，允許視訊和影像處理管道在傳入和傳出幀速率之間執行幀速率轉換。此設計可以接受任何輸入幀速率，但總像素速率不得超過每秒 1 GB 像素。 Nios II 軟體根據您選擇的輸出模式將輸出幀速率設定為 30 或 60 fps。輸出幀速率是時脈視訊輸出設定和輸出視訊像素時脈的函數。時脈視訊輸出施加到管道的反壓決定了幀緩衝器的讀取端從 DDR4 拉取視訊幀的速率。

混合器
混合器產生固定大小的黑色背景影像，Nios II 處理器對其進行編程以匹配當前輸出影像的大小。混音器有兩個輸入。第一個輸入連接到升頻器，以允許設計顯示當前視訊管道的輸出。第二個輸入連接到圖示產生器區塊。此設計僅在時鐘視訊輸入處偵測到活動、穩定的視訊時才啟用混音器的第一個輸入。因此，該設計在輸出端保持穩定的輸出影像，同時在輸入端熱插拔。設計 Alpha 將連接到圖示產生器的第二個輸入混合到背景和視訊管道圖像上，透明度為 50%。

色彩空間轉換器（輸出）
輸出色彩空間轉換器根據軟件的運行時設置將輸入 RGB 視頻數據轉換為 RGB 或 YCbCr 色彩空間。

色度分辨率amp勒（輸出）
輸出色度ampler 將格式從 4:4:4 轉換為 4:4:4、4:2:2 或 4:2:0 格式之一。軟體設定格式。輸出色度分辨率ampler 還使用過濾算法來實現高質量的視頻。

時鐘視頻輸出
時脈視訊輸出將 Avalon-ST 視訊串流轉換為時脈視訊格式。時脈視訊輸出向視訊添加水平和垂直消隱以及同步定時資訊。 Nios II 處理器會根據您要求的輸出解析度和幀速率對時脈視訊輸出中的相關設定進行程式設計。時鐘視訊輸出轉換時鐘，從固定的 300 MHz 管道時鐘轉換為時鐘視訊的可變速率。

時脈影片至 DisplayPort
DisplayPort 發送器元件接受時脈視訊格式的資料。 Platform Designer 中導線訊號和導管介面聲明的差異導致您無法將時脈視訊輸出直接連接到 DisplayPort 發射器 IP。時脈視訊轉 DisplayPort 元件是特定於設計的客製化 IP，可提供時脈視訊輸出和 DisplayPort 發送器 IP 之間所需的簡單轉換。它還交換每個像素中顏色平面的順序，以適應 Avalon-ST 視訊和 DisplayPort 使用的不同顏色格式標準。

DisplayPort 發送器 IP 和 DisplayPort 發送器 PHY
DisplayPort 發送器 IP 和 DisplayPort 發送器 PHY 協同工作，將視訊串流從時脈視訊轉換為相容的 DisplayPort 串流。 DisplayPort 發送器 IP 處理 DisplayPort 協定並對有效 DisplayPort 資料進行編碼，而 DisplayPort 傳送器 PHY 包含收發器並建立高速串列輸出。

Nios II 處理器和外設
Platform Designer 系統包含一個 Nios II 處理器，用於管理 DisplayPort 接收器和發送器 IP 以及處理管道的執行時間設定。 Nios II 處理器連接到這些基本週邊：

• 用於存儲程序及其數據的片上存儲器。
• 阿傑TAG UART 顯示軟體 printf 輸出（透過 Nios II 終端）。
• 系統定時器，用於根據 DisplayPort 最小事件持續時間規格的要求，在軟體中的各點產生毫秒延遲。
• LED 顯示系統狀態。
• 按鈕開關允許在縮放模式之間切換以及啟用和停用英特爾徽標的顯示。
• DIP 開關允許切換輸出格式以及啟用和停用向 Nios II 終端列​​印訊息。

DisplayPort 來源和接收器上的熱插拔事件觸發中斷，觸發 Nios II 處理器正確配置 DisplayPort 發送器和管道。軟體程式碼中的主循環還會監視按鈕和 DIP 開關上的值，並相應地改變管道設定。

I²C 控制器
設計包含兩個 I²C 控制器（Si5338 和 PS8460），用於編輯 Intel Arria 10 10 GX FPGA 開發套件上其他三個組件的設定。 Intel Arria 5338 GX FPGA 開發套件上的兩個 Si10 時脈產生器連接到相同 I²C 匯流排。第一個產生 DDR4 EMIF 的參考時鐘。預設情況下，此時脈設定為 100 MHz，以便與 1066 MHz DDR4 一起使用，但此設計以 4 MHz 運行 DDR1200，這需要 150 MHz 的參考時脈。啟動時，Nios II 處理器透過 I²C 控制器週邊更改第一個 Si5338 的暫存器映射中的設置，以將 DDR4 參考時脈的速度提高到 150MHz。第二個 Si5338 時脈產生器為管道和 DisplayPort 發送器 IP 之間的時脈視訊介面產生 vid_clk。您必須針對設計支援的每種不同的輸出解析度和幀速率調整該時脈的速度。當 Nios II 處理器需要時，您可以在運行時調整速度。 Bitec DisplayPort 1.4 FMC 子卡利用 Parade PS8460 抖動清除中繼器和重定時器。啟動時，Nios II 處理器會編輯該組件的預設設定以滿足設計要求。

軟體說明

8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Examp該文件包括來自英特爾視訊和影像處理套件的 IP 以及 DisplayPort 介面 IP。您必須實施外部進階控制以在系統變更（例如 DisplayPort 接收器或發射器熱插拔事件或使用者按鈕活動）時開始設定 IP。在此設計中，運行客製化控制軟體的 Nios II 處理器提供高級控制。軟體啟動時：

• 將 DDR4 參考時脈設定為 150 MHz 以允許 1200 MHz DDR 速度，然後重設外部記憶體介面 IP 以在新參考時脈上重新校準。
• 設定 PS8460 DisplayPort 中繼器和重定時器。
• 初始化 DisplayPort 接收器和發送器介面。
• 初始化處理管道 IP。

初始化完成後，軟體進入連續的 while 循環，檢查多個事件並做出反應。

縮放模式的變化
該設計支援三種基本縮放模式；直通、高檔和低檔。在直通模式下，設計不對輸入影片進行縮放；在放大模式下，設計放大輸入影片；在縮小模式下，設計縮小輸入影片。
處理管道中的四個區塊； Clipper、downscaler、upscaler 和 Mixer 決定每種模式下最終輸出的呈現。軟體根據目前輸入解析度、輸出解析度和您選擇的縮放模式來控制每個模組的設定。在大多數情況下，Clipper 會按原樣傳遞輸入，而 Mixer 背景大小與輸入影片的最終縮放版本的大小相同。但是，如果輸入視訊解析度大於輸出大小，則在不先剪輯輸入視訊的情況下無法對輸入視訊套用升級。如果輸入解析度小於輸出，軟體無法在不應用大於輸入視訊層的混合器背景層的情況下套用縮小比例，這會在輸出視訊周圍添加黑條。

表 4. 處理區塊管道
表格列出了四個處理管道區塊在縮放模式、輸入解析度和輸出解析度的九種組合中的每一種中的操作。

模式	輸入 > 輸出	輸入 = 輸出	輸入 < 輸出
直通	剪輯至輸出尺寸 不縮小	無剪輯 沒有縮小規模	無剪輯 沒有縮小規模
持續…

模式	輸入 > 輸出	輸入 = 輸出	輸入 < 輸出
	沒有高級 無黑邊	沒有高級 無黑邊	沒有高級 黑色邊框墊到輸出尺寸
高級	剪輯至 2/3 輸出尺寸 無縮減 升級到輸出尺寸 無黑邊	剪輯至 2/3 輸出尺寸 無縮減 升級到輸出尺寸 無黑邊	無剪輯 沒有縮小規模 升級到輸出尺寸 無黑邊
縮小規模	無剪輯 縮小至輸出尺寸 無放大 無黑邊	無剪輯 縮小至輸出尺寸 無放大 無黑邊	無剪輯 縮小至 2/3 輸入尺寸 無放大 黑色邊框墊到輸出尺寸

透過按下使用者按鈕 1 在模式之間切換。

DisplayPort 輸入的變化
每次循環運作時，軟體都會輪詢時脈視訊輸入的狀態，尋找輸入視訊串流穩定性的變化。在以下情況下，軟體認為視訊穩定：

• 時鐘視訊輸入報告時鐘視訊已成功鎖定。
• 自上次循環運行以來，輸入解析度和色彩空間沒有變化。

如果輸入穩定但失去鎖定或視訊串流的屬性已更改，軟體會停止時鐘視訊輸入透過管道發送視訊。它還將混合器設定為停止顯示輸入視訊層。在任何接收器熱插拔事件或解析度變更期間，輸出保持活動狀態（顯示黑畫面和英特爾標誌）。
如果輸入不穩定但現在穩定，軟體會配置管道以顯示新的輸入解析度和色彩空間，重新啟動 CVI 的輸出，並將混音器設定為再次顯示輸入視訊層。混合器層的重新啟用不會立即進行，因為幀緩衝區可能仍在重複先前輸入中的舊幀，並且設計必須清除這些幀。然後您可以重新啟用顯示以避免故障。幀緩衝區記錄從 DDR4 讀取的幀數，Nios II 處理器可以讀取這些幀數。該軟體的amp當輸入變得穩定時記錄此計數，並在計數增加四幀時重新啟用混合器層，這確保設計從緩衝區中清除所有舊幀。

DisplayPort 發射器熱插拔事件
DisplayPort 發射器上的熱插拔事件會在軟體內觸發中斷，該中斷會設定一個標誌來警告主軟體循環輸出發生變化。當設計偵測到發射器熱插拔時，軟體會讀取新顯示器的 EDID，以確定其支援哪些解析度和色彩空間。如果您將 DIP 開關設定為新顯示器無法支援的模式，軟體將回退到要求較低的顯示模式。然後，它配置管道、DisplayPort 發送器 IP 以及為新輸出模式產生發送器 vid_clk 的 Si5338 元件。當輸入發生變化時，輸入影片的混合器層不會顯示，因為軟體會編輯管道的設定。軟體無法重新啟用
直到四幀之後新設定通過該幀時才顯示
緩衝。

更改用戶 DIP 開關設置
使用者 DIP 開關 2 至 6 的位置控制透過 DisplayPort 發射器驅動的輸出格式（解析度、幀速率、色彩空間和每種顏色的位元數）。當軟體偵測到這些 DIP 開關上的變更時，它會執行與變送器熱插拔幾乎相同的序列。您無需查詢發射器 EDID，因為它不會改變。

AN 889 的修訂歷史：8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Example

表 5. AN 889 的修訂歷史：8K DisplayPort 視訊格式轉換設計 Example

檔案版本	變化
2019.05.30	初次發布。

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文件/資源

intel AN 889 8K DisplayPort 視頻格式轉換設計實例ample [pdf] 使用者指南 AN 889 8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Example，AN 889，8K DisplayPort 視訊格式轉換設計Example，格式轉換設計Example，轉換設計Example

參考

• 使用者手冊