基于FPGA的8K分屏器设计_付玉红.pdf

14ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.7$电子产品世界Design设计应用&Application嵌入式设计基于FPGA的8K分屏器设计FPGA based 8K splitter design付玉红（康佳集团股份有限公司，深圳518000）摘 要：设计了一款8k分屏器，主控采用FPGA芯片，支持一路HDMI2.1、8k、60 Hz信号输入；支持4路HDMI2.0、4k、60 Hz信号输出；分屏器支持将输入的8k信号进行“田”字型切片处理，输出4路4k信号，这4路4K信号的画面拼接起来就是1幅完整的8k画面。关键词：8K分屏器；1进4出；HDMI2.1；FPGA目前主流的 LED 主控最大只能支持 4k、60 Hz 信号输入,但是目前 8k LED 大屏技术已经成熟,且已经慢慢进入商用。如图 1 所示,8k LED 大屏的主控一般由 4 台 4k 主控拼接而成,但是前端 8K 信号源目前已普遍采用 HDMI2.1 接口单线传输 8K 信号,为了满足 8k LED 大屏显示系统需要,8K 分屏器应运而生。8k 分屏器可以将 8k 信号按“田”字型分割成 4 路 4k 信号输出,正好可以分别对接 4 台 4k 主控,从而实现 8k LED 大屏显示。此分屏器可广泛应用于各种 8k 大屏显示系统。本文设计的8k分屏器采用FPGA纯硬件逻辑实现,用户操作十分简单,接上电源和 5 根 HDMI 线之后上电即可使用,无需遥控或按键操作。1 硬件设计8k 分屏器主芯片为 FPGA 芯片,芯片自带速率高达 12.5 Gbit/s 的通用高速收发器,拥有 DDR4 PHY 和DDR4 硬核控制器,DDR4 最大传输速率 2 400 Mbit/s。硬件层面,如图 2 所示,HDMI2.1 输入接口的高速信号接到 FPGA 高速收发器的接收通道,4 路 HDMI2.0 输出接口的高速信号接到 FPGA 高速收发器的发送通道,HDMI2.1 TX 和 HDMI2.0 RX 的接口协议由 FPGA 内部可编程逻辑实现。电路板上有 64 bit DDR4 芯片（速率 2 400 Mbit/s）,用于缓存和切割接收的 8K 视频信号。板上还提供用于HDMI接口IP的100 MHz和148.5 MHz 固定晶振,以及一个 JTAG 接口用于 FPGA 配置文件下载和调试。2 FPGA逻辑设计FPGA 设计框图如图 3 所示,HDMI2.1、8k 视频信号进入 FPGA 芯片之后,首先经过高速收发器的接收通道将高速串行信号转换成低速并行信号,然后经过 HDMI2.1 RX IP 处理后输出接收的视频信号,视频信号随后进入 8k 视频切片处理模块,经过此模块处理后输出 4 路 4k 信号,输出的 4 路 4k 信号分别进入4 个 HDMI2.0 TX IP,TX IP 将数据按HDMI2.0 标准打包后输出到高速收发器的发送通道,此发送通道将低速并行信号转换成高速串行信号输出,输出的信号直接接到 HDMI2.0 输出接口。(下转第30页)8K信号源HDMI2.0 TX1HDMI2.0 TX2HDMI2.0 TX3HDMI2.0 TX4HDMI2.1 RX4K主控4K主控4K主控4K主控8K LED大屏网线4K4K4K4K8K8K分屏器图1 8K LED大屏系统框图30ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.7$智能应用电子产品世界Design设计应用&Application应用,介绍了运动捕捉技术、深度学习技术、机器人学技术和自然语言处理技术在角色行为设计中的应用。通过案例分析,我们可以看到人工智能技术对于动画角色行为设计的重要性,并且对于未来的发展具有广泛的应用前景。未来,随着人工智能技术的不断发展和完善,可以预见,在动画角色行为设计中将会出现更加创新和高效的应用。同时,随着动画行业的发展和壮大,人工智能技术将会发挥更加重要的作用,为动画制作带来更多的可能性和惊喜。因此,我们有理由相信,人工智能技术将会成为动画行业中不可或缺的重要组成部分。参考文献：1 F.OFLI,G.KURILLO,R.OBDRZALEK,et al.Joint attention for multimodal human-robot interaction:A reviewJ.Multimodal Technologies and Interaction,2017,1(1):1-17.2 ZHANG Y,LIU X,CHEN W.Motion capture and simulation for character animation:A reviewJ.Journal of Zhejiang University-Science C,2016,17(3):153-166.3 ZHAO H,ZHANG Y,LIU Y L.A review of deep learning based human action recognitionJ.Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing,2018,9(1):1-13.4 WANG D,ZHU J,WU Y,et al.Robotics-based machine learning in computer animation:A reviewJ.Journal of Visualization,2017,20(2):375-386.5 PARK S S,KIM S H,LEE S W,et al.Automatic animation generation for virtual humans using deep learningJ.IEEE Computer Graphics and Applications,2018,38(2):64-73.6 KIM T,JEONG J,KIM K,et al.A survey on natural language processing for dialog systemsJ.Journal of Computer Science and Technology,2015,30(5):777-795.7 PARK J Y,PARK K H,LEE Y G.A review of motion capture systems for the virtual reality and augmented reality applicationsJ.Journal of Convergence Information Technology,2016,11(3):91-102.8 CHEN H,CAO Y,SHEN W,et al.Deep learning for visual understanding:A reviewJ.Neuro computing,2016,187:27-48.9 PAN G,YAN H,LI J,et al.Motion capture and analysis for intelligent virtual human systems:A reviewJ.IEEE Transactions on Computational Intelligence and AI in Games,2014,6(1):1-12.10 K.SIMONYAN,A.ZISSERMAN.Two-stream convolutional networks for action recognition in videosC.in Proceedings of the 27th International Conference on Neural Information Processing Systems,2014,568-576.11 ZHANG Y,LIU X,CHEN W.Motion capture and simulation for character animation:A reviewJ.Journal of Zhejiang University-Science C,2016,17(3):153-166.12 LEE M H,JUNG Y S,CHO J W.A review of machine learning techniques for emotion recognition in human-robot interactionJ.Journal of Intelligent and Robotic Systems,2019,93(1):1-17.(上接第14页)FPGAHDMI 2.1 Port（RX）HDMI 2.0 Port 1（TX）HDMI 2.0 Port 2（TX）HDMI 2.0 Port 3（TX）HDMI 2.0 Port 4（TX）DDR4-64bit（2400Mpbs）Oscillator100MHz，148.5MHzJTAG PortFPGA供电图2 电路硬件框图8K分屏器HDMI2.1 RXDDR48K视频切片处理模块HDMI2.0 TXHDMI2.0 TXHDMI2.0 TXHDMI2.0 TX图3 FPGA逻辑设计框图3 结束语本文本文设计了一款 8k 分屏器,支持一路 HDMI 2.1、8k、60 Hz 信号输入,四路 HDMI2.0、4k、60 Hz信号输出,此分屏器使用简单,工作稳定,可用于各种8k 大屏显示系统。