基于FPGA的多业务高清视频光端机方案
方案概述
在多业务光端机领域好的产品可以说主要是靠设计出来的，而不是生产出来的，设计伊始的思路和方案就已经决定了它品质的好坏，所以光端机好坏最重要的环节在于设计的思路，方案的优化和器件的选择。北京网视云通科技有限公司的以 FPGA为核心设计方案，具有非常强大的系统灵活性和扩展性，轻松实现对多种业务功能长距离传输。不仅可以传输高清视频，更可支持立体声音频，以太网，USB，RS232、RS485、RS422等多种业务。并且融入KVM键盘，鼠标及网口，串口的透传功能。FPGA的架构，更能灵活实现多种高清接口互转输出，支持图像任意缩放分辨率，为高性价比的定制化高清视频多业务光端机解决方案。
功能特性
● 支持单芯光纤（单模/多模）传输一路高清信号，传输距离可达80Km甚至120Km
● 采用SFP结构的光模块，可以单向，非对称双向即对称双向传输
● 插卡式结构，可扩展USB及 NET网口接口
● 支持多种信号接口HDMI/DVI-I/VGA/YPbPr/AV
● 可实现多种高清接口互转输出
● 支持图像任意缩放分辨率
● 支持独立立体声音频双向传输，可实现HDMI音频加嵌解嵌
● 可实现多种数据接入RS232、RS485、RS422等
● 支持DVI 环出
● 支持网口透传，实现网桥的功能
● 支持双向KVM功能，实现远程KVM控制电脑
● 支持双向串口透传
● 支持双向语音对讲
● 支持双向红外控制
● 先进的自适应技术，使用时无需进行电气光学调节
● LED状态指示灯对关键的参数进行监视
● EDID自动适应，自动设别和配置显示模式；
● 无需软件设置，支持即插即用功能，支持热插拔
● 适用于极高温和极低温等工业严酷环境；
方案原理
发送板：
发送板的尺寸与结构如图1所示，图1中下面为接头面，主要包括DVI、语音、电源等接头，上面是面板方向，主要包括LED指示灯和功能按键。
图1： 网视云通发送板尺寸与接头示意图
发送板的尺寸为160x120mm，其左侧可以安装一块USB-NET扩展板。
图2所示的是发送板逻辑结构图，由图中可以看出，其核心是一片FPGA，FPGA连接一个2.5G的光模块，光模块有3中选择：
1） 2.5G单向光模块
2） 2.5G与155M非对称双向光模块
3） 2.5G对称双向光模块
光模块是采用SFP结构的，可以随时插拔下来，因此，可以根据需要，随时更换上述3中光模块。
图2： 网视云通发送板逻辑功能结构图
接收板：
接收板的尺寸与结构如图3所示，图3中下面为接头面，主要包括DVI、语音、电源等接头，上面是面板方向，主要包括LED指示灯和功能按键。
由图3可以看出，接收板除了少一个DVI输入接口外，其他基本相同，我们在设计PCB板是，可以将板子的尺寸与接头位置设计相同，这样可以采用相同的机箱设计。
图4所示的是接收板逻辑功能结构设计图。从图4可以看出，除了DVI输入输出接口部分外，其他部分均与图2，即发送板相同。
图3： 网视云通接收板尺寸与接头示意图
图4：网视云通接收板逻辑功能图
USB-NET扩展板：
从图2或图4中，可以看到，USB-NET扩展板上主要包括一个MCU芯片，用于扩展一路USB接口，一个10M/100M网络PHY芯片，用于扩展一个10M/100M网络接口。
USB-NET扩展板通过一个排针接头连接到发送板或接收板上。
USB-NET扩展板可以扩展出2个USB接口、1个10M/100M网络接口、1个红外遥控输入接口和1个红外遥控输出接口。
USB接口可以通过设定工作在主模式或从模式上，这样可以连接USB鼠标或键盘，也可以连接主机上的USB接口，用于透传USB鼠标或键盘，实现远程KVM控制电脑。
10M/100M网络接口也是透传网络信号，实现一个网桥的功能，将两个网络通过光纤连接起来。
红外遥控接口也是透传红外控制信号，利用光纤，实现红外遥控信号的透传功能。
AV接口：
如果需要支持AV输入或输出接口，需要单独增加AV输入或输出芯片，同时还需要增加FPGA资源，即需要更多管脚的FPGA芯片，如果必须支持AV接口，解决办法有以下2个选择：
1） 更换更大的FPGA
2） 将网口去掉，节省出来的FPGA资源用于扩展AV输入或输出接口
DVI-I接口：
本方案中选用的DVI接口输入芯片与输出芯片均支持DVI输入或输出，同时支持VGA输入与输出。因此，DVI接头可以选择DVI-I接头，这样通过DVI-VGA转换接头来选择VGA输入或输出。另外，也可以选择一种DVI + VGA的双层接头，如图5所示。
图5： DVI+VGA接头
利用图5所示的双层接头，可以方便连接DVI或VGA线。
分量YPbPr：
本方案中可以输入YPbPr分量信号，可以将YPbPr接口转换成VGA接口连接到发送板的VGA接头上，实现YPbPr信号输入。
但接收板不支持YPbPr分量输出，只支持DVI和VGA输出，DVI信号和VGA信号是同时有输出的，故能接2个同屏输出的显示器。
HDMI接口：
本方案中发送板的DVI接头可通过HDMI-DVI转换接头来连接HDMI信号，即支持带有语音或HDCP加密的HDMI信号输入。
但接收板的DVI输出接口只支持DVI信号输出，不支持HDMI信号输出。
语音接口：
本方案中发送板和接收板上均有语音输入和语音输出接口，语音输入与语音输出接口均为双声道的立体声语音接口。
通过语音接口可以实现电脑语音单独传输，也可以实现双向对讲功能。
接收板输出分辨率：
接收板的输出分辨率可以通过面板上的按键与LED指示灯来手工设置，或通过串口设置，并将设置好的分辨率保存起来，每次开机后，接收板均会将接收到的图像输出分辨率转换成设置的分辨率。
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