基于莱迪思FPGA的视频显示接口的实现

数字视频接口(DVI)

数字视频接口(DVI)标准由数字显示工作组(DDWG)于1999年发布。DVI包含1个差分时钟和3个差分源同步串行数据通道(图4)。传输的显示数据是未压缩的数字数据。对于每一个时钟周期，将传输10位数据。正在传输的数据是视频数据或是控制信息，但不包含音频信息。DVI线缆常被用于连接到外部LCD显示器。DVI数据速率范围为250Mbps到2.25Gbps。

DVI规范还支持双DVI，通过将数据通道由3通道变为6通道，基本上可以使传输或接收的数据量增加一倍。其主要目的是连接至大显示器(30英寸及以上)，这类显示器也可能有更高的色彩要求(高达48位色深)。

莱迪思实现了同时支持DVI TX和RX功能的参考设计。该设计利用了LatticeECP3或LatticeECP2M FPGA系列中的CML SERDES通道，来支持更高速率的DVI传输。这一设计利用了SERDES中内置的PLL来恢复源同步数据。通过以这种方式实现DVI接口，可以在低成本FPGA中实现全速1.65Gbps速率。因为在ECP3或ECP2M FPGA中的PLL被设计用于支持各种频率，莱迪思DVI参考设计可自动支持各种显示分辨率。鉴于DVI参考设计将数据转换为RGB，操作图像将非常简单，一旦转换为RGB格式，就可以缩放和旋转图像，甚至可以叠加其他屏幕上的内容到图像上。

DVI应用：扩展器

有许多应用或者由于物理空间上的困难，或者需要降低系统拥有成本(远程虚拟桌面)，因而难以将视频源(例如PC)靠近显示器。DVI规范要求的传输长度为5米，高品质线缆可将其扩展到10米，但它们不可能做到完全无损。此外，DVI线缆体积很大，这会使其在某些环境下受限。由于这些问题，DVI扩展器已越来越受到欢迎。扩展器通常用于PC服务器的机架安装以及消费类和工业数字标牌。

在这个例子中(图5)，台式机是DVI信号源，它将DVI数据驱动到FPGA。通过三条数据通道将数据转换为并行的RGB信息，然后合并起来以便能够在一根更高速率的数据线上传送。然后，该聚合的单数据通道信号通过SERDES引脚发送到光收发器。光收发器将电信号转换为光信号，并通过光纤发送数据。使用光纤的优势在于它支持台式机和LCD显示器之间的长距离传输。此外，光纤柔软且较细，非常适合安装。在光纤的接收端，另一个光收发器将光信号转换成电信号，并将信号发送到FPGA上的接收SERDES。接着该单数据通道分离出RGB数据，以便能进行串行化。三根串行数据线和时钟信号都将被传输到DVI线缆，并最终发送到LCD显示屏上。

双DVI应用：分割器

电视墙被广泛地用于需要高分辨率和大屏幕显示的应用中，包括酒店、火车站、机场、零售商店等场所中用于广告/营销信息的数字标牌。广播、体育场馆、娱乐场所等娱乐相关的应用也使用了电视墙。其他应用还有用于远程手术和诊断的医疗成像。

常见电视墙的实现包括一个用来驱动几个大型显示器的显卡底座。为降低成本，即采用单个显卡和数量更多但尺寸较小的显示器(利用LCD的降价优势)，需要使用视频分割器(图6)。

由于信号源视频带宽需要满足大屏幕上的显示，因此需要使用双DVI接口。免授权费的双DVI接口具有成本优势，因为消费类和企业级显示器市场均广泛采用DVI。另一方面，也需要将普通的DVI接口推广到商用显示器上。