付玉紅

摘 要：設(shè)計了一款8k分屏器，主控采用FPGA芯片，支持一路HDMI2.1、8k、60 Hz信號輸入；支持4路HDMI2.0、4k、60 Hz信號輸出；分屏器支持將輸入的8k信號進(jìn)行“田”字型切片處理，輸出4路4k信號，這4路4K信號的畫面拼接起來就是1幅完整的8k畫面。

關(guān)鍵詞：8K分屏器；1進(jìn)4出；HDMI2.1；FPGA

目前主流的LED 主控最大只能支持4k、60 Hz 信號輸入，但是目前8k LED 大屏技術(shù)已經(jīng)成熟，且已經(jīng)慢慢進(jìn)入商用。如圖1 所示，8k LED 大屏的主控一般由4 臺4k 主控拼接而成，但是前端8K 信號源目前已普遍采用HDMI2.1 接口單線傳輸8K 信號，為了滿足8kLED 大屏顯示系統(tǒng)需要，8K 分屏器應(yīng)運(yùn)而生。8k 分屏器可以將8k 信號按“田”字型分割成4 路4k 信號輸出，正好可以分別對接4 臺4k 主控，從而實現(xiàn)8k LED 大屏顯示。此分屏器可廣泛應(yīng)用于各種8k 大屏顯示系統(tǒng)。

本文設(shè)計的8k 分屏器采用FPGA 純硬件邏輯實現(xiàn)，用戶操作十分簡單，接上電源和5 根HDMI 線之后上電即可使用，無需遙控或按鍵操作。

1 硬件設(shè)計

8k 分屏器主芯片為FPGA 芯片，芯片自帶速率高達(dá)12.5 Gbit/s 的通用高速收發(fā)器，擁有DDR4 PHY 和DDR4 硬核控制器，DDR4 最大傳輸速率2 400 Mbit/s。

硬件層面，如圖2 所示，HDMI2.1 輸入接口的高速信號接到FPGA 高速收發(fā)器的接收通道，4 路HDMI2.0 輸出接口的高速信號接到FPGA 高速收發(fā)器的發(fā)送通道，HDMI2.1 TX 和HDMI2.0 RX 的接口協(xié)議由FPGA 內(nèi)部可編程邏輯實現(xiàn)。電路板上有64 bit DDR4 芯片（速率2 400 Mbit/s），用于緩存和切割接收的8K 視頻信號。

板上還提供用于HDMI接口IP 的100 MHz和148.5 MHz固定晶振，以及一個JTAG 接口用于FPGA 配置文件下載和調(diào)試。

2 FPGA邏輯設(shè)計

FPGA 設(shè)計框圖如圖3 所示，HDMI2.1、8k 視頻信號進(jìn)入FPGA 芯片之后，首先經(jīng)過高速收發(fā)器的接收通道將高速串行信號轉(zhuǎn)換成低速并行信號，然后經(jīng)過HDMI2.1 RX IP 處理后輸出接收的視頻信號，視頻信號隨后進(jìn)入8k 視頻切片處理模塊，經(jīng)過此模塊處理后輸出4 路4k 信號，輸出的4 路4k 信號分別進(jìn)入4 個HDMI2.0 TX IP，TX IP 將數(shù)據(jù)按HDMI2.0 標(biāo)準(zhǔn)打包后輸出到高速收發(fā)器的發(fā)送通道，此發(fā)送通道將低速并行信號轉(zhuǎn)換成高速串行信號輸出，輸出的信號直接接到HDMI2.0 輸出接口。

3 結(jié)束語

本文本文設(shè)計了一款8k 分屏器，支持一路HDMI2.1、8k、60 Hz 信號輸入，四路HDMI2.0、 4k、60 Hz信號輸出，此分屏器使用簡單，工作穩(wěn)定，可用于各種8k 大屏顯示系統(tǒng)。