【黑金云课堂】FPGA技术教程FPGA 基础：HDMI视频输入与环路输出实验

FPGA 基础 HDMI视频输入与环路输出实验 ，选自ALINX 黑金云课堂 FPGA 免费直播课。该课程由 ALINX 资深工程师团队倾力打造，从 0 到 1 系统化教学，帮助每位工程师跨过 FPGA 开发门槛。

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HDMI 输入环路输出 FPGA 实验教程

HDMI 是主流高清多媒体数字接口，覆盖消费电子、工业视觉检测、医疗内窥镜等场景，依靠高带宽、低延迟实现无压缩音视频传输。其底层包含 TMDS 差分传输、视频时序解析、色彩空间转换等核心技术，是 FPGA 嵌入式视觉开发的基础入门实验。

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HDMI 采用最小化传输差分信号（TMDS）技术，将 8 位 RGB 像素数据编码为 10 位差分串行信号，抑制电磁干扰，保障长距离信号完整性，支持 720P、1080P、4K 等多种分辨率无压缩音视频同步传输。

HDMI 接收芯片 SiI9011/SiI9013

解析 HDMI 差分串行信号，输出 24bit 并行 RGB 数据，同步输出行同步 HS、场同步 VS、数据使能 DE 信号，适配多分辨率输入源；
HDMI 发送芯片 SiI9134

接收 FPGA 并行视频数据，重新编码为标准 TMDS 差分信号，支持最高 4K@30Hz 画面输出；
硬件优势

芯片配套并行数据接口，降低 FPGA 高速串行协议解析难度，内置色彩转换功能，节约 FPGA 逻辑资源。

扫描机制

采用逐行扫描，画面分为有效视频区与消隐区（前肩、同步脉冲、后肩），消隐区间用于电子束回扫复位；
关键时序信号

行同步 HSync、场同步 VSync、数据使能 DE，是 FPGA 区分有效像素与消隐空白的核心标识；
标准分辨率参数

不同分辨率对应固定像素时钟、行总像素、场总行数、同步极性，如 1080P@60Hz 像素时钟 148.5MHz，行场同步极性为正；VGA 640×480 同步极性为负，工程设计必须严格匹配参数。

HDMI 输入源 → SiI9013 接收芯片 → FPGA 主控逻辑 → SiI9134 发送芯片 → HDMI 显示器

输入解码模块（SiI9013）

完成高速差分串行信号转并行视频数据，输出同步时序信号；
FPGA 核心逻辑（系统中枢）
- I2C 配置模块：初始化 SiI9013、SiI9134 芯片，设置分辨率、传输模式；
- PLL 时钟模块：生成匹配对应分辨率的像素时钟；
- 视频转发逻辑：接收 RGB 与时序信号，原样缓存、转发至输出端，可拓展图像处理功能；
输出编码模块（SiI9134）

将 FPGA 并行视频数据编码为 HDMI 标准差分信号，驱动显示设备。

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