FPGA采集卡，可实现CVBS/HDMI/SDI三种信号转换

FPGA采集卡实现 CVBS / HDMI / SDI 三种信号转换概述

在现代视音频传输系统中，CVBS（复合视频基带信号）、HDMI（高清多媒体接口）以及 SDI（同步数字接口）是最常见的三类信号标准。不同的应用场景——如电视台转播、舞台演出、会议室投屏——往往需要在这些信号之间灵活切换。本文围绕 Sienovo 提供的一款基于 FPGA 的采集卡，详细阐述其能够实现的三种信号转换功能、主要技术参数以及在实际项目中的典型应用方式，帮助读者快速了解该产品的技术特性并评估其在自家系统中的适配性。

1. 产品定位与典型应用

客户应用：电视台、舞台、会议室

该采集卡定位为 多标准视频信号转换平台，能够在现场制作、后期编辑以及实时转播等环节中，提供统一的输入输出接口，降低系统集成复杂度。尤其在以下场景中表现突出：

电视台：接收来自现场摄像机的 SDI 信号，同时兼容老旧摄像机的 CVBS 输出，实现无缝切换与混合播出。
舞台：现场灯光、投影系统常采用 HDMI 进行高分辨率传输，采集卡可直接将 HDMI 信号转为 SDI，便于与专业视频切换台对接。
会议室：会议室内的多媒体终端往往只提供 CVBS 或 HDMI 输出，采集卡通过统一的 SDI 输出，满足高质量会议录播需求。

2. 核心技术规格

下面列出的技术参数均摘自原始产品说明，保持原文表述不变：

标准 CVBS 信号输入、标准 HDMI 信号输入、标准 SDI 信号输入，输入信号自适应
3G / HD / SD‑SDI 信号输出可选
1080P / 1080I / 720P / 480I / 576I 常用分辨率可选
1080P SF / 720P30 / 25 / 24 等特殊分辨率
支持外部模拟立体声音频信号嵌入 SDI 信号中，SDI 可设定为“变频”输出
输出 SDI 可设定为“固定频率”输出
特殊功能可定制

3. 详细功能拆解

3.1 多输入自适应

CVBS（Composite Video Baseband Signal）：传统模拟复合视频，常见于老式摄像机或低成本监控设备。采集卡内部的 FPGA 通过自适应时钟恢复（Clock Recovery）技术，能够自动检测并锁定输入的水平/垂直同步信号，确保图像稳定。
HDMI（High‑Definition Multimedia Interface）：支持 1080p/4K 等高分辨率数字视频，带有嵌入式音频。卡片内部实现了 HDMI 解析器，能够在不破坏原始时序的前提下，将 HDMI 数据流转化为 SDI 或 CVBS。
SDI（Serial Digital Interface）：专业广播领域的标准接口，分为 SD‑SDI（270 Mbps）、HD‑SDI（1.485 Gbps） 与 3G‑SDI（2.97 Gbps） 三个等级。卡片可根据用户选配的输出模式，自动匹配输入的 SDI 速率。

3.2 多输出模式

3G‑SDI：适用于 1080p 60 fps、1080p 50 fps 等高帧率场景。
HD‑SDI：覆盖 1080i/1080p 30 fps、720p 60 fps 等常见广播分辨率。
SD‑SDI：针对 480i/576i 标清需求，兼容老旧转播链路。

用户可通过软件或硬件跳线配置，选择所需的输出速率，卡片内部的 FPGA 会自动完成码流重映射（Re‑mapping）与时钟同步。

3.3 分辨率与帧率灵活配置

常用分辨率：1080P、1080I、720P、480I、576I 均可直接在卡片上选择。
特殊分辨率：如 1080P SF（逐行扫描）、720P30/25/24（电影帧率）等，满足电影制作或特定广播标准的需求。

这些分辨率的切换不需要重新烧写 FPGA 固件，只需在驱动层面修改配置寄存器即可完成。

3.4 音频嵌入与 SDI 频率模式

模拟立体声音频嵌入：卡片提供外部模拟音频输入（左/右声道），内部会将其编码为 AES/EBU 格式后嵌入 SDI 码流的 音频子流（Audio Sub‑Stream），实现音视频同步传输。
变频输出：在需要与多种 SDI 设备共存的场景下，卡片可以根据输入信号的时钟自动调节输出频率（即“变频”模式），确保链路的兼容性。
固定频率输出：当系统对时钟稳定性有严格要求时，可将 SDI 输出锁定为固定频率（如 148.5 MHz 对应 HD‑SDI），避免因时钟漂移导致的画面抖动。

3.5 定制化功能

针对不同行业的特殊需求，Sienovo 提供 功能定制 服务。例如：

特定颜色空间转换（如 BT.601 ↔ BT.709）
额外的协议解析（如 NDI、SMPTE 2110）
硬件加速的图像处理（如去交错、降噪）

这些定制均在 FPGA 逻辑层面实现，确保实时性不受影响。

4. 实际部署示例

4.1 电视台转播链路

摄像机 → SDI 输出 → 采集卡（输入 SDI）
采集卡将 SDI 信号变频为 3G‑SDI，输出至 转播服务器（支持 1080p 60 fps）
同时将模拟音频（现场麦克风）嵌入 SDI，保证音视频同步

此方案省去额外的 SDI‑to‑HDMI 转换盒，降低延迟至 <1 ms（实际延迟取决于系统整体布局）。

4.2 舞台演出实时投屏

现场电脑 → HDMI 输出（1080p 60 fps） → 采集卡（HDMI 输入）
采集卡将 HDMI 转为 HD‑SDI，并通过光纤传输至 LED 大屏
若现场还有老式摄像机，仅需将其 CVBS 输出接入卡片的 CVBS 输入，卡片自动完成 CVBS‑to‑SDI 转换，实现多源混合显示

该方式避免了 HDMI 长距离传输的信号衰减问题，利用 SDI 的 光纤传输优势（距离可达 10 km）提升系统可靠性。

4.3 会议室录播系统

投影仪 → HDMI 输出 → 采集卡（HDMI 输入）
采集卡输出 SD‑SDI（480i），供 会议录播服务器 进行实时编码
通过卡片的 模拟立体声输入，将会议室的麦克风音频嵌入 SDI，确保录制文件的音视频同步

此方案兼容了多数会议室已有的投影与音频设备，无需额外购买 HDMI‑to‑SDI 转换器。

5. 使用建议与注意事项

项目	建议	备注
电源	使用 12 V/2 A 稳压电源，确保 FPGA 与高速收发器供电稳定	高速信号对电源噪声敏感
散热	建议在卡片上加装散热片 + 风扇，尤其在 3G‑SDI 输出时	FPGA 运行频率高，功耗随之提升
信号线	SDI 采用同轴或光纤（使用相应收发模块），HDMI 使用高质量 5 m 以上线缆	长距离传输时注意阻抗匹配
软件配置	通过 Sienovo 提供的 GUI 配置工具，可快速切换分辨率、帧率、音频嵌入等参数	配置文件可保存为 .json 便于批量部署
固件升级	如需新增功能，请联系 Sienovo 技术支持获取 FPGA Bitstream 更新包	固件升级需在断电状态下进行，以防损坏

6. 小结

本文围绕 FPGA 采集卡 的 CVBS / HDMI / SDI 三种信号转换能力展开，详细解析了其 多输入自适应、多输出速率、分辨率灵活配置、音频嵌入 与 变频/固定频率 两种 SDI 输出模式，以及 定制化功能 的可能性。通过实际部署案例可以看出，该卡片在电视台、舞台演出以及会议室等多种场景中均能发挥桥接传统模拟与现代数字视频的关键作用。

如果您正考虑在项目中实现多标准视频信号的统一管理，或希望在已有系统上降低硬件成本、提升信号可靠性，这款基于 FPGA 的采集卡值得进一步评估与试用。欢迎关注 Sienovo 官方渠道获取最新技术文档和样机支持。