基于FPGA视频拼接器的DP 的4k 功能输入，把lvds 转为 serdes，支持国产化定制

4K（3840 x 2160 @60Hz）超高清视频已成为当今显示技术的主流趋势，将其高效、稳定地接入到视频拼接器中，是许多工业和商业应用面临的关键挑战。本文将深入探讨一种基于FPGA的解决方案，通过ANX1122芯片实现DisplayPort（DP）信号到LVDS的转换，再经由FPGA将LVDS转换为视频行场信号并最终通过SerDes发送，从而为4K视频拼接提供强大的技术支撑，并兼顾国产化定制的需求。

4K视频拼接的挑战与趋势

随着高清内容的普及和用户对视觉体验要求的提升，4K分辨率已广泛应用于安防监控、指挥中心、广电演播、数字标牌、会议系统及家庭影院等多个领域。然而，将如此高带宽的4K@60Hz视频信号无缝集成到传统的视频拼接墙系统中，并非易事。这不仅涉及到信号的接收、解码、处理，还需要考虑长距离传输的稳定性、多屏同步的精确性以及系统整体的扩展性。传统的接口和处理架构往往难以满足4K@60Hz的数据吞吐量和实时性要求，因此，开发一套高效、灵活的4K输入解决方案显得尤为重要。

核心解决方案：DP到SerDes的转换流程

本方案的核心在于构建一个高效的信号转换链路，将外部输入的DP 4K信号，经过多级转换和处理，最终以SerDes高速串行信号的形式传输到拼接处理单元。

DP信号输入与ANX1122的作用

DisplayPort (DP) 是一种高性能数字显示接口，广泛应用于PC、显示器和图形卡之间，能够支持高分辨率、高刷新率的视频传输。在本方案中，4K@60Hz的DP视频信号首先作为输入源。

为了将DP信号集成到后续的FPGA处理流程中，我们引入了ANX1122芯片。ANX1122是一款高性能的DisplayPort接收器，它能够接收DP输入信号，并将其解码、转换成业界标准的LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）信号。LVDS是一种低功耗、低噪声、高速的差分信号传输技术，常用于LCD面板与控制器之间的连接，或板卡内部的高速数据传输。

以下是ANX1122的LVDS接口示意图，展示了其典型的差分信号对连接方式：

这是 ANX1122的 LVDS的接口。

ANX1122在这里扮演了“桥梁”的角色，将复杂的DP协议解封装，并以FPGA更易于处理的LVDS格式输出视频数据。

FPGA的核心作用：信号处理与SerDes转换

接收到ANX1122输出的LVDS信号后，FPGA（现场可编程门阵列）成为整个系统的数据处理核心。FPGA以其高度的并行处理能力和可编程性，在视频处理领域具有无可比拟的优势。

FPGA在此阶段主要完成两个关键任务：

LVDS到视频行场信号的转换： FPGA首先接收并解码LVDS信号流。LVDS通常以数据包或特定时序格式传输视频像素数据。FPGA内部的逻辑设计会根据LVDS协议，将这些数据恢复成标准的视频行场信号（通常包括像素数据、行同步信号Hsync、场同步信号Vsync、数据使能信号DE等）。这些信号是视频处理中最基础的格式，便于后续的各种图像操作。
视频行场信号到SerDes的转换： 恢复出视频行场信号后，为了实现高速、长距离、抗干扰的数据传输，FPGA会将这些并行视频数据通过其内置的SerDes（Serializer/Deserializer）模块进行串行化。SerDes技术能够将多路并行数据转换成一路或几路高速串行数据流进行传输，在接收端再将其解串行恢复成并行数据。这对于视频拼接器中不同处理板卡之间的高带宽数据交换至关重要，可以显著减少布线复杂性，提高传输距离和可靠性。

系统框架图解析

为了更直观地理解整个信号处理流程，我们来看一下系统的整体框架图：

根据此框架图，整个4K视频输入到拼接处理的链路可以清晰地描述为：

DP输入： 外部的4K@60Hz DisplayPort信号源接入系统。
ANX1122转换： DP信号进入ANX1122芯片。ANX1122负责将复杂的DP协议信号解封装，并将其转换为LVDS信号输出。
FPGA处理（输入端）： FPGA接收ANX1122输出的LVDS信号。在FPGA内部，LVDS信号被解码并转换为标准的视频行场信号（如RGB像素数据、Hsync、Vsync、DE）。
SerDes发送： FPGA进一步将这些视频行场信号通过其高速SerDes接口进行串行化，并通过高速连接器发送出去。这通常用于板卡之间或机箱内部不同模块之间的高速数据传输。
输出卡接收与拼接处理： 系统的输出卡（或拼接处理卡）接收到FPGA发送过来的SerDes信号。输出卡上的SerDes解串器将串行信号恢复为原始的视频行场信号。随后，输出卡上的视频处理单元将对这些视频行场信号进行一系列的拼接处理，包括缩放、裁剪、同步、色彩校正等，最终生成适合显示墙输出的图像。

通过这一系列精密的转换和处理，系统能够有效地将4K@60Hz的DP信号引入，并为后续的视频拼接提供高质量、高带宽的原始数据。

视频拼接大屏幕的应用前景

随着显示技术的不断进步和成本的降低，视频拼接大屏幕的应用场景日益广泛，市场前景广阔。

安防监控： 在大型监控中心，拼接屏能够显示海量监控画面，实现区域总览与细节监控的无缝切换。
家庭影院： 为追求极致观影体验的用户提供超大尺寸、沉浸式的视觉享受。
商店展示与广告： 吸引顾客目光，展示商品信息，播放动态广告，提升品牌形象。
会议培训： 提供清晰、共享的演示平台，支持多方信息展示，提高会议效率。
公共信息发布： 在交通枢纽、商业中心、餐厅门口等场所发布实时信息、宣传内容。

拼接大屏幕的应用普及，不仅提升了信息展示的效率和视觉冲击力，也催生了对更先进、更稳定、更高清视频处理技术的需求。

液晶显示屏拼接技术的优势与挑战

液晶显示屏（LCD）在拼接大屏幕领域占据主导地位，其主要特点是显示清晰细腻，色彩表现力强。然而，单个液晶显示屏的尺寸存在物理限制，目前主流的单屏幕液晶电视通常在100英寸左右。为了实现更大的显示面积，将多个液晶屏拼接起来成为必然选择。

四个液晶电视组成一个更大尺寸的拼接屏幕。

上图展示了四个液晶电视拼接成一个更大尺寸显示屏的典型应用场景。

尽管拼接技术带来了大尺寸显示的可能，但其固有的一个缺点是屏幕与屏幕之间的物理边框缝隙无法彻底消除。这些边框在视觉上会形成“黑线”，影响画面的完整性和沉浸感。然而，随着技术的不断发展，液晶屏幕的超窄拼缝技术取得了显著进步，当前优秀的液晶屏幕超窄拼缝已经可以做到0.8mm级别，极大地缩小了视觉上的割裂感，提供了非常不错的视觉效果。随着生产工艺的成熟和规模化生产，超窄边框液晶拼接屏的成本持续降低，使得越来越多的人选择这种形式来构建大尺寸显示系统。

国产化定制的意义

在当前全球供应链复杂多变的环境下，“支持国产化定制”具有重要的战略意义。对于Sienovo这样的工业计算和边缘AI公司而言，这意味着：

供应链安全： 减少对单一国际供应商的依赖，降低地缘政治风险和供应中断的可能。
成本优化： 通过本地化采购和生产，可能降低物流成本和关税，提高产品竞争力。
快速响应： 更紧密的本地合作能够实现更快的技术支持、定制开发和产品迭代。
技术自主： 推动国内相关产业的技术积累和创新，培养本土人才，提升整体技术水平。

通过采用国产化的元器件和定制化的设计服务，Sienovo能够为客户提供更具韧性、更符合本地市场需求的高性能4K视频拼接解决方案。

总结

本文详细介绍了一种基于FPGA的4K视频拼接器输入解决方案，该方案通过ANX1122芯片将DP 4K信号转换为LVDS，再利用FPGA将LVDS信号处理为视频行场信号并通过SerDes高速传输。这一技术路径有效地解决了4K视频接入拼接器的技术难题，确保了高带宽、高质量视频数据的稳定传输。结合对视频拼接大屏幕广阔应用前景的分析，以及液晶拼接技术在克服边框挑战方面的进步，我们看到这种解决方案在满足市场需求、提升用户体验方面具有巨大潜力。同时，对国产化定制的支持，也彰显了Sienovo在技术自主和供应链安全方面的战略考量，为客户提供更可靠、更具竞争力的产品和服务。