1 - 视频处理IP核之Video In to AXI4-Stream

1 概述

Video In to AXI4-Stream IP核的核心作用是将符合传统时序标准（如BT.656/BT.1120）的并行视频输入信号，高效转换为AXI4-Stream视频流。作为FPGA视频处理流水线的“入口网关”，它剥离消隐数据、转换同步信号，输出标准化的流数据，供后续图像处理或DMA模块使用。

Video In to AXI4-Stream IP核具有以下特性：

• 视频输入 (Video input): 支持带时钟的并行视频数据及同步信号 - 有效视频数据可伴随同步信号 (syncs)、消隐信号 (blanks) 或两者兼有 (both)；
• AXI4-Stream 主接口 (AXI4-Stream master interface): 提供符合 AXI4-Stream 标准的输出主接口；
• 与 Xilinx 视频时序控制器接口 (Interface to Xilinx Video Timing Controller): 可与 Xilinx 视频时序控制器 (VTC) 核连接，用于检测视频时序；
• 支持共同时钟或独立时钟模式 (Support for common or independent clock modes): AXI4-Stream 时钟域和视频输入时钟域可工作在共同时钟或独立时钟模式下；
• 可选 FIFO 深度 (Selectable FIFO depth): FIFO 深度可在 32 至 8192 个存储单元 (locations) 之间选择；
• 可选输入数据宽度 (Selectable input data width): 输入数据总线宽度可在 8 至 256 位之间选择；
• 支持隔行扫描操作 (Support for interlaced operation): 能够处理隔行扫描视频信号；
• 分量位宽转换 (Component width conversion): 支持 8、10、12 和 16 位视频分量 (如 Y, Cb, Cr) 的位宽转换。

2 结构图

Video In to AXI4-Stream IP核原理框图如下图所示：

1. 并行视频输入接口：包括
   • 并行视频数据
   • 像素时钟
   • 时序信号：Xilinx支持以下三种时序信号组合
     • Vsync + HSync + Data Valid
     • Vblank + Hblank + Data Valid
     • Vsync + HSync + Vblank + Hblank + Data Valid
2. AXI4-Stream视频流接口：包括
   • 握手信号：tvalid和tready
   • 像素数据：tdata
   • 行结束（EOL）：tlast
   • 帧起始（SOF）：tuser
3. 异步FIFO：
   • 处理视频输入时钟域与 AXI4-Stream 时钟域之间的异步数据传输
   • 深度和位宽可配置
4. 与VTC（Video Timing Controller IP核）协同工作：
   • Video In to AXI4-Stream IP核将输入视频的时序信号透传（pass-through）给VTC
   • VTC对输入的时序信号进行检测，并产生“locked”状态信号
   • VTC输出的“locked”状态信号与Video In to AXI4-Stream IP核的AXIS enable输入连接，控制Stream Coupler模块是否工作
   • 目的：确保在输入视频的时序稳定后，AXI4-Stream才开始输出。